Металлургия алюминия, меди и титана
Металлургия меди.
Применяется в технически чистом виде в электротехнической промышленности, а неэлектрорафинированная медь – для производства сплавов.
Руда:
– сульфидные руды, горные породы медный колчедан или халькопирит: 60-90% пирита FeS2 и 1-3% меди в виде соединений Cu2S, CuS. До 80% меди получают из сульфидных руд. Cu2O – куприт.
– окисленные руды, из них добывают до 15% Cu (CuO, Cu2O – куприт; CuСO3 Cu(OН)2 – азурит).
– самородная медь встречается примерно на 5%.
90% Cu извлекают пирометаллургическим способом. Около 10% меди путем подвергания бедных руд выщелачиванием – гидрометаллургический способ.
Технологический процесс пирометаллургического способа производства меди включает следующие стадии (рисунок 1.6):
1) Обогащение руды:
– дробление и размол (до зерен размером 0,05¸0,5 мм);
– флотационное обогащение основано на том, что в пульте несмачивающиеся частицы руды вместе с пузырьками продуваемого воздуха поднимается вверх в виде пены (добавляют масла и другие вещества, образующие на поверхности частиц пленки), а пустая порода смачиваясь вниз.
Полученный концентрат содержит до 10–35% меди;
2) Обжиг в специальных многоходовых вертикальных печах (за счет горения S (CuS, Cu2S и др.), t = 80°) или обжиг в кипящем слое (в кипящем слое 600–700°C CО2 воздуха) ® окисление серы и железа (утилизируется 2-х окиcь SO2) – увеличивается в 1,5-2 раза.
3) Получение медного штейна
FeS × Cu2S – в специальных шахтных вертикальных или пламенных отражательных печах:
20–60% Cu, 10-60% Fe и 20-25% S.
с tплавл. » 950-1050°С. Пустая порода, как шлак;
4) Получение черновой меди – путем продувки жидкого штейна кислородом в горизонтальных и вертикальных конверторах:
Cu2S + O2 = 2Cu + SO2
идет на производство кислот, а внизу откладывается черновая медь, которую разливают в чушки или на плиты;
Dконв = 3-4 м, L = 6-10 м, футеровка основная магнезитовым кирпичом. Рвозд. = 0,8-1,2 атм.
5) Рафинирование меди:
– основной способ электролитический – медь для электротехнической промышленности или загрязненных благородными металлами в электролизных ваннах: происходит растворение анодов (Cu++) и откладывается на катодах. 10-16% Cu2SO4 + 10–16% H2SO4 на получение 1 т Cu – расходуется 250–300 кВт/ч электроэнергии, получают 5 марок М0¸М4 99,0-99,95% Cu. В = 1,2 м, h = 1 м, L = 2,5-3 м, корпус из дерева или бетона, внутри обкладка пластмассой: 20-30 суток – вес катодов из 99,95% Cu ~ 60-90 кг.
Рисунок 1.6 – Упрощенная схема получения из сульфидных руд пирометаллургическим способом.
Металлургия титана.
Сочетает высокие механические свойства и коррозионную стойкость с малым удельным весом по сравнению с железными и другими сплавами. Титановые сплавы обладают повышенными механическими свойствами при 500–550°, имеют малый коэффициент линейного расширения, немагнитны и высокой коррозионной стойкостью.
Производство затруднительно в связи с высокой химической активностью при высоких температурах и требует создания для плавки среды инертных газов и вакуума.
Руды: ильменит, титаномагненит
– содержание в виде TiO2 (рутила) колеблется от 8 до 60%. Технологический процесс производства включает:
а) флотацией отделяют от пустой породы, концентрат с 90-99% TiO2;
б) рутил подвергают хлорированию и получают TiCl4
TiO2 + 2Cl2 + 2C ® TiCl4 + 2CO
tкип = 136°
в) восстановление Ti в среде инертных газов (аргон)
TiCl4 + 2H2 ® Ti + 4HCl;
TiCl4 + 4Na ® Ti + 4NaCl;
TiCl4 + 2Mg ® Ti + 2MgCl2 – при 850-950° наиболее перспективный способ.
Ti получается в виде губки, которая переплавляется в порошкообразное состояние или в виде прессованных электродов.
г) плавка в электрических высокочастотных или электродуговых печах в вакууме и в среде инертных газов (аргона).