Pirometalurgia

A pirometallurgia  magas hőmérsékleten végbemenő kohászati ​​folyamatok összessége. Ez a kohászat egyik ága, amely fémek és fémötvözetek magas hőmérsékleten történő előállításához és tisztításához kapcsolódik , ellentétben a hidrometallurgiával , amely magában foglalja az alacsony hőmérsékletű folyamatokat is.

Leírás

Ezek a kohászati ​​egységekben magas (800-2000°C) hőmérsékleten végbemenő kémiai folyamatok. Ezért a pirometallurgiát néha "magas hőmérsékletű kémiának" nevezik. A kémiai reakciókat gyakran a reagáló anyagok aggregációs állapotának megváltozása kíséri: olvadás , szublimáció , a képződött fémek vagy vegyületeik elpárologtatása . Az ilyen folyamatokban a szilárd, a folyékony (olvadék) és a gázfázis között bármilyen kombinációban kölcsönhatás léphet fel.

A pirometallurgiai folyamatok a kohászati ​​nyersanyagok agglomerálása, a töltetanyagok olvasztása , az ötvözetek előállítása és a fémek finomítása. Ezek különösen a pörkölés , a nagyolvasztó , a nyitott kandallós olvasztás , a konverteres olvasztás , az ív- és az indukciós kemencék. A pirometallurgia az alapja a vas , acél , ólom , réz , cink stb.

A pirometallurgiában gyakran alkalmazzák a szénredukciót  – olyan esetekben, amikor a redukálandó fémek nem képeznek stabil karbidokat , a fent említetteken kívül ilyen fémek a germánium , kadmium , ón és mások. Abban az esetben, ha visszanyerhető fémekkel stabil karbidokat képeznek, a szénnel való redukció helyett gyakran metallotermiát alkalmaznak [1] .

A pirometallurgia a kohászat fő és legősibb ága. A fémek előállítása az ókortól a 19. század végéig szinte kizárólag pirometallurgiai eljárásokon alapult. A 19. és 20. század fordulóján a kohászat másik jelentős ága, a hidrometallurgia ipari jelentőséget kapott . A pirometallurgia azonban továbbra is domináns pozíciót tart fenn mind a termelés nagyságrendje, mind az eljárások sokfélesége tekintetében.

A 20. század elején a kohászatban a lángfűtési módokkal együtt elkezdték alkalmazni a különféle elektromos fűtéseket (ív, indukciós stb.); ugyanebben az időben az olvadt kémiai vegyületek elektrolízisét bevezették az iparba ( alumínium és más színesfémek gyártása ).

A 20. század második felében terjedt el a fémek plazmaolvasztása , a zónaolvadás és az elektromos lángolvasztás . Az elektromos áram felhasználásán alapuló kohászati ​​folyamatokat a pirometallurgia - elektrometallurgia - önálló területére különítik el .

Alapfolyamatok

A pirometallurgia fő folyamata az érc olvasztása, amelyet ilyen magas hőmérsékleten hajtanak végre, amikor a kémiai kölcsönhatás termékei megolvadnak, és két folyékony fázist képeznek - fém vagy szulfid és salak. Különbséget kell tenni a redukció és az oxidatív olvasztás között.

A redukáló ércelolvasztás meghatározó folyamata a fém-oxidok redukciója az olvadt fém vagy más elemekkel alkotott ötvözetének végső előállításával. Egy tipikus redukciós olvasztás a nyersvas nagyolvasztóban történő előállítása . A redukciós eljárások a mangán, oxidált nikkel, ólom és titánércek olvasztásakor is a főszerepet töltik be.

A fő redukálószerek a szén , a szén-monoxid és a hidrogén . Szén-monoxid képződik magában a kemencében a szén tökéletlen égése során; a hidrogén fő mennyisége a kemencébe fújt földgáz bomlása eredményeként keletkezik .

A redukciós olvadékok változata a fémek metalloterm előállítása, amelyben valamely fém redukálószereként egy másik fémet használnak ( Mn , Cr , V stb.) - nagy oxigénaffinitással: Ca ; Mg ; Al , valamint Si . A metalloterm redukció egyik előnye olyan fémek előállítása, amelyek nem szennyezettek szénnel vagy hidrogénnel.

Egy tipikus oxidáló ércelolvasztás a gazdag réz-szulfid ércek aknakemencékben történő feldolgozása. Az olvasztás során a szulfid ásványokban a kén fő része oxidálódik, aminek következtében jelentős mennyiségű hő szabadul fel. Az olvasztás fő célterméke a FeS és Cu 2 S szulfid- matt olvadéka .

Az ércelvadékból származó öntöttvas és matt valójában olyan köztes termékek, amelyek további feldolgozást igényelnek. Az ilyen feldolgozás abból áll, hogy az olvadékokat levegővel vagy tiszta oxigénnel fújják , aminek eredményeként az ötvözetekben lévő szennyeződések oxidálódnak és salakba (SiO 2 ; MnO ; FeO stb.) vagy gázba (CO; SO 2 ) jutnak át. ). A folyamatot konvertálásnak nevezik .

Az átalakításhoz hasonló a füstölési folyamat – a fúvó salak megolvad a gázzal. Különbsége az átalakítástól, hogy a fémolvadékot oxidáló gázzal fújják, salak füstölésekor pedig redukáló gázzal. Másodszor pedig a fémolvadék oxidációs termékei - fémoxidok - egy második folyékony fázist képeznek - salak, és a salak füstölésének termékei - a gőzállapotban lévő redukált illékony fémek (vagy szulfidok) gáz eltávolítja a reakciótérből. patak [2] .

Jegyzetek

1. ↑ Khomchenko G.P. §12.6. A fémek megszerzésének fő módszerei // Kémia az egyetemekre jelentkezők számára. - 2. kiadás - M . : Felsőiskola , 1993. - S. 277-278. — 447 p. — ISBN 5-06-002965-4 .
2. ↑ Korotich, 2000 , p. 103-104.

Irodalom

• Kis hegyi enciklopédia . 3 kötetben = Kis kézi enciklopédia / (ukránul). Szerk. V. S. Beletsky . - Donyeck: Donbass, 2004. - ISBN 966-7804-14-3 .
• Korotics V. I. , Naboichenko S. S. , Sotnikov A. I., Grachev S. V., Furman E. L., Lyashkov V. B. (V. I. Korotich szerkesztésében). A kohászat kezdetei: Tankönyv egyetemek számára. - Jekatyerinburg: USTU, 2000. - 392 p. - ISBN 5-230-06611-3 .