- •Конспект лекций для подготовки по направлению
- •220700 Автоматизация технологических процессов и производств
- •1. Введение
- •2.2. Горение оксида углерода(II) и водорода
- •2.4. Горение твердого углерода
- •3. Диссоциация и образование химических соединений
- •Рассмотрим вопрос на примере диссоциации оксида Ме(II) по реакции
- •В качестве примера рассмотрим влияние плавления Ме и МеО на упругость диссоциации МеО.
- •3.3. Диссоциация оксидов и сульфидов, образующих растворы
- •Из выражения (18) находим , проводим преобразования полученной зависимости с учетом закона Генри и ее анализ.
- •3.4. Механизм и кинетика диссоциации соединений
- •4.1. Окисление твердых сульфидов Термодинамика процесса
- •Кинетика окисления твердых сульфидов
- •4.2. Взаимодействие сульфидов с оксидами
- •5. Процессы восстановления оксидов металлов
- •5.1. Газовое восстановление свободных оксидов нелетучих металлов
- •5.2. Газовое восстановление оксида летучего металла
- •5.3. Газовое восстановление оксида металла из расплава
- •6. Металлургические расплавы
- •7. Потери цветных металлов со шлаками
- •7.1. Электрохимические потери
- •7.2. Механические потери цветных металлов со шлаками
- •8. Процессы, основанные на ликвации, испарении и конденсации
- •8.1. Ликвационные процессы
- •8.2. Процессы, основанные на испарении и конденсации
- •9. Выщелачивание
- •10.1. Основы экстракционных процессов
- •10.2. Основы ионообменных процессов
- •10.3. Выделение металлов из растворов в виде труднорастворимых соединений
- •10.4. Выделение металлов из водных растворов водородом.
- •10.5. Выделение металлов цементацией
- •10.6. Основы процессов кристаллизации из растворов
- •11. Электролиз водных растворов
- •Рекомендательный библиографический список
- •Содержание
6. Металлургические расплавы
Основными видами расплавов, которые встречаются в пирометаллургии цветных металлов, являются: металлические расплавы, металлургические шлаки, сульфидные расплавы, солевые расплавы.
6.1. Металлические расплавы в металлургической практике могут быть либо промежуточным черновым металлом (полупродуктом), либо конечным продуктом производства. Первой характеристикой металлических расплавов является их химический состав. Основными свойствами металлов, имеющих значение при пирометаллургических способах производства, являются: плотность, температура плавления и кипения, возможность взаимодействовать с другими продуктами процесса (шлак, газовая фаза) и футеровкой печи, вязкость, поверхностное натяжение и т.д. Привести конкретные примеры металлов и их свойств.
6.2. Металлургические шлаки в основном представляют из себя сплав оксидов сложного состава, формируемый из оксидов пустой породы металлургического сырья, вводимых в шихту флюсов, футеровки металлургических печей. В шлаках при высоких температурах протекают важнейшие физико-химические превращения. Выход шлаков иногда может быть очень большим. Поскольку жидкие шлаки всегда контактируют с сульфидными расплавами или черновыми металлами, то они всегда содержат некоторое количество извлекаемых металлов. Содержание цветных металлов в шлаках обычно невелико ( 0,1-2%), но при большом их выходе потери металлов со шлаками могут быть значительными. От выхода и свойств шлака зависят и другие показатели плавок.
Важнейшими оксидами, входящими в состав шлаков цветной металлургии, являются: SiO2, (FeO+Fe2O3), CaO, MgO, Al2O3, ZnO. Привести составы шлаков из различных производств цветных металлов.
Технологические требования к шлакам: определенная температура правления, хорошая жидкотекучесть, небольшая плотность, минимальные потери ценных металлов. Экономичность шлака.
Привести температуры плавления и плотность отдельных составляющих шлаков и их влияние на свойства шлака.
Ионная теория строения шлака. Простейшие катионы шлака Na+, K+, Mg2+, Ba2+, Ca2+, Fe2+ и др. Простейший кремнекислородный анион SiO44-, при полимеризации которого могут образоваться более сложные кремнекислородные анионы, например Si2O76-, Si3O96-, Si3O108- и др. Алюминий и трехвалентное железо могут находиться как в виде простых катионов Al3+ и Fe3+, так и образовывать комплексные анионы типа AlO2-, FeO2-, Al2O75- и др. Есть в шлаке и простые анионы О2- и S2-, а также другие катионы и анионы.
Плавкость шлаковых систем можно оценивать по двойным и тройным диаграммам основных оксидов (SiO2, FeO и CaO), входящих в состав шлаков цветной металлургии. Привести данные о плотности шлаков, их вязкости в системе FeO-SiO2-CaO. На рис.4 приведена диаграмма плавкости и вязкости системы FeO-SiO2-CaO.
6.3. Сульфидные расплавы играют важную роль в металлургии меди, никеля, свинца. В практике металлургического производства приходиться иметь дело с двумя видами сульфидных расплавов: штейнами и файнштейнами. Штейны – это сплавы сульфидов цветных металлов и железа, устойчивых при высоких температурах. Основные сульфиды штейнов: Cu2S, Ni3S2, FeS, ZnS, PbS, CoS. В файнштейнах в основном присутствуют Cu2S и Ni3S2. Привести химические составы некоторых сульфидных расплавов из практики производства. Привести данные о температурах плавления и плотности указанных выше сульфидов металлов.
Для практики металлургического производства важно значение ряда физико-химических свойств штейнов: температура плавления, плотность, вязкость, поверхностное натяжение и др.
Основу медных штейнов составляют медь, железо и сера (сумма 80-90%), поэтому можно рассмотреть диаграмму системы Cu-Fe-S. Правило В.Я.Мостовича. Кислород в штейнах. Никелевые штейны и диаграмма плавкости системы Ni-Fe-S.