Основы пирометаллургии и гидрометаллургии

Пирометаллургия – это совокупность металлургических процессов, протекающих при высоких температурах.

Эта отрасль металлургии связана с получением и очищением металлов и металлических сплавов при высоких температурах в отличии от гидрометаллургии, к которой относятся низкотемпературные процессы.

Пирометаллургическими процессами являются процессы агломерации металлургического сырья, плавки шихтовых материалов, изготовление сплавов, рафинирование металлов.

Обжиг – это высокотемпературная термическая обработка материалов или изделий с целью изменения (стабилизации) их фазового и химического состава или повышения прочности кажущейся плотности, снижения пористости.

Виды обжига:

1. Кальцинирующий. Проводят с целью разложения неустойчивых химических соединений нагревом.

2. Окислительный. Проводят с целью перевода сульфидов в оксиды.

3. Восстановительный. Проводят для восстановления высших оксидов до низших.

4. Хлорирующий. Проводят с целью перевода оксидов или сульфидов в водорастворимые или летучие хлориды.

5.

Цель обжига – отгонка полезных компонентов в виде парообразных продуктов, перевод их в окисленную форму.

Печи для обжига: ТВП, печи КС, подовые, рудно-термические, шахтные.

Плавки– это пирометаллургические процессы, которые протекают при высоких температурах с обязательным расплавлением переработанного материала.

Плазменная металлургия – это извлечение из руд, выплавка и обработка металлов и сплавов под действием плазмы.

Переработка руд осуществляется путем их термического разложения в плазме. Для предотвращения обратных реакций применяют восстановитель (углерод, водород, метан СН₄) либо резкое охлаждение потока плазмы, нарушающей термодинамическое равновесие. Плазменная металлургия позволяет производить прямое восстановление металла из руды, значительно ускорять металлургические процессы, получать чистые материалы, снизить расход топлива. Недостатком плазменной металлургии является высокое потребление электроэнергии.

Зонная плавка (перекристаллизация) – метод очистки твердых веществ, основанный на различной растворимости примесей в твердой и жидкой фазах. Метод является разновидностью направленной кристаллизации, от которой отличается тем, что в каждый момент времени расплавленной является некоторая небольшая часть образца.

Электроннолучевая плавка – это плавка в электроннолучевой печи, происходящая при высокой температуре и глубоком вакууме, что обеспечивает протекание многих реакций рафинирования, невозможных в иных условиях.

Применяется для получения особо чистых тугоплавких слитков из сталей. Основные достоинства: регулирование в широких пределах скорости направления, определяющей благоприятную для последующей обработки макроструктуры слитка, возможность высокого перегрева металлов, глубокая дегазация металлов в вакууме, отсутствие контакта жидкого металла с загрязняющей его футеровкой.

Гидрометаллургия

Раздел химической технологии, в которой извлечение металлов из сырья осуществляется с использованием химических реакций в водных растворах.

Достоинства:

1. менее энергоемкие

2. снижение загрязнения окружающей среды

3. комплексная переработка сырья

4. селективность извлечения элементов

Недостатки:

1. занимает большие производственные площади

2. относительно большой расход воды

3. могут быть дороже по капитальным затратам

Для выделения металлов из растворов применяют:

1. цементация

2. электролиз

3. осаждение

4. восстановление

Выщелачивание– это извлечение одного или нескольких компонентов из твердых тел (руд, концентратов, промпродуктов) водным раствором, содержащим щелочь или кислоту.

Агитационное выщелачивание – это совместное перемешивание (агитация) смеси тонкоизмельченной руды и выщелачивающих растворов.

Перколяционное выщелачивание – это просачивание раствора через слой твердого пористого материала.

Кучное выщелачивание – обработка жидким реагентом рудного концентрата, уложенного на водонепроницаемое основание.

Подземное выщелачивание – подача выщелачивающего раствора под землю с целью извлечения из руды ценного компонента, и выкачивание раствора на поверхность.

Экстракция – процесс извлечения вещества, в частности соединений металла, из водного раствора в жидкую органическую фазу, не смешивающуюся с водой.

Ионно-обменные процессы – это способность твердых веществ при контакте их с растворами поглощать ионы их раствора, в обмен на ионы того же знака.