- •Оглавление.
- •Раздел I введение в технологию
- •Глава 1
- •Основные понятия и определения
- •§ 1.1. Предмет и содержание курса технологии отраслей промышленности
- •§ 1.2. Связь технологии с экономикой
- •§ 1.3. Понятие о технологических процессах: принципы их классификации
- •§ 1.4. Материальные и энергетические (тепловые) балансы
- •§ 1.5. Понятие о себестоимости и качестве промышленной продукции
- •§ 1.6. Общие положения по технике безопасности и охране труда на промышленных предприятиях
- •Глава 2 сырье, вода и энергия в промышленности § 2.1. Сырье в промышленности
- •Минеральное сырье
- •Растительное и животное сырье
- •Обогащение сырья
- •Комплексное использование минерально-сырьевых ресурсов
- •§ 2.2. Вода в промышленности
- •Промышленная водоподготовка
- •Промышленные сточные воды и их очистка
- •§ 2.3. Роль энергии в технологических процессах
- •Рациональное использование энергии
- •Глава 3 научно-техническая революция и научно-технический прогресс в промышленности § 3.1. Сущность, значение и основные направления научно-технического прогресса
- •§ 3.2. Нтр и технология
- •§ 3.3. Химизация народного хозяйства - важное направление нтп
- •§ 3.4. Нтп в области промышленных материалов
- •§ 3.5. Нтп в области орудий труда. Механизация, автоматизация и роботизация производства
- •§ 3.6. Применение вычислительной техники и асу в технологии
- •§ 3.7. Экологические проблемы нтп
- •Раздел II
- •§ 4.2. Основные закономерности, определения и классификация химических процессов
- •§ 4.3. Понятие о скорости и равновесии химических процессов
- •§ 4.4. Выход продукции в химико-технологических процессах
- •§ 4.5. Общие принципы интенсификации химико-технологических процессов
- •Перспективы развития и совершенствования химико-технологических процессов
- •Глава 5. Высокотемпературные процессы § 5.1. Сущность и значение высокотемпературных процессов
- •Влияние температуры на процессы, идущие в кинетической области
- •Влияние температуры на скорость процессов в диффузионной области
- •Условия, ограничивающие применение высоких температур
- •Типовое оборудование
- •§ 5.2. Тенденции совершенствования высокотемпературных процессов
- •§ 5.3. Высокотемпературные процессы в металлургии
- •Высокотемпературные процессы черных металлов в производстве
- •§ 5.4. Высокотемпературные процессы в производстве строительных материалов
- •§ 5.5. Высокотемпературная переработка топлива
- •Термические процессы переработки нефти и нефтяных фракций
- •§ 5.6. Высокотемпературные процессы в химической промышленности
- •Глава 6 электрохимические процессы § 6.1. Значение и сущность электрохимических процессов
- •Основные закономерности электрохимических процессов
- •§ 6.2. Электролиз водных растворов Электрохимическое производство хлора и едкого натра (каустической соды)
- •Электролиз воды
- •Электрохимическое производство продуктов окисления
- •§ 6.3. Гидроэлектрометаллургия
- •§ 6.4. Электролиз расплавленных сред
- •Свойства расплавленных электролитов
- •Глава 7 каталитические процессы § 7.1. Роль каталитических процессов, основные закономерности и определения
- •§ 7.2. Применение каталитических процессов в промышленности
- •§ 7.3. Производство аммиака
- •§ 7.4. Каталитические процессы нефтепереработки
- •Глава 8 процессы, идущие под повышенным или пониженным давлением § 8.1. Роль давления в технологии
- •§ 8.2. Давление как фактор интенсификации газообразных процессов
- •§ 8.3. Роль давления в жидкофазных и твердофазных процессах
- •Глава 9 биохимические процессы § 9.1. Основные понятия и определения
- •§ 9.2. Применение биотехнологических процессов в промышленности
- •Глава 10 фотохимические процессы
- •Глава 11 радиационно-химические процессы
- •Глава 12 плазмохимические процессы § 12.1. Общие понятия и определения
- •§ 12.2. Виды плазмохимических процессов
- •Глава 13 общие сведения о физических процессах химической технологии § 13.1. Значение физических процессов и их классификация
- •§ 13.2. Виды физических процессов Физико-механические процессы
- •Массообменные процессы
- •Раздел III
- •§ 14.2. Кислоты, щелочи Неорганические кислоты
- •§ 14.3. Минеральные удобрения
- •§ 14.4. Полимеры Общие сведения о полимерах, их строении, свойствах и способах получения
- •Пластмассы, их свойства, значение и применение в народном хозяйстве
- •Химические волокна и их применение в народном хозяйстве
- •Каучуки и резина
- •§ 14.5. Нефтепродукты
- •Глава 15 строительные материалы § 15.1. Общие сведения
- •§ 15.2. Основные виды строительных материалов Природные (естественные) материалы, применяемые в строительстве
- •Керамические материалы
- •Огнеупорные материалы
- •Минеральные вяжущие
- •Бетон, железобетон и строительные растворы
- •Силикатные (автоклавные) материалы
- •Асбестоцементные материалы
- •Стекло и изделия на его основе
- •Теплоизоляционные материалы
- •Глава 16 металлы и сплавы § 16.1. Общие сведения
- •§ 16.2. Методы определения качества металла (сплава)
- •§ 16.3. Термическая и химико-термическая обработка
- •§ 16.4. Черные металлы и сплавы
- •Материалы со специальными свойствами (стали, сплавы)
- •Магнитные материалы
- •Инструментальные материалы
- •§ 16.5. Цветные металлы и их сплавы
- •§ 16.6. Коррозия металлов
- •Классификация коррозионных процессов
- •Электрохимическая коррозия металлов
- •§ 16.7. Защита металлов от коррозии Защита металлов от химической коррозии
- •Экономия на 1 т листа
- •Защита металлов от электрохимической коррозии
- •Технико-экономические показатели и выбор методов защиты
- •Раздел IV
- •Типы производств
- •Типизация технологических процессов
- •Технологичность конструкций изделий
- •Качество изделий
- •Понятие о точности обработки
- •Основные методы и средства контроля качества изделий
- •Шероховатость поверхности
- •Выбор заготовок
- •§ 17.2. Экономическая оценка технологического процесса
- •Глава 18
- •Литье в песчано-глинистые формы
- •Специальные способы литья
- •§ 18.2. Основы технологии производства заготовок методами пластической деформации
- •Формообразование заготовок, изделий из пластмасс и резины методами пластической деформации
- •Формообразование деталей методами порошковой металлургии
- •§ 18.3. Изготовление неразъемных соединений Понятие о неразъемных соединениях. Виды неразъемных соединений
- •Сущность процессов сварки материалов и их классификация
- •Сварка плавлением
- •Огневая резка материалов
- •Сварка давлением
- •Контроль качества сварных соединений
- •Клеевая технология
- •§ 18.4. Обработка конструкционных материалов резанием
- •Обработка на станках-автоматах и полуавтоматах
- •Чистовая обработка наружных поверхностей тел вращения
- •Обработка внутренних поверхностей тел вращения.
- •Обработка плоских поверхностей
- •Обработка фасонных поверхностей
- •Методы изготовления деталей зубчатых зацеплений
- •Обработка резанием неметаллических материалов
- •Обработка заготовок на агрегатных станках
- •§ 18.5. Электрофизические методы обработки
- •Применение ультразвука в промышленности
- •Плазменная обработка материалов
- •Лазерная обработка
- •Глава 19 основные технологические процессы электроники и микроэлектроники § 19.1. Технология изготовления интегральных микросхем
- •Фотолитография в микроэлектронике
- •Нанесение тонких пленок в вакууме
- •Осаждение из газовой фазы
- •§ 19.2. Технология изготовления печатных плат
- •Технологические процессы изготовления пп
- •Субстрактивные методы изготовления печатных плат
- •Технология изготовления многослойных печатных плат
- •Аддитивные методы изготовления печатных плат
- •Печатные платы с многопроводным монтажом
- •Глава 20 технология сборочных процессов § 20.1. Понятие о технологическом процессе сборки и его организационных формах
- •§ 20.2. Контроль и испытание готовых изделий
- •Глава 21 основы технологии строительного производства § 21.1. Роль капитального строительства в развитии народного хозяйства ссср
- •§ 21.2. Строительные работы
- •§ 21.3. Основные направления совершенствования строительства
- •Глава 22 оптимизация технологических процессов § 22.1. Общая постановка задач оптимизации технологических процессов
- •§ 22.2. Методы оптимизации технологических процессов
- •Регрессионный и корреляционный методы анализа при оптимизации технологических процессов
- •Методы планирования эксперимента для оптимизации технологических процессов
§ 6.3. Гидроэлектрометаллургия
Электрохимическое получение металлов электролизом из водных растворов занимает значительное место в технической электрохимии. Этим методом получают и рафинируют многие металлы: медь, цинк, никель, кобальт, хром, серебро, золото, олово, свинец, кадмий и др.
Электролиз ведут как с растворимыми, так и с нерастворимыми анодами. При электролизе с нерастворимыми анодами на катоде осаждается чистый металл, а на аноде выделяется галоген или кислород и регенерируется соответствующая кислота, например H2SO4 при электролизе из сернокислых электролитов.
Электролиз с нерастворимыми анодами осуществляется как в электролизерах без диафрагм (получение цинка), так и с диафрагмами при получении хрома, марганца и т. д.
Электролиз с растворимыми анодами применяется в тех случаях, когда требуется очистить полученный пирометаллургическим путем черновой металл от вредных примесей или извлечь из него ценные компоненты, т. е. то, что называется электролитическим рафинированием.
Процесс электрорафинирования, как правило, осуществляется в электролизерах без диафрагм. В тех случаях, когда при анодном растворении в раствор кроме основного металла переходит еще металл, который может расстроить катодный процесс или осаждаться на катоде и загрязнить осадок, процесс электррлиза осуществляют с применением диафрагм. Подвергаемый очистке металл используется в качестве анода. После включения тока катионы металла переходят в электролит при растворении анода и в результате электролиза осаждаются на катоде в виде более чистого металла. Примеси более электроположительных металлов могут переходить в раствор в очень небольших количествах и будут осыпаться в виде шлама.
Электроотрицательные металлы могут при анодном растворении также переходить в раствор, так как на катоде при этом идут в первую очередь процессы, которые требуют наименьшего положительного потенциала. На катоде преимущественно идут процессы, требующие наименьшего отрицательного потенциала. Поэтому, если с основным металлом с анода будут растворяться и более электроотрицательные примеси, то на катоде будет главным образом осаждаться только основной металл.
Процесс гидроэлектрометаллургии состоит из следующих стадий: подготовка руды или концентрата с целью перевода их в растворимую форму; растворение (выщелачивание) руды; очистка полученного раствора от вредных для электролиза примесей, корректировка электролита, электролиз для получения или рафинирования металлов.
Рафинирование меди. В природе медь встречается в виде сульфидных и окисленных руд, из которых пирометаллургическим путем получают черновую медь, содержащую 98,0 — 99,5% Си. Главный потребитель меди — электротехническая промышленность — употребляет медь высокого качества (99,92 — 99,96% Си). Черновая медь содержит наряду с другими примесями серебро и золото. В 1 т меди может содержаться 7 кг серебра и 50 — 300 г золота.
Практически почти вся медь, выплавляемая в мире, подвергается электролитическому рафинированию.
Процесс электролитического рафинирования заключается в том, что в электролизеры, в которых в качестве электролита используется сернокислая медь (30 — 50 г/л) и серная кислота (140 — 200 г/л), добавляемая для повышения электропроводности электролита, завешиваются литые аноды из черновой меди, между которыми помещают катоды из тонких листов электролитической меди. При электролизе медь из анодов растворяется, а также переходят в раствор металлы (Zn, Ni, Fe, Sb, As и др.). Электроположительные металлы Аu и Ag в раствор не переходят, а выпадают в виде шлама.
На катоде осаждается только чистая медь, электроотрицательные примеси, постепенно накапливаясь, загрязняют электролит.
В процессе электролиза в электролите увеличивается концентрация меди, поэтому часть электролита периодически выводят из цикла и замещают свежим. Полученный при электролизе шлам поступает на переработку с целью извлечения Аu и Ag.
В цехе устанавливают большое количество ванн, представляющих собой сосуд прямоугольной формы, в днище которого имеется штуцер для спуска шлама. Длина ванны 3 —4 м, ширина ~1 м, глубина 1,1 — 1,3 м. Ванны изготовляют деревянными, облицованными изнутри свинцом или винипластом. В последнее время ванны изготовляют железобетонные, футерованные винипластом.
Электролит циркулирует через все ванны и проходит через подогревающее устройство, так как электролиз осуществляется при температуре 50 — 60 °С. Обычно ванны соединяются в блоки (секции). Электролизеры работают с выходом по току 90 — 94 %, напряжение при электролизе 0,2 — 0,26 В, катодная плотность тока 160 — 220 А/м2.
Регенерируют отработанный, содержащий большую концентрацию меди электролит двумя способами: проводят электролиз с нерастворимыми анодами; пропускают через башню, заполненную металлической медью, где при продувке воздуха и пара медь растворяется в свободной кислоте электролита, после чего его выпаривают и подвергают кристаллизации, получая товарный медный купорос.
Расход электроэнергии на 1 т катодной меди 175 — 200 кВт-ч.
Электролитическое получение цинка. Электролитом служит раствор сернокислого цинка, который получается выщелачиванием Zn из цинковых руд серной кислотой. Цинковые руды в основном состоят из цинковой обманки ZnS, плохо растворимой в H2SO4.
Чтобы перевести сернистый цинк в растворимое соединение, его подвергают окислительному обжигу, при этом он превращается в ZnO. Электролиз протекает с нерастворимыми анодами, которые чаще всего изготовляются из свинца.
При растворении оксида цинка наряду с цинком в раствор переходят и многие из примесей. Поэтому раствор очищают. Благородные примеси удаляют в результате добавки цинковой пыли, так как они при этом восстанавливаются и осаждаются, после чего их отфильтровывают. Очищенный от примесей раствор сернокислого цинка поступает на электролиз. Нейтральные растворы ZnSO4 имеют низкую электропроводность. Для ее повышения в электролит вводят серную кислоту. Концентрация цинка в электролите обычно составляет 50 — 60 г/л, а серной кислоты не более 100—120 г/л, так как при повышении ее концентрации уменьшается выход по току. Температура электролита 35-40°С. Электролиз осуществляется при катодной плотности тока в 300 — 450 А/м3. Выход по току 88 — 94%. Для интенсификации процесса возможно применение и больших плотностей тока. Расход электроэнергии 3000 — 3500 кВт-ч на 1 т цинка. Чистота получаемого цинка 99,7 — 99,9%.. При электролизе на катодах из алюминия осаждается k цинк, а на свинцовых анодах выделяется кислород. Катодный цинк переплавляют и разливают в чушки, а часть цинка (~ 5 %) перерабатывают в порошок и используют для очистки растворов от примесей. Для электролиза применяют деревянные или железобетонные ванны.