6.8. Пряме відновлення заліза з руд

При виробництві сталі процес виробництва чавуну є економічно зайвим. Тому ведуться дослідження методів отримання металопродукції бездоменним способом. Виявляється, що відновлення заліза з руд можливе не лише газом СО, але й вуглецем коли залізо знаходиться у губчастому стані (при 850 – 900°С). Губчасте залізо – це пористий напівпродукт (95% заліза, 5% оксидів заліза, 0,01...0,016% S і ~ 0,01% Р). Його можна отримати в шахтних печах, у киплячому шарі, в трубчатих печах, які обертаються, з металізованої шихти, очищеної від сірки та фосфору.

Відновлення шихти відбувається нагрітим до 1200°С газом. Як і в доменній печі, в реторах залізорудні матеріали завантажуються зверху, а відновлювальні гази поступають знизу. У трубчатих печах металізація окатишів відбува-ється твердим відновлювачем – вуглецевим пилом.

Губчате залізо переплавляється в сталь у сталеплавильних печах. Для порошкової металургії теж потрібне губчате залізо, причому з вмістом заліза 98 – 99%. Відновлення шихти проводиться в конвертованому природному газі з вмістом 85% Н₂ або в чистому Н₂. Ним продувають знизу шар відновлювальних метеріалів, які розташовані на решітці.

Виробництво кольорових металів

6.9. Виробництво міді

Мідь у надрах землі в основному знаходиться у вигляді сульфідних та оксидних з’єднань, рідко – в самородках.

Сульфідні руди включають халькопірит СuFeS₂ (мідний колчедан), халькозин СuS₂ та ін. Мідні руди бідні. Вони мають 1 – 5% міді. Промислово переробляються руди, в яких 0,4 – 0,8% міді. Мідні руди, як правило, містять цінні елементи (золото, срібло, кобальт тощо), попутне виробництво яких здешевлює витрати.

Мідь можна виробляти двома способами: піромета-лургійним і гідрометалургійним. Гідрометалургійний спосіб (вилужування) застосовують при виробництві міді з бідних окислених руд. Широкого застосування він не набув.

Пірометалургійний спосіб полягає у виробництві міді шляхом виплавки з мідних руд. Він включає такі етапи: збагачення руди, обпал руди, плавка на штейн, отримання чорнової міді, рафінування міді.

Збагачення мідних руд проводять тільки тоді, коли в них вміст міді не перевищує 3 – 5%. Найбільш широко для збагачення руд застосовують метод флотації, який заснований на різному змочуванні водою кусочків руди, які містять мідь (10 – 35%), і кусочків пустої породи. Флотаційна установка показана на рисунку 6.16.

Вона складається з ванни, дно якої нахилене під кутом до горизонту і встелене полотном 1. Нижче полотна знаходяться фурми 2 для подачі повітря. У ванну заливають воду і в ній розчиняють спеціальний реагент. При продуванні повітря через полотно утворюються бульбашки, які обліплюють тільки ті кусочки завантаженої

Рис. 6.16

руди, які містять 10 – 35 % міді. Завдяки Архімедовій силі ці кусочки руди спливають на поверхню води 5. Кусочки пустої породи осідають на дні ванни. З піни фільтрують рудний концентрат. Пусту породу видаляють через спеціальний отвір 6.

Рудний концентрат подають на обпал у спеціальні багатоподові печі (рис. 6.17, а) або обпалюють методом в киплячому шарі (рис. 6.17, б).

При обпалі концентрату відбувається розпад і окислення сульфідів, видаляється до 50 % сірки. При цьо-му утворюється SО₂, який використовується для вироб-ництва кислоти.

Обпалена руда подається у спеціальні печі, де плавиться на штейн (рис. 6.18).

Рис.6.17

Рис. 6.18

У печі досягається температура близько 1500 – 1600°С. У результаті плавки на дні печі утворюється розплавлений штейн – сплав, який складається в основному з сульфіду міді і сульфіду заліза. У ньому міститься 20 – 60% міді, 10 – 80% заліза і 20 – 25% сірки.

У розплавленому стані штейн поступає в спеціальні конвертери на переробку в чорнову мідь (рис. 64).

Рис. 6.19

Конвертер встановлений на опорних роликах і може повертатись у необхідне положення. Через горловину 2 в конвертер заливають штейн. На його поверхню через горловину завантажують пісок – флюс для виведення в шлак окису заліза. Потім через спеціальні фурми, які розташовані вздовж конвертера, подають повітря. Конвер-тер повертають у робоче положення. Повітря продувають біля 30 годин. У результаті окислення отримується чорнова мідь, яка має біля 1,5 – 2% домішок.

Чорнову мідь з конвертера розливають у плити і направляють на рафінування (очистку від домішок).

Рафінування міді здійснюють двома способами – електролітичним і вогневим.

Електролітичне рафінування проводять у дерев’яних або бетонних ваннах, які футеровані листовим свинцем, пластмасою або іншими кислотостійкими матеріалами. Електролітом служить водний розчин сірчаної кислоти. Анодами служать пластини з чорнової міді. Катодами – тонкі листи, (0,15 – 0,7 мм) з чистої міді.

При проходженні електричного струму аноди поступово розчиняються, а на катоді осідають атоми міді. Далі катодна мідь переплавляється і розливається в злитки.

Електролітична мідь має чистоту 99,95%. Для отримання міді більшої чистоти проводять повторний електроліз.

Вогневим способом отримують менш чисту мідь. Його проводять у спеціальних печах. Процес рафінування включає два періоди – окислювальний і відновлювальний. При цьому розплав продуватиметься через стальні труби повітрям. Утворений оксид міді взаємодіє з домішками, окислює їх. Оксиди випливають у шлак. Потім припиняють подачу повітря і приступають до відновлення окисленої міді. Для цього у ванну опускають спочатку сирі, а потім сухі березові або соснові колодки. При цьому відбувається інтенсивне виділення пари і газоподібних вуглеводів, які відновлюють оксиди міді. Продуктом вогневого рафіну-вання є технічна мідь, яка містить 0,3 – 3,5% домішок. З неї відливають злитки для прокатки або анодні плити для електролітичного рафінування. Злитки також використо-вують для виробництва бронзи та латуні.