Гидрометаллургические процессы.

Их стали применять в промышленности позже, когда химическая наука достигла определенного уровня. Основная идея процесса сводится к тому, что перерабатываемая руда подвергается воздействию растворителя, переводящих его компоненты в раствор. Иногда руда растворяется не полностью остаток, обычно пустая порода, выводит путем разделения жидкой и твердой фазы. Полученный чистый раствор перерабатывается:

А)Либо путем электролиза раствора, на что нужно меньше энергии, чем на электролиз расплава

Б) Либо путем добавления к раствору реагентов, переводящих отдельные компоненты из жидкой фазы в твердый осадок

В)Путем кристаллизации с применением выпаивания или охлаждения

Г)Путем экстракции, т.е поглощение отдельных эл-ов раствора эмульсиями, твердыми абсорбентами или ионными смолами

В результате использования всех этих способов, удается в гидрометаллургическом процессе очень полно и чисто разделить все компоненты. Причем все процессы протекают при относительно низких давлениях и температурах, это позволяет применять более простое, дешевое оборудование. Применение гидрометаллургических процессов целесообразно когда :

компоненты руды- легко растворимые соединения , данных дешевых растворителях

когда руда может быть измельчена тип реакции не имеет значения

Гидрометаллургия, извлечение металлов из сырья с использованием химических реакций в водных растворах. Сырьем могут быть руды, рудные или химические концентраты (продукты мех. обогащения или хим. переработки руд), отходы др. производств или самих гидрометаллургич. процессов.

Уточняющая добавка

Гидрометаллургические методы пригодны для извлечения металлов из сырья с низкими концентрациями металла и не поддающегося переработке традиционными методами, поэтому роль этих методов в условиях происходящего обеднения и ухудшения качества рудного сырья постоянно возрастает. К достоинствам гидрометаллургии относится также возможность разделения близких по свойствам металлов (Zr и Hf, Nb и Та, смесей РЗЭ и др.), упрощение переработки по сравнению с пирометаллургией. Применение гидрометаллургических методов во мн. случаях существенно снижает загрязнение окружающей среды вредными отходами. Так, все большее значение приобретает прямая переработка сульфидных концентратов Сu, Ni, Zn, Pb и др. металлов без их обжига (обжиг приводит к выделению SO2, который при выбросе в атмосферу загрязняет окружающую среду, а при улавливании приводит к заметному удорожанию переработки).

Собственно гидрометаллургическим процессам обычно предшествует механический передел включающий операции дробления. измельчения, классификации, механического обогащения - флотации. гравитац. обогащения, отсадки, разделения в тяжелых суспензиях (см. Обогащение полезных ископаемых), а для некоторых руд – радиометрическое обогащение и др. Задача этого передела - удаление как можно большей массы минералов пустой породы.

Гидрометаллургия включает также три след. основных передела: переведение ценных металлов в раствор, переработку растворов и выделение из очищенных растворов металлов или нерастворимых соединений. Вначале из сырья селективно извлекают в раствор ценные металлы (см. Выщелачивание). Для очистки и концентрирования растворов применяют жидкостную экстракцию и ионообменную сорбцию. реже - мембранные методы, ионную флотацию и др. Ионообменная сорбция служит, как правило, для концентрирования относительно малоконцентрированные растворов, которые могут содержать взвешенные частицы твердых веществ. Емкость экстрагентов (макс. концентрация в них извлекаемого металла) значительно выше емкости сорбентов, поэтому экстракцию применяют при переработке любых по концентрации растворов, но из-за сильного захвата экстрагентов твердыми частицами - при отсутствии в этих растворах взвешенных твердых частиц. Более высокой емкостью обладают импрегнированные сорбенты – пористые вещества, содержащие органические растворители, а также твердые экстрагенты (твэксы) - органические растворители в полимерной матрице. Импрегнированные сорбенты и твэксы могут применяться для переработки концентрированных содержащих взвешенные твердые вещества растворов. Для концентрирования и очистки растворов используют также осаждение. соосаждение. а для разделения близких по свойствам растворов (например, гексафтороцирконата и гексафторогафната калия) - дробную кристаллизацию, т. е. проведение циклов частичного осаждения и растворения.

Для выделения металлов из растворов применяют восстановление (напр., водородом) при обычном давлении или в автоклаве, цементацию с использованием более активных металлов и электролитич. восстановление. Металлы, которые не могут быть выделены из водных растворов (напр., Al, Mo, W, U), осаждают в виде оксидов, гидроксидов, фторидов хлоридов, комплексных фторидов и др. Далее эти соединения восстанавливают до металлов разл. методами, включая пирометаллургические (см. Металлотермия)и электрохимические.

В гидрометаллургических технологических схемах используют также такие мех. процессы, как декантация, фильтрация, гидроциклонирование и центрифугирование. Для интенсификации разделения жидкой и твердой фаз применяют синтетич. флокулянты. Гидрометаллургия часто связана также с применением термич. процессов: сушки, прокаливания осадков, обжига концентратов и др. Все более широкое применение находят совмещенные операции, например измельчения и выщелачивания, выщелачивания и ионообменной сорбции.

Гидрометаллургич. операции могут сочетаться также с процессами газовой металлургии, например получением хлоридов или фторидов. Так, образовавшиеся при переработке рудных концентратов хлориды Zr и Hf могут растворяться в воде и перерабатываться далее гидрометаллургич. методами. Полученные по обычной гидрометаллургич. технологии соединения W м. б. превращены в WF6, используемый далее для получения металла.

Один из недостатков гидрометаллургии - относительно большой расход воды на единицу продукции. Например, на 1 т урановой руды только при получении хим. концентрата образуется 0,3-5,0 т сбросных растворов. Важное значение в преодолении этого недостатка имеют разработка и внедрение процессов водооборота и в конечном итоге переход на полностью бессточную технол. схему.

Гидрометаллургию применяют для получения цветных (Al, Cu, Ni, Co, Zn и др.), редких (Be, РЗЭ, Ti, Zr, Hf, Nb, Та, Mo, W и др.), прир. радиоактивных (U, Th), искусств, радиоактивных (Np, Pu и др.), благородных (Ag, Au, Pt и платиновые металлы) металлов.

Биогидрометаллургия основана на применении автотрофных бактерий (главным образом тионовых) для выщелачивания U, Си и др. металлов из сульфидных минералов или в присутствии сульфидных минералов. а также для удаления примесей сульфидных минералов (пирита, арсенопирита и др.) из серебряных и золотых руд или из каменного угля и др. материалов.

17. Производство чугуна: сырье, оборудование, сущность доменного процесса.

Для получения чугуна используют красные, бурые и магнитные железняки (окислы) и железный штат (карбонат). Чугун – сплав железа с углеродом, в котором углерода более 2,14%. Чугуны это сплавы в которых имеется эвтектика. По сравнению со сталями в чугунах температура конца кристаллизации постоянна и составляет 1147 градусов. Низкая температура кристаллизации и хорошая жидкотекучесть чугуна позволили использовать чугуны в качестве одного из литейных сплавов. 94% всех металлов на земле черные, 74% металлов в машиностроении черные.

Железная руда- бывают богатые (от 20%) и бедные.

Компоненты сырья:

Жел. руда (оксиды и пустые породы, железняки)

Топливо (кокс, природный газ, мазут)

Флюс (собрали вредные примеси: серу, фосфор) ; ошлакование пустых пород: известняк

Воздух CaCO3 и MnCO3

Чугун выплавляют в доменных печах. Доменная печь представляет собой башню высотой примерно 36 метров, состоящую из двух усеченных конусов, прикасающихся широкими основаниями к невысокому цилиндру.

Доменный процесс работает по принципу противотока. Шихтовые материалы, состоящие из металлизованных окатышей, кокса и флюса постепенно опускаются вниз, а навстречу им движется поток газов, образующихся при сгорании топлива. Сущность доменного процесса состоит в восстановлении железа из оксидов в руде, науглероживании железа и ошлаковании пустой породы. Эти процессы требуют определенных весовых соотношений между рудой, флюсами, топливом и кислородом дутья, а также соответствующих температур. Сверху поступает шихта, снизу воздух, тем самым горит кокс, плавится руда.