Пирометаллургия — процесс получения металлов,

Значительная химическая активность металлов (взаимодействие с кислородом воздуха, другими неметаллами, водой, растворами солей, кислотами) приводит к тому, что в земной коре они встречаются главным  образом в виде соединений: оксидов, сульфидов, сульфатов, хлоридов, карбонатов и т. д. В свободном виде  встречаются металлы, расположенные в ряду напряжений правее водорода (Аg, Нg, Рt,Аu, Сu), хотя гораздо чаще медь и ртуть в природе можно встретить в виде соединений.

  •       Минералы и черные породы, содержащие металлы и их соединения, из которых выделение чистых металлов технически возможно и экономически целесообразно, называют рудами.
  • Получение металлов из руд — задача металлургии.
  •     Металлургия — это и наука о промышленных способах получения металлов из руд, и отрасль промышленности.
  • Любой металлургический процесс — это процесс восстановления ионов металла с помощью различных восстановителей. Суть его можно выразить так:
  • М n+ + ne−→M
  • Чтобы реализовать этот процесс, надо учесть активность металла, подобрать восстановитель, рассмотреть технологическую целесообразность, экономические и экологические факторы.
  • Пирометаллургия - процесс получения металлов,
  • В соответствии с этим существуют следующие способы получения металлов:
  • • пирометаллургический;
  • • гидрометаллургический;
  • • электрометаллургический.

 Пирометаллургия

  1.      Пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов — алюминия, магния.

  2. Например, олово восстанавливают из касситерита SnО2, а медь — из куприта Cu2O
  3. прокаливанием с углем (коксом):
  4. SnО2+ 2С = Sn + 2СО ↑;  Cu2O + С = 2Cu+ СО ↑
  5. Сульфидные руды предварительно подвергают обжигу при доступе воздуха, а затем полученный оксид восстанавливают углем:
  6. 2ZnS  +  302  =  2ZnО  +  2SO2 ↑;  ZnО  +  С  =  Zn  +  СО ↑
    сфалерит (цинковая обманка)

Из карбонатных руд металлы выделяют также путем прокаливания с углем, т. к. карбонаты при нагревании разлагаются, превращаясь в оксиды, а последние восстанавливаются углем:

  • FeСO3   =   FеО  +  СO2 ↑ ;   FеО  + С = Fе  + СО ↑
    сидерит (шпатовый железняк)
  • Восстановлением углем можно получить Fе, Сu, Zn, Сd, Ge, Sn, Рb и другие металлы, не образующие прочных карбидов (соединений с углеродом).
  • В качестве восстановителя можно применять водород или активные металлы:
  • 1)      МоO3 + ЗН2 = Мо + ЗН2O (водородотермия)
  • К достоинствам этого метода относится получение очень чистого металла.
  • 2)      TiO2+ 2Мg = Тi + 2МgO (магнийтермия)
  • ЗМnO2 + 4Аl = ЗМn + 2Аl2O3 (алюминотермия)
  • Чаще всего в металлотермии используют алюминий, теплота образования оксида

которого очень велика  (2А1 + 1,5 O2 = Аl2O3 + 1676 кДж/моль). Электрохимический ряд напряжений металлов нельзя использовать для определения возможности протекания реакций  восстановления металлов из их оксидов. Приближенно установить возможность этого процесса можно на основании расчета теплового эффекта реакции (Q), зная значения теплот образования оксидов:

  1. Q= Σ Q1 — Σ Q 2 ,
  2. где  Q1— теплота образования продукта, Q2 -теплота образования исходного вещества.
  3. Доменный  процесс (производство чугуна):
    C + O2 = CO2, CO2 + C ↔ 2CO
    3Fe2O3 + CO = 2(Fe2Fe32)O4+ CO2
    (Fe2Fe32)O4+ CO= 3FeO + CO2
    FeO + CO= Fe + CO2
    (чугун содержит до 6,67% углерода в виде зерен графита и цементита Fe3C);

Пирометаллургия - процесс получения металлов,
Выплавка стали (0,2-2,06% углерода) проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (CO2, SO2), либо связываются в легко отделяемый шлак – смесь Ca3(PO4)2 и CaSiO3. Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.

Гидрометаллургия

  • Гидрометаллургия — это восстановление металлов из их солей в растворе.
  • Процесс проходит в два этапа: 1) природное соединение растворяют в подходящем реагенте для получения раствора соли этого металла; 2) из полученного раствора данный металл вытесняют более активным или восстанавливают электролизом. Например, чтобы получить медь из руды, содержащей оксид меди СuО, ее обрабатывают разбавленной серной кислотой:
  • СuО + Н2SО4 =  СuSO4 + Н2
  • Затем медь либо извлекают из раствора соли электролизом, либо вытесняют из сульфата железом:
  • СuSO4. + Fе = Сu + FеSO4
  • Таким образом, получают серебро, цинк, молибден, золото, уран.

Электрометаллургия

Электрометаллургия — восстановление металлов в процессе электролиза растворов или расплавов их соединений.

Этим методом получают алюминий, щелочные металлы, щелочноземельные металлы. При этом подвергают электролизу расплавы оксидов, гидроксидов или хлоридов.

  1. Примеры:
    Пирометаллургия - процесс получения металлов,а) NaCl (электролиз расплава) → 2Na + Cl2
  2. б) CaCl2 (электролиз расплава) → Ca + Cl↑
    в) 2Al2O3(электролиз расплава) → 2Al + 3O2↑
    г) 2Cr2(SO4) + 6H2O(электролиз) → 4Cr↓ + 3O2↑ +6H2SO4
    д) 2MnSO4 + 2H2O (электролиз) → 2Mn↓ + O2↑+2H2SO4
    е) FeCl2(электролиз раствора) → Fe↓ + Cl2↑
  3. Пирометаллургия - процесс получения металлов,

Источник: http://himege.ru/obshhie-sposoby-polucheniya-metallov/

4.2.1. Понятие о металлургии: общие способы получения металлов

  • Металлургия — это комплексная отрасль промышленности, которая занимается производством металлов.
  • Поскольку большинство металлов в природе существует в виде различных соединений, то химическая суть металлургических процессов заключается в восстановлении металлов:
  • Me+n + nē → Me0
  • В зависимости от того, какой используется восстановитель и каковы условия, при которых проводят процессы восстановления различают пиро-, гидро-, электро- и биометаллургию.

Пирометаллургия (от греч. огонь и металлургия) представляет собой все химические способы восстановления металлов из руд, осуществляемые с применением  высоких температур.

В качестве восстановителей в пирометаллургии используют уголь (кокс), оксид углерода (II), водород, активные металлы, кремний.

Оксидные руды чаще всего восстанавливают коксом или оксидом углерода  (II)  — этот процесс носит название карботермия:

Для извлечения металлов пирометаллургическим способом из сульфидных руд их сначала подвергают предварительному отжигу:

А затем, полученный оксид восстанавливают коксом:

Тугоплавкие металлы, например, молибден и вольфрам, восстанавливают водородом:

Если восстановителями химически активные металлы, то этот пирометаллургический способ называют металлотермия. В зависимости от природы металла-восстановителя различают алюминотермию, или алюмотермию, — восстановление алюминием и магнийтермию — восстановление магнием. Способ металлотермии позволяет восстанавливать металлы не только из оксидов, но и с галогенидов:

Известен способ восстановления металлов кремнием, называемый силикотермией:

Гидрометаллургия представляет собой метод получения металлов, заклющийся в преобразовании природных соединений металлов в растворимую форму с последующим восстановлением металла из раствора.

О возможности применения гидрометаллургических процессов для извлечения металлов еще в 1763 г.. Говорил М. В. Ломоносов.

Гидрометаллургического способами добывают благородные (золото, серебро, платину), цветные (медь, никель, цинк, кобальт), редкие (цирконий, гафний, тантал) и другие металлы:

NiSO4 + Zn = Ni + ZnSO4

К преимуществам данного способа относится возможность его использования для получения металлов при их малом содержании в руде,  которую невозможно перерабатывать обычными способами; снижение во многих случаях загрязнения окружающей среды, например, при обжиге сульфидных руд.

Электрометаллургия — это способ получения металлов с применением электрического тока —  электролиза. Электролизом расплавов получают самые активные металлы (от лития до марганца в ряду активности), электролизом водных растворов — менее активные (Zn, Cu, Ni, Cr и т.д.).

Биометалургия основана на биохимических процессах, протекающих при использовании микроорганизмов. Известно, что микроорганизмы типа литотрофы (с лат.

– «поедающие камни») могут преобразовывать нерастворимые сульфиды металлов в растворимые сульфаты.

Сейчас с применением микроорганизмов добывают медь (в США данный метод достигает 10% от общего ее  производства), уран, рений, серебро, никель, свинец, а также некоторые редкие металлы.

Источник: https://scienceforyou.ru/teorija-dlja-podgotovki-k-egje/metallurgija

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, П.

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.

Источник: https://slovar.wikireading.ru/107553

ПОИСК

    В пирометаллургии используют также способность сульфидов металлов восстанавливать их оксиды, что приводит к самовосстановлению металлов из смеси их соединений. Это происходит при получении меди и свинца из их сульфидных руд. [c.

295]

    Методы извлечения металлов из руд определяются химическим составом последних. Извлечение металлов производится при высоких температурах, в отсутствие воды (пирометаллургия) или в водной среде, т. е. в растворах (гидрометаллургия).

С химической точки зрения реакции получения металлов по существу сводятся к реакциям окисления — восстановления. [c.228]

    Пирометаллургия занимает ведущее место в металлургии. Она охватывает способы получения металлов из руд с помощью реакций восстановления, проводимых при высоких температурах. В качестве восстановителей применяют уголь, активные металлы, оксид углерода (И), водород, метан. Так, например, уголь и оксид углерода (И) восстанавливают медь из красной медной руды (куприта) СпаО  [c.231]

    Применяя водород, с помощью пирометаллургии получают металлы высокой чистоты. Например  [c.394]

    Пирометаллургия охватывает способы получения металлов из руд с помощью реакций восстановления, проводимых при высоких температурах. В основе пирометаллургии лежат реакции восстановления металлов из их окислов. В тех случаях, когда руда представляет собой соль, например сульфид цинка, ее предварительно переводят в окисел  [c.319]

    В последние годы в пирометаллургии цинка достигнуты большие успехи.

Освоены нОвые процессы получения цинка дистилляция в вертикальных ретортах, восстановление в электротермических печах, плавка цинковых концентратов В1 шахтных печах В связи с тем что потребности отдельных отраслей промышленности могут быть удовлетворены более дешевым дистилляционным цинком, в ряде зарубежных стран получают развитие новые пирометаллургические процессы (СШД, Англия). [c.413]

    Пирометаллургия является наиболее старым и распространенным видом металлургии тяжелых металлов. Ее главнейшие операции  [c.228]

    Реакция образования фосгена протекает при наличии катализатора (активированного угля) и при комнатной температуре. Способность оксида углерода восстанавливать многие оксиды металлов широко используется в пирометаллургии.

Эти реакции лежат в основе промышленного производства таких металлов, как Ре, Со, N1, Си, Ag, Мп, Мо н др. Условия восстановления определяются природой оксида металла. Температуры восстановления металлических оксидов варьируют от 300 до 1500 °С.

В доменном процессе суммарная реакция представлена уравнением [c.186]

    ПИРОМЕТАЛЛУРГИЯ — область металлургии, связанная с получением и очисткой металлов (сплавов) при высоких температурах (обжиг, плавка и др.). К П. относится производство чугуна, стали, меди, свинца, никеля и других металлов. [c.192]

    Пирометаллургия — восстановление металлов при высоких температурах. [c.376]

    В обычных условиях оксид углерода (II) химически весьма инертен. При нагревании проявляет восстановительные свойства, что широко используется в пирометаллургии (см. стр. 265). При 700°С окись углерода сгорает синим пламенем, выделяя большое количество тепла (282 кдж/моль)  [c.460]

    Пирометаллургия — это получение металлов из их соединений при высоких температурах с помощью различных восстановителей углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов (алюминия, магния) и др. Например  [c.277]

    В зависимости от способов получения металлов различают пирометаллургию, гидрометаллургию и электрометаллургию. [c.319]

    Гидрометаллургия, как и пирометаллургия, состоит из собственно гидрометаллургии, в которой реакции выделения металлов осуществляются в водных растворах без нагревания и в отсутствие электрического тока, и гидроэлектрометаллургии, где выделение металлов производится электролизом водных растворов. [c.229]

    Восстановление металлов газообразными СО и Нз в п р и-сутствии твердого углерода. Восстановление оксидов металлов этими восстановителями идет только при высоких температурах — пирометаллургия. Процесс идет в газообразной фазе и присутствие углерода смещает равновесие в сторону восстановления металла, поэтому различают два метода ведения процесса  [c.286]

    Методом пирометаллургии получают большое количество различных металлов. [c.287]

    Пиримидиновые основания 658 Пирит 305 Пирокатехин 549 Пиролиз 457 Пирометаллургия 277 Пиросерная кислота 370 Пирофосфорная кислота 401 Пиррол 655 [c.707]

    В пирометаллургии цветных металлов реакциями, ведущими к получению металла, часто являются восстановление оксидов окисью углерода, водородом или углеродом. [c.110]

    Пирометаллургаей называется способ получения металла из руд, основанный на их нагревании, например, в печах, продуваемых воздухом. Этот способ используется в двух из трех восстановительных процессов, приведенных в таблице.

Нагрев при этом происходит либо на воздухе (обжиг), либо в присутствии восстановителя. Обычно используются уголь (кокс) или моноксид углерода, поскольку они недороги и доступны. Если оба этих вещества не годятся, в качестве восстановителя можно использовать более активный металл.

Пирометаллургия — наиболее важный и старейший способ получения металлов из руд. [c.153]

    Некоторые металлы извлекают из руд в основном способами пирометаллургии, и только конечная стадия — получение чистого металла осуществляется так называемым электролитическим рафинированием (табл.

УИМ), которое предусматривает анодное растворение пирометаллургического, загрязненного различными примесями металла и катодное его осаждение в том же электролизере в более чистом виде.

При этом товарными являются металлы, получаемые как в результате пирометаллургиче-ской переработки (металлы пониженной чистоты), так и рафинирования (чистые металлы). [c.232]

    В противоположность щелочноземельным металлам цинк и кадмий в свободном состоянии можно получить химическим восстановлением или электролизом растворов их соединений. Пирометаллурги-ческое получение 2п и Сс1 из их сернистых руд проводится в две стадии. Сначала руды подвергаются окислительному обжигу, затем полученные оксиды восстанавливают углем  [c.581]

    Получение черновой меди пирометаллурги-ческим методом из халькопирита описывается суммарным уравнением (не забудьте подобрать коэффициенты) [c.267]

    С кислородом углерод образует два оксида — монооксид СО и диоксид СО2. Монооксид углерода используется в пирометаллургии как сильный восстановитель (переводит металлы из их оксидов в свободное состояние). Для СО характерны и реакции присоединения, такие как образование карбонилкомплексов типа [Ре(С0)5]. [c.203]

    Пирометаллургия занимает ведущее место в металлургической промышленности. Суть метода заключается получении металлов из руд с помощью восстановителей при высоких температурах.

В качестве восстановителей используют уголь, активные металлы, водород, метан, рксид углерода (II).

Например, один из способов получения олова из оловянного камня (касситерита) ЗпОа заключается в восстановлении олова из оксида Зп(1У) углем  [c.143]

    Пирометаллургия включает собственно пирометаллургию, использующую химические реакции, идущие при высоких температурах, и пироэлектрометаллургию, в которой высокие температуры достигаются действием электрического тока (получаемый металл выделяется на катоде). [c.228]

    Восстановление металлов из их соединений требует больших затрат энергии, равноценных теплотам образования этих соединений.

Для протекания восстановительного процесса его необходимо проводить либо при высокой температуре, либо в растворе. Металлургические процессы, осуществляемые при сильном нагревании, называются пирометаллург и ческими (от греч.

piros — огонь), а если они приводятся в растворах, то —гидрометаллу р г и ч е с к и м и.  [c.294]

    Пирометаллургия объединяет методы, основанные на восстановле-нин металлов нз руд при высоких температурах с помощью угля или оксида углерода (II) иногда в этих целях используют алюминий, кремний и водород. [c.262]

    Наряду с обычным получением меди путем процессов, проводимых при высоких температурах (пирометаллургия), большое значение имеют методы ее извлечения, основанные на обработке руд теми или иными жидкостями (гидрометаллургия).

Для извлечения меди из особенно пригодных для гидрометаллургической переработки окисленных руд часто пользуются р тбав-ленным раствором серной кислоты. Медь сульфидных руд может быть переведена в раствор по схеме СигЗ + 2Рб2(504)з = 4Ре304 + 2Си504 + 8.

Из образующегося разбавленного раствора медной соли металл выделяют затем либо электролизом, либо действием металлического железа. [c.419]

Химия (1986) — [ c.286 ]

  • Неорганическая химия (1987) — [ c.262 ]
  • Химия для поступающих в вузы 1985 (1985) — [ c.231 ]
  • Учебник общей химии (1981) — [ c.419 ]
  • Химия (1979) — [ c.264 ]
  • Пособие по химии для поступающих в вузы 1972 (1972) — [ c.289 ]
  • Общая химия (1987) — [ c.192 ]

Общая и неорганическая химия Изд.3 (1998) — [ c.680 ]

Общая химическая технология (1964) — [ c.385 , c.402 , c.411 ]

Курс химии Часть 1 (1972) — [ c.274 ]

Общая химия и неорганическая химия издание 5 (1952) — [ c.326 , c.327 ]

Общая химия 1982 (1982) — [ c.539 ]

Общая химия 1986 (1986) — [ c.522 ]

Общая химическая технология (1970) — [ c.435 , c.436 , c.438 , c.451 ]

  1. Неорганическая химия (1978) — [ c.241 ]
  2. Химия (1975) — [ c.247 ]
  3. Химия германия (1967) — [ c.362 ]
  4. Общая химия Издание 18 (1976) — [ c.533 ]
  5. Общая химия Издание 22 (1982) — [ c.539 ]
  6. Неорганическая химия (1969) — [ c.572 ]
  7. Общая и неорганическая химия (1981) — [ c.243 ]

Основы общей химической технологии (1963) — [ c.161 , c.162 ]

  • Общая химическая технология Том 2 (1959) — [ c.124 ]
  • Основы общей химии Том 2 Издание 3 (1973) — [ c.252 ]
  • Основы общей химии Том 3 (1970) — [ c.47 ]

Источник: https://www.chem21.info/info/4863/

Продукты пирометаллургических процессов

Основными продуктами пирометаллургических процессов являются штейн, шлак и газ.

Шлаки представляют собой сложный сплав оксидов. Они формируются из оксидов пустой породы исходного сырья и специально вводимых флюсов, и служат средой для концентрирования компонентов пустой породы и их отделения от ценных металлов. Роль шлаков в пирометаллургических процессах очень велика.

В шлаковых расплавах протекают важнейшие физико-химические превращения. Вследствие обычно низкого содержания ценных компонентов в исходном сырье и высокого содержания в нем пустой породы, пирометаллургия характеризуется высоким выходом шлаков – 70-250% от массы концентрата.

Выход шлака тем выше, чем беднее перерабатываемое сырье и чем больше расход флюсов.

По этой причине свойства шлака фактически определяют все основные показатели металлургического производства – удельную производительность металлургических агрегатов, расход топлива или электроэнергии, эксплуатационные затраты и, в конечном итоге, себестоимость (экономику) передела.

Жидкие шлаки, контактирующие в ходе процесса со штейнами или черновыми металлами, всегда содержат некоторое количество извлекаемых металлов.

Хотя содержание меди, никеля и других сопутствующих металлов в шлаках относительно невелико (0,1-1,5%), из-за большого выхода шлаков абсолютные потери ценных компонентов значительны.

Если принять во внимание исключительно высокие затраты на добычу рудного сырья, достигающие в цветной металлургии 60-70% от общих затрат, вполне понятной становится острота проблемы снижения потерь металлов с отвальными шлаками.

Состав шлаков и температура плавления. Важнейшими оксидами, составляющими основу шлаков являются SiO2, FeO+Fe3O4, CaO, MgO, Al2O3. В жидких шлаках растворяется значительное количество сульфидов, главным образом – FeS. В связи с этим в шлаках часто содержится 2 и более процента серы.

Каждый из составляющих шлак оксидов имеет свою температуру плавления. Поэтому промышленные шлаки, имеющие сложный многокомпонентный состав, в большинстве случаев плавятся в интервале температур 1050 С-1150 С.

Плотность шлаков возрастает с увеличением в содержания в шлаках более тяжелых компонентов (FeO и Fe3O4) и снижается при добавке более легких (SiO2, CaO, MgO и др.) Плотность шлаков, образующихся при плавке медного и никелевого сырья на штейн составляет 2800-3700 кг/м3.

С повышением температуры плотность шлаковых расплавов прямо пропорционально понижается. В среднем рост температуры на 100 С снижает плотность шлака на 200-300 кг/м3.

Отвальные шлаки должны содержать не более 0,1-0,5% меди либо никеля. Если содержание металла выше, шлаки называются оборотными и поступают обратно в процесс.

Штейн представляет собой сплав сульфидов тяжелых цветных металлов с сульфидом железа, содержащий так же некоторое количество растворенных оксидов, главным образом – оксидов железа. В большинстве случаев (кроме чисто никелевых штейнов), штейн содержит так же благородные металлы, которые с высокой полнотой коллектируются в штейновых расплавах.

При проведении плавки в восстановительных условиях получаются металлизированные штейны, содержащие, кроме сульфидов, растворенные в них металлы. В практике цветной металлургии получают медные, медно-никелевые, никелевые и полиметаллические штейны.

Они образуются в жидком состоянии и практически не смешиваются с жидкими шлаками, что позволяет отделять их друг от друга отстаиванием. Для успешного разделения штейнов и шлаков необходимо, чтобы разность их плотностей была не менее 1г/см3. Чем она будет больше, тем быстрее идет отстаивание.

Медный штейн представляет собой расплав, состоящий в основном из сульфидов меди и железа (Cu2S, FeS) с небольшим содержанием сульфидов других металлов, магнетита (Fe3O4) и других примесей.

Большинство пирометаллургических процессов характеризуется образованием больших количеств газов и пылей. Эти два продукта удаляются из печи совместно. Пыли и газы пирометаллургических технологий имеют, как правило, большую материальную ценность, но служат источником загрязнения окружающей среды.

Поэтому их улавливание, использование и обезвреживание являются важнейшими проблемами современного металлургического производства.

Отходящие металлургические газы делятся на технологические – образующиеся за счет протекания химических реакций и топочные, являющиеся продуктами сжигания топлива.

Состав и количество отходящих газов полностью определяется типом перерабатываемого сырья и видом применяемого металлургического процесса. Основными компонентами технологических газов являются SO2, CO2, CO и пары воды.

В отдельных металлургических процессах могут выделятся газообразный хлор, мышьяковистые и другие химические соединения. При сжигании топлива преимущественно образуется СО2, СО и Н2О. Кроме того, в отходящих газах обязательно присутствуют азот и свободный кислород, поступающие в избытке с дутьем и за счет подсоса воздуха. В большинстве случаев, отходящие газы покидают металлургический агрегат нагретыми до температуры 800-1300 градусов и более.

Пыли, образующиеся в металлургических процессах, условно можно классифицировать на грубые и тонкие. Образование грубых пылей связано с выносом газовым потоком мелких частиц перерабатываемой шихты, или продукта металлургической переработки (напр., при обжиге).

Крупность и количество этих пылей определяется скоростью газового потока и крупностью перерабатываемого материала. Размер пылей – от 3-10 мкм до нескольких миллиметров. Химический состав грубых пылей обычно идентичен составу исходного материала, из которого они образовались.

Их обычно возвращают в оборот или объединяют с продуктами данного процесса.

Тонкие пылиобразуются преимущественно за счет улетучивания (возгонки) легколетучих компонентов (металлов или химических соединений). Пары, получающиеся при этом, уносятся газовым потоком и при последующем охлаждении газов конденсируются с образованием твердых частиц или жидких капель.

Размер частиц тонких пылей, называемых возгонами, в момент образования составляет десятые и сотые доли микрометра. По химическому составу возгоны резко отличаются от исходного материала, и обогащены летучими компонентами – цинком, кадмием, свинцом, германием, индием и другими редкими рассеянными элементами.

Они являются очень ценным сырьем для извлечения этих элементов и подвергаются самостоятельной дальнейшей переработке.

Очистка отходящих газов от пыли необходима и для предотвращения загрязнения окружающей среды и для сокращения потерь ценных компонентов сырья.

Основой законодательства об охране атмосферного воздуха являются предельно допустимые концентрации вредных веществ (ПДК).

ПДК количественно характеризует такое содержание вредных веществ в атмосферном воздухе, при котором на человека и окружающую среду не оказывается ни прямого, ни косвенного воздействия.

Под прямым воздействием имеется в виду временное раздражающее действие на организм, вызывающее кашель, головную боль, неприятный запах и т.п. Косвенное воздействие – это такие изменения в окружающей среде, которые, не оказывая вредного влияния на организм, ухудшают обычные условия обитания – например, увеличивают число туманных дней в году, поражают зеленые насаждения и т.п.

  • Выбор метода очистки газов от пыли определяется свойствами очищаемого газа и пыли. Наиболее широко применяются следующие методы:
  • 1.Осаждение частиц под действием силы тяжести
  • 2.Очистка от пыли под действием центробежной силы, возникающей при изменении направления газового потока
  • 3.Фильтрация
  • 4.Мокрое пылеулавливание

5.Электрическая очистка газов.

ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИИ

Принцип гидрометаллургического способа переработки руд заключается в переводе в раствор извлекаемого металла, с последующим выделением его из раствора в чистом виде или в виде химического соединения. Пустая порода при этом остается в твердом остатке (нерастворившейся части).

  1. Главные достоинства, благодаря которым гидрометаллургические методы получения металлов получают все более широкое распространение, заключаются
  2. — в возможности избирательного извлечения металлов из бедных и труднообогатимых руд (иногда непосредственно из рудного тела — подземное вы­щелачивание меди, урана) с минимальными теплоэнергетическими затратами — при невысоких температурах (до 300°С);
  3. — в отсутствии загрязнения атмосферы вредными газовыми выбросами;
  4. — в более благоприятных санитарно-гигиенических условиях труда обслу­живающего персонала по сравнению с пирометаллургической технологией,
  5. — в более высоком уровне механизации и автоматизации.
  6. Основными недостатками гидрометаллургических процессов являются:
  7. — громоздкость технологии в целом в связи с большим объемом растворов и большим количеством и разнообразием применяемой аппаратуры
  8. — высокие капитальные затраты на строительство гидрометаллургических цехов и заводов. Этот недостаток частично устраняется в районах с теплым или жарким климатом, когда установки можно располагать под открытым небом или в зданиях легкого типа,
  9. — необходимостью обезвреживания больших объемов сточных вод.
  10. Основными этапами гидрометаллургической технологии являются:

1) подготовка рудного сырья к переделу. На этом этапе происходит механическая обработка материала – дробление и измельчение с целью раскрытия ценных минералов и создания большей удельной поверхности выщелачивания твердой фазы. Если руду можно обогатить – руда направляется, например, на флотацию.

Затем производится изменение химического состава исходного материала с целью перевода малорастворимых соединений в растворимые. Эти операции называют разложением или вскрытием рудного материала. К ним относятся:

  • — окислительный обжиг сульфидного сырья (перевод сульфидов в оксиды при Т=1100-1400К: MeS+1,5O2=MeO+SO2) — используют в производстве меди, цинка
  • — сульфатизирующий обжиг (Т=880-900К: MeS+2O2=MeSO4) — используют в производстве меди, кобальта
  • — хлорирующий обжиг (Т=1100-1400К: MeS+2O2+2NaCl=MeCl2+Na2SO4) – для сырья с невысоким содержанием ценных компонентов,

— восстановительный обжиг (MeO+восстановитель(С,Н2,SO2)=Me+ВO) — используют в производстве никеля из окисл.руд, кобальта, редкозем.металлов

— спекание с солями или щелочными реагентами (содой, известью, хлоридами и т.д.) – в производстве молибдена, вольфрама, ванадия, алюминия.

2)перевод в раствор извлекаемого металла – выщелачивание. Выщелачивание – это перевод металла из рудного материала (или продукта, полученного в результате подготовительных операций) в раствор.

3) разделение раствора и твердого остатка. Эта стадия включает в себя операции сгущения, фильтрации и промывки твердой фазы.

4) химическая очистка раствора от нежелательных примесей и повышение концентрации раствора.

Стадия включает операции очистки растворов различными методами – осаждением малорастворимых соединений, удаление примесей сорбцией с помощью ионообменных смол, экстракцией.

Затем идут операции концентрирования раствора по извлекаемому компоненту выпаркой, ионным обменом или экстракцией органическими растворителями.

5) выделение металла из раствора. На этой стадии извлекаемый металл выделяется из раствора, полученного после выщелачивания, с помощью различных методов: осаждения малорастворимых соединений, восстановления газообразными реагентами, цементацией , электролизом и др.

  1. Наиболее важными, из приведенных выше операций гидрометаллургического передела, являются выщелачивание и выделение из раствора целевого металла.
  2. Процессы выщелачивания классифицируются по:
  3. — типу растворителя (щелочное (растворитель — водные растворы щелочей: NaOH; NH4OH), кислотное (растворитель — водные растворы минеральных кислот: H2S04; НС1; HNO3), солевое (растворитель — водные растворы минеральных солей : Na2C03 и др.), нейтральное (Н2О) )
  4. — способу осуществления (периодическое, непрерывное, одно-многостадийное, прямоточное и противоточное),
  5. — окислительно-восстановительным условиям среды (окислительное, восстановительное, нейтральное),
  6. — аппаратурному оформлению (кучное, подземное выщелачивание, перколяционное (просачиванием), агитационное),
  7. — величине давления (при атмосферном или избыточном (автоклавное) давлении),
  8. — использованию подготовительных операций (прямое или с предварительной подготовкой).
  9. Характеристика растворителей
  10. Выбор растворителя во многом определяет показатели и экономичность процесса выщелачивания. При этом учитывают:
  11. — химический, минералогический и фазовый состав сырья,
  12. — агрессивность растворителя по отношению к материалам используемой аппаратуры,
  13. — селективность воздействия на извлекаемый металл,
  14. — возможность регенерации на стадии осаждения металлов,
  15. — токсичность, доступность, стоимость.

Водаявляется наиболее доступным, дешевым и безопасным растворителем. Вода применяется для выщелачивания огарков сульфатизирующего и хлорирующего обжигов.

Водные растворы солей. В процессах выщелачивания применяют следующие растворы солей – FeCl3, Fe2(SO4)3 , NaCl, NaCN и др. Соли являются достаточно эффективными растворителями, особенно при Т>100 С, но они дороги, получаемые растворы загрязнены балластными солями, что осложняет регенерацию растворителя и извлечение ценного компонента.

Кислоты. В гидрометаллургии наиболее часто используют серную кислоту Н2SO4.

Серная кислота обладает высокой вскрывающей способностью, оказывает сравнительно слабое коррозионное воздействие на гидрометаллургическую аппаратуру, она доступна и отличается низкой стоимостью (техническая кислота стоит около 10 000-15 000 руб/т).

При последующем электрохимическом или автоклавном осаждении металлов из сульфатных растворов удается обеспечить регенерацию кислоты. Серная кислота применяется при выщелачивании окисленных и смешанных медных руд, уранового сырья, окисленных никелевых руд и т.д.

Азотная НNО3 и соляная НCl кислоты более дороги, обеспечивают меньшую селективность, более агрессивны к материалам используемой аппаратуры.

Плавиковая кислота HF имеет ограниченное применение ввиду высокой стоимости (150 000-200 000 руб/т), токсичности, повышенной коррозионной активности. Ее используют для вскрытия особо упорного редкометалльного сырья.

«Царская водка» (смесь 3-4 частей НCl и 1 части НNО3) применяется для выщелачивания платиновых руд и при рафинировании золота и серебра.

Щелочи. Наиболее часто используемые реагенты – каустическая сода (техническое название NaОН), водный раствор аммиака (NН4ОН) и др.

Щелочи обладают высокой избирательностью при выщелачивании металлов, низкой коррозионной активностью, особенно эффективны при переработке сырья с повышенным содержанием основных пород. Каустическая сода применяется при переработке бокситов (процесс Байера), вольфрамосодержащих руд и концентратов.

Раствор аммиака является высокоселективным реагентом при переработке сырья, содержащего Cu, Zn, Ni, Co, Cd, Ag в металлической, оксидной и сульфатной формах.

Щелочные реагенты дороги, регенерация их очень сложна, возникают проблемы в цикле обезвоживания из-за повышенной вязкости жидкой фазы. Аммиак отличается повышенной токсичностью и летучестью, способностью к образованию взрыво- и пожароопасных смесей с кислородом, поэтому его применение требует герметичной и более дорогой аппаратуры и хорошей системы утилизации газовых потоков.

  • Эффективность выщелачивания оценивается:
  • — извлечением – степенью перехода извлекаемого элемента в раствор по отношению к его содержанию в исходном сырье, %.
  • — скоростью процесса (масса извлекаемого элемента в единицу времени возрастает с увеличением температуры, концентрацией реагентов, интенсивностью перемешивания, удельной поверхности сырья),
  • — селективностью – степенью извлечения ценного элемента по отношению к сопутствующим примесям: чем меньше скорость и извлечение, тем выше селективность,

— удельным расходом реагента – расходом химиката на массовую единицу извлекаемого металла. Расход реагента растет с увеличением температуры, дисперсности сырья, продолжительностью выщелачивания (из-за развития побочных реагентопотребляющих процессов).

Выбор параметров выщелачивания определяется экономическими расчетами, как правило, на компромиссной основе, т.к.:

  1. — чем больше извлечение, тем меньше скорость процесса, следовательно, дольше пребывание пульпы в реакторе, что требует больших объемов оборудования и капитальных затрат,
  2. — чем больше тонина помола сырья, тем больше степень извлечения и скорость процесса, но больше затраты на доизмельчение и хуже разделение пульпы и затруднена фильтрация,
  3. — чем выше температура и концентрация растворителя, тем больше извлечение и скорость процесса, но выше затраты на энергетику, хуже селективность процесса, сложнее перерабатывать полученные растворы и подбирать материал для изготовления реакторов.
  4. Главной задачей технологов является подбор такого растворителя и таких условий выщелачивания (температуры, концентрации реагентов), при которых извлекаемый металл растворялся бы с максимальной полнотой и скоростью, а пустая порода и сопутствующие элементы либо вообще не растворялись, либо степень их перехода в раствор была бы невелика.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/7_127934_produkti-pirometallurgicheskih-protsessov.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector