Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Целесообразность переработки той или иной горной породы, а следовательно, и возможность считать ее рудой зависят от ряда условий, однако решающее значение имеет обычно процентное содержание металла в руде. Так, например, на современном уровне техники приближенно можно считать, что руды должны содержать не менее 30% Fe для железных руд, 3% Zn для цинковых руд, 0,5% Cu для медных руд. Исходя из состава руды н содержания в ней извлекаемого металла она может быть направлена в металлургический процесс или непосредственно, или после процесса ее обогащения. Для получения металла из руды необходимо удалить пустую породу и разложением рудного минерала отделить металл от химически связанных с ним элементов. Эти процессы переработки руды называются металлургическими процессами. Для ускорения необходимых химических реакций металлургические процессы проводятся или с применением высоких температур и называются пирометаллургическими, или обработка руды ведется водными растворами реагентов; такие процессы называются гидрометаллургичес-киыи. К типовым разновидностям пирометаллургических процессов относятся обжиг, плавка и дистилляция, а гидрометаллургических — выщелачивание и осаждение из растворов, в частности электролиз растворов.
Восстановление металлов в пирометаллургических способах осуществляется, главным образом, при помощи кокса и окиси углерода, получаемой из кокса непосредственно в печи при неполном сгорании углерода. Часть кокса, при получении чугуна в домне, заменяют природным, коксовым газом, мазутом или пылевидным топливом. Образующиеся причеси отделяются от основного металла путем их ошлаковывания в виде окислов и солей, главным образом, в виде легкоплавких силикатов.
Черные металлы — чугуны и стали различных марок — производят пирометаллургическими способами. В производствах цветных металлов обычно применяют комбинации пиро- и гидрометаллургических процессов. Так, в производстве алюминия глинозем получают из руд, применяя пиро- и гидрометаллургические процессы, получение же алюминия из глинозема осуществляется пиро-металлургическим процессом электролиза расплава. Основные стадии производства меди нз сульфидных руд состоят из пирометаллургических процессов, но заключительная операция очистки меди от примесей (рафинировка) обычно осуществляется электролизом водного раствора, т. е. гидрометаллургическим процессом.
Весьма разнообразные процессы и технологические приемы применяются в металлургии редких металлов, содержание которых в рудах обычно составляет лишь доли процента. В металлургии редких металлов используются все основные
методы получения металлов, применяемые в других отраслях черной и цветной металлургии, и ряд типовых приемов химической технологии солей. Первой стадией производства обычно являются различные виды обогащения сырья. Следующая стадия заключается в разложении концентрата, полученного при обогащении, обжигом, обработкой газами (хлор, двуокись серы и др ), обработкой жидкими растворителями (кислоты, щелочи и др.). Обычно извлекаемый металл переходит в раствор, из которого выделяется оксид или соль редкого металла осаждением в виде малорастворимого соединения или кристаллизацией. Завершающая стадия — получение чистого металла или сплава электролизом растворов и расплавов, цементацией, термической диссоциацией, восстановлением углеродом или водородом. На этой стадии производства применяется также металлотермия, т. е. восстановление металлов из их окислов кремнием, ферросилицием, алюминием и другими, дающими с кислородом более устойчивые оксиды, чем оксид извлекаемого металла.
В производстве тугоплавких металлов (вольфрам, титан и др.) применяется метод порошковой металлургии, заключающийся в восстановлении из окислов металлов в видепорошка. Тугоплавкие сплавы производятся прессованием металлических порошков с последующим спеканием в электрических печах. Температура спекания порошка обычно составляет 2/3 от температуры плавления металла. Температура плавления смесей порошков также бывает ниже плавления чистых металлов. Таким образом, применяя порошковую металлургию, удается понизить температуру, требуемую для получения тугоплавких сплавов, что и является крупным преимуществом порошкового метода. Порошковую металлургию можно применять и в производстве черных металлов.
2. чугун и сталь
Производство чугуна и стали в нашей стране выросло по сравнению с 1913 г. в 25 раз (в США за то же время примерно в два раза), что обеспечило нашей стране первое место в мире.
Из печей различного типа, которые применяются для производства металлов, наибольшее распространение получили шахтные (доменные), ванные (мартеновские, конверторные и тигельные) и электрические (дуговые и индукционные) печи. Современные доменные печи (см. ч. I, рис. 73) представляют собой мощные производительные агрегаты объемом до 5000 м3. Такая печь потребляет до 25 ООО т/сут шихтовых материалов и непрерывно выпускает через 4 летки до 13 ООО т чугуна (4 млн. т год). Для интенсификации работы доменной печи в состав дутья, обогащенного кислородом (до 30%), вводят природный газ и мазут, а также повышают давление газов в печи до 2-Ю5 — 2,5-105Н/м2. Средний расход кокса на 1 кг передельного чугуна в СССР колеблется в пределах 0,45 — 0,55 кг. О работе доменной печи можно судить по количеству израсходованного углерода Ic по отношению к полезному объему печи:
