Cimmerman (523120), страница 104
Текст из файла (страница 104)
В качестве восстановителей могут быть использованы другие вещества (например, Нз) и металлы, имеющие большее сродство с кислородом. Черновой металл. Металлическая фаза, образующаяся по основной реакции. Помимо основного металла, она содержит примеси в виде совмеспю восстановленных других металлов, а также растворимых в металлической фазе компонентов. Термодинамические предпосылки получения металлов. Для получения металла по основному уравнению МеА+йчьМе+йА требуется выполнение условия: — Ьбнл) ..и — АОм, а, откуда следует ран(рмьа нли — йТ 1и р л) — )(Т )п рм л. Кинетические предпосылки получения мегаллоа а. Классификация. Гетерогенные химические реакции между различными фазами: твердая+газообразная; твердая+жидкая; жидкая+жидкая; жидкая+газообразная.
б. Механизм протекания реакции. Включает два вида процессов, определяющих кинетику реакций: — физические — выравнивание концепт. раций и температур (подвод восстановителя в зону реакции). Скорость процессов зависит от состава шихты и ее крупности; — химические (все химические преврашеипи, приводящие к образованию металла).
Скорость процессов зависит от температуры. Наряду с этим следует учитывать: побоч. ные реакции (сопутствующие компоненты реагируют с исходными и конечными про. дуктами основного процесса); ускоряющее (каталитическое) или замедляющее действие сопутствующих компонентов; отсутствие взаимодействия сопутствующих компо. нентов с основньпаи. в. Скорость протекания реакции (СР). Технологические йетоды получения цветных металлов в отдельных агрегатах, например шахтных печах, характеризуются относительно высокими скоростями химических реакций. Диффузионные слои, образующиеся на поверхностях раздела фаз, снижают скорость химических превращений.
Поэтому конечную СР определяет главным образом диффузия. Для увеличения производительности металлургического агрегата необходимо ускорить диффузию турбулентной конвенцией. 3.4.2.2. Восстановительная плавка Основная реакция а. Классификация. Различают две стадии процесса: — 1-я стадия (подготовительная). Подготовка сульфидной шахты к плавке с целью полного удаления серы, если она не требуется в последующих процессах, при возможном одновременном окусковывании (см. Агломерируюший обжиг): 2Ме 5+ 30з-н2Ме О+ 250э„ — 2-я стадия. Восстановление окислов, полученных на первой стадии, до металла: МеО+ С Ме+СО, МсО+ б.
Восстановление углеродам. Проходит прямо или косвенно по реакции Будуара (см. 3.2): СОз+Счи2СО. Восстановление окислов на основе реакции Будуара (теоретическое рассмотрение): СпэΠ— косвенное восстановление при всех температурах, прямое выше 100'С: РЬΠ— косвенное восстановление при всех температурах, прямое выше 350'С; ЕпΠ— косвенное восстановление выше 300'С, прямое выше 950'С; А1зОа — косвенное восстановление невозможно, прямое выше 2000 'С.
в. Восстановление водородом. Применяется, когда восстанавливающие свойства СО недостаточны, а также, если СО или С образуют соединения с основным металлом (карбонилы, карбиды) и если водород не загрязняет основной металл нли может быть легко удален из пего. г. Восстановление кремнием (см. получение Мп, ЗА.6.3). д. Восстановление алюминием (метод Гольдшмидта). Черновой металл а.
Требования к технологическому процессу: РЬ5+ 2РЬО ЗРЬ+ $0, 692 755 ЮО 847 870 0,008 0,05 0,13 0,72 1,09 — 2,1 — 1,3 — 0,89 — 0,15 0,04 1. 'С.. рзо, ат !й рзо, ° Сиз5+ Си»О 6Си+ 50 508 591 730 851 973 1051 0,045 0.159 1,007 З.ОЗ 5,73 6,46 — 1,35 — 0.8 0.03 0.48 0,76 0,81 1, 'С. рэо ат !ар~о, . 0,5Ы!»5»+ 2)4!О 3 553 + Я)з 727 927 1127 1327 1527 10 — гз 5-10 — ь 3,2 1Π— г 5-10 — «5.10 — П,Π— 8,3 — 6.5 — 5,3 — 4,3 1. 'С.. рно, ат 8 рэо 345 — относительно высокая чистота черновато металла; — малые потери металла в шлаках; — при использовании бедных руд обязательное получение промежуточных продуктов (штейны, шпейзы); — минимальное количество оборотных продуктов («козлы», печные настыли, корки из ковшей и желобов).
б. Черновой металл. Состав ега соответствует определенной системе сплавов, так как основные и сопутствующие составляющие взаимодействуют друг с другом, например: — ебразуют твердые растворы; Р! — Ли, Ай — Аи, Ге — Са, Ре †)чй !ч! — Со, Хп — Си, 5п — Си, РЬ вЂ” 1п, В) — 5Ь; — образуют эвтектики: РЬ вЂ” Си, РЬ вЂ” )40 РЬ вЂ” 1п, 1п — Ге; — образуют системы с частичной растворимостью в твердом состоянии, например, а) штейны СизГе5» с РЬ5 и, возможна, с Зп5; б! шпейзы; е) при обогащении Ай; г! при обогащении 1»Ь Аи, Р1.
3.4.2.3. Реакционная плавка Основная реакция а. Характеристика. Реакция между сульфидом и оксидом или сульфатам одного и того же металла без участия восстанови- теля Ме5+ 2Ме О,. ЗМе+ 50». б. Стадии процесса. Основная реакция протекает в две стадии е течение одного рабочего процесса: 1) частичное окисление сульфидов 2Ме 5+ Ж);»2Ме О+ 250,; Ме 5+О»-»Ме $0«. 2) взаимодействие между остаточными сульфилами и образовавшимся оксидам или сульфатам Ме 5+ 2Ме 0-»ЗМе+ 50»; Ме 5+ Ме 50«-»2Ме + 250,.
Пара.истры процесса окисления сульфидаа а. Концентрация кислорода. Если при окислении давление кислорода увеличнва- ется, то происходит сульфатизаиня, поскольку еще не достигается температура диссоциации сульфата: 2Ме5+ 30»-»2МеО+ 250 . Основное уравнение здесь: + 0 2»Оз или Кл = рао,! ) Рэо, ро, ) . б. Температура.
С ростом температуры при равновесии давлений 50р/50» Кр уменьшается. При этом уменьшается и Лб. а следовательно, преимущественна образуются оксиды, увеличивается давление диссоциации сульфатои. в. Парциальное давление 50». Уменьшение парциального давления 50з связано с его удалением из реакционной зоны и ведет к ускорению образования оксидов. Парам«трек процесса образования металлической фпзм а. Влияние температуры.
Согласно уравнению Аб — 717 1пзто . При увеличении температуры изменение Аб отрицательно, что способствует образованию металла, т~ 1. Используется при получении Си и РЬ. б. Парциальное давление $0». Снижение парциального давления 50, в газах приводит к увеличению выхода металла. Равновесные давления 50» для некотогых реакций типа Ме5+2М«О« ЗМе+50» приводятся ниже: в.
Образование металлической фазы в системе Ма — $ — О, см. рнс. 3.35 !9!). В этой системе существуют следующие соединения: Ме5; МеО; М«50«' 50»' 50а. На тройной диаграмме образуются поля, представляющие манвариантные трехкомпоиентные системы: — поле 1: Ме5+2МеО«мЗМе+50». — поле П: Ме5+ЗМе$0«»е4М«О+450к — поле П1: 2МеО+250»+Озчз2Ме50» Учвтываи образование сульфатов на первой стадии основной реакции, получим: поля 1+П: 2Ме5+ 4МеО 6Ме+ 250». Ме 5+ ЗМе 504 4Ме 0+450, ЗМе5+ЗМе50а ОМе+650з.
Ме 5+ Ме 50а~-2Ме+ 250з. Поля!+И+И( Ме5+ 2Ме О ЗМе+ 50з, Ме 5+ ЗМе 50л 4Ме О+ 450з, 2МеО+ 250з+ Оз '2Ме50л 2Ме5+ Ме50а+Оз, ЗМе+350а. г. Различие плотности получающихся фаз лля улавлетворительнаго разделения долж- но превышать двукратное. 3.4.3. Рафинирование чернового металла Черновой металл, загрязненный примесями, рафииируют различными методами (с относительно узкими границами применимости). 1. Физические методы. Ликвация (зейгеравание), осаждеиие интерметаллических соединений, дисгилляция (дразнение). 2. Химические методы.
Йзбирательиые окисление и сульфиднзация, хлорироваиие. 3. Электрохимические методы (злектролитическое рафинирование). Электролиз водных растворов или расплавов. рнс. з.зз О Не (Чей Черновой металл. Выход годного металла и его качество зависят от способа получения: — Медь. Из медного штейна получают черновую (конверторную) медь ( 98 Ъ Сп). Рафинирование необходимо. — Свинец.
В результате реаюционного процесса образуется черновой свинец высокого качества, содержащий обычно толька примеси благородных металлов. 3.4.2.4. Осадительная плавка (цементация) Происходит в расплаве. Металл с повышенным сродством к сере вытесняет основной металл из его сульфила: Ме5+ Ге Ме+ Ге5. В качестве вытесняющего металла часта используют железо, обладающее повышенным сродством к сере. Металл-цементатор должен иметь высокую реакционную активность. Процесс зависит от температуры. Применяется талька в качестве подготовительного или побочного процесса (выделение РЬ или 5Ь нз сульфилных полупродуктов присадкой Ре).
3.4.2.3. Электролиз расплавов Процесс применяется для получения высокоактивных металлов в тех случаях, когда другие методы восстановления вследствие их химической активности непригодны, а также для металлов, имеющих технологически приемлемые температуры плавления. Для снижения температуры плавления электролита следует применять соответствующие соли. Необходима предвари. тельная глубокая химическая очистка исходных материалов. Применяют для получения А1 цлн МК. 3.4.3.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
