Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ПИРОМЕТАЛЛУРГИЯ

ПИРОМЕТАЛЛУРГИЯ (от греч. ру-огонь и металлургия), совокупность высокотемпературных процессов получения и рафинирования металлов и их сплавов. До кон. 19 в. металлы получали только с помощью пирометаллургич. процессов; в настоящее время, несмотря на быстрый прогресс новых направлений - гидрометаллургии и электрометаллургии, пирометаллургия сохраняет ведущее положение. В крупнейших по объему выпускаемой продукции произ-вах чугуна и стали используют только пирометаллургич. переделы. Пирометаллургич. способом получают осн. часть Cu, Pb, Ni, Ti и др. важнейших металлов, а, кроме того, во мн. технол. схемах пирометаллургич. процессы сочетаются с гидро- и электрометаллургическими.

По целевому признаку пирометаллургич. процессы можно разделить на подготовительные, концентрирозание и очистку от осн. массы примесей, получение металлов из их соед., глубокую очистку металлов (рафинирование).

Наиб. распространенная подготовительная операция-обжиг, к-рый проводят при т-ре ниже т-р плавления сырья и продукта с целью изменения состава, удаления вредных примесей или(и) укрупнения пылевидных материалов (агломерирующий обжиг, или агломерация). По назначению и характеру протекающих процессов различают: окислит. обжиг, приводящий к получению оксидов или сульфатов (сульфатизирующий обжиг) при взаимод. сульфидных материалов с кислородом воздуха (напр., обжиг медных и молибденовых концентратов, сульфатизирующий обжиг цинковых концентратов); восстановит. обжиг для получения низших оксидов или металлов путем взаимод. исходных материалов с углем или др. восстановителями (напр., магнетизирующий обжиг железных руд с добавкой угля для перевода Fe2O3 в Fe3O4 перед электромагн. обогащением); кальцинирующий обжиг для получения оксидов металлов из их гидратов, карбонатов или др. соед., разлагающихся при высокой т-ре; обжиг с добавками твердых или жидких реагентов (напр., спекание вольфрамовых концентратов с содой для получения р-римого в воде Na2WO4, сульфатизация концентратов и пром. продуктов, содержащих Nb, Та и др. редкие металлы, с использованием H2SO4) и др. способы обжига.

Концентрирование металлов достигается переводом их и осн. массы пустой породы в разные легко отделяющиеся одна от другой фазы. Важнейший способ концентри-рования - плавка, осуществляемая при т-ре, достаточной для расплавления (полного или осн. части) исходного материала и продуктов. При плавке образуются два или более несмешивающихся жидких слоя, различающихся по плотности,-металлический, шлак (сплав оксидов), штейн (сплав сульфидов), расплавы солей и т.д. Восстановит. плавку проводят с использованием восстановителя, чаще всего твердого угле-родсодержащего (кокс, уголь). Продукты восстановит. плавки-металлич. расплав и шлак, иногда и др. фазы. Распределение металлов и примесей между слоями зависит от легкости их восстановления. При восстановит. плавке железных руд (доменный процесс), свинцовых, оловянных и др. концентратов извлекаемый металл переходит в металлич. фазу, примеси-в шлак или штейн, в то время как при плавке ильменитового концентрата (FeTiO3) целевым продуктом является шлак с высоким содержанием Ti, а в металлич. расплав переходит осн. примесь-Fe.

В основе окислит. плавки (окислитель - кислород) сульфидных руд, концентратов и пром. продуктов (отражательная, шахтная и электроплавка медных и медно-никелевых концентратов и руд на штейн, конвертирование никелевых и медно-никелевых штейнов и др.) лежит различие в сродстве металлов к кислороду и сере. При недостатке S в штейне концентрируются Cu, Ni, Со и др. цветные металлы, а осн. часть Fe, Ca, Si, Al, Mg и др. переходят в шлак. На этом же различии основана восстановительно-сульфидирующая плавка окисленных никелевых руд.

Др. группа процессов концентрирования основана на отделении металла в виде пара (или летучего соед.) от осн. массы исходного материала, находящегося в твердом или жидком состоянии. Осн. примеры: фьюминг-процесс-отгонка Pb, Zn, Cd, SnS и SnO при продувке жидких шлаков смесью воздуха с угольной пылью; вельц-процесс - отгонка Zn из смешанного с коксом дисперсного материала при т-ре, исключающей плавление; хлорирование титановых шлаков, лопаритового и цирконового концентратов с получением летучих TiCl4, NbOCl3, TaCl5, ZrCl4.

Для очистки от основной массы примесей применяют дистилляцию и др. процессы, основанные на разл. летучести соед. целевого металла и примесей (дистилляция MoO3, TiCl4, возгонка ZrCl4, вакуумная дистилляция Mg и MgCl2 из титановой губки и др.). Различия в летучести увеличивают избират. восстановлением, окислением или др. приемами (напр., избират. восстановление ZrCl4 в смеси с HfCl4 до нелетучего ZrCl3, избират. восстановление NbCl5 в смеси с TaCl5 до нелетучего NbCl3). Наиб. эффективный способ разделения в-в с разной т-рой кипения - ректификация (напр., очистка TiCl4 от SiCl4, разделение TaCl5 и NbCl5 и т.д.).

Получение металлов из соед. осуществляют разл. методами. Если соед. металла имеет достаточно низкую термич. устойчивость, металл из него можно получить без применения восстановителей-термич. диссоциацией. Этим способом получают, напр., Fe, Ni, Со и др. металлы из их карбонилов, W и Mo-из их хлоридов. Металлы с небольшим сродством к кислороду производят окислением их сульфидов (конвертирование медного штейна на черновую медь, получение Hg при окислит. обжиге HgS). В остальных случаях применяют электролиз в расплаве солей (напр., произ-во Al из Al2O3, Mg из MgCl2, Та из Ta2O5, Zr из K2ZrF6) или используют восстановители. С помощью восстановителей металлы чаще всего получают из оксидов и галогенидов. При произ-ве металлов из оксидов применяют СО, CH4, продукты неполного сжигания или взаимод. с водяным паром угля или прир. газа (восстановление оксидов Fe), H2 (восстановление оксидов W, Mo, Fe, Cu), углерод (получение Ni, Fe, W). Самые устойчивые оксиды восстанавливают углеродом (карботермич. способ) в вакууме (напр., получение Nb и Та) или металлами (см. Металлотермия), имеющими наибольшее сродство к кислороду (алюминотер-мич. способ получения Nb и Та, восстановление оксидов Ti и Zr кальцием или CaH2, оксидов U кальцием или Mg и т. д.). Галогениды восстанавливают металлами или H2 (восстановление TiCl4 и ZrCl4 магнием или натрием, BeF2 магнием, UF4 магнием или кальцием, натриетермич. восстановление K2TaF7, K2NbF7, K2ZrF6 и т.д.).

При рафинировании металлов используют различия в их хим. св-вах, в коэф. распределения между твердой фазой и расплавом, в летучестях металлов и примесей или их соединений. На избират. окислении примесей (С, Si, Mn, P, S и др.) основано получение стали из чугуна (см. Железа сплавы)-при окислении кислородом воздуха или обогащенного им дутья (конвертерные процессы) или оксидами, содержащимися в руде или скрапе (мартеновский процесс), примеси из металлич. расплава переходят в шлак или газы. Высокое сродство Cu к S используют при тонком рафинировании Pb-после добавления небольшого кол-ва элементарной S на пов-сть расплавленного Pb всплывает твердый сульфид Cu2S.

В основе ликвационной очистки металлов лежит выделение примесей из расплава при понижении т-ры. Примерами могут служить очистка Pb от Cu, Sn от Fe и др. Дистилляц. очистке подвергают металлы, имеющие достаточно высокую летучесть (Hg, Cd, As, Zn и др.). В ряде случаев дистилляцию проводят в вакууме (Li, Rb, Cs и др.).

При очистке от примесей, более летучих, чем основной металл, последний переплавляют в вакууме. Этот метод применяют в металлургии W, Mo, Nb, Та, Ti, Zr и др. Глубокую очистку металлов обеспечивают химические транспортные реакции (р-ции переноса) - обратимые р-ции, сопровождающиеся переносом основного металла из одной температурной зоны в другую в результате образования и разложения промежут. газообразных соед. (напр., очистка Ni в виде тетракарбонила, Ti и Zr в виде тетраиодидов). Самые чистые металлы получают с помощью направленной кристаллизации и зонной плавки-процессов, основанных на обогащении выделившихся из расплава кристаллов примесями, повышающими т-ру плавления металла, а расплава - примесями, понижающими ее. Эти способы очистки применяют при получении монокристаллов W, Mo, Ga, Al, Sn и др.

Пирометаллургич. процессы осуществляют в печах разл. типа с использованием разнообразных видов нагрева (см. Печи). В последние годы развиваются автогенные процессы, в к-рых требуемая т-ра поддерживается благодаря выделяющемуся теплу экзотермич. р-ций, напр. обжиг сульфидных концентратов в кипящем слое, плавка во взвешенном состоянии на кислородном или горячем воздушном дутье, процессы "Норанда" и "Мицубиси", плавка в жидкой ванне и др. (см. Медь).

Важное направление совершенствования пирометаллур-гич. процессов-снижение их вредного воздействия на окружающую среду, связанное с внедрением безотходных технологий, с сокращением и обезвреживанием отходов и выбросов.

Лит.: Ванюков А. В., Зайцев В. Я., Теория пирометаллургических процессов, M., 1973; Севрюков H. H., Кузьмин Б. А., Челищев E. В., Общая металлургия, 3 изд., M., 1976; Зеликман A. H., Металлургия редких металлов, M., 1980; Ванюков А. В., Уткин H. И., Комплексная переработка медного и никелевого сырья, Челябинск, 1988. Г. M. Вольдман.



     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн