TMI - opracowanie

11 Pages • 3,954 Words • PDF • 1 MB
Uploaded at 2021-09-24 08:49

This document was submitted by our user and they confirm that they have the consent to share it. Assuming that you are writer or own the copyright of this document, report to us by using this DMCA report button.


„Technologia metali” – L. Krynicki, L. Sozański – streszczenie Autor: Michał Dwornikowski. Streszczenie (niekompletne) powstało na podstawie ww. skryptu oraz wykładów dr. inż. Tomasza Szulca. 3. PROCESY PRZYGOTOWAWCZE I MATERIAŁY STOSOWANE W METALURGII 3.1 Wprowadzenie. Ruda – kopalina, czyli skała lub minerał, z której uzyskuje się jeden lub więcej składników. Ruda w sensie przemysłowym to minerał zawierający związki metali. W rudach występują też inne związki, np. tlenki, które tworzą tzw. skałę płonną. Metalurgia – nauka o otrzymywaniu metali z rud. W szerszym znaczeniu do metalurgii można zaliczyć dziedziny pokrewne takie jak kopalnictwo, przetwarzanie rud, otrzymywanie koksu, rafinację metali itp. 3.2 Przeróbka rud metali. Proces otrzymywania z rudy czystego metalu można podzielić na następujące fazy: - przeróbkę wstępną rudy - właściwy proces metalurgiczny, doprowadzający do powstania metali surowych lub hutniczych - rafinowanie (oczyszczanie) dające w efekcie czysty metal użytkowy, który ma określone właściwości Przeróbka rudy ma na celu wzbogacenie jej, czyli zwiększenie zawartości procentowej metalu przez: - przeróbkę chemiczną - mechaniczne usunięcie przeważającej skały płonnej (wzbogacanie magnetyczne – jeżeli ruda posiada właściwości magnetyczne, flotacja)

Procesy metalurgiczne można podzielić na: - pirometalurgiczne (ogniowe), prowadzone w wysokich temperaturach - elektrometalurgiczne, wykorzystujące piece łukowe oporowe i indukcyjne (materiały uzyskane w tych procesach mają lepsze właściwości) - hydrometalurgiczne, polegające na otrzymywaniu metali z wodnych roztworów ich soli w procesie elektrolizy lub wytrącania innym metalem 3.3 Materiały ogniotrwałe. Własności, jakie powinny mieć materiały ogniotrwałe: - ognioodporność - ogniotrwałość pod obciążeniem - odporność na wpływy chemiczne W zależności od zachowania się względem żużli, materiały ogniotrwałe dzielimy na: - kwaśne (krzemionki, glina, szamot) – są atakowane przez żużle zasadowe a odporne na działanie żużli kwaśnych - zasadowe (magnezyt, dolomit) – są atakowane przez żużle kwaśne a odporne na działanie żużli zasadowych - neutralne (chromity) – słabo reagują z żużlami kwaśnymi i zasadowymi, lub wykazują pełną odporność Materiał, z którego zbudowany jest piec itd. musi mieć ten sam odczyn, co wsad (lub być obojętny). Szamot – materiał ceramiczny otrzymywany przez wypalenie gliny lub łupków i zmielenie otrzymanego produktu. Wyroby szamotowe cechują się dużą odpornością na szybkie zmiany temperatury. Po wymieszaniu z plastyczną gliną ogniotrwałą, szamot używany jest do wyrobu ogniotrwałych materiałów, np. okładzin stosowanych w kaflowych piecach domowych, paleniskach, piecach przemysłowych itp.

„Technologia metali” – L. Krynicki, L. Sozański – streszczenie 3.4 Paliwa stosowane w metalurgii. Paliwa stałe używa się w kotłowniach (węgiel kamienny), w wielkich piecach (koks) i procesach spiekania rud (miał koksowy). Paliwa ciekłe (mazut, olej smołowy) stosuje się głównie w piecach martenowskich. Paliwa gazowe stosuje się bardzo często, ze względu na łatwość transportowania oraz ułatwienie automatyzacji procesów spalania. 1.

Paliwa gazowe: - gazy wysokokaloryczne: gaz ziemny (700 kJ/mol), gaz koksowniczy (350 kJ/mol) i świetlny (350 kJ/mol), gaz naftowy (uboczny produkt destylacji ropy naftowej) - gazy średniokaloryczne: np. gaz czadnicowy (150 kJ/mol) - gazy niskokaloryczne: gaz wielkopiecowy (80-100 kJ/mol) i generatorowy (do 110 kJ/mol) Korzyści zastosowania gazów jako paliw: - zupełne spalanie - łatwość regulacji temperatury i wielkości płomienia - łatwość otrzymywania dowolnej atmosfery pieca - brak popiołu - łatwy transport paliwa - łatwo jest je odpylać (oczyszczać)

2.

Paliwa ciekłe: - ropa naftowa - mazut – pozostałość procesu destylacji ropy naftowej, ciecz o dużej lepkości, trudno zapalna - olej ze smoły pogazowej

3.

Paliwa stałe: Z paliw stałych największe zastosowanie ma koks otrzymywany podczas suchej destylacji węgla kamiennego. Podczas wytapiania surówki w wielkim piecu zadaniem koksu jest nie tylko dostarczenie ciepła lecz również zredukowanie tlenków żelaza. Powinien charakteryzować się odpowiednią wytrzymałością na ściskanie i ścieranie oraz dobrą przepuszczalnością gazów. Koks powinien mieć zabarwienie srebrzystoszare. Ciemna barwa świadczy o niezupełnym odgazowaniu. Wytwarzanie koksu: 1) Rozdrabnianie węgla na granulki o średnicy do 5mm i mieszanie jego różnych gatunków. 2) Zwilżanie węgla (8-9% wilgoci) – jeżeli potrzeba. 3) Prasowanie i wsypanie do komór pieca koksowniczego. Piec ma takich komór 50-100 o wymiarach 10 x 4,5 x 0,4 m. W jednej komorze mieści się ok. 10 ton wsadu. Komory koksownicze umieszcza się na przemian z komorami grzewczymi i zamyka hermetycznie. 4) 5)

Wsad umieszczony w baterii poddawany jest suchej destylacji w temperaturze powoli wzrastającej do 1200⁰C. Czas procesu koksowania wynosi 12-24 godzin. Po skończonym procesie cały wsad jest wypychany z komory i niezwłocznie gaszony za pomocą wody. Wówczas duże kawałki koksu pękają i rozdrabniają się. Koks można również gasić na sucho za pomocą azotu.

Na opalanie pieca koksowniczego zużywa się około 50-60% produkowanego przez niego gazu. Tam, gdzie jest wielki piec, taniej jest opalać baterię gazem wielkopiecowym. Ma on co prawda niższą kaloryczność, lecz jest tańszy. Z jednej tony węgla otrzymuje się przeciętnie 0,75 tony koksu i około 325m^3 gazu koksowniczego, 30kg smoły pogazowej oraz oleje, benzol i amoniak. Gaz koksowniczy – z komór gazowniczych jest przepompowywany do odstojnic, gdzie opadają cięższe cząsteczki smoły, następnie przechodzi przez cały szereg odstojnic, gdzie jest oczyszczany z amoniaku i benzoli.

2

„Technologia metali” – L. Krynicki, L. Sozański – streszczenie 4. METALURGIA ŻELAZA 4.1 Rudy żelaza Dzielą się na kwaśne (dużo krzemionki w skale płonnej) oraz zasadowe (tlenki wapnia i magnezu). Rudy żelaza są zwykle monometaliczne, tzn. żelazo stanowi przytłaczającą większość metalu w rudzie. Magnetyt - jest rudą pochodzenia wulkanicznego i zawiera w swoim składzie do 70% Fe. Jest koloru czarno-srebrzystego, ma własności magnetyczne, zwartą budowę i ze względu na skład chemiczny skały płonnej jest trudno topliwy. Hematyt – zawiera około 50-60% Fe, ma zabarwienie czerwone. Jest rudą łatwo topliwą i nie stanowi w kopalinie zwartej masy. Limonit – zawiera około 30-50% Fe, ma barwę żółtą. Jest najbardziej rozpowszechnioną rudą w przyrodzie i powstaje najczęściej w wyniku wietrzenia innych rud, jak magnetytu i hematytu. Jest rudą łatwo topliwą. Syderyt – zawiera około 30-40% Fe, ma barwę szarą. Jest rudą bardzo łatwo topliwą lub samo topliwą. Przygotowanie rudy po wydobyciu: - sortowanie wg. wielkości - rozdrobnienie zbyt dużych kawałków - rudy wykazujące własności magnetyczne są oddzielane od reszty w sortownikach elektromagnetycznych - wzbogacenie poprzez suszenie w wysokiej temperaturze (limonity) lub prażenie (syderyty) w celu pozbycia się wody - poddanie rudy procesowi spiekania w celu otrzymania dużych brył materiału wsadowego do wielkiego pieca 4.2 Topniki W celu ułatwienia stopienia skały płonnej i oddzielenia zanieczyszczeń niemetalicznych od żelaza, dodaje się zwykle do wsadu wielkopiecowego topników. Skład chemiczny topników zależy od składu chemicznego skały płonnej, towarzyszącej rudzie. Jeżeli w skład skały płonnej wchodzą składniki zasadowe, to topniki powinny mieć odczyn zasadowy i na odwrót. 4.3 Otrzymywanie surówki. Proces wytwarzania stali początkowo był bardzo prymitywny. Odbywał się w tzw. dymarkach, w których temperatura nie przekraczała 1100⁰C. Dymarka jest piecem kolistym o wymiarach ok. 50 x 80 cm i jest częściowo zagłębiona w ziemi. Do wyrobu stali używano głównie rud tlenkowych oraz węgla drzewnego. W dymarce rozżarzone cząstki węgla odbierały rudzie tlen i w ten sposób tworzyła się gąbczasta masa żelaza wolnego od tlenu, zawierająca nieco węgla. W efekcie otrzymywano bryły stali zawierające pewną ilość żużla.

Wynalezienie i zastosowanie koksu pozwoliło na zbudowanie wielkiego pieca, w którym po raz pierwszy uzyskano ciekły stop żelaza z węglem. Doszło jednak zarazem do rozpuszczenia w tym stopie oprócz znacznych ilości węgla również wszelkiego rodzaju domieszek. Uzyskany produkt miał bardzo dobre własności odlewnicze, lecz znikome plastyczne. W celu polepszenia własności plastycznych należało przeprowadzić proces tzw. świeżenia, polegający na wypaleniu wszelkich domieszek zawartych w stopie za pomocą tlenu z powietrza w tzw. świeżarkach. W świeżarce rozżarzone węgle drzewne ogrzewają kawałki surówki. Strumień powietrza płynący z miechów przez dyszę dostawał się do kotliny pieca i tam powodował intensywne spalanie się węgla. W wysokiej temperaturze surówka ulegała stopieniu, a domieszki częściowemu wypaleniu. Dzięki znacznemu zmniejszeniu zawartości węgla uzyskiwano stal charakteryzującą się dobrymi własnościami plastycznymi, którą można było kuć i walcować.

4.3.2 Otrzymywanie żelaza zgrzewnego. Dla czystych i bogatych rud: - Bureau of Mines - metoda szwedzka Najpopularniejszą metodą jest metoda Kruppa, w której otrzymuje się żelazo zgrzewne o nazwie żelgruda. Są to gąbczaste grudki żelaza o zawartości 92-95% Fe i są używane jako wsad wielkopiecowy. Do produkcji żelgrudy używa się specjalnych pieców ustawionych skośnie

3

„Technologia metali” – L. Krynicki, L. Sozański – streszczenie (wym. : średnica 5m, długość do 150 m). Zewnętrzna, stalowa konstrukcja pieca jest wyłożona w środku materiałem ogniotrwałym. paliwem jest pył węglowy wdmuchiwany do środka i spalający się wraz z koksem zawartym we wsadzie. Proces trwa ok. 6 godzin. 4.3.3 Proces wielkopiecowy. Przygotowanie rudy. Do wielkiego pieca używa się kawałków rudy wielkości pięści. Jest ona rozdrabniana w kruszarkach. Zbyt drobne kawałki są brykietowane (prasowane) w większe kawałki, lub poddawane aglomeracji, tzn. spiekaniu w wysokich temperaturach. Powietrze. Do wielkiego pieca doprowadza się silnie podgrzane (900⁰C) powietrze pod ciśnieniem. Proces nagrzewania powietrza odbywa się w nagrzewnicach Cowpera. Z piecem współpracują 3 takie nagrzewnice (wym. : wys. 20-30m, śr. 6-8m). Są wyłożone prostkami szamotowymi ułożonymi „w kratkę”. Nagrzewnice pracują naprzemiennie. Przez jedną przepuszcza się gaz wielkopiecowy, który spalając się w niej nagrzewa ją do temperatury około 1000°C. Po nagrzaniu zamyka się dopływ gazu i przepuszcza zimne powietrze, które nagrzewa się do temperatury 900°C ciepłem oddanym. Powietrze i gaz są tłoczone za pomocą wielkich dmuchaw napędzanych gazem wielkopiecowym. Równocześnie pracują tylko dwie nagrzewnice – jedna nagrzewa się, druga oddaje ciepło. Trzecia w tym czasie jest poddawana konserwacji (szybkie zużycie na skutek szoku termicznego).

Budowa wielkiego pieca. Wszelkie procesy redukcyjne odbywają się w wielkim piecu. Jest to klasyczny piec szybowy, tzn. taki, w którym wysokość jest znacznie większa od średnicy. Składa się on z trzech części walcowych i dwóch stożkowych. Najniżej położony jest gar, oparty na trzonie (solidnej betonowej podstawie), na garze opiera się spad, następnie jest przestron a nad nim wyłożony szyb i gardziel. Konstrukcja wielkiego pieca jest jakby dwuczęściowa, a mianowicie przestron nie spoczywa bezpośrednio na spadzie, lecz jest podparty osobną stalową konstrukcją. Pozwala to na niezależne rozszerzanie się górnej i dolnej części pieca. Wielki piec podczas pracy bardzo intensywnie się nagrzewa. Górna część pieca chłodzona jest wodą natryskiwaną bezpośrednio na zewnętrzną ścianę, natomiast dolne części przez przepływ wody w specjalnych żeliwnych skrzyniach wmurowanych w obudowę pieca. Omówienie poszczególnych części pieca: Gar – służy jako zbiornik stopionego metalu i żużla. W górnej jego części znajdują się dysze powietrzne (12-20 sztuk), którymi dochodzi gorące powietrze. Dysze połączone są ze sobą rurą biegnącą wokół pieca. Na dole garu umieszczony jest otwór do spuszczania surówki, a nieco wyżej otwór do spuszczania żużla. Zarówno gar, dysze i otwory spustowe są chłodzone wodą. Spad – jest to obszar, w którym odbywa się właściwy proces redukcji rudy. Gardziel – górna część pieca, w której zamontowane jest urządzenie zasypowe. Jego konstrukcja zabezpiecza przed wydostawaniem się gazu wielkopiecowego na zewnątrz (zamknięcie z dwóch stożków).

4

„Technologia metali” – L. Krynicki, L. Sozański – streszczenie

Produkty wielkopiecowe. Surówka – przeciętnie co 6-8 godzin przebija się kanały i spuszcza ciekłą surówkę. Następnie przelewa się ją do mieszalnika lub też odlewa w formach piaskowych. W drugim wypadku w pobliżu wielkiego pieca powinna znajdować się hala odlewnicza. Surówka spływa do kanału i rozgałęzieniami do form. Po skrzepnięciu z każdej formy otrzymuje się tzw. gęś o wadze ok. 50 kg.

5

„Technologia metali” – L. Krynicki, L. Sozański – streszczenie

Żużel wielkopiecowy – niektóre jego rodzaje mogą być zastosowane w budownictwie, ten bezwartościowy jest wywożony na hałdy. Gaz wielkopiecowy – wychodzący bezpośrednio z pieca zawiera pewną ilość zanieczyszczeń, głównie pył koksowy i drobinki rudy. Przed dalszą obróbką należy go oczyścić. Najpierw odbywa się to mechanicznie na sucho, następnie na mokro lub elektrycznie w elektrofiltrach. Zanieczyszczenia po zbrykietowaniu trafiają znowu do procesu wielkopiecowego. 4.4 Wytwarzanie stali. Procesy stalownicze polegają na usunięciu ze stali takich domieszek jak: węgiel, krzem, mangan, siarka i fosfor. Sposoby, jakimi się to wykonuje można podzielić na trzy grupy: - utlenianie zanieczyszczeń - rozpuszczanie zanieczyszczeń - redukcja tlenków Usuwanie fosforu. Ważne jest pozbycie się fosforu. Aby tego dokonać żużel musi być zasadowy. I. 2𝑃 + 𝑆𝐹𝑒𝑂 → 𝑃2 𝑂5 + 𝑆𝐹𝑒 II. 𝑃2 𝑂5 + 3𝐹𝑒𝑂 → (𝐹𝑒𝑂)3 𝑃2 𝑂5 III. (𝐹𝑒𝑂)3 𝑃2 𝑂5 + 4𝐶𝑎𝑂 → (𝐶𝑎𝑂)4 𝑃2 𝑂5 + 𝐹𝑒𝑂 Usuwanie krzemu. Usuwanie krzemu nie zawsze jest pożądane. I. 𝑆𝑖 + 𝑂2 → 𝑆𝑖𝑂2 II. 𝑆𝑖 + 2𝐹𝑒𝑂 → 𝑆𝑖𝑂2 + 2𝐹𝑒 Usuwanie siarki. Proces jest zasadowy. Ważne aby został mangan. I. 𝐹𝑒𝑆 + 𝑀𝑛 → 𝐹𝑒 + 𝑀𝑛𝑆 II. 𝐹𝑒𝑆 + 𝐶𝑎𝑂 → 𝐶𝑎𝑆 + 𝐹𝑒𝑂 III. 𝑀𝑛𝑆 + 𝐶𝑎𝑂 → 𝐶𝑎𝑆 + 𝑀𝑛𝑂 Zgar – usuwanie żelaza z surówki w postaci FeO – przechodzi do żużla. 4.4.2 Mieszalnik. Zadaniem mieszalnika jest magazynowanie ciekłej surówki spuszczonej z wielkiego pieca z kilku wytopów lub kilku pieców oraz: - równomierne dostawy surówki do stalowni niezależnie od nierówności produkcji - wymieszanie i ujednorodnienie poszczególnych spustów - umożliwienie odsiarczenia surówki Mieszalniki buduje się w kształcie cylindrycznym o poziomej osi. Najczęściej są osadzone na rolkach, co ułatwia przechylanie. Niekiedy również są ogrzewane gazem. Pojemność mieszalnika stacjonarnego dochodzi do 1000 ton, a stacjonarnego do 2000 ton. 4.4.3 Proces Bessemera – początek masowej produkcji stali. Proces stalowniczy Bessemera (świeżenie stali) jest prowadzony w tzw. konwertorach. Jest to naczynie walcowe o kwaśnej wymurówce, zwężające się ku górze ze skośnie skierowanym wylotem. Proces polega na przedmuchaniu powietrzem ciekłej surówki. Trwa około 15 minut. Dzięki niemu można dobrze wyregulować zawartość węgla w stali. Wadą procesu jest niemożność usunięcia fosforu i siarki. Uniemożliwia to kwaśne wymurowanie pieca. Etapy procesu: 1) Etap iskrowy (ok 4 min) – utlenianie żelaza, krzemu i manganu oraz powstawanie żużla. 2) Etap płomienny (5-6 min) – wypalanie węgla. Płomień osiąga wysokość 6-9 m i w miarę wypalania węgla zanika. 3) Etap dymowy (1 min)

6

„Technologia metali” – L. Krynicki, L. Sozański – streszczenie

4.4.4 Proces Thomasa Konstrukcyjnie konwertor Thomasa od konwertora Bessemera nie różni się, ma jedynie większe rozmiary ze względu na tworzenie się podczas procesu dużych ilości żużla. Wykładzina ścian jest ze skały dolomitowej (zasadowa). Jako topnika stosuje się palone wapno. Wadą tego procesu jest możliwość usunięcia fosforu dopiero, gdy wszystkie inne domieszki a zwłaszcza węgiel są usunięte z kąpieli. Podobnie jak w procesie Bessemera należy używać surówek o małej zawartości siarki. Otrzymana stal ma dużą zawartość tlenu i należy ją odtlenić, jest bardziej zagazowana niż ta, z procesu Bessemera, jest w niej również więcej zanieczyszczeń, gdyż trudniej przechodzą one do żużla zasadowego niż kwaśnego. Stosuje się ja jako stal automatową ze względu na zwiększoną zawartość fosforu i łatwość obróbki na automatach tokarskich. Stale z procesu Thomasa charakteryzują się kruchością na zimno, skłonnością do starzenia i pęknięć podczas spawania. 4.4.7 Proces Siemensa-Martina – piec martenowski. W tym procesie można było usuwać fosfor i siarkę – pozwalało to na przerabianie takich gatunków surówki, które nie nadawały się do procesu Thomasa i Bessemera. Dzięki tym zaletom proces ten rozpowszechnił się i obecnie jest podstawą procesów stalowniczych. Piec martenowski: - piec płomienny – opalany mieszaniną gazu wielkopiecowego i koksowniczego - temp. do 1800⁰C uzyskiwana dzięki zastosowaniu podgrzewaczy gazu – regeneratorów - poj. około 350 t - wymurowanie trzonu (wanny) dowolne ale w praktyce stosuje się zasadowe, ponieważ chodzi o odfosforowanie stali - wymurowanie sklepienia zawsze kwaśne - pomiędzy wymurowaniem wanny i sklepienia jest warstwa z materiału obojętnego Metoda: - surówka 75% + 25% rudy żelaza - surówka 25% + 75% złomu + ew. dodatek rudy żelaza Zalety w porównaniu z klasycznymi konwertorami: - umożliwia stosowanie prawie każdego rodzaju surówki, podczas gdy w konwertorach Thomasa i Bessemera można przerabiać tylko te, które zawierają znaczne ilości krzemu i fosforu - nie powodują tak wielkich strat materiałowych (zgar 3-5%) - umożliwiają zużytkowanie materiałów złomowych - umożliwiają wyrób stali o dowolnej zawartości węgla - umożliwiają stosunkowo dokładne oczyszczanie stali ze szkodliwych domieszek i pozwalają na wytopienie konstrukcyjnych stali stopowych

7

„Technologia metali” – L. Krynicki, L. Sozański – streszczenie

4.4.9 Piece elektryczne Zastosowanie: - produkcja różnych gatunków stali w krajach ubogich w węgiel a dysponujących tanią energią elektryczną - możność dokonywania odlewów stalowych z dala od hut wytwórczych - rafinacja - oczyszczanie stali martenowskiej (ciekłej) - produkcja stali stopowych Piece elektryczne łukowe. Prąd elektryczny jest przetwarzany w energię cieplną w łuku elektrycznym powstającym między elektrodami wprowadzonymi do pieca pionowo od góry albo między elektrodami. Cechy: - pionowe przemieszczenie elektrod regulowane automatycznie - kształt cylindryczny - od góry ograniczony sklepieniem, a od dołu trzonem - ma otwory wsadowe i spustowe - całość jest wyłożona prostkami ogniotrwałymi - ładowanie pieca odbywa się od góry – po zdjęciu sklepienia

- piec jest przechylny - poj. wsadowa od 3 do 100 t - wsad to przeważnie złom stalowy - w celu nawęglania wprowadza się surówkę, koks i złom elektrod - podstawowym topnikiem w procesie zasadowym jest wapno palone a w kwaśnym krzemionka

PIECE Z ŁUKIEM POŚREDNIM Zalety: - stała temperatura - gorący i bardzo reaktywny żużel - mały koszt procesu - wykładzina może być kwaśna lub zasadowa Wady: - mała wytrzymałość pokrywy i sklepienia - wysokie zużycie elektrod - mała pojemność PIECE Z ŁUKIEM BEZPOŚREDNIM Zalety: - nieograniczona ilość wsadu - tani, gorący i bardzo reaktywny żużel - wykładzina pieca kwaśna lub zasadowa Wady: - wahania natężenia prądu - duże zużycie elektrod

8

„Technologia metali” – L. Krynicki, L. Sozański – streszczenie 5. METALURGIA METALI NIEŻELAZNYCH

5.2 Metalurgia miedzi. Podstawowym produktem do otrzymywania miedzi są rudy siarczkowe. Ponieważ rudy miedzi zawierają zbyt mało metalu należy je wzbogacić za pomocą flotacji. Flotacja, jest to proces, w którym wykorzystuje się różnicę własności powierzchniowych różnych minerałów. Opiera się na niejednakowej przyczepności ziaren drobno zmielonej rudy zmieszanej z cieczą do pęcherzyków powietrza. Przez okno wykonane z gęstego płótna jest doprowadzane do zbiornika z cieczą sprężone powietrze z komory, a z góry zasypywany jest sproszkowany koncentrat. Skała płonna zwilżana przez wodę zbiera się na dnie i jest cyklicznie, usuwana przez otwór. Ruda nie zwilżalna wypływa na powierzchnię i tworzy pianę. Gdy zbierze się jej większa ilość, jest ona usuwana i kierowana do dalszej przeróbki. Bardzo znaczny procent miedzi otrzymuje się w procesie metalurgii ogniowej. Pełny cykl otrzymania czystej miedzi jest następujący: - utlenianie, mieszanie i brykietowanie koncentratu miedzi w celu otrzymania jednorodnego wsadu do przerobu w piecach szybowych - stapianie zbrykietowanych koncentratów w piecach szybowych lub sproszkowanych w piecach zawiesinowych i następnie rozdzielanie w odstojnikach kamienia miedziowego od żużla - świeżenie kamienia miedziowego w konwertorach poziomych, gdzie po usunięciu S, Pb, Fe i Zn otrzymuje się miedź konwertorową Miedź konwertorowa nie jest wystarczająco czysta dla telekomunikacji, dlatego poddaje się ją dalszym procesom oczyszczania. - ogniowa rafinacja miedzi konwertorowej w piecach płomiennych i odlewanie anod - elektrolityczne rafinowanie miedzi w celu oddzielenia metali i uzyskanie miedzi katodowej - stapianie i rafinowanie miedzi katodowej w piecu płomiennym - odlewanie wlewków na karuzelowej maszynie odlewnicze RUDA (1-5%)  KONCENTRAT (10-20%)  PRAŻONKA (35%)  KAMIEŃ MIEDZIOWY  MIEDŹ KONWERTOROWA (>98%) Wytapianie kamienia miedziowego: 1) w piecach płomiennych Załadowane do pieca materiały (prażony lub surowy koncentrat, miał rudy, pyłu z pieców szybowych i innych odpadów zawierających miedź) pod wpływem wysokiej temperatury (1300⁰C) roztapiają się. Paliwem jest najczęściej pył węglowy, rzadziej gaz ziemny lub mazut. Produktem wytapiania jest kamień miedziowy, który składa się głównie z siarczków miedzi, żelaza i innych metali. 2) w piecach szybowych Proces ten jest używany do wytopu miedzi z rud krajowych (domieszki węgla brunatnego – ok. 10%). Do pieca wprowadza się jak największą ilość powietrza, więc panuje w nim atmosfera utleniająca. W wyniku zachodzących reakcji wytwarza się kamień miedziowy i żużel, które spływają do garu i stąd przez otwór spustowy są spuszczane rynną do odstojnika, gdzie następuje rozdzielenie ich na żużel i miedź surową. 3) w procesie zawiesinowym Outokumpu Wytapianie zawiesinowe jest procesem ciągłym. Koncentraty przeznaczone do tego procesu powinny być po flotacji bardzo dobrze wysuszone, ponieważ każde zawilgocenie znacznie utrudnia tworzenie się zawiesiny. Topienie zawiesinowe jest procesem utleniającym, więc zawartość miedzi w żużlu jest stosunkowo duża (do 12%). Odmiedziowanie żużla prowadzi się w piecach elektrycznych na drodze redukcji.

9

„Technologia metali” – L. Krynicki, L. Sozański – streszczenie Elementy pieca zawiesinowego: - szyb reakcyjny – jest obficie chłodzony woda ze względu na wysoką temperaturę. Zachodzą w nim reakcja utleniania i topienia. - osadnik - szyb gazowy

Konwertorowanie kamienia miedziowego. Proces ten polega na przedmuchiwaniu powietrza przez ciekły wsad. Proces konwertorowania można podzielić na dwa okresy: - okres pierwszy – od początku przedmuchiwanie aż do zupełnego utlenienia siarczku żelazawego, reakcja silnie egzotermiczna, wydziela się dużo ciepła i podnosi się temperatura - okres drugi – odbywa się reakcja utleniania siarczku miedziawego oraz reakcja między tlenkiem a siarczkiem miedziawym, w wyniku którego otrzymuje się miedź surową Po procesie konwertorowania miedź zlewa się do kadzi i odlewa lub przeznacza do dalszej rafinacji. Pojemność konwertora to 150-180 t.

Rafinacja miedzi. Rafinacja miedzi składa się z dwóch procesów: rafinacji ogniowej (usuwanie domieszek mniej szlachetnych od miedzi) i rafinacji elektrochemicznej (usuwanie domieszek metali szlachetniejszych od miedzi). Rafinacja ogniowa - przedmuchanie ciekłej miedzi w piecu płomiennym i utlenienie w ten sposób zbędnych domieszek. Odlewanie anod z oczyszczonego metalu. Rafinacja elektrolityczna – anody z miedzi rafinowanej ogniowo wiesza się w wannie elektrolitycznej jako anody. Elektrolitem jest wodny roztwór siarczanu miedzi i kwasu siarkowego. Następuje dysocjacja. Między anodami jako katody umieszcza się cienkie blachy wykonane z miedzi o dużej czystości. Pod wpływem prądu kationy miedzi dążą do katody, na której tworzą osad katodowy. Równocześnie taka sama ilość miedzi przechodzi z anody do roztworu. Ni, Co, Fe, Zn – przechodzą do roztworu Au, Se, Ag, Pb, Sn – tworzą na dnie wanny cenny szlam As, Sb, Bi – rozpuszczają się w elektrolicie a po nasyceniu zanieczyszczają katody, więc należy wymieniać elektrolit

10

„Technologia metali” – L. Krynicki, L. Sozański – streszczenie Hydrometalurgia miedzi. Metodę wykorzystuje się w przypadku trudnych do wzbogacenia rud. Ługowanie: - skała kwaśna  roztwarzanie kwasem siarkowym (ewentualnie + siarczan żelazowy) - skała zasadowa  amoniak + węglan amonowy Cementacja lub elektroliza. 5.3 Metalurgia cynku. Rudy cynku to Smitsonit i Galman. Wzbogacanie rud odbywa się metodą flotacji, ręcznie lub grawitacyjnie. Galmany wzbogaca się ogniowo. Prażenie koncentratów cynkowych – koncentraty blendowe i spiekany tlenek cynku. Prażenie dwustopniowe - pierwszy etap przejście całego koncentratu w ZnO, siarka w temperaturze 850-930°C wypala się do zawartości 3-13%, koncentrat nie spieka się. Drugi etap przebiega w znacznie wyższych temperaturach (1100-1200°C), następuje usunięcie siarki w przedziale 1-2% i spieczenie. Otrzymywanie cynku w muflach poziomych. Redukcja odbywa się w zamkniętych naczyniach zwanych muflami. Są one umieszczone w piecach opalanych gazem czadnicowym i wyposażonymi w regeneratory. Wsad: blenda cynkowa prażona i spiekana z tlenkiem cynku i reduktor węglowy. Temp: >1100⁰C Redukcję prowadzi się w muflach, gdyż dzięki temu zapobiega się ponownemu utlenieniu par cynku, co by nastąpiło niewątpliwie przy zetknięciu tych par ze spalinami zawierającymi w swoim składzie tlen, dwutlenek węgla parę wodną. Pary cynku opuszczają muflę i skraplają się w specjalnych naczyniach, tzw. nadstawkach (kondensatory). Nadstawka jest szczelnie połączona z muflą - zapobiega to przedostawaniu się powietrza do środka i uchodzeniu par cynku na zewnątrz w atmosferę. Pary, które skropliły się w nadstawce, pozostają w niej w stanie ciekłym, natomiast te, które się nie skropliły, przechodzą do blaszanego naczynia zwanego balonem, tam też oziębiają się ostatecznie tworząc pył cynkowy.

5.4 Metalurgia aluminium. Rudy aluminium: - kaolinit - boksyt (50-60%) Otrzymywanie aluminium: - przeróbka surowców na czysty, bezwodny tlenek glinu - elektroliza tlenku glinowego rozpuszczonego w kriolicie Metoda Bayera – dla boksytów o małej zaw. krzemionki. - rozdrobniony boksyt jest mielony razem z NaOH - ługowanie - prasa filtracyjna – oddzielenie czerwonego szlamu od glinianu sodowego - wlanie klarownego roztworu glinianu sodowego do hydrolizerów, gdzie osadza się wodorotlenek glinowy (można dodać szczepionkę aby przyspieszyć proces) Metoda spiekania. - rozdrabnianie boksytów z kamieniem wapiennym w młynach kulowych + roztwór sody - uzyskaną gęstwę podaje się do pieca rurowego - woda odparowuje w miarę jak wsad przesuwa się do wylotu - u wylotu pieca wsad ma temp. 1200-1300⁰C - ługowanie gorącą wodą lub słabym roztworem sody - karbonizacja roztworu glinianu sodowego w celu wydzielenia czystego wodorotlenku glinowego - oddziela się wodorotlenek glinowy i kalcynuje jak w metodzie Bayera Elektroliza tlenku glinowego. Do roztworu dodaje się kriolit. Materiałem dodatkowym są jeszcze bloki węglowe na katody i masa węglowa na anody. W wyniku elektrolizy na dnie elektrolizera wydziela się w stanie ciekłym aluminium (temp. procesu 960⁰C). Rafinacja aluminium. Podczas elektrolizy otrzymuje się aluminium o czystości do 99%. Zanieczyszczenia niemetaliczne usuwa się poprzez chlorowanie, a resztę przez rafinację elektrolityczną. Chlorowanie polega na przedmuchaniu kąpieli chlorem w temp. 770⁰C

11
TMI - opracowanie

Related documents

11 Pages • 3,954 Words • PDF • 1 MB

8 Pages • 2,711 Words • PDF • 205.5 KB

23 Pages • 5,592 Words • PDF • 1.3 MB

5 Pages • 1,728 Words • PDF • 252.4 KB

7 Pages • 1,315 Words • PDF • 394.2 KB

31 Pages • 12,649 Words • PDF • 822.4 KB

42 Pages • 7,472 Words • PDF • 517.3 KB

28 Pages • 8,748 Words • PDF • 493 KB

131 Pages • 92,929 Words • PDF • 3.3 MB

18 Pages • 3,635 Words • PDF • 824.7 KB

9 Pages • 2,545 Words • PDF • 178.8 KB

77 Pages • 21,664 Words • PDF • 3.1 MB