Разработка способа получения высокочистого оксида железа из отработанных растворов


1. Общая характеристика железорудного сырья и методы получения
оксида железа
1.1. Общая характеристика железных руд ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .7
1.2. Физико.химические основы методов переработки железных руд ... ... ... ..10
1.3. Воздействие предприятий черной металлургии на окружающую среду ... ...12
1.4. Физико.химические основы выщелачивания железорудного сырья ... ... ... 14
1.5. Методы получения и области применения оксида железа ... ... ... ... ... ... .16
1.6. Состояние и перспективы совершенствования технологии переработки железорудного сырья в Республике Казахстан ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .19
1.7. Постановка задачи исследования ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..24
2.Экспериментальная часть ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25 2.1. Методика определения ионов железа ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
2.1.1. Комплексонометрический метод ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
2.1.2. Гравиметрический метод ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
2.1.3. Фотоколориметрический метод ... ... ... ... ... ... ... ... ... 26
2.2. Разработка способа получения высокочистого оксида железа из отработанных растворов ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...27
2.2.1. Выщелачивание железорудного сырья в солянокислой среде ... ... ... ... 27
2.2.2. Осаждение гидроксида железа из отработанных растворов выщелачивания железорудного сырья ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 28
2.2.3. Получение оксида железа ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..28
2.2.4. Идентификация оксида железа ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
2.2.4.1. Идентификация химическим методом ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
2.2.4.2. Идентификация рентгенофазовым методом ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..31
Выводы и рекомендации ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .32
Список использованной литературы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..33
В настоящее время происходит повышение концентрации углекислого газа в атмосфере вследствие использования ископаемого топлива. Немаловажную роль в увеличении концентрации углекислого газа играет процесс получения технического железа. Процесс получения различных сортов технического железа включает восстановление железной руды до металла (чугуна), осуществляющееся в доменных печах с участием кокса.
При горении кокса образуется оксид углерода (II), который в дальнейшем восстанавливает железо из оксидов, а сам окисляется до оксида углерода (IV), т.е. углекислого газа. Следовательно, пирометаллургические способы получения железа, применяющиеся в настоящее время, наносят огромный вред окружающей среде, внося определенный вклад в процесс глобального потепления климата. В этой связи наиболее перспективными представляются гидрометаллургические процессы, т.е. выщелачивание в водных растворах, в результате осуществления которых будут образовываться растворы, содержащие в своем составе значительное количество ионов железа. Из этих растворов можно извлекать железо различными способами. В данном случае возникает проблема утилизации отработанных растворов, т.е. необходимо разрабатывать способы извлечения железа из них. К тому же известно, что не только железо, но и его соединения находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, поэтому разработка новых методов получения соединений железа из растворов представляется актуальной.
Целью данной работы является установление оптимальных условий получения высокочистого оксида железа из растворов выщелачивания железных руд.
В связи с этим поставлены следующие задачи:
- изучение, систематизация теоретических основ переработки железорудного сырья;
- сбор данных о влиянии объектов черной металлургии на окружающую среду;
- анализ физико-химических основ выщелачивания железорудного сырья;
- освоение методики анализа ионов железа в растворах.
На основании полученных экспериментальных данных разработать способ получения высокочистого оксида железа.
Идентифицировать полученное соединение методами химического и рентгенофазового анализа.
Научной новизной данной работы является то, что впервые установлено, что при выщелачивании бурожелезняковой железоглиноземистой руды Лисаковского месторождения в солянокислых растворах значительное количество железа переходит в раствор. Показано, что при осаждении водным раствором аммиака из растворов выщелачивания можно получить оксид железа с выходом 100%.
1. Химическая энциклопедия Изд-во «Советская энциклопедия».- М.- 1990, с. 131-136.
2. А.М. Якушев М.: «Металлургия», 1985 г.
3. Металлургия чугуна. Под ред. Ю.С. Юсфина.-М.: ИКЦ "Академкнига", 2004.-774 с. С.80-81.
4. Энциклопедический словарь юного техника М.: «Педагогика», 1980 г.
5. Реми Г. Курс неорганической химии.- Т.II.- Изд-во «Мир».- г. Москва, 1974.-772 с.
6. Общая химическая технология. Под ред.проф. Амелина А.Г. М.- Химия".-1977.- 400 с.
7. Соколов Р.С. Химическая технология: Учеб.пособие для студ.высш.уч.завед В 2-х т.- М.: Гуманит. изд.центр ВЛАДОС,2003.-Т.2.- 448 с. С. 54.
8. Экология. Учебное пособие. М.: Изд-во «Знание», 1999 г.
9. Металлургия чугуна. Под ред. Ю.С. Юсфина.-М.: ИКЦ "Академкнига", 2004.-774 с. С. 273.
10. Буланов В.Я., Ватолин Н.А., Залазинский Г.Г., Волкова П.И. Гидрометаллургия железных порошков.- М.: «Наука», 1984.-220 с.
11. Копкова Е.К., Склокин Л.И. Гидрохлоридная экстракционная технология высокочистого оксида железа из магнетитовых концентратов// Хим.технология, 2005, № 11, с. 25-32.
12. Некрасов Б.В. Основы общей химии.- Т.3.- Изд-во «Химия».- 1970.- 413 с.
13. Копкова Е. К., Склокин Л. И. Соединение железа особой чистоты: области применения, основные источники природного и вторичного техногенного сырья и инаправления в технологиях производства(обзор) // Ин-т химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева КНЦ РАН. Апатиты, 2003. 42 с. Деп. в ВИНИТИ, 26.06.03. № 1246В2003.
14. Горбунов А.И., Кузьмина Ю.Н., Толмасский И.С., Шепелев А.А. Технология высокочистого оксида железа // Высокистые вещества.1996.- № 2.-С.18-21.
15. Порошковая металлургия в машиностроении и приборостроении/ Сборник статей Инс-та металлокерамики и спецсплавов АН УССР.- Киев.- 1961.- 96 с.
16. Карагандинскому металлургическому комбинату – 20 лет: Рекламный проект.- Темиртау, 1980.
17. Тезисы докладов объединенной научной сессии по проблемам развития производительных сил Центрального Казахстана.- Алма-Ата: Изд. АН Каз.ССР, 1958.- С.25-28; 32-35; 157-165.
18. Оолитовые железные руды Лисаковского месторождения Кустанайской области и пути их использования; под ред. Бардина И.П.- М.: АН СССР, 1962.- С. 129-135.
19. Совершенствование технологии агломерации на аглофабрике № 1 с целью повышения качества агломерата / Отчет КарМК.- Темиртау, 1983.
20. Пузанков В.В., Грузинов В.К., Руднева А.В. и др. Железные руды Кен-Тюбе/ Труды ХМИ АН СССР. Использование минерального сырья Казахстана в черной металлургии.- Алма-Ата: 1970.- С. 3-21.
21. Тациенко П.А. Подготовка труднообогатимых руд.- М.: Изд-во «Недра», 1979.- 208 с.
22. Мирко В., Кабанов Ю., Найденова В. Современное состояние развития месторождений бурых железняков Казахстана // Промышленность Казахстана.- 2002.- № 2.- С. 79-82.
23. Мирко В.А., Цымбал В.П., Савицкий Э.Е. Эффективность использования на Карагандинском металлургическом комбинате различных видов железорудного сырья Казахстана // Сталь.- № 3.- М.: Металлургия, 1996.
24. Комплексная переработка минерального сырья Казахстана. В 10-ти т. Том 4. Развитие теории и практики металлургической переработки железоглиноземистых руд. Под ред. А.А. Жарменова.- Астана: Фолиант, 2003.-416 с.
25. Н.Р. Мажренова, М.А. Ботвинкина. Использование радиационного стимулирования при переработке руд Лисаковского месторождения// Вестник КазНУ, серия химическая, № 4 (36), 2004, С. 133-136.
26. Посыпайко В.И., Козырева Н.А., Логачева Ю.П. Химические методы анализа: Учеб.пособие для хим.-технол.узов.-М.: Высш.шк.-1989.-448 с.
27. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод.- М.: Химия.- 1984.-448 с.

Дисциплина: Экология, Охрана природы, Природопользование
Тип работы:  Курсовая работа
Бесплатно:  Антиплагиат
Объем: 33 страниц
В избранное:   
Цена этой работы: 900 теңге
Какие гарантий?

через бот бесплатно, обмен

Какую ошибку нашли?

Рақмет!






КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. АЛЬ-ФАРАБИ
ОБЩЕУНИВЕРСИТЕТСКАЯ МАГИСТРАТУРА

по специальности Экология

Курсовая работа

Разработка способа получения высокочистого оксида железа
из отработанных растворов

Исполнитель:
магистрант 1 курса
Якупова Д.Б.

Научный руководитель:
д.т.н., профессор
Баешова А.К.

Допущена к защите:
руководитель общеуниверситетской
магистратуры
по специальности Экология
д.х.н., профессор
Сармурзина А.Г.

Алматы - 2007 г.
Реферат

Курсовая работа состоит из 34 страниц, 10 таблиц, 2 рисунков, 4
штрихрентгенограмм, 1 карты, 27 литературных источников.
Объект исследования: растворы выщелачивания бурожелезняковой
железоглиноземистой руды Лисаковского месторождения
Актуальность работы: В настоящее время происходит повышение
концентрации углекислого газа в атмосфере вследствие использования
ископаемого топлива. Немаловажную роль в увеличении концентрации
углекислого газа играет процесс получения технического железа. Процесс
получения различных сортов технического железа включает восстановление
железной руды до металла (чугуна), осуществляющееся в доменных печах с
участием кокса.
При горении кокса образуется оксид углерода (II), который в
дальнейшем восстанавливает железо из оксидов, а сам окисляется до оксида
углерода (IV), т.е. углекислого газа. Следовательно, пирометаллургические
способы получения железа, применяющиеся в настоящее время, наносят огромный
вред окружающей среде, внося определенный вклад в процесс глобального
потепления климата. В этой связи наиболее перспективными представляются
гидрометаллургические процессы, т.е. выщелачивание в водных растворах, в
результате осуществления которых будут образовываться растворы, содержащие
в своем составе значительное количество ионов железа. Из этих растворов
можно извлекать железо различными способами. В данном случае возникает
проблема утилизации отработанных растворов, т.е. необходимо разрабатывать
способы извлечения железа из них. К тому же известно, что не только железо,
но и его соединения находят широкое применение в различных отраслях
народного хозяйства, поэтому разработка новых методов получения соединений
железа из растворов представляется актуальной.
Цель работы: установить оптимальные условия получения высокочистого
оксида железа из растворов выщелачивания железных руд.
Задачи:
- изучить, систематизировать теоретические основы переработки
железорудного сырья;
- собрать данные о влиянии объектов черной металлургии на окружающую
среду;
- проанализировать физико-химические основы выщелачивания железорудного
сырья;
- освоить методики анализа ионов железа в растворах;
- разработать способ получения высокочистого оксида железа;
-идентифицировать полученное соединение методами химического и
рентгенофазового анализа.

Научная новизна: Впервые установлено, что при выщелачивании
бурожелезняковой железоглиноземистой руды Лисаковского месторождения в
солянокислых растворах значительное количество железа переходит в раствор.
Показано, что при осаждении водным раствором аммиака из растворов
выщелачивания можно получить оксид железа с выходом 100%.
Практическая значимость: Разработан экологически чистый способ
получения чистого оксида железа, находящего широкое применение в различных
отраслях техники, в частности: электронной технике, телекоммуникационной
промышленности, а также при производстве постоянных магнитов и сердечников
различных индукционных катушек, применяемых в электромашиностроительной и
радиотехнической отраслях промышленности. Способ позволяет получить чистый
оксид железа практически непосредственно из руды, сокращается количество
стадий, процесс может явиться основой для создания малоотходной технологии
переработки железных руд с последующим получением ценных соединений
железа.

Введение

В настоящее время происходит повышение концентрации углекислого газа
в атмосфере вследствие использования ископаемого топлива. Немаловажную роль
в увеличении концентрации углекислого газа играет процесс получения
технического железа. Процесс получения различных сортов технического железа
включает восстановление железной руды до металла (чугуна), осуществляющееся
в доменных печах с участием кокса.
При горении кокса образуется оксид углерода (II), который в
дальнейшем восстанавливает железо из оксидов, а сам окисляется до оксида
углерода (IV), т.е. углекислого газа. Следовательно, пирометаллургические
способы получения железа, применяющиеся в настоящее время, наносят огромный
вред окружающей среде, внося определенный вклад в процесс глобального
потепления климата. В этой связи наиболее перспективными представляются
гидрометаллургические процессы, т.е. выщелачивание в водных растворах, в
результате осуществления которых будут образовываться растворы, содержащие
в своем составе значительное количество ионов железа. Из этих растворов
можно извлекать железо различными способами. В данном случае возникает
проблема утилизации отработанных растворов, т.е. необходимо разрабатывать
способы извлечения железа из них. К тому же известно, что не только железо,
но и его соединения находят широкое применение в различных отраслях
народного хозяйства, поэтому разработка новых методов получения соединений
железа из растворов представляется актуальной.
Целью данной работы является установление оптимальных условий
получения высокочистого оксида железа из растворов выщелачивания железных
руд.
В связи с этим поставлены следующие задачи:
- изучение, систематизация теоретических основ переработки железорудного
сырья;
- сбор данных о влиянии объектов черной металлургии на окружающую среду;
- анализ физико-химических основ выщелачивания железорудного сырья;
- освоение методики анализа ионов железа в растворах.
На основании полученных экспериментальных данных разработать способ
получения высокочистого оксида железа.
Идентифицировать полученное соединение методами химического и
рентгенофазового анализа.
Научной новизной данной работы является то, что впервые установлено,
что при выщелачивании бурожелезняковой железоглиноземистой руды
Лисаковского месторождения в солянокислых растворах значительное
количество железа переходит в раствор. Показано, что при осаждении водным
раствором аммиака из растворов выщелачивания можно получить оксид железа
с выходом 100%.
Практическая значимость данной работы заключается в том, что разработан
экологически чистый способ получения чистого оксида железа, находящего
широкое применение в различных отраслях техники, в частности: электронной
техники и телекоммуникационной индустрии, машиностроительной и
аккумуляторной промышленности.

Содержание работы
Литературный обзор
1. Общая характеристика железорудного сырья и методы получения
оксида железа
1.1. Общая характеристика железных руд ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .7
1.2. Физико-химические основы методов переработки железных руд
... ... ... ..10
1.3. Воздействие предприятий черной металлургии на окружающую среду ... ...12
1.4. Физико-химические основы выщелачивания железорудного сырья ... ... ... 14
1.5. Методы получения и области применения оксида железа ... ... ... ... ... ... .16
1.6. Состояние и перспективы совершенствования технологии переработки
железорудного сырья в Республике Казахстан ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .19
1.7. Постановка задачи исследования ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..24
2.Экспериментальная часть ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25 2.1.
Методика определения ионов железа ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
2.1.1. Комплексонометрический метод ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
2.1.2. Гравиметрический метод ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...25

2.1.3. Фотоколориметрический метод
... ... ... ... ... ... ... ... ... 26
2.2. Разработка способа получения высокочистого оксида железа из
отработанных растворов ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...27
2.2.1. Выщелачивание железорудного сырья в солянокислой среде ... ... ... ... 27
2.2.2. Осаждение гидроксида железа из отработанных растворов выщелачивания
железорудного сырья ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 28
2.2.3. Получение оксида железа ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..28
2.2.4. Идентификация оксида железа ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
2.2.4.1. Идентификация химическим методом ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
2.2.4.2. Идентификация рентгенофазовым методом ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..31
Выводы и рекомендации ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .32
Список использованной литературы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..33
Литературный обзор

1. Общая характеристика железорудного сырья
и методы получения оксида железа

1. Общая характеристика железных руд

Железо - один из самых распространенных элементов в природе, его
содержание в земной коре составляет 4,65% по массе. Известно свыше 300
минералов, из которых слагаются месторождения железных руд. Промышленное
значение имеют руды с содержанием Fe свыше 16%. Важнейшие рудные минералы
железа: магнетит (магнитный железняк) Fe3O4 (содержит 72,4% Fe), гематит
(железный блеск, красный железняк) Fe2O3 (70% Fe), гётит Fe2O3.H2O,
лепидокрокит FeO(OH) и гидрогётит (лимонит) Fe2O3.xH2O (ок. 62% Fe),
сидерит FeCO3 (48,2% Fe), ильменит FeTiO3 (36,8% Fe). Наряду с полезными
примесями – марганец, хром, никель, титан, ванадий, кобальт - железные руды
содержат и вредные примеси – сера, фосфор и др. Железо входит в состав
природных силикатов, значительные скопления которых могут иметь
промышленное значение для производства железа или его соединений. Различают
следующие основные типы железных руд. Бурые железняки - руды гидроксидов
Fe (III) (главный минерал - гётит); содержат до 66,1% Fe (чаще 30-55%);
имеют осадочное происхождение. Крупнейшие месторождения в СССР, во Франции,
в Гвинее. Гематитовые руды, или красные железняки (главный минерал -
гематит); содержат обычно 50-65% Fe. Для них характерно залегание богатых
руд поверх мощных толщ бедных (30-40% Fe) магнетитовых кварцитов.
Крупнейшие месторождения в СССР, США, Канаде, Бразилии, Венесуэле.
Магнетитовые руды, или магнитные железняки (главный минерал - магнетит);
содержат чаще всего до 45-60% Fe. Верхние горизонты магнетитовых рудных тел
обычно частично окислены до гематита (полумартиты и мартиты). Крупнейшие
месторождения на территории бывшего СССР и Швеции. Силикатные руды (25-40%
Fe) осадочного происхождения, используемые для выплавки чугуна в ГДР,
Югославии, ЧССР и ряде др. стран Европы, относятся к группе зеленых слюд-
хлоритов. Главные минералы - шамозит Fe4(Fe, Al)2[Al2Si2O10](OH)8 и
тюрингит (Mg, Fe)3,5Al1,5[Si2,5Al1,5O10](ОН)6.nН2 О - содержат до 42% Fe.
Важнейшие месторождения в ГДР, Австрии и др. Мировые разведанные запасы
железных руд составляют 231,9 млрд. т, или 93 млрд. т в пересчете на железо
(1980). По запасам железных руд (балансовым - свыше 100 млрд. т) СССР
занимал первое место в мире. Наибольшие запасы железных руд (в млрд. т),
сосредоточены в Бразилии (34), Канаде (26), Австрии (21), США (17), Индии
(13), ЮАР (9), Швеции (4,5) и во Франции (4). Перспективно использование
бедных железом горных пород и железомарганцевых конкреций. Мировые запасы
последних оцениваются в 3000 млрд. т (1984). В чрезвычайно редких случаях
железо встречается в земной коре в составе минерала иоцита FeO (аналог
которого в технике наз. вюститом), а также в виде самородного железа -
метеорного и теллурического (земного происхождения).1.
На практике приходится иметь дело с магнитной окисью железа Fe3O 4
(72,4% Fe), безводной окисью железа Fe2O 3 (70 % Fe) и водной окисью железа
Fe2O 3 (mН2О, с различным количеством адсорбированной воды (52,3-62,9 %).
Соединения железа с двуокисью углерода – это карбонат железа FeСO3 (48,3 %
Fe).
Магнитная окись железа в рудах представлена минералом магнетитом.
Руду, содержащую в основном магнетит, называют магнитным железняком или
магнетитовой рудой. Магнетит под действием влаги и кислорода атмосферы
окисляется. Закись железа в молекуле FeО (Fe2O 3 реагирует с кислородом
воздуха по реакции 4 FeО+О2 (2 Fe2O 3, т.е. переходит в безводную окись
железа.
Безводная окись железа представлена в рудах минералом гематитом. Руды,
содержащие в основном гематит, относятся обычно к красным железнякам, или
гематитовым рудам. Красный железняк – это продукт выветривания магнитных
железняков, т.е. в значительной степени окисленный магнетит. Красный
железняк, применяемый в металлургии, содержит 55-60 % железа.
Водная окись железа представлена в рудах главным образом минералами
лимонита 2 Fe2O 3(3 Н2 О и гетитом Fe2O 3( Н2 О. Руды, содержащие в
основном эти минералы, называются бурыми железняками. В добываемых рудах
содержится 37-55 %, чаще 37-40 % железа. Они характеризуются повышенным
содержанием фосфора (0,5-1,5 %).
Карбонат железа представлен в руде минералом сидеритом. Руды,
содержащие в основном эти минералы, называются шпатовыми железняками. Они
обычно встречаются в виде плотных и крепких горных пород или в виде
глинистых железняков. В шпатовых железняках содержится 30-40 % железа.
Кроме указанных соединений железа, в рудах присутствуют различные примеси
(тоже в виде соединений), которые в зависимости от вида плавки могут быть
полезными и вредными.
К вредным примесям руд относятся сера, цинк и мышьяк. Сера вызывает
красноломкость стали, а процесс ее удаления в доменном и сталеплавильном
производствах связан с ухудшением технико-экономических показателей.
Цинк, хотя и не переходит в чугун, но возгоняется, и проникая в швы
кладки, приводит к ее росту и разрыву металлического кожуха доменной печи.
Небольшое количество мышьяка можно удалить из руды при агломерации
или при специальном обжиге, а при доменной и сталеплавильной плавках он
переходит в металл. Мышьяк придает стали хладноломкость и ухудшает ее
свариваемость.
Такие примеси, как фосфор, никель, хром и медь являются полезными лишь
при выплавке некоторых марок стали, в остальных случаях же случаях они,
особенно фосфор и медь, относятся к вредным примесям. Фосфор вызывает
хладноломкость стали, его необходимо удалять при переработке чугуна в
сталеплавильных печах.
Пустая порода руд в основном состоит из SiO2 , AI2 O3, CaO и MgO,
которые обычно находятся в виде различных соединений. 2.
Характеристика важнейших рудных минералов железа по данным Ю.С.
Юсфина представлена в таблице 1. 3.

Таблица 1.
Характеристика важнейших рудных минералов железа

№ Разновидность Минерал Химическая Цвет Максимальное
п.п.железных руд формула содержание
железа
при отсутствии
пустой породы,
%
1. Магнетитовые Магнетит Fe 3О4 Железо-черны72,4
(магнитные й
железняки)
2 Полумартиты и Магнетит Fe 3О4 Черный 70
мартиты
Гематит Fe 2О3 Темно-красны72,4
й
3 Гематитовые Гематит (-Fe 3О4 Землистые 70
(красные разновидност
железняки) и красного
цвета
4 Бурые железнякиГидрогематит Fe2О3 (nН2 О Ярко-красный69,0
Гетит Fe 2О3 (Н2 О Темно-бурый 62,9
Лимонит 2Fe2О3 (3 Н2 Темно-бурый 59,8
О до черноты
КсантосидеритFe 2О3(2 Н2 ОЖелто-коричн56,1
евый
5 Сидеритовые Сидерит FeСО3 Желтовато-бу48,3
(шпатовые рый
железняки)
6 Шамозитовые Шамозит (Mg, Fe)4 хAlОт 42,0
железняки [Si3 AlO10] оливково-зел
(OH)6 nН2 О еного до
черного
7 Тюрингитовые Тюрингит (Mg, Fe)3,5 Оливково-зел37,0
железняки х(Al, Fe)1,5 еный
х [Si3 Al1,5
O10]х (ОН)6
nН2 О


1.2. Физико-химические основы методов переработки железных руд
Руда – это природное минеральное образование, содержащее металлы
(железо, медь, цинк, вольфрам, молибден и др.) в соединении с другими
веществами. Однако, в отличие от сплавов, руда не имеет металлических
свойств – она не проводит ни электрический ток, ни тепло.
Руды бывают мономинеральные, состоящие из одного рудного минерала, и
полиминеральные, содержащие несколько ценных минералов.
Чтобы получить металл из руды, надо ее разделить – отнять от нее то
вещество, с которым металл соединяется. Например, железная руда – это
соединение железа с кислородом, иначе говоря – оксид железа. Чтобы получить
железо, надо отнять от руды кислород, связав его с другим, химически
активным веществом. 4.
Переработка железных руд осуществляется в два этапа: первый состоит в
восстановлении и до металла (чугуна), второй заключается в удалении из
железа вредных примесей и добавления компонентов, изменяющих качество
металла, для получения определенных технических сортов железа, например
ковкого железа или стали. Первый из этих процессов – выплавку железа из
руды – производят в доменных печах; второй процесс, формирование (т.е.
переработку чугуна в ковкое железо, сталь и т.д.) раньше осуществляли в
кричном горне или путем пудлингования; в настоящее время для этого
используют главным образом конвертирование и процесс Сименса-Мартена, а для
специальных сталей, кроме того, тигельную плавку и плавку в электропечах
5.
Формирование чугуна.
Металлическое железо – продукт восстановления руд – появляется в
нижней части шахты печи и распаре. При большом избытке углерода в печи
получение чистого железа даже в начальной момент его появления
затруднительно. По мере опускания материалов в доменной печи и их
дальнейшего нагрева железо растворяет в себе углерод. в увеличивающемся
количестве. При этом температура плавления его снижается, металл плавится и
в виде капель стекает в горн.
Выделяют 4 стадии науглероживания железа в современной доменной печи.
Первая стадия – происходит выпадение сажистого углерода на поверхности
свежевосстановленного железа по реакциям (температура 400-1000 0 С):
СО+Н2 = Ссаж + Н2 О; (1)

2СО= Ссаж+ СО2 (2)
Все факторы, способствующие протеканию этих реакций, вызывают
увеличение содержания углерода в чугуне (рост давления в печи, высокая
восстановимость шихт, рост основности, повышение содержания водорода в
газовой фазе и др.)
Вторая стадия связана с первой и характеризуется диффузией Ссаж в
массу металлического железа (950-1150 0 С)
2СО= Ссаж+ СО (3)
3Fe+ Ссаж= Fe3 С (4)

3Fe+2СО= Fe3 С+ СО2 (5)
Третья стадия – плавление металла с содержанием примерно 2 % углерода
при температуре выше 1150 0 С и стекание капель по коксовой насадке с
растворением углерода кокса в металле:

3Fe+Ск = Fe3 С (6)
Четвертая стадия – это процесс, протекающий горне. Здесь, с одной
стороны, продолжается растворение углерода кокса жидком металле ( связано
с температурой в горне, временем пребывания и состава чугуна в горне), а с
другой – идет окисление углерода чугуна в фурменных очагах (связано с
размером печи). Содержание углерода в чугуне колеблется в интервале 4,3-5,3
%. 6-9.
Выплавку чугуна обычно осуществляют в домнах, которые представляют
собой шахтные печи высотой 20-25 м, сложенные из огнеупорного кирпича.
Сверху в доменную печь загружают окисную железную руду, измельченную до
некрупных кусков; при загрузке ее послойно перемешивают с коксом; снизу
через фурмы под давлением поступает предварительно нагретый воздух, в
котором сгорает кокс. Образующаяся при горении кокса окись углерода
восстанавливает железо из окислов:
3СО+ Fe2 O3 =2Fe3 + СО2 + 5,7 ккал (7)
Реакция ( )обратима. В соответствии с принципом Ле-Шателье, равновесие ее
смещается влево при повышении температуры. Поэтому реакция (7)
осуществляется преимущественно в верхней, менее нагретой части домны; часть
Fe2 O3 восстанавливается в этой зоне лишь до окиси железа (II).
Fe2 O3 + СО = 2 Fe O + СО2 (8)
В нижней части домны, нагретой до очень высокой температуры,
восстановителем является непосредственно углерод:
Fe O + С + 34,5 ккал = Fe + СО (9)
Температура в нижней части печи настолько высока, что железо плавится и
стекает вниз. Пространство, освобождающееся в связи с этим, а также
вследствие сгорания кокса, непрерывно заполняют сверху свежими загрузками.
Порошкообразные руды смешивают со связующими веществами и
спрессовывают полученную массу в куски нужного размера (брикетируют). Для
удаления пустой породы, почти всегда имеющейся в железных рудах. Ее
связывают при помощи соответствующих присадок. Присадки образуют с пустой
породой легкоплавкие шлаки, всплывающие на поверхность расплавленного
железа. Одновременно шлаки защищают расплавленное железо от вторичного
окисления воздухом дутья. Расплавленное железо выпускают через каждые 4-6
час через специальное отверстие у дна печи, называемое очком для спуска
железа. Шлаки спускают через специальное отверстие, проделанное на
определенной высоте. Несколько выше вводного отверстия для фурм доменная
печь расширяется – эта часть ее называется заплечиками, - а затем переходит
в длинную сужающуюся вверх часть, так называемую шахту. В соответствии с
большим количеством тепла, необходимым для восстановления железа углеродом,
происходящего в нижней части домны, температура в области заплечиков очень
быстро понижается снизу вверх. На уровне фурм она выше 1600 0 , а в
распаре, находящемся между заплечиками и шахтой, она понижается до 800 0 .
На протяжении нижних двух третей шахты температура понижается примерно от
800 до 600 0 , в верхней же части шахты падение температуры происходит
опять несколько быстрее. В области верхнего отверстия домны – колошника –
температура выходящих газов все еще достигает примерно 200 0 .ниже уровня
фурм, в горне, собирается расплавленное железо. Под печи – ее основание,
- постоянно покрытый расплавленным железом, имеет сводчатую форму, для
предотвращения всплывания кирпичей на поверхность жидкого железа вследствие
их значительно меньшего удельного веса.
Забрасываемая через колошник руда нагревается в верхней части шахты
горячими колошниковыми газами и одновременно обезвоживается. Восстановление
окиси железа (III) окисью углерода начинается уже ниже 400 0 . Оно сначала
ведет к образованию окиси железа (II, III) Fe3О4 , а затем в нижней
половине шахты при температуре выше 700 0 образуется металлическое железо,
сначала в твердом и очень пористом состоянии

3Fe2 O3 + СО=2Fe3 O4 + СО2 + 8,4 ккал (10)

Fe3 O4 + 4СО = 3Fe + 4СО2 + 4,3 ккал
(11)
Чтобы восстановление протекало в надлежащее время и с достаточной
полнотой, необходим большой избыток окиси углерода. Поэтому выделяющиеся из
колошника газы всегда содержат значительные количества окиси углерода.
Часть СО при соприкосновении с пористым железом разлагается в соответствии
с уравнением:
2СО = С + СО2 + 38,6 ккал, (12)

так как ниже 1000 0 окись углерода неустойчива. 5.

1.3. Воздействие предприятий черной металлургии на окружающую среду.

При разработке рудных залежей одновременно извлекается на поверхность
довольно большое количество горной породы. Руды огромного большинства
месторождений являются сложными комплексами и содержат не одну, а несколько
составных частей. 7.
В то же время все известные технологические процессы производства
чугуна, стали, а также процессы, связанные с их последующим переделом,
сопровождаются образованием больших количеств отходов в виде вредных газов
и пыли, шлаков, шламов, сточных вод, содержащих различные химические
компоненты, скрапа, окалины, боя огнеупора и других выбросов, которые
загрязняют атмосферу, воду и поверхность земли.
Основным источником загрязнения атмосферы выбросами металлургических
предприятий являются коксохимическое, агломерационное, доменное,
ферросплавное и сталеплавильное производства.
При всех металлургических операциях имеют место потери ценных руд,
которые в больших количествах попадают в хвосты, занимающие значительные
площади, их компоненты разносятся на большие территории.
• Коксохимическое производство загрязняет атмосферу оксидом и
диоксидом углерода, оксидами серы, аммиаком. Цехи сероочистки
коксохимических заводов обычно оборудованы электрофильтрами, через
которые в атмосферу поступают сернистый газ, сероводород, диоксид
азота, аэрозоль серной кислоты. На расстоянии 1 км от цеха
сероочистки в воздухе может содержаться до 0,02 мгм3 сернистого
газа. Кроме газов, коксохимические производства выделяют в
атмосферу большое количество пыли, например, при производстве кокса
на 1 т перерабатываемого угля выделяется около 3 кг угольной пыли.
• Доменное производство характеризуется образованием большого
количества доменного газа, примерно 2-4 тыс.м3 на 1 т получаемого
чугуна, газ содержит оксиды углерода и серы, водород, азот и
большое количество колошниковой пыли.. количество пыли на 1 т
получаемого чугуна колеблется в пределах 25-150 кг, она содержит
оксиды железа, кремния, марганца, калия, магния, серы, а также
другие вещества шихты, частицы металла и графита.
• Производство стали и чугуна сопровождается выделением в атмосферу
значительных количеств газов и пыли. Выплавка 1 т стали связана с
выбросом в атмосферу 0,04 т твердых частиц, 0,03 т диоксида серы,
около 0,05 т оксида углерода. Пыль содержит соединения марганца,
железа, меди, цинка, кадмия, свинца и др. при выплавке
высоколегированных сталей в пыли, кроме оксидов железа, содержится
диоксид кремния, соединения серы, фосфора, оксиды ванадия,
соединения хрома, марганца, никеля, молибдена, селена, теллура и
др. 8
Загрязнение окружающей среды вокруг предприятий черной металлургии в
зависимости от господствующего направления ветров ощущается в радиусе 20-50
км. На 1 км2 этой территории в сутки выпадает 5-15 км пыли.
Черная металлургия является одним из крупнейших потребителей воды, на
производство 1 т стали проката расходует 180-200 м2 воды. Суточный оборот
воды на отдельных предприятиях может достигать 3 млн. м3 и более. На долю
охлаждения оборудования приходится около 48 %, очистку газов 26 %,
обработку и отделку металла 12 %, прочие нужды 2 % воды.
Несмотря на то, что на металлургических предприятиях широко
используется оборотное водоснабжение, количество сточных вод велико. Они
содержат механические примеси органического и минерального происхождения, в
том числе гидроксиды металлов, стойкие и летучие нефтепродукты,
растворенные токсичные соединения органического и неорганического
происхождения.
Сточные воды в доменном производстве образуются при газоочистке доменного
газа, гидравлической уборке осевшей пыли и просыпа в подбункерном
помещении. В сточных водах содержатся частицы руды, кокса, известняка,
сульфаты, хлориды, осколки застывшего чугуна, графита, недогашенной
извести.
Сточные воды в сталеплавильном производстве образуются при очистке газов
мартеновских печей, конвекторов и электроплавильных печей, охлаждении и
гидроочистке изложниц, установок непрерывной разливки стали и обмывке
котлов-утилизаторов.
В литейных цехах вода используется на операциях гидравлической выбивки
стержней, транспортировке и промывке формовочной земли в отделениях
регенерации, а также в системах обеспечивающей вентиляцию, эти воды
загрязнены песком, глиной, зольными остатками от выгоревшей части
стержневой смеси и связующими добавками формовочной смеси.
При технологических процессах в черной металлургии образуется огромное
количество твердых отходов, которые складируются на больших площадях и
оказывают пагубное воздействие на почву, растительность, водные источники и
воздушный бассейн. Отвалы твердых отходов занимают тысячи гектаров полезных
земель. В них накоплено около 500 млн.т. шлаков, к которым ежегодно
прибавляется около 80 млн.т.
Шламопылевые отходы образуются практически на всех стадиях
металлургического производства. Шлам содержит большое количество железа
(около 50 %). При получении 1 т чугуна образуется от 0,4 до 0,65 т лака.
Количество образующейся шлаков на металлургических предприятиях страны
неодинаково, это объясняется различным содержанием серы в используемом
коксе, и, конечно, количеством выплавляемого чугуна. Доменные шлаки
содержат значительные количества соединений фосфора и оксида кальция, а
также другие элементы, использующие в качестве удобрений в сельском
хозяйстве.
Любая разработка какой-либо отрасли влечет за собой последствия
экологического характера. Все актуальнее возникают задачи о рациональном
использовании полезных ископаемых. Основной путь охраны минерального сырья
– это, совершенствование способов добычи, повышения коэффициента извлечения
их из недр при разработке месторождений, уменьшения отходов при добыче, в
процессе обогащения и переработки, полная утилизация всех полезных
ископаемых. 9.

1.4. Физико-химические основы выщелачивания железорудного сырья.

Выщелачивание – процесс перевода в жидкую фазу (раствор) извлекаемых
из руды соединений металлов при воздействии на нее растворителей.
Выщелачивание железных руд является гидрометаллургическим процессом. Данный
процесс используется крайне редко, а в Казахстане вообще не используется.
Основы выщелачивания железных руд описаны в работах 10, 11.
Выщелачивание может быть физическим процессом (растворитель вода) или
химическим процессом (растворитель – реагент, взаимодействующий с
извлекаемым компонентом). В качестве растворителя может применяться соляная
кислота, такой метод выщелачивания называется хлоридным. Суть
гидрометаллургического хлоридного способа заключается в растворении
исходного железосодержащего сырья в соляной кислоте с целью получения
хлористого железа и отделения примесей в виде нерастворимого остатка.

Промежуточные стадии процесса (фильтрация раствора хлорида, его
упаривание и кристаллизация) протекают с изменением агрегатного, но не
химического состояния перерабатываемого продукта. В качестве исходного
железосодержащего сырья могут быть использованы железосодержащие
концентраты после обогащения, металлизованные окатыши, железосодержащие
отходы и другие материалы. 10.
Приведены описания кинетики выщелачивания железосодержащего сырья в
соляной кислоте. Обычно выщелачиванию подвергается крица, железный скрап
или восстановленный концентрат. В работе были проведены опыты по
выщелачиванию железа непосредственно из Качканарского концентрата
следующего состава: Feобщ -62,34%, FeO-27,11%, Fe2 O3 – 59,02%, V2 O5
-0,66%, TiO2 – 2,68%, Cr2 О3 – 0,10%, MnO- 0,23%, MgO- 2,52%, CaO-
0,84%, Al2 O3 – 2,42%, S- 0,005%, Р2 О5- 0,009%, SiO2 – 3,32%.
Опыты проводили в емкостях объемом 250 мл при перемешивании раствора
мешалкой. Время опыта составляло от 0,5 до 15 ч. Температуру раствора
поддерживали на уровне 80+ 2 0 С. По окончании опыта проводили химический
анализ раствора и твердого остатка. Результаты опытов представлены в
таблице 2.

Таблица 2.
Результаты выщелачивания Качканарского концентрата в соляной кислоте
(по железу , масс.%)

τ, ч Вес остатка от Fe
выщелачивания
1 4,89 36,65
2 3,08 30,07
3 3,96 23,28
4 3,03 12,13
5 3,04 13,29
6 3,13 13,85
7 2,88 13,23
8 3,02 11,53
9 2,79 10,67
10 2,59 9,06
11 2,75 9,92
12 2,29 7,72
13 2,45 8,74
14 2,93 10,94
15 2,53 9,16

Данным методом удается перевести из концентрата в раствор до 98мас.%
Fe.10
В работе было изучено разложение исходного продукта в более активной
форме в виде магнетита Fe3 О4 в 32%-ной НС1. Реакция разложения в этих
условиях носит экзотермический характер. Температура реакционной смеси
повышалась, до 80...900 С и удерживалась в течение 1,5-2 ч при соотношении
твердой и жидкой фаз Т:Ж = 1: (1,73...2).
Характерной особенностью предложенного режима разложения является
проведение процесса в условиях нестехиометрического растворения, то есть
при дефиците НС1. произведенный расчет мольного соотношения железа, хлора и
воды в фильтратах показал, что преобладающей формой нахождения железа в
полученных растворах являются соединения гидроксохлоридов железа типа
Fe(ОН) С12 и Fe(ОН)2 С1.
Полученные результаты показывают, что проведение процесса растворения
концентрата в форме магнетита с использованием 325-ной НС1 позволяет с
высокой скоростью и без внешнего подогрева сразу получить концентрированные
растворы хлорида железа, содержащие 700...720 гл по сумме хлоридов. Такие
растворы могут быть непосредственно направлены на экстракционное отделение
железа от примесей без предварительного концентрирования, что позволит
значительно сократить и упростить технологическую схему переработку
магнетитового концентрата за счет исключения энергоемких операций
окислительного обжига исходного продукта и ... продолжение
Похожие работы
Методика изучения растворов
Утилизация и ликвидация промышленных отходов
Изучение свойств ферросиликохрома
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА И ТЕХНОЛОГИИ (НА КОНКРЕТНОМ ПРИМЕРЕ)
Программа по химии для абитуриентов
Солнечный кремний
Геофизические возможности изучения литолого-фациальных особенностей и пористости рудовмещающих отложений по каротажу – Zэф
Цинк
Электролиз. Автоматизация технологического процесса
Перевод фонтанных скважин на газлифтный способ эксплуатации на м/р Жанажол
Дисциплины