Metalurgia-opracowanie

Nasza ocena:

3
Pobrań: 630
Wyświetleń: 2625
Komentarze: 0
Notatek.pl

Pobierz ten dokument za darmo

Podgląd dokumentu
Metalurgia-opracowanie - strona 1 Metalurgia-opracowanie - strona 2 Metalurgia-opracowanie - strona 3

Fragment notatki:

Metalurgia – Leszek Rycerz
113 A3 13-15 pon wt
Pytania dotyczące reakcji metali z wodą kwasami zasadami
Przykładowe procesy metalurgiczne ( pirogeniczne- proces wielkopiecowy, tworzenie żużla),
szereg aktywności metali)
Metalurgia- nauka o materiałach i technologie dotyczące metali, oraz dalszej jej przeróbki,
metaloznawstwo; (przeróbka plastyczna, odlewnictwo, metaloznawstwo, metalurgia
ekstrakcyjna), przeróbka rud metali aż do produktu końcowego
Metalurgia ekstrakcyjna-zajmuje się procesami otrzymywania czystych metali lub ich stopów
 rafinacja metali
 Właściwe otrzymywanie metali
 pirogeniczne- wysokotermiczne, hydrotermiczne w wodzie)
 Produkcja stopów
 Odlewnictwo
 Obróbka powierzchniowa
Lantanowce- pierwiastki ziem rzadkich
Metaloidy – w zależności od sytuacji będą wykazywać właściwości metali lub niemetali
Charakter metaliczny rośnie w dół grupy i w lewą stronę( w obrębie grupy, okresu)
Wł. Atomowe
Wł. Fizyczna
Wł Chemiczne
Metale
mało elektronów
walencyjnych
Większe promienie atomowe
Niższa energia jonizacji
Niższa elektroujemność
Stałe w temp. pokojowe
Dobre przewodnictwo
cieplne i elektryczne
Kowalne i ciągliwe
Oddając elektrony staja się
kationami, reagują z
niemetalami tworząc związki
jonowe
mieszane z innymi metalami
tworzą stopy
Niemetale
Więcej elektronów
Mniejsze promienie atomowe
Większa en. Jonizacji
Większa elektroujemność
3 st. skupienia
Słabe
Nieciągliwe i niekowalne
Przyjmują elektrony stają się
anionami, reagują z metalami
tworząc związki jonowe
Reagują z innymi
niemetalami tworząc związki
kowalencyjne
Litowce- reagują z wodą z wydzielaniem wodoru, litowiec o największym promieniu
atomowym jest najbardziej reaktywny, reaktywność maleje wraz ze zmniejszeniem się
promienia atomowego. Rubid i Cez eksplodują przy kontakcie z wodą.
Roztwarzalność berylowców w wodzie: (Beryl nie roztwarza się) :
Me+2H2O = Me2+ + 2OH-+ H2 (Mg- reaguje na gorąco, a pozostałe – na zimno)
1)Wodór może być wydzielany z roztworem przez metale o ujemnym potencjale a więc
metale nieszlachetne. (podobnie roztwarza się cynk lub chrom)
Fe+2H+= Fe2++H2
Natomiast nie zajdzie reakcja roztwarzania miedzi w kwasie solnym, podobnie zachowuje się
srebro)
Cu+2H+=Cu2++H2
Nieszlachetne- wypierają wodór
Szlachetnie- nie wypiorą wodoru
2) Metale szlachetne roztwarzają się natomiast w roztworach wodnych silnych utleniaczy
(kwasy utleniające HNO3, st. gorący H2SO4)
Cu+H++NO3-=Cu2++NO+ H2O
3) Złoto platyna i pallad nie roztwarzają się w kwasie azotowym oraz gorącym st. siarkowym;
potrafi je natomiast roztworzyć woda królewska(mieszanina stężonych kwasów:
solnego(HCl) i azotowego (HNO3) w stosunku objętościowym 3:1)
HCl+HNO3=H++NO3-+Cl3Pt+16H++4HNO3- +18Cl-=3PtCl62-+4NO+8H2O
Au+4H++NO3-+4Cl- = AuCl4-+NO+2H2O
4)Reakcje metali z wodorotlenkami
Cynk, cyna, glin roztwarzają się w wodorotlenkach z wydzielaniem wodoru, gdyż są to
metale amfoteryczne. Amfoteryczne pierwiastki  związki kompleksowe
Zn+2OH-+2H2O =[Zn(OH)4]2- + H2
Sn +2OH-+4H2O =Sn(OH)62- + 2H2
Al +OH-+3H2O =Al(OH)4- + 3/2H2
Amfoteryczne pierwiastki  związki kompleksowe
Metalurgia ekstrakcyjna- dział metalurgi zajmujący się otrzymywaniem
 Minerulgia- separacja bez zmiany składu chemicznego
 Metalurgia- separacja z zmianą chemiczna
RUDY  (uwalnianie, rozdrabnianie, przesiewanie, klasyfikacja)  NADAWA (zmieniona
ruda)  ( wzbogacanie, flotacyjne, grawitacyjne, magnetyczne) KONCENTRACJA (
metalurgia, wykop, ługowanie, elektrorafinacja) METAL
Metody wzbogacania wykorzystują różnice we właściwościach fizycznych składników rudy
(minerałów użytecznych i płonnych)
Cel wzbogacania:
Wydzielanie minerałów użytecznych w postaci koncentratu lub półproduktu
Separacja niepożądanych zanieczyszczeń i składników płonnych(opad)
Wyprodukowanie koncentratu metalu (wysoki uzysk wysoka jakość koncentratu)
rozdzielanie dwu lub kilku minerałów użytecznych (koncentraty różnych metali)
Właściwości
Wygląd
Gęstość
Podatność
magnetyczna
Przewodnictwo
elektryczne
Właściwości
powierzchniowe
Sposób wykorzystania
Cząstki (duże kawałki) o
wyraźnie odmiennej barwie,
strukturze, połysku, itp… są
oddzielone od reszty
materiału
1.Cząstki o wysokiej gęstości
toną w cieczach ciężkich,
lekkie pozostają na
powierzchni
2. Złoże cząstek o różnej
gęstości uległa podziałowi
(cząstki ciężkie tworzą dolną
warstwę)
3. Ciężkie i lekkie cząstki
poruszają się wzdłuż różnych
dróg w przepływającej
warstwie wody
W polu magnetycznym
cząstki magnetyczne
poruszają się wzdłuż różnych
dróg w porównaniu z
cząstkami niemagnetycznymi
Cząstki o różnym
przewodnictwie ulegają
naładowaniu o różnym
stopniu i będą różnie
poruszać się w polu
elektrycznym
Cząstki hydrofobowe ulegają
wyniesienu do piany
(koncentrat), cząstki
hydrofilowe opadają na dno
(opad)
Proces rozdziału
Sortowanie ręczne
Separacja w cieczach
ciężkich
Koncentracja grawitacyjna
Koncentracja grawitacyjna
Separacja magnetyczna
Separacja elektrostatyczna
Flotacja pionowa
KONCENTRAT- procesy chemiczne
 Pirometalurgia
o Bardzo stara metoda
o Bezkonkurencyjna do rud o wysokiej zawartości minerału użytecznego,
prowadzona w duzej skali
o Wysoka temp, duża szybkość reakcji
o Problemy  skażenie środowiska, wysokie zużycie energii, wysokie zapylenie
 Hydrometalurgia
o Zazwyczaj stosowana do rud o niższej zawartości i skomplikowanej budowie,
stosowana w mniejszej skali
o Niższa temperatura, niższa szybkość reakcji
o Pierwszy proces hydrometalurgiczny: przeróbka boksytów na początku 20
wieku
Przeróbka rud o wysokiej
zawartości
Ubogie rudy
Rudy siarczkowe
Rozdział podobnych metali
(np. Ni i Co)
Produkty zanieczyszczające
środowisko
skala
Szybkość reakcji
nieekonomiczna
Ekonomiczna
Możliwa( selektywne
ługowanie
Brak wmisji SO2, S0 lub So4
produkowane
Możliwe ( różne metody)
nieopłacalne
Woda odpadowa, stałe i
ciekłe odpady
Mniejsza skała, możliwość
jej rozszerzenia
Niższa niż piro
Gazy, pyły
Metalurgia chemiczna
Hydrometalurgia
- ługowanie
-ekstrakcja rozpuszczalnika
-wytrącanie
- szuszenie
Pirometalurgia
-wytapianie
Elektrometalurgia
-elektroliza
Emisja So2( może być
przerobiony w H2SO4)
Niemożliwy
Nieekonomiczna , w małej
skali
Duża
Wstępna obróbka termiczna
- prażenie utleniające- stosuje się do konwersji trudno rozpuszczalnych siarczków metali do
postaci łatwo rozpuszczalnej
ZnS + 1,5 O2 = ( 650st.) ZnO +SO2
-prażenie niesiarczające stosuje sie celem przeprowadzenia minerału ( metal, tlenek) w łątwo
rozpuszczalne siarczany; prażenie SnO2, SnO, Sn ze stężonym H2SO4 w temp. 4000C
SnO2+H2SO4---4000C---Sn(SO4)2+ 2H2O
Pirometalurgia żelaza
- ruda żelaza zawiera minerały tego metalu Fe2O3- hematyt, Fe3O4- magnetyt; ponadto jako
złoże występuje głównie krzemionka (SiO2)
-Otrzymywanie żelaza z jego rud polega na reprodukcji tlenków żelaza za pomocą węgla
i tlenku węgla, który jest szczególnie czynnym reduktorem, ponieważ jako gaz reaguje z
tlenkami żelaza w całej objętości pieca. Szybkość redukcji wzrasta ze wzrostem temperatury,
a wydzielanie produktów reakcji w stanie ciekłym sprzyja usuwaniu zanieczyszczeń, dlatego
proces przeprowadza się w wysokich temperaturach w tak zwanych wielkich piecach. Są to
wielkie konstrukcje mające do 30 m wysokości i 2000 m3 pojemności.
- ładowanie pieca odbywa się od góry przez urządzenia zasypowe, przez które wprowadza
się: koks, rudę i topniki (dolomit, wapień), które ze złożem rudy tworzą w piecu łatwo
topliwą mieszaninę krzemianów wapnia, glinu, manganu zwaną żużlem. Koks wprowadzony
do wielkiego pieca spala się w strumieniu gorącego powietrza wdmuchiwanego przez dysze.
Wytworzony CO2 przechodząc przez rozżarzone warstwy koksu redukuje się do tlenku węgla
-gorące gazy (CO i CO2) unosząc się ku górze ogrzewając wsad wielkopiecowy zsuwają się
ku dołowi. Procesy zachodzące w warstwach rudy zależą od temperatury wytworzonej w
dolnej strefie pieca. W najwyższych jego częściach następuje odwodnienie rury, przy
temperaturze 120-2300C. Redukcja rozpoczyna się w temperaturze 4200C i początkowo
polega na redukcji Fe(III) do Fe(II). W miarę posuwania się ku dołowi i dalszego wzrostu
temperatury następuje redukcja tlenków do metalu. W temp. 9300C redukująco działa również
węgiel. W miarę obsuwania się ładunku do dolnych, gorętszych części pieca, mających temp.
Większą niż 9300C, następuje stopienie żelaza i na skutek rozpuszczenia się w nim węgla i
innych pierwiastków powstaje stop żelaza z węglem (2,5-4,5%) oraz krzemem, fosforem,
manganem. Jest to surówka- produkt wielkiego pieca.
Proces wielkopiecowy- proces prowadzony w wielkim piecu i obejmujący: doprowadzenie
surowców (rud żelaza, koksu, topników) przez górną częśc pieca, wdmuchiwanie (od dołu)
gorącego powietrza i gazów spalinowych, redukcję tlenków żelaza do metalu, oddzielanie
skały płonej, spust surówki i żużla, odprowadzanie gazów wielkopiecowych.
Gaz wielkopiecowy-produkt uboczny w procesie wielkopiecowym. Skład zależy od wsadu
wielkopiecowego i zawarty jest w granicach 10-16% - CO2, 23-30% - CO; 0,3-4% - CH4;
52- 60% N2. Na 1tonę surówki wydziela się do 4000m3 gazu wielkopiecowego. Gaz
wielkopiecowy nie oczyszczony zawiera znaczna ilość pyłu. Wartość opałowa 33503700kJ/m 3. Stosowany do opalania nagrzewnic wielkopiecowych oraz baterii
koksowniczych.
Równocześnie z redukcją tlenków żelaza odbywa się też reakcja pomiędzy topnikami i
zanieczyszczeniami rudy. W wyniku tych reakcji tworzy się ciekły żużel, który spływa w dół
pieca i jako lżejszy od surówki tworzy warstwę na jej powierzchni.
W dolnej części pieca zachodzą reakcje utleniania węgla, które prowadzą do powstania CO
C+O2=CO2
CO2 +C =2 CO
Tlenek ten łatwo reaguje ze stopioną, w wysokiej temperaturze pod wpływem topników rudą
żelaza. Zachodzą następujące reakcje:
3Fe2O3  CO  2 Fe3O4  CO2
Fe3O4  CO  3FeO  CO2
FeO  CO  Fe  CO2
Jest to tzw. Redukcja częsciowa, redukcja właściwa, czyli redukcja węglem zachodzi w
dolnej strefie wielkiego pieca, w której panuje najwyższa temperatura, dochodząca do ok.
1200-15000C.
Wszystkie reakcje zachodzące w piecu:
CaCO3 T 800900C  CaO  CO2


MgCO3 T 800900C  MgO  CO2


CaO  SiO 2 T 1200C  CaSiO 3( c )


6CaO  P4 O10 T 1200C  2Ca 3 ( PO 4 ) 2 ( c )


CO2  C 400 2CO
 950C
3Fe 2 O3  CO  2 Fe3 O4  CO2
Fe3 O4  CO  3FeO  CO2
FeO  CO  Fe  CO2
FeO  C  Fe  CO
C  H 2 O  CO  H 2
Tworzenie gazowych reduktorów
C+H2O= CO + H2 600 *c
C+CO2= 2 CO ( 1700
2C+O2= 2 CO( 1700
Redukcja tlenków żelaza
3 CO+ Fe2O3= 2Fe + 3 CO2 ( 900
3H2 + Fe2O3= 2Fe + 3H20 ( 900
Konwertorownie- proces oczyszczania zanieczyszczeń
Surówka zawiera ok. 4 % C;
Stal zawiera 0,1-1,2 % węgla ( większość stali zawiera mniej niż 0,5% C)
Usunięcie węgla- przedmuchiwanie tlenu przez stopioną surówkę
2Fe+ O2  FeO
FeO + C  Fe + CO
Produkcja cynku
1.prazenie utleniające
2.pirogenicza
- roztwarzenie w kwasie siarkowym
Hydrometalurgia jest metoda selektywnego wydzielania metali rud za pomocą procesów
zachodzących w roztworach wodnych; Najważniejszym procesem jest ługowanie:
Ługowanie roztworem H2SO4 w obecności tlenu
Cu2S + O2+ 4H+=2Cu2+ +S + 2H2O
Ługowanie roztworami cyjanków w obecności tlenu
4Au+8CN+ +O2+ 2H2O= 4Au(CN)2-+ 4OHŁugowanie alkaliczne boksytów
AlOOH +OH- + H2O = [Al.(OH)4]-
Pozostałe etapy procesów hydrometalurgicznych
-selektywne koncentrowanie: ekstrakcja, procesy membranowe, wymiana jonowa, flotacja
jonowa,
- wydzielenie metalu(metali): elektroliza, cementacja, redukcja ciśnieniowa wodorem,
-elektroliza Cu2+ +2e= Cu
-cementacja Cu2+ +Fe = Fe2+ +Cu
-redukcja wodorem Cu2+ + H2 = Cu + 2H+
... zobacz całą notatkę



Komentarze użytkowników (0)

Zaloguj się, aby dodać komentarz