Гидрометаллургические способы получения металлов. Реферат. Другое. 2012-09-13

Понятие о металлургии

Металлургия — получение металлов из руд — один из древнейших видов человеческой деятельности. Еще во втором тысячелетии до н. э. в Египте умели выплавлять железо из железной руды. Так называемый железный век пришел на смену бронзовому, тот, в свою очередь, наступил после каменного.

Получают металлы из рудных полезных ископаемых. Например, халькопирит или медный колчедан — сырье для производства железа, меди и серы (Рис. 1). Химическая формула минерала CuFeS2. Металлы в составе других руд находятся в виде оксидов или солей неорганических кислот, химически связанных катионов.

Рис. 1. Халькопирит
Рис. 1. Халькопирит

Видео

Пирометаллургия

     Пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода, оксида углерода (II), водорода, металлов — алюминия, магния.

Например, олово восстанавливают из касситерита SnО2, а медь — из куприта Cu2O

прокаливанием с углем (коксом):

SnО2+ 2С = Sn + 2СО ↑;  Cu2O + С = 2Cu+ СО ↑

Сульфидные руды предварительно подвергают обжигу при доступе воздуха, а затем полученный оксид восстанавливают углем:

2ZnS  +  30 =  2ZnО  +  2SO2 ↑;  ZnО  +  С  =  Zn  +  СО ↑сфалерит (цинковая обманка)

Из карбонатных руд металлы выделяют также путем прокаливания с углем, т. к. карбонаты при нагревании разлагаются, превращаясь в оксиды, а последние восстанавливаются углем:

FeСO3   =   FеО  +  СO2 ↑ ;   FеО  + С = Fе  + СО ↑сидерит (шпатовый железняк)

Восстановлением углем можно получить Fе, Сu, Zn, Сd, Ge, Sn, Рb и другие металлы, не образующие прочных карбидов (соединений с углеродом).

В качестве восстановителя можно применять водород или активные металлы:

1)      МоO3 + ЗН2 = Мо + ЗН2O (водородотермия)

К достоинствам этого метода относится получение очень чистого металла.

2)      TiO2+ 2Мg = Тi + 2МgO (магнийтермия)

ЗМnO2 + 4Аl = ЗМn + 2Аl2O3 (алюминотермия)

Чаще всего в металлотермии используют алюминий, теплота образования оксида

которого очень велика  (2А1 + 1,5 O2 = Аl2O3 + 1676 кДж/моль). Электрохимический ряд напряжений металлов нельзя использовать для определения возможности протекания реакций  восстановления металлов из их оксидов. Приближенно установить возможность этого процесса можно на основании расчета теплового эффекта реакции (Q), зная значения теплот образования оксидов:

Q= Σ Q1 — Σ Q 2 ,

где  Q1— теплота образования продукта, Q-теплота образования исходного вещества.

Доменный  процесс (производство чугуна):C + O2 = CO2, CO2 + C ↔ 2CO3Fe2O3 + CO = 2(Fe2Fe32)O4+ CO2(Fe2Fe32)O4+ CO= 3FeO + CO2FeO + CO= Fe + CO2(чугун содержит до 6,67% углерода в виде зерен графита и цементита Fe3C);


Выплавка стали (0,2-2,06% углерода) проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (CO2, SO2), либо связываются в легко отделяемый шлак – смесь Ca3(PO4)и CaSiO3. Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.

 

Восстановление металла [ править ]

Восстановление металла — это заключительный этап гидрометаллургического процесса. Металлы, подходящие для продажи в качестве сырья, часто производятся непосредственно на стадии извлечения металла. Однако иногда требуется дальнейшее рафинирование, если нужно получить металлы сверхвысокой чистоты. Основными типами процессов восстановления металлов являются электролиз, газовое восстановление и осаждение. Например, основной целью гидрометаллургии является медь, которую обычно получают электролизом. Ионы Cu 2+ восстанавливаются при умеренных потенциалах, оставляя за собой другие загрязняющие металлы, такие как Fe 2+ и Zn 2+ .

Электролиз [ править ]

Электровыделение и электрорафинирование, соответственно, включают извлечение и очистку металлов с использованием электроосаждения металлов на катоде и либо растворения металла, либо конкурирующую реакцию окисления на аноде.

Осадки [ править ]

Осаждение в гидрометаллургии включает химическое осаждение либо металлов и их соединений, либо загрязняющих веществ из водных растворов. Осаждение будет происходить, когда в результате добавления реагента , испарения , изменения pH или температурных манипуляций любой конкретный вид превысит свой предел растворимости.

Внешние ссылки [ править ]

  • Гидрометаллургия, BioMineWiki
vтеДобывающая металлургия

Металлургическая проба Цветная металлургия.

Обработка минералов (физическими средствами)
Добыча

Геологические изысканияПриродные ресурсыРудаЭкономическая геологияМинеральнаяОсновной металлДрагоценный металлДобыча полезных ископаемыхПоверхностьПод землей в хард-рокеПод землей в мягкой породеПереработка отходовЛом

Измельчение

Штамповая мельницаArrastraДробилкаМельница AGМельница полусамоизмельченияГалечная мельницаШаровая мельницаСтержневая мельницаIsaMill

Размеры

Сортировка рудыВаннингГидроциклонТроммельЦиклонная сепарацияГираторное оборудованиеМеханический скрининг

Концентрация

Пенная флотацияЯчейка ДжеймсонаПанорамированиеДжиг-концентраторыКонцентрация силы тяжестиМагнитное разделение ( намагничивание )Коробка рокераСухая стиркаЯма для бутонов

Пирометаллургия (нагреванием)
Плавка

Выплавка чугунаСвинцовая плавкаПлавка цинкаВзвешенная плавкаПечь ISASMELTОгнеупорные футеровки

Рафинирование

КупелированиеПроцесс ПарксаКислородный конвертер с донной продувкойОпросIsaKidd процесс

Другой

КальцинированиеЖаркаЛиквация

Гидрометаллургия (водным раствором)
Выщелачивание

LixiviantКучное выщелачиваниеВыщелачивание отвалаВыщелачивание резервуаровВыщелачивание на местеХлорирование золотаЦианирование золотаПроцесс Байера

Слияние

Патио процессПан амальгамация

Электрометаллургия (электричеством)
Электролиз

ЭлектровиннингПроцесс Холла-ЭруКастнер процесс

Сопутствующие продукты

ХвостыGangueШлакКлинкерЧатКрасная грязьШтампованный песок

Теги