МеО + MeS > Ме + SО2^
оксид сульфид черн Ме газ
4. Плавка на штейн - это плавка, направленная на получение богатого штейна и отделения пустой породы в виде шлака.
Плавку на штейн проводят в нейтральной восстановительной или окислительной атмосфере. Наиболее выгодно проводить в окислительной атмосфере, тогда плавку называют концентрационной плавкой на штейн.
3.2 Рафинировачные плавки
Рафинировочные плавки - это плавки, направленные на очистку чернового металла от примесей. Они основаны на различии химических и физических свойств основного металла и примесей.
1. Окислительное рафинирование (огневое) - это плавка, основанная на различном химическом сродстве к кислороду основного металла и примеси, т.е. примеси с кислород дают более устойчивые соединения, чем основной металл.
2. Карбонильное рафинирование - это очистка металла от примесей, основанная на образовании примесей с угарным газом (СО) летучих карбонилов.
Ме + СО > Ме(СО)n ^
примесь карбонил
3.3 Металлотермическая плавка
Металлотермическая плавка - это плавка, направленная на получение металла за счет восстановления его из соединения более активным металлом.
Металлом восстановителем может быть:
· натрий - натриетермия;
· магний - магниетермия;
· алюминий - алюмотермия.
Этим методом можно получать практический любой металл, но данный метод очень дорогой, поэтому его применяют для получения трудно восстановимых металлов (бериллий, ниобий, тантал, цирконий), либо для восстановления металла, который невозможно восстановить, т.к. он с углеродом образует карбиды (титан).
Ме*О + Ме > МеО + Ме*
акивный Ме
Ме*Cl + Ме > МеCl + Ме*
Металлотермические процессы основаны на восстановлении их оксидов и галогенидов другими, более активными металлами; протекают с выделением тепла. С помощью металлотермии получают такие металлы, как, напр., Ti, U, РЗЭ, Nb, Та, безуглеродистые сплавы, отличающиеся высокой чистотой (гл. обр. по углероду). Высокая чистота конечных продуктов металлотермического восстановления обусловливает, напр., высокую пластичность полученных металлов, т. к. содержание многих примесей в них, в первую очередь примесей внедрения, на очень низком уровне.
4. Дистилляция
Дистилляция (сепарация) - это процесс очистки чернового металла от примесей, основанный на различных температурах кипения примеси и основного металла. Чаще сего примеси имеют более низкую температуру кипения. пирометаллургический шихта печь чугун
В металлургии процессы дистилляции используются для разделения сплавов на составляющие или для очистки металлов от легколетучих примесей. Этот процесс в сочетании с предварительным окислительным рафинированием реализуют при получении Hg, Cu, Zn, Sn, Pb и пр.
Процесс дистилляции основан на различии в давлении паров компонентов сплава при температуре процесса, причем разделение тем эффективнее, чем больше это различие, а также различие в составах жидкости и пара.
При дистилляции металлического расплава газовая фаза обогащается легколетучим компонентом, а жидкость - менее летучим, т. е. концентрация основного летучего компонента в расплаве понижается. Это вызывает необходимость повышения температуры процесса испарения для обеспечения достаточной скорости испарения основного компонента. Более того, в конце процесса различия в составах расплава и пара уменьшаются, что снижает эффективность процесса разделения.
Температура. Увеличение температуры испарения ускоряет процесс парообразования, но это ускорение различно для различных компонентов сплава, поэтому уровень температуры выбирают оптимальным.
Поверхность испарения. Более развитая поверхность сплава увеличивает скорость испарения. Оксидные пленки, накопление в поверхностном слое труднолетучих примесей снижает скорость дистилляции. Скорость испарения компонента раствора тем больше, чем больше его активность в расплаве.
Глубина вакуума. Процессы дистилляции стремяться проводить в вакууме, что обеспечивает и более низкие рабочие температуры.
5. Рафинирование
Рафинирование металлов, очистка первичных (черновых) металлов от примесей. Черновые металлы, получаемые из сырья, содержат 96--99% основного металла, остальное приходится на примеси. Такие металлы не могут использоваться промышленностью из-за низких физико-химических и механических свойств. Примеси, содержащиеся в черновых металлах, могут представлять самостоятельную ценность. Так, стоимость золота и серебра, извлекаемых из меди, полностью окупает все затраты на Р. Различают 3 основных метода Р.: пирометаллургический, электролитический и химический. В основе всех методов лежит различие свойств разделяемых элементов: температур плавления, плотности, электроотрицательности и т.д. Для получения чистых металлов нередко используют последовательно несколько методов Р.
5.1 Ликвационное рафинирование
Ликвационное рафинирование (ликвация) - это процесс очистки, основанный на образовании нескольких фаз, отличающихся по плотности. Чаще всего этот процесс применяется, если примесь и основной металл отличаются по температурам кипения. Ликвация - нарушение однородности расплава, протекающее в жидком или затвердевающем металле.
Гетерогенизация расплава обусловлена различием в характере и величине сил взаимодействия между частицами расплава. При этом происходит обеднение компонентами одних участков объема расплава и обогащение других.
Такова картина ликвационных явлений в случае образования растворов между компонентами расплава.
Различие в характере и величине сил межчастичного взаимодействия может приводить к отделению друг от друга больших объемов расплава. В этом случае происходит разделение по плотности фаз.
В процессе кристаллизации слитка или непрерывно литой заготовки ликвация носит дендритный и зональный характер и является явлением нежелательным.
1. Дендритная ликвация проявляется в микрообъемах сплава, сравнимых с размерами зерен и устраняется высокотемпературным гомогенизирующим отжигом.
2. Зональная ликвация проявляется во всем объеме слитка или заготовки и уменьшается при увеличении скорости охлаждения расплава вследствие уменьшения сечения слитка, использования водоохлаждаемых кристаллизаторов (МНЛЗ) и пр.
Косвенно явление ликвации проявляется при реализации процессов окислительного рафинирования, раскисления и пр.
Ликвационным рафинированием очищают ряд цветных металлов: Pb от Cu, Sn от Fe, Zn от Pb и Fe. Этот способ используется для извлечения Ag и Au из Pb и т.д.
Ликвационные способы отличаются друг от друга температурными условиями их осуществления. Они проводятся:
· при охлаждении расплава и последующей выдержке при определенной температуре; в этом случае из расплава выпадает фаза, обогащенная примесью;
· при нагреве твердого сплава до температуры, при которой происходит выплавление легкоплавкой фазы, богатой примесью;
· при постоянной температуре, при которой в расплав вводятся добавки, обладающие высоким химическим сродством к примеси и образующие с ней самостоятельную фазу.
5.2 Электролитическое рафинирование
Электролитическое рафинирование (электротермия) - это очистка на основе процесса электролиза.
Электролитическое рафинирование, представляющее собой электролиз водных растворов или солевых расплавов, позволяет получать металлы высокой чистоты. Применяется для глубокой очистки большинства цветных металлов.
Электролитическое рафинирование с растворимыми состоит в анодном растворении очищаемых металлов и осаждении на катоде чистых металлов в результате приобретения ионами основного металла электронов внешней цепи.
Разделение металлов под действием электролиза возможно вследствие различия электрохимических потенциалов примесей и основного металла.
Например, нормальный электродный потенциал Cu относительно водородного электрода сравнения, принятого за нуль, + 0,346, у Au и Ag эта величина имеет большее положительное значение, a y Ni, Fe, Zn, Mn, Pb, Sn, Co нормальный электродный потенциал отрицателен. При электролизе медь осаждается на катоде, благородные металлы, не растворяясь, оседают на дно электролитной ванны в виде шлама, а металлы, обладающие отрицательным электродным потенциалом, накапливаются в электролите, который периодически очищают.
Иногда (например, в гидрометаллургии Zn) используют электролитическое рафинирование с нерастворимыми анодами. Основной металл находится в растворе, предварительно тщательно очищенном от примесей, и в результате электролиза осаждается в компактном виде на катоде.
Заключение
Пирометаллургия - освоенный человечеством способ получения металлов. И не смотря на то что нынешнее время появились более новые методы получения металлов остаятся основным способом производства большинства металлов. Но ее недостатками является затратность средств и отрицательное воздействие на природу и экологию. Задачей нашей является придумать способы минимизировать вред для окружающей среды, а также разработка безотходных методов пирометаллургии.
Список литературы
1. Кожахметов С.М. Новые эффективные процессы в пирометаллургии меди, никеля и золота: избр. тр.: книга вторая. - Алматы: Fылым ордасы, 2015. - 407 с
2. Жуков, Владимир Петрович. Пирометаллургия меди. Теория, практика, прикладная статистика : учебное пособие / В. П. Жуков, С. И. Холод; М-во образования и науки РФ, Урал. федер. ун-т им. первого Президента России Б. Н. Ельцина ; под общ. ред. В. П. Жукова. - Екатеринбург : УрФУ, 2015. - 854 с.
3. https://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/089/289.htm
4. http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_2829.html
5. Уткин Н.И. Цветная металлургия (технология отрасли).- М.: Металлургия - 1990 - 434с.