Цветные металлы курсовая работа

Обновлено: 25.04.2024

Цветные металлы имеют огромное значение для современной экономики. Практически ни один механизм и ни одно электронное устройство не может быть изготовлено без использования цветных металлов. Более того – изделия из цветных металлов широко используются в быту. Значительная часть металлической посуды и столовых приборов изготавливается из цветных металлов (прежде всего, из алюминия).

С каждым годом промышленности требуется все больше цветных металлов. Между тем, сырье для их производства – это полезные ископаемые, запасы которых в земных недрах не возобновляются. Все больше становится рудников и карьеров, где запасы полностью выработаны, и все труднее находить и разрабатывать новые месторождения.

Современный мир нуждается в применении цветных металлов, как в быту, так и в промышленных масштабах, товароведная характеристика цветных металлов и изделий из них недостаточно раскрыта в современной литературе, где больше делается акцент на частное нежели на всю металлургическую отрасль в целом. Для изготовления любых изделий, предназначенных к восприятию внешних сил, применяют не чистый алюминий, а его сплавы, которых в настоящее время разработано достаточно много марок.

Цель курсовой работы – дать товароведную характеристику цветных металлов и изделий из них.

Поставленная цель определила задачи работы:

· ознакомится со сведениями о металлах и их видах;

· описать существующие технические требования к цветным металлам;

· проанализировать товароведную характеристику металлохозяйственных изделий;

· изучить особенности классификации цветных металлов и изделий из них в ТН ВЭД.

Глава 1. Характеристика цветных металлов и изделий из них

Общая характеристика цветных металлов

Цветные металлы - это медь, алюминий, цинк, олово, свинец, никель, хром, серебро и другие металлы, кроме железа и его сплавов. Они имеют общее свойство образовывать на поверхности окислительную пленку, которая предотвращает дальнейшую коррозию металла.

Медь (Сu) - обозначается от М00 (99,99 % чистой меди) до М4 (содержит 99,0 % чистой меди). Медь марок МФ1, МФ2 и МФЗ имеет примесь фосфора, который добавляет ей свойство упругости и хорошей текучести в расплавленном виде.

Серебро (Ag) - благородный металл белого цвета с синеватым оттенком. Температура плавления 960 °С. Теплопроводность у серебра высочайшая среди металлов. На воздухе и во влажной среде серебро не окисляется. Хорошо растворяется в подогретых серной или азотной кислотах. При плавлении серебро активно поглощает из воздуха кислород, а при охлаждении выделяет его. Поэтому лучше всего серебро плавить под слоем древесного угля. Из серебра 916, 900, 875 и 800 пробы изготовляют украшения (перстни, браслеты, серьги) и бытовые предметы (вилки, ложки и т.п.). Контакты разных переключающих устройств (например, рубильники), покрытые тонким слоем серебра, работают без загорания долго и надежно. Ионы серебра, раскрытого в воде, обеззараживают ее. Такая «серебряная вода» продолжительное время сохраняется без порчи, а употребление ее положительно влияет на организм. В продаже есть специальные аппараты для серебрения воды[1].

Серебро широко используют в ювелирном производстве для примесей к золоту (согласно пробе), а также приготовления фотографических материалов, припоев и т.п.

Никель (Ni) - серебристо-белый цветной металл. Сравнительно с хромом имеет желтоватый оттенок. Температура плавления 1455 °С. На воздухе и во влажной среде не окисляется и за этими свойствами приближается к благородным металлам. Концентрированные серная и соляная кислоты действуют на никель слабо, но азотная его растворяет.

Используют никель для защитного и декоративного покрытия металлов (никелирование), а также для приготовления нержавеющий сталей. Сплав никеля с хромом называют нихромом. Из него изготовляют спирали электронагревательных приборов.

Хром (Сг) - блестящий цветной металл с синеватым оттенком, за удельным весом близкий к железу. Он довольно твердый (на единицу меньше от алмаза), тем не менее, хрупкий. Температура плавления 1910 °С. Стойкий против окисления в атмосфере и в воде. Азотная кислота его не растворяют. В растворах соляной и серной кислот растворяется постепенно, но более активно в крепкой соляной кислоте. В чистом виде хром широко используют для декоративного и антикоррозийного покрытия других металлов (хромирование). Тем не менее, пленка хрома пористая, через нее проникает влага и черные металлы под хромом со временем ржавеют. Поэтому черные металлы сначала покрывают медью, потом никелем, а уже сверху хромом, т.е. делают трехслойное покрытие. Иногда черный металл покрывают никелем, а уже потом хромом. Хром довольно крепкий против стирания, но на нем плохо содержится смазочное масло, поэтому сначала наносят пленку пористого хрома, которая хорошо удерживает масло и довольно хорошо защищает поверхность от стирания. В промышленности хром широко используют для изготовления легированных хромистых сталей высокой прочности.

Сурьма (Sb) - металл серебристо-белого цвета с голубоватым оттенком, хрупкий. Плавится при температуре 630 °С, но при добавлении к другим металлам уменьшает температуру их плавления. Особенностью сурьмы является то, что в сплавах с мягкими металлами (оловом, свинцом и т.п.) она прибавляет им твердости. Сурьма входит в состав баббитов (антифрикционный сплав для подшипников скольжения) и печатного сплава (сурьма - 3 части за массой, олово - 12, медь - 2), из которого отливают шрифты, матрицы.

Висмут (Ві) - серебристо-белый с красноватым оттенком металл. Используется для приготовления припоев, так как с другими металлами уменьшает их температуру плавления.

Кадмий (Cd) за механическими свойствами подобный олову, серебряно-синего цвета, но более мягкий в отличии от него. В чистом виде применяют мало, его часто прибавляют в припои, поскольку он уменьшает температуру плавления.

Свинец (РЬ) - тяжелый, мягкий, синевато-серого цвета, блестящий металл с температурой плавления 327,4 °С. Он очень пластичный, стойкий против влаги и агрессивных сред грунта, поэтому в чистом виде его используют для защиты кабелей, которые укладывают в землю, для уплотнения соединений чугунных труб, где его запрессовывают с помощью специальных оправок, для уплотнений крышек котлов, вода в которых не используется для питья и приготовления пищи. Из него также отливают рыбацкие грузила. Свинец стойкий против соляной и серной кислоты. Азотная и плавиковая кислоты хорошо его растворяют. В основном же свинец используют для приготовления припоев в сплаве с оловом и другими легкоплавкими металлами.

Олово (Sn) - тяжелый мягкий цветной металл серебристого цвета с температурой плавления 232°С. В чистом виде олово не окисляется, стойкое против действия пищевых кислот. Пруток чистого олова при изгибании хрустит, так как происходит разрыв кристаллов. Раньше им покрывали кухонную посуду, молочные бидоны. Теперь для этого преимущественно применяют нержавеющий сталь или «пищевой алюминий».

Используют олово в чистом виде для паяния или приготовления разных припоев (преимущественно со свинцом). Днище и крылья автомобиля, покрытые оловом или его сплавом, не подвергаются коррозии, но эту луженую поверхность нужно защитить от ударов камешков, песка, твердых предметов - мягкой мастикой.

Если олово хранится при температуре ниже -13 °С, оно постепенно превращается в серый порошок. Такое явление называют «оловянной чумой». Поэтому прутки чистого олова нужно хранить при плюсовой температуре.

Титан (Те) - почти вдвое более легкий чем сталь, но с такой же прочностью, он имеет высшую температуру плавления, низкую теплопроводность и плохие антифрикционные свойства, но легко куется и штампуется. При нагревании до 500 °С на воздухе он не окисляется, а при высшей температуре на его поверхности образовывается крепкая защитная пленка. Поэтому из титана и его сплавов изготовляют обшивку сверхзвуковых самолетов, компрессоры реактивных двигателей, в турбостроении - лопате и диски турбин и т.п.

Из листового титана можно изготовить (с применением аргонового сваривания) легкие глушители для автомобилей, которые не ржавеют и не прогорают.

Реферат на тему: Цветные металлы

Цветная металлургия - это отрасль металлургии, которая включает добычу, переработку руд цветных металлов и выплавку цветных металлов и их сплавов. По своим физическим свойствам и назначению цветные металлы условно можно разделить на благородные, тяжелые, легкие и редкие.

К драгоценным металлам относятся металлы с высокой коррозионной стойкостью: золото, платина, палладий, серебро, иридий, родий, рутений и осмий. Они используются в виде сплавов в электротехнике, электровакуумной технике, приборостроении, медицине и др.

К тяжелым металлам относятся металлы с высокой плотностью: свинец, медь, хром, кобальт и т. д. Тяжелые металлы используются в основном в качестве легирующих элементов, а такие металлы, как медь, свинец, цинк и частично кобальт, также используются в чистом виде.

К легким металлам относятся металлы с плотностью менее 5 граммов на кубический сантиметр: литий, калий, натрий, алюминий и т. д. Они используются в качестве раскислителей металлов и сплавов, для легирования, в пиротехнике, фотографии, медицине и т. д.

К редким металлам относятся металлы с особыми свойствами: вольфрам, молибден, селен, уран и др.

В группу широко используемых цветных металлов входят алюминий, титан, магний, медь, свинец и олово.

Цветные металлы обладают рядом очень ценных свойств. Например, высокая теплопроводность (алюминий, медь), очень низкая плотность (алюминий, магний), высокая коррозионная стойкость (титан, алюминий).

По технологии изготовления заготовок и изделий сплавы цветных металлов делятся на деформируемые и литые (иногда спеченные).

На основе этого разделения проводится различие между металлургией легких металлов и металлургией тяжелых металлов.

Медь и ее сплавы

Медь - красный металл, на изломе розовый. Медь относится к металлам, известным с древних времен.

Технически чистая медь обладает высокой пластичностью и коррозионной стойкостью, высокой электрической и теплопроводностью (100% чистая медь, затем 65% алюминия, 17% железа), а также стойкостью к атмосферной коррозии. Позволяет использовать его как кровельный материал для ответственных построек.

Температура плавления меди составляет 1083 ° C. Кристаллическая решетка FCC. Плотность меди составляет 8,94 г / см 3. Благодаря высокой пластичности медь хорошо обрабатывается давлением (из меди можно сделать фольгу толщиной 0,02 мм), плохо режется.

Низкие литейные свойства из-за большой усадки.

На свойства меди большое влияние оказывают примеси: все, кроме серебра и бериллия, ухудшает электропроводность.

Стоимость чистой меди постоянно растет, а мировые запасы медной руды, по разным оценкам, будут исчерпаны в ближайшие 10-30 лет.

Медь обозначается буквой M, за которой следует цифра. Чем больше число, тем больше в нем примесей. Высший сорт М00 - медь 99,99%, М4 - мед 99%.

Медные сплавы

В технике используются 2 большие группы медных сплавов: латунь и бронза.

Латунь - сплавы меди с цинком (до 50% Zn) и небольшими добавками алюминия, кремния, свинца, никеля, марганца (ГОСТ 15527-70, ГОСТ 17711-80). Сплавы меди, предназначенные для изготовления деталей методами литья, называют литьем, а сплавы, предназначенные для изготовления деталей путем пластической деформации, - сплавами, обработанными давлением.

Латунь дешевле меди и превосходит ее по прочности, ударной вязкости и коррозионной стойкости. У них хорошие литейные свойства.

Латунь в основном используется для изготовления деталей штамповкой, волочением, прокаткой, прокаткой, то есть процессами, требующими высокой пластичности материала заготовки. Гильзы различных боеприпасов изготавливаются из латуни.

В зависимости от количества компонентов различают простую (двойную) и специальную (многокомпонентную) латунь.

Обычная латунь содержит только Cu и Zn.

Специальная латунь содержит от 1 до 8% различных легирующих элементов (ЛЭ), повышающих механические свойства и коррозионную стойкость.

Al, Mn, Ni повышают механические свойства и коррозионную стойкость латуни. Свинец улучшает обрабатываемость. Силиконовые латуни обладают хорошей текучестью и свариваемостью.

Бронзы - это сплавы меди с оловом (4-33% Sn), свинцом (до 30% Pb), алюминием (5-11% AL), кремнием (4-5% Si), сурьмой, фосфором и другими элементами.

Бронза - это любой медный сплав, кроме латуни. Это медные сплавы, в которых цинк не является основным легирующим элементом. Общей характеристикой бронз является высокая коррозионная стойкость и антифрикционные свойства (от анти- и лат. Трение). Бронзы отличаются высокой коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами. Из них изготавливают вкладыши подшипников скольжения, венцы червячных передач и другие детали.

Высокие литейные свойства некоторых бронз позволяют использовать их для изготовления предметов искусства, памятников и колоколов.

По химическому составу делятся на оловянные бронзы и без оловянные (специальные).

Оловянные бронзы обладают высокими механическими, литейными, антифрикционными свойствами, коррозионной стойкостью и обрабатываемостью, но имеют ограниченное применение из-за редкости и высокой стоимости олова.

Специальные бронзы не только заменяют оловянные бронзы, но в некоторых случаях превосходят их по своим механическим, антикоррозийным и технологическим свойствам:

Алюминиевые бронзы - 5-11% алюминия. У них более высокие механические и антифрикционные свойства, чем у оловянных бронз, но их литейные свойства ниже. Для улучшения механических и антикоррозионных свойств вводятся железо, марганец, никель (например, БрАЖ9-4). Из этих бронз изготавливают различные втулки, направляющие, мелкие ответственные детали.

Бериллиевые бронзы содержат 1,8–2,3% бериллия, отличаются высокой твердостью, износостойкостью и эластичностью (например, БрБ2, БрБМН1,7). Они используются для пружин в устройствах, которые работают в агрессивной среде.

Кремниевая бронза - 3-4% кремния, легированная никелем, марганцем, цинком, по механическим свойствам близка сталям.

Свинцовые бронзы содержат 30% свинца, являются хорошими антифрикционными сплавами и используются при производстве подшипников скольжения.

Медные сплавы обозначаются начальными буквами их названий (Br или L), за которыми следуют первые буквы названий основных элементов, образующих сплав, и числа, указывающие количество элемента в процентах.

Примеры:

  1. БрА9Мц2Л - бронза, содержащая 9% алюминия, 2% Mn, остальное Cu («L» означает, что сплав литейный);
  2. ЛЦ40Мц3Ж - латунь, содержащая 40% Zn, 3% Mn, ~ 1% Fe, остальное Cu;
  3. Бр0Ф8,0-0,3 - бронза, содержащая 8% олова и 0,3% фосфора;
  4. ЛАМш77-2-0.05 - латунь, содержащая 77% Cu, 2% Al, 0,055 мышьяка, остальное Zn (в обозначении латуни, предназначенной для обработки давлением, первая цифра указывает на содержание меди).

В латунях простого состава указывается только содержание меди в сплаве:

  • L96 - латунь, содержащая 96% Cu и ~ 4% Zn (томбак);
  • Lb3 - латунь, содержащая 63% Cu и 37% Zn.

Высокая стоимость меди и сплавов на ее основе привела в 20 веке к поиску материалов для их замены. В настоящее время их успешно заменяют пластмассы и композитные материалы.

Алюминий и его сплавы

Алюминий - серебристо-белый металл. Температура плавления 650 ° C. Алюминий имеет кристаллическую решетку с ГЦК-решеткой. Электропроводность алюминия составляет 65% от меди. Алюминий занимает 3-е место по распределению в земной коре после кислорода и кремния. Алюминий устойчив к атмосферной коррозии за счет образования на его поверхности плотной оксидной пленки. Важнейшей особенностью алюминия является его низкая плотность - 2,7 г / см 3 против 7,8 г / см 3 у железа и 8,94 г / см 3 у меди. Обладает хорошей теплопроводностью и электропроводностью. Хорошо справляется с давлением.

Он отмечен буквой A и числом, указывающим на содержание алюминия. Алюминий высокой чистоты имеет марку A999 - содержание Al в этой марке составляет 99,999%. Алюминий высокой чистоты - A99, A95 содержат Al 99,99% и 99,95% соответственно. Технический алюминий - А85, А8, А7 и др.

Он используется в электротехнической промышленности для изготовления токопроводов, в пищевой и химической промышленности. Алюминий нестабилен в кислой и щелочной среде, поэтому алюминиевая посуда не используется для маринадов, солений, кисломолочных продуктов. Используется в качестве раскислителя в производстве стали, для алюминирования деталей с целью повышения их термостойкости. В чистом виде применяется редко из-за невысокой прочности - 50 МПа.

Деформируемые алюминиевые сплавы

В зависимости от возможности термического упрочнения деформируемые алюминиевые сплавы подразделяются на незакаленные и термически упрочняемые.

К сплавам, не упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы Al c Mn (AMts1) и сплавы Al c Mg (AMg 2, AMg3). Цифра - условный номер бренда.

Эти сплавы хорошо свариваются, обладают высокими пластическими свойствами и коррозионной стойкостью, но невысокой прочностью. Эти сплавы упрочняются холодной обработкой. Сплавы этой группы нашли применение в качестве листового материала для изготовления изделий сложной формы, получаемых методом холодной и горячей штамповки и прокатки. Изделия глубокой вытяжки, заклепки, рамы и т. д.

Сплавы, упрочненные теплопередачей, широко используются в машиностроении, особенно в авиастроении, поскольку имеют низкий удельный вес при достаточно высоких механических свойствах. Они включают:

Дуралюминий - основными легирующими компонентами являются медь и магний:

D1 - лопасти винта, D16 - обшивки, шпангоуты, лонжероны самолетов, D17 - сплав основной заклепки.

Высокопрочные сплавы - В95, В96, наряду с медью и магнием, также содержат значительное количество цинка. Используется для высоконагруженных конструкций.

Сплавы повышенной пластичности и коррозионной стойкости - АВ, АД31, АД33. Лопасти вертолетов, штампованные и кованые детали сложной конфигурации.

Литые алюминиевые сплавы

Наиболее распространенными сплавами системы Al-Si являются силумины.

Силумин обладает сочетанием высоких литейных и механических свойств и небольшого удельного веса. Типичный силуминный сплав AL2 (AK12) содержит 10-13% Si, закален и состарен (AK7 (AL9), AK9 (AL4).

Цинк и его сплавы

Цинк - вязкий металл голубовато-серого цвета. Металл с низкой температурой плавления (419 градусов С) и высокой плотностью (7,1 г / см ). Прочность цинка низкая (150 МПа) при высокой пластичности.

Цинк используется для горячего и гальванического цинкования стальных листов, в полиграфической промышленности, для изготовления электрохимических ячеек. Он используется в качестве добавки к сплавам, в первую очередь в медных сплавах (латунь и т. д.), А также в качестве основы для цинковых сплавов, а также в качестве печатного металла.

В зависимости от чистоты цинк подразделяется на марки ЦВ00 (99,997% Zn), ЦВ0 (99,995% Zn), ЦВ (99,99% Zn), Ц0А (99,98% Zn), Ц0 (99,975% Zn), Ц1 (99,95%). % Zn), C2 (98,7% Zn), CZ (97,5% Zn).

Цинковые сплавы широко используются в машиностроении и делятся на сплавы для литья под давлением, кокильные, для центробежного литья и антифрикционные сплавы. Основными легирующими компонентами цинковых сплавов являются алюминий, медь и магний. Отливки из цинкового сплава легко полировать и допускать гальванические покрытия.

Состав, свойства и применение некоторых цинковых сплавов:

  • CA4 содержит 3,9-4,3% Al, 0,03-0,06% Mg, предел прочности 250-300 МПа, пластичность 3-6%, твердость 70-90HB). Он используется для литья под давлением деталей, требующих стабильности размеров и механических свойств.
  • ЦАМ10-5Л содержит 9,0-12,4% Al, 4,0-5,5% Cu, 0,03-0,06% Mg, предел прочности при растяжении не менее 250 МПа, пластичность не менее 0,4%, твердость - не менее 100HB. Из сплава изготавливают подшипники и втулки для металлообрабатывающих станков и прессов, работающих под давлением до 200-10000 Па.
  • ЦАМ9-1,5 содержит 9,0-11,0% Al, 1,0-2,0% Cu, 0,03-0,06% Mg, предел прочности не менее 250 МПа, пластичность не менее 1%, твердость не менее 90HB. Сплав используется для изготовления различных узлов трения и подшипников качения.

Магний и его сплавы.

Магний - серебристо-белый металл. Температура плавления магния 650 ° C. Кристаллическая решетка гексагональная. Отличается невысокой плотностью (1,74 г / см ), хорошей обрабатываемостью, способностью воспринимать ударные и демпфирующие вибрационные нагрузки.

В зависимости от содержания примесей установлены следующие марки магния: Mg96 (99,96% Mg), Mg95 (99,95% Mg), Mg90 (99,90% Mg), магний особой чистоты (99,9999% Mg).

Магний - химически активный металл, легко окисляется на воздухе. Чистый магний из-за низких механических свойств (предел прочности 100-190 МПа, относительное удлинение 6-17%, твердость 30-40HV) практически не используется в качестве конструкционного материала. Применяется в пиротехнике, в химической промышленности для синтеза органических соединений, в металлургии различных металлов и сплавов в качестве раскислителя, восстановителя и легирующего элемента.

Сплавы на основе магния

Преимущество магниевых сплавов - их высокая удельная прочность. Предел прочности на разрыв магниевых сплавов достигает 250-400 МПа при плотности менее 2 граммов на кубический сантиметр. Горячие сплавы хорошо коваются, прокатываются и прессуются. Магниевые сплавы хорошо обрабатываются (лучше, чем сплавы стали, алюминия и меди), хорошо шлифуются и полируются. Их удовлетворительно сваривают контактной и дуговой сваркой в ​​среде защитного газа.

К недостаткам магниевых сплавов, помимо низкой коррозионной стойкости и низкого модуля упругости, можно отнести плохие литейные свойства, склонность к газонасыщению, окислению и воспламенению при их получении.

По механическим свойствам магниевые сплавы подразделяются на сплавы низкой и средней прочности, высокопрочные и жаропрочные, по склонности к упрочнению с помощью термической обработки - на упрочняемые и незакаленные.

Деформируемые магниевые сплавы. В сплавах МА1 и МА8 основным легирующим элементом является марганец. Эти сплавы не упрочняются термической обработкой, обладают хорошей коррозионной стойкостью и свариваемостью. Сплавы МА2-1 и МА5 относятся к системе Mg-Al-Zn-Mn. Алюминий и цинк повышают прочность сплавов, придают хорошую технологическую пластичность, что позволяет изготавливать из них кованые и штампованные детали сложной формы (рабочие колеса и решетки капота самолета). Сплавы системы Mg-Zn, дополнительно легированные цирконием (МА14), кадмием, редкоземельными металлами (МА15, МА19 и др.), Относятся к высокопрочным магниевым сплавам. Применяются для несвариваемых, тяжело нагруженных деталей (облицовка самолетов, детали подъемных машин, автомобилей, ткацких станков и т. д.).

Литье магниевых сплавов. Наибольшее применение нашли сплавы системы Mg-Al-Zn (ML5, ML6). Они широко используются в авиастроении (кожухи приборов, насосы, коробки передач, фонари и двери кабины и т. д.), Ракетной технике (корпуса ракет, обтекатели, топливные и кислородные баки, стабилизаторы), автомобильных конструкциях, особенно гоночных (корпуса, колеса, насосы). и др.), в приборостроении (корпусах и деталях приборов). Из-за низкой способности поглощать тепловые нейтроны сплавы магния используются в ядерной технике, а из-за их высокой демпфирующей способности - в производстве корпусов для электронного оборудования.

Сплавы магния с цинком и цирконием (МЛ 12), а также сплавы, дополнительно легированные кадмием (МЛ8), редкоземельными металлами (МЛ9, МЛ10), обладают более высокими технологическими и механическими свойствами. Эти сплавы используются для нагруженных деталей самолетов и авиационных двигателей (картеры компрессоров, картеры, фермы шасси, стойки управления и т. д.).

Магниевые сплавы подвергаются следующим видам термической обработки: Т1 - старение, Т2 - отжиг, Т4 - гомогенизация и закалка на воздухе, Т6 - гомогенизация, закалка на воздухе и старение, Т61 - гомогенизация, закалка в воде и старение.

Заключение

Цветные металлы и их сплавы широко используются в строительстве благодаря своей прочности, легкости и высокой коррозионной стойкости. Они делятся на легкие (в основном на основе алюминия) и тяжелые (на основе меди, латуни, олова и т. д.).

Цветная металлургия - одна из наиболее конкурентоспособных отраслей в России, а российские компании в ряде подсекторов (алюминий, никель, титан) входят в число мировых лидеров. Достижения участников рынка в мировом масштабе стали возможны благодаря активной инвестиционной политике предприятий отрасли. Так, например, объем инвестиций в 2006 году по сравнению с показателями 2000 года увеличился в 2,5 раза и составляет 80 млрд рублей, а объем иностранных инвестиций увеличился почти в 10 раз, достигнув 4,5 млрд долларов. Общий объем инвестиций в строительство и реконструкцию металлургических производств приходится на 2007-2010 годы. более 220 млрд руб.

Список литературы

  1. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металлургия и термическая обработка цветных металлов и сплавов. - М .: Металлургия, 1982. - 416 с.
  2. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений / Б.Н. Арзамасов, И.И.Сидорин, Г.Ф.Косолапов и др .; под итог. изд. Б.Н. Арзамасов. // 2-е изд. - М .: Машиностроение, 1987. - 384 с.
  3. Гуляев А.П. Металлургия. - М .: Металлургия, 1987. - 544 с.
  4. Материалы будущего: Пер. с этим. / Под ред. А. Нойман. - Л .: Химия, 1985. - 240 с.
  5. Венецкий С.И. Рассказы о металлах. - М .: Металлургия, 1986. - 240 с.

Посмотрите похожие темы рефератов возможно они вам могут быть полезны:

реферат "Цветные металлы и сплавы".

Ценные свойства цветных металлов обусловили их широкое применение в различных отраслях современного производства. Медь, алюминий, цинк, магний, титан и другие металлы, и их сплавы являются незаменимыми материалами для приборостроительной и электротехнической промышленности, самолетостроения и радиоэлектроники, ядерной и космической отраслей техники.

Оценить

Тема: «Цветные металлы и сплавы»

Введение _______________________________________________ 3

Глава 1. Цветные металлы _________________________________4

1.1.История открытия и использование цветных металлов и

их сплавов ____________________________________________ 4

1.2. Виды цветных металлов _______________________________5

Глава 2.Сплавы цветных металлов _________________________ 7

Список использованных источников _______________________11

Ценные свойства цветных металлов обусловили их широкое применение в различных отраслях современного производства. Медь, алюминий, цинк, магний, титан и другие металлы, и их сплавы являются незаменимыми материалами для приборостроительной и электротехнической промышленности, самолетостроения и радиоэлектроники, ядерной и космической отраслей техники. Цветные металлы обладают рядом ценных свойств: высокой теплопроводностью, очень малой плотностью (алюминий и магний), очень низкой температурой плавления (олово, свинец), высокой коррозионной стойкостью (титан, алюминий). В различных отраслях промышленности широко применяются сплавы алюминия с другими легирующими элементами. Чаще всего цветные металлы применяют в технике и промышленности в виде различных сплавов, что позволяет изменять их физические, механические и химические свойства в очень широких пределах. Кроме того, свойства цветных металлов изменяют путём термической обработки, нагартовки, за счёт искусственного и естественного старения и т. д. Цветные металлы подвергают всем видам механической обработки и обработки давлением — ковке, штамповке, прокатке, прессованию, а также резанию, сварке, пайке.

Из цветных металлов и сплавов изготовляют литые детали, а также различные полуфабрикаты в виде проволоки, профильного металла, круглых, квадратных и шестигранных прутков, полосы, ленты, листов и фольги. Значительную часть цветных металлов используют в виде порошков для изготовления изделий методом порошковой металлургии, а также для изготовления различных красок и в качестве антикоррозионных покрытий.

Глава1. Цветные металлы.

История открытия и использования цветных металлов и их сплавов.

Пре­ж­де чем на­учить­ся до­бы­вать и пла­вить ру­ду, лю­ди не по­зд­нее 9-го тыс. до н. э. по­зна­ко­ми­лись со свой­ст­ва­ми ме­тал­лов, на­хо­дя и об­ра­ба­ты­вая са­мо­род­ки ме­тал­лов (зо­ло­та, ме­ди и др.) и ме­тео­рит­ное же­ле­зо. Са­мо­род­ная медь (обыч­но поч­ти не со­дер­жит при­ме­сей) в ре­зуль­та­те уда­ров ка­мен­ным ору­ди­ем ста­но­вит­ся бо­лее твёр­дой. По­сле изо­бре­те­ния го­ря­чей куз­неч­ной об­ра­бот­ки про­цесс из­го­тов­ле­ния мед­ных из­де­лий стал бо­лее рас­про­стра­нён­ным (эпо­ха эне­о­ли­та). Ов­ла­де­ние ис­кус­ст­вом плав­ки и по­лу­че­ния не­об­хо­ди­мой фор­мы лить­ём при­ве­ло к рос­ту про­изводства ме­ди и рас­ши­ре­нию её при­ме­не­ния Брон­зо­вые из­де­лия от­ли­ча­лись боль­шей ус­той­чи­во­стью про­тив кор­ро­зии, уп­ру­го­стью, твёр­до­стью, ост­ро­той лез­вия. Кро­ме то­го, из брон­зы лег­че бы­ло от­ли­вать все­воз­мож­ные из­де­лия, т. к. она име­ет бо­лее низ­кую температуру плав­ле­ния, чем медь, и луч­ше за­пол­ня­ет ли­тей­ную фор­му. Бо­лее ши­ро­кое при­ме­не­ние брон­зы (вза­мен ме­ди) оз­на­ча­ло пе­ре­ход от мед­но­го к брон­зо­во­му ве­ку. В брон­зо­вом ве­ке уже бы­ли из­вест­ны т. н. семь ме­тал­лов древ­но­сти – медь, зо­ло­то, сви­нец, се­реб­ро, же­ле­зо, ртуть и оло­во, ко­то­рые встре­ча­ют­ся в при­ро­де пре­имущественно в ви­де са­мо­род­ков или суль­фи­дов. Боль­шин­ст­во ме­тал­лов в то вре­мя по­лу­ча­ли в ви­де рас­пла­ва.

В современной технике объем применения цветных металлов и сплавов на их основе непрерывно растет. В связи с бурным развитием авиастроения, ракетной и атомной техники, химической промышленности в качестве конструкционных материалов в настоящее время стали применять такие металлы (и сплавы на их основе), как титан, цирконий, никель, молибден и даже ниобий, гафний и др. Области применения отдельных цветных металлов и сплавов на их основе весьма разнообразны.

Медь и ее сплавы широко используют в химическом машиностроении, для изготовления трубопроводов самого различного назначения, емкостей, различных сосудов в криогенной технике и т. п. Техническая медь, содержащая не более 0,1 % примесей, применяется для различных видов проводников тока.

Алюминий и его сплавы применяют для изготовления различных емкостей в химической и пищевой промышленности. Сплавы на основе алюминия широко применяют для самолетов, ракет, судов, в строительстве и т. п. в связи с их сравнительно высокой прочностью при малой плотности, высокой коррозионной стойкостью в некоторых агрессивных средах и высокими механическими свойствами при низких температурах.

1.2 Виды цветных металлов.

Цветные металлы. К цветным металлам, наиболее широко применяемым в технике, относятся медь, алюминий, олово, свинец, цинк, магний, титан. В чистом виде некоторые цветные металлы используют редко, в основном их применяют в виде сплавов. Цветные металлы - это наиболее дорогой и ценный технический материал.

Алюминий - серебристо-белый металл.

Широкое применение алюминия обусловлено его малой плот­ностью (2,7 г/см3), высокой пластичностью, т.е. способностью обраба­тываться давлением, высокой коррозионной стойкостью. Она получа­ется за счет того, что алюминий быстро покрывается окисной плен­кой (Al2O3), предотвращая проникновение агрессивных веществ к основному металлу. Кроме того, алюминий обладает хорошей тепло- и электропроводностью.

по распространенности в земной коре алюминий занимает первое место среди конструкционных металлов. В земной коре содержится около 7,5 % Аl, в то время как железа - всего 5,1 %. Алюминий входит в состав всех глин, полевого шпата, боксита и других горных пород.

Медь - металл красновато-розового цвета с кристаллической структурой в виде ГЦК. По электропроводности медь занимает второе место после серебра. Поэтому она - важнейший материал для изго­товления электропроводников (провода, шины, кабеля и т.п.). Медь имеет также высокую теплопроводность, в связи с чем ее широко используют в теплообменниках (радиаторы, холодильники и т.п.). Медь и ее сплавы хорошо свариваются всеми видами сварки и легко поддаются пайке. На основе меди получены сплавы с очень ценными свойствами. Однако медь относится к тяжелым металлам, ее плот­ность 8,94 г/см3. Чистая медь обладает небольшой прочностью и высо­кой пластичностью. Медь отлично обрабатывается, давлением, но плохо - резанием и имеет плохие литейные свойства, поскольку дает большую усадку. Чистую медь и ее малолегированные сплавы широко используют в электротехнике и других видах производства. Медь - один из первых металлов, с которыми познакомился человек. Хотя в земной коре меди немного (до 0,01%), однако извест­ны ее богатые месторождения, в которых встречаются даже самород­ки. Медь и ее сплавы обладают многими ценными свойствами, что определило ее широкое применение.

Олово очень мягкий металл серебристо-белого цвета с желтоватым оттенком. Оно разделяется на шесть марок (ГОСТ 860-41): ОВЧ-000, О1ПЧ, 01, 02, 03, 04. Самое чистое олово - марки ОВЧ-000, содержащее 99,999% олова и 0,001% примесей. Олово в чистом виде применяют для лужения жести.

Цинк - это хрупкий металл белого цвета с голубоватым оттенком. В зависимости от химического состава установ­лены шесть марок цинка (ГОСТ 3640-47): ЦВ (99,99% цинка), Ц0, Ц1, Ц2, ЦЗ, Ц4 (99,50% цинка). Цинк используют для покрытия изделий (цинкование), чтобы предохранить их от атмосферной коррозии.

Магний - самый легкий металл из всех применяемых в технике (удельный вес его 1,74). Он легко воспламеняется и при его горении возникает высокая температура. Наиболее •опасны в этом отношении порошок, тонкая лента, мелкая стружка и т. п. Механические свойства магния низкие, поэтому он находит ограниченное применение в технике. В литейном деле из магния выплавляют высокопрочный магниевый чугун. Чаще всего магний используют в виде сплавов с алюминием, цинком.

Титан - металл серебристо-белого цвета, тугоплавкий (плавится при 1725° С) и легкий, стойкий на воздухе и даже в атмосфере морского климата. По распространенности титан занимает четвертое место среди конструкционных металлов, уступая лишь алюминию, железу и магнию. Прочность его вдвое больше, чем у железа, и почти в шесть раз больше, чем у алюминия. Ценными свойствами титана являются его высокие химическая и коррозийная стойкость. Титан обладает высокой пластичностью. Он хорошо куется, легко прокатывается в листы, ленты и даже в фольгу. Наибольшее применение титан находит в виде сплавов для изготовления лопастей газовых турбин и производства жаропрочных сталей.

Глава 2. Сплавы цветных металлов.

Медные сплавы. Важнейшими сплавами на основе меди яв­ляются латунь и бронза.

Латунь - это сплав меди с цинком. Кроме цинка, латунь содержит и другие элементы, но в меньшем, чем цинк, количестве. Латунь маркируют буквой Л, за которой стоят цифры, указывающие на содержание меди, например латунь марки Л80 состоит из 80% меди и 20% цинка. Если в латунь вводится 1% свинца, то она будет обозначаться ЛС59-1 и содержать 59% меди, 40% цинка и 1% свинца. Латуни обладают высокой коррозийной стойкостью, пластичностью, легко поддаются прокатке, ковке и вытяжке. В технике находят применение латуни, содержащие от 10 до 42% цинка. В зависимости от назначения латуни могут быть обрабатываемыми давлением, литейными и специальными. Латуни, обрабатываемые давлением, используют для радиаторных трубок, прокладок, труб и т. д. Из литейных латуней изготовляют червячные винты, зубчатые колеса, подшипники и т. д. Специальные латуни, обладающие более высокими механическими свойствами, чем литейные латуни, применяют для изготовления химически стойких деталей, конденсаторных трубок и водяной арматуры. Латунные изделия, получаемые холодной обработкой (наклеп), для смягчения и пластичности подвергают отжигу рекристаллизации на 350-450° С.

Бронза - это сплав меди с оловом, свинцом, алюминием и другими элементами. Название бронзы зависит от второго компонента. Важнейшими из бронз являются оловянистые, свинцовистые, алюминиевые и кремнистые.

Бронзы маркируют следующим образом: сначала пишут буквы Бр., означающие бронзу, затем буквы, показывающие, какие элементы введены в бронзу, и далее цифры, указывающие на содержание этих элементов в процентах. Например, бронза марки Бр.ОЦС6-6-3 означает, что в ней содержится 6% олова, 6% Цинка, 3%. свинца и остальные (85%) медь. 62

Оловянистые бронзы обладают хорошими литейными свойствами, коррозийной стойкостью и высокими антифрикционными свойствами, т. е. хорошо сопротивляются износу и трению. Оловянистые бронзы в основном применяют для деталей, работающих на трение, - подшипников скольжения, червячных колес и т. п.

Алюминиевые бронзы содержат до 10% алюминия. Они обладают прочностью, высокими антифрикционными и технологическими свойствами, устойчивостью в атмосферных условиях и морской воде. Введение в алюминиевую бронзу железа, марганца и других элементов еще больше повышает ее механические свойства. Химический состав специальных бронз, например Бр. АЖН10-4-4, следующий: алюминия - 9,5-11,0%; марганца 3,5- 5,5%; железа - 3,5-5,5%; остальное - медь.

Алюминиевые бронзы применяют как антифрикционный материал, изготовляя из них подшипники, втулки, червячные колеса и т. д.

Кремнистые бронзы содержат 2-3% кремния. Они обладают высокими литейными свойствами и коррозийной стойкостью. Из таких бронз изготовляют пружинящие детали, проволоку, ленту и т. д.

Никелевые бронзы обладают высокой вязкостью и кислотостойкостью, сохраняют механические свойства даже при повышенных температурах.

Бериллиевые бронзы (2% бериллия) обладают исключительно высокими свойствами - хорошо упрочняются термической обработкой, имеют предел прочности σь = 130-150 кгс/мм 2 и твердость НВ 370-400. Бериллиевые бронзы применяют, например, для изготовления ударного инструмента, зубил, молотков, не дающих при ударе искр. Пружины из бериллиевой бронзы выдерживают до 25 млн. колебаний, в то время как стальные закаленные пружины в таких же условиях разрушаются после 3 млн. колебаний.

Алюминиевые сплавы. Они получаются добавкой к алюминию меди, цинка, магния, кремния, марганца и других компонентов. Такие сплавы имеют небольшой удельный вес и высокие механические свойства.

Алюминиевые сплавы разделяются на деформируемые и литейные.

Деформируемые сплавы , упрочняемые термической обработкой, могут быть следующих марок: АК6, АК8, АК2, АК4. Они обладают высокой прочностью и пластичностью, поэтому из них изготовляют полуфабрикаты ковкой, прокаткой и прессованием. Сплавы АК2 и АК4 содержат никель и являются жаропрочными. Они применяются после термической обработки для изготовления поршней, головок цилиндров, работающих при повышенных температурах. К деформируемым алюминиевым сплавам, упрочняемым термической обработкой, относится также дюралюминий марок Д1, Д6, Д16, Д18. Дюралюминий выпускается в виде листов, прессованных и катаных профилей, прутков и штамповок. Сплав Д18 применяют для заклепок, так как он может расклепываться в любое время после старения.

Для повышенной коррозийной стойкости дюралюминий покрывается (плакируется) чистым алюминием. Плакированием называют горячую прокатку слитков дюралюминия вместе с листами чистого алюминия. Сплавы АМц и АМг термическому упрочнению не подвергают. Из них изготовляют трубопроводы и сварные масляные резервуары.

Литейные алюминиевые сплавы почти не стареют естественно. Их прочностные свойства повышаются искусственным старением.

Из литейных сплавов наибольшее распространение получили силумины - сплавы алюминия с кремнием. Силумины обладают высокими механическими свойствами и большой жидкотекучестью, позволяющей отливать сложные и тонкостенные детали.

Магниевые сплавы . Подобно алюминиевым магниевые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные. Прочность и пластичность магниевых сплавов ниже, чем у алюминиевых. Удельный вес магниевых сплавов-1,74. Характерной особенностью термообработки магниевых сплавов является длительная выдержка их при закалке и отпуске. Деформируемые магниевые сплавы марок МА1, МА2, МА5, МА8 применяют для изготовления высоконагруженных деталей самолетов, а литейные сплавы марок МЛ2, МЛЗ, МЛ4, МЛ5 - для изготовления деталей двигателей, корпусов приборов, колодок колесных тормозов автомобилей и корпусов фотокамер. Сплавы на магниевой основе отличаются малой плотностью, высокой удельной прочностью, хорошо обрабатываются резанием. Они нашли широкое применение в машиностроении и в частности в авиастроении. Из магниевых сплавов изготавливают фасонные отливки, а также полуфабрикаты – листы, плиты, прутки, профили, трубы, проволоки.

Исходя из рассмотренной в реферате информации, можно сделать вывод, что на сегодняшний день цветные металлы и их сплавы имеют огромное значение для производства любого типа техники. Ценными свойствами цветных металлов и их сплавов являются высокие химическая и коррозийная стойкость. В современной технике объем применения цветных металлов и сплавов на их основе непрерывно растет. В связи с бурным развитием авиастроения, ракетной и атомной техники, химической промышленности в качестве конструкционных материалов в настоящее время стали применять такие металлы (и сплавы на их основе), как титан, цирконий, никель, молибден и даже ниобий, гафний и др.В пищевой промышленности широко применяется упаковочная фольга из алюминия и его сплавов – для обертки кондитерских и молочных изделий, а также в больших количествах используется алюминиевая посуда (пищеварочные котлы, поддоны, ванны и т. д.).

Список использованных источников

1. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1981.

Металлургия цветных металлов

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Московский Государственный Институт Стали и Сплавов

Кафедра металлургии цветных и благородных металлов

Курсовая работа на тему:

Металлургия цветных металлов

Содержание

Описание технологии получения катодной меди………4

Выбор технологии плавки на штейне…………………. 8

Теоретические основы процесса Ванюкова…………….10

Расчет материального и теплового баланса…………….13

Введение

Металлургия меди, а также других тяжелых цветных ме­таллов является ведущим звеном отечественной цветной металлур­гии. На долю тяжелых цветных металлов в РФ прихо­дится значительная часть валовой продукции отрасли.

Значение меди из года в год возрастает, особенно в связи с бурным развитием энергетики, электроники, машинострое­ния, авиационной, космической и атомной техники. Дальнейшее развитие и технический уровень медного и никелевого производств во многом определяют технический прогресс многих отраслей на­родного хозяйства нашей страны, в том числе микропроцессорной техники. Для получения меди используются всевозможные способы плавок, например, плавка медных концентратов в электрических, отражательных, шахтных печах, при использовании процесса конвертирования медных штейнов, благодаря автогенным плавкам во взвешенном состоянии, на штейне и др. На сегодняшний день существует несколько основных процессов автогенных плавок : процесс «Норанда», «Уоркра», «Мицубиси» и Ванюкова. К сожалению, разработка новый конструкций печей и различных процессов требует значительных капиталовложений, а свободный средств у Российских предприятий недостаточно. В данной курсовой работе будет рассмотрена технология А.В. Ванюкова или ПЖВ.

Технология получения катодной меди

Электролитическое рафинирование меди преследует две цели:

1) получение меди высокой чистоты (99,90—99,99% Си), удовлетворяющей требованиям большинства потребителей;

2) извлечение попутно с рафинированием благородных и других ценных компонентов (Se, Те, Ni, Bi и др.).

Следует отметить, что чем выше в исходной меди содержание благородных металлов, тем ниже будет себестоимость электролит­ной меди. Именно поэтому при конвертировании медных штейнов стремятся использовать в качестве флюса золотосодержащие кварциты.

Для осуществления электролитического рафинирования меди аноды, отлитые после огневого рафинирования, помещают в элект­ролизные ванны, заполненные сернокислым электролитом. Между анодами в ваннах располагаются тонкие медные листы — катод­ные основы.

При включении ванн в сеть постоянного тока происходит элек­трохимическое растворение меди на аноде, перенос катионов через электролит и осаждение ее на катоде. Примеси меди при этом в основном распределяются между шламом (твердым осадком на дне ванн) и электролитом.

В результате электролитического рафинирования получают катодную медь; шлам, содержащий благородные металлы; селен;

теллур и загрязненный электролит, часть которого иногда исполь­зуют для получения медного и никелевого купоросов. Кроме того, вследствие неполного электрохимического растворения анодов получают анодные остатки (анодный скрап).

Электролитическое рафинирование меди основано на различии ее электрохимических свойств и содержащихся в ней примесей. В таблице приведены нормальные электродные потенциалы меди и наиболее часто встречающихся в ней примесей.

Медь относится к группе электроположительных металлов, ее нормальный потенциал +0,34 В, что позволяет осуществлять процесс электролиза в водных растворах (обычно в сернокислых).

На катоде протекают те же электрохимические реакции, но в обратном направлении. Соотношение между одновалентной и двух­валентной медью в растворе определяется равновесием реакции диспропорционирования.

Следовательно, в состоянии равновесия концентрация в растворе ионов Сu+ примерно в тысячу раз меньше, чем кон­центрация ионов Си 2+ . Тем не менее реакция имеет сущест­венное значение для электролиза. Она в частности определяет переход меди в шлам. В начальный момент вблизи анода в раст­воре соотношение двух- и одновалентной меди соответствует кон­станте равновесия. Однако вследствие большего заряда и меньшего ионного радиуса скорость перемещения двухвалентных ионов к катоду превышает скорость переноса ионов одновалентных. В ре­зультате этого в прианодном слое концентрация ионов Си 2+ ста­новится выше равновесной и реакция начинает идти в сто­рону образования тонкого порошка меди, выпадающего в шлам.

Как указывалось выше, электролитическое рафинирование осу­ществляют в сернокислых растворах. Электроположительный потенциал меди позволяет выделить медь на катоде из кислых растворов без опасения выделения водорода. Введение в электро­лит наряду с медным купоросом свободной серной кислоты су­щественно повышает электропроводность раствора. Объясняется это большей подвижностью ионов водорода по сравнению с под­вижностью крупных катионов и сложных анионных комплексов.

Для улучшения качества катодной поверхности в электролиты для рафинирования меди на всех заводах обязательно вводят разнообразные поверхностно-активные (коллоидные) добавки:

клей (чаще столярный), желатин, сульфитный щелок. В процессе электролиза на поверхности катода могут образо­вываться дендриты, что уменьшает в данном месте расстояние между катодом и анодом. Уменьшение межэлектродного расстоя­ния ведет к уменьшению электрического сопротивления, а следо­вательно, к местному увеличению плотности тока. Последнее в свою очередь обусловливает ускоренное осаждение меди на дендри­те и ускоренный его рост. Начавшийся рост дендрита в конечном итоге может привести к короткому замыканию между катодом и анодом. При наличии дендритов сильно развитая поверхность ка­тода удерживает большое количество электролита и плохо промы­вается, что не только ухудшает качество товарных катодов, но и может вызвать брак катодной меди по составу. Одно из объясне­ний механизма действия поверхностно-активных веществ заклю­чается в том, что они адсорбируются на наиболее активных частях поверхности и при этом вызывают местное повышение элек­трического сопротивления, что и препятствует росту дендрита. В результате поверхность катодов получается более ровной, а катод­ный осадок более плотным. После выравнивания катодной поверх­ности коллоидная добавка десорбирует в электролит.

Растворы коллоидных добавок непрерывно вводят в циркули­рующий электролит. Вид и расход поверхностно-активных веществ различны для каждого предприятия. Обычно применяют одновре­менно две добавки. На 1 т получаемой катодной меди расходуют 15—40 г клея, 15—20 г желатина, 20—60 г сульфитных щелоков или 60—100 г тиомочевины.

Основными требованиями, предъявляемыми к электролиту, явля­ются его высокая электропроводность (низкое электрическое сопротивление) и чистота. Однако реальные электролиты, помимо сульфата меди, серной кислоты, воды и необходимых добавок, обязательно содержат растворенные примеси, содержащиеся до этого в анодной- меди. Поведение примесей анодной меди при электролитическом рафинировании определяется их положением в ряду напряжений. По электрохимическим свойствам примеси можно разделить на четыре группы:

I группа — металлы более электроотрицательные, чем медь (Ni, Fe, Zn и др.);

II группа — металлы, близко стоящие в ряду напряжений к-меди (As, Sb, Bi);

III группа — металлы более электроположительные, чем медь (Au, Ag и платиноиды);

IV группа — электрохимически нейтральные в условиях рафи­нирования меди химические соединения (Cu2S, Cu2Se, Cu2Te, AuTe2, Ag2Te).

Примеси первой группы, обладающие наиболее электроотрица­тельным потенциалом, практически полностью переходят в электро­лит. Исключение составляет лишь никель, около 5% которого из анода осаждается в шлам в виде твердого раствора никеля в меди. Твердые растворы по закону Нернста становятся даже более электроположительными, чем медь, что и является причиной их перехода в шлам.

Особо по сравнению с перечисленными группами примесей-ведут себя свинец и олово, которые по электрохимическим свой­ствам относятся к примесям I группы, но по своему поведению в процессе электролиза могут быть отнесены к приме­сям III и IV групп. Свинец и олово образуют нерастворимые в сернокислом растворе сульфат свинца PbS04 и метаоловянную кислоту H2SnO3. Электроотрицательные примеси на катоде в условиях электро­лиза меди практически не осаждаются и постепенно накаплива­ются в электролите. При большой концентрации в электролите металлов первой группы электролиз может существенно рас­строиться.

Накопление в электролите сульфатов железа, никеля и цинка снижает концентрацию в электролите сульфата меди. Кроме того, участие электроотрицательных металлов в переносе тока через электролит усиливает концентрационную поляризацию у катода.

Электроотрицательные металлы могут попадать в катодную медь в основном в виде межкристаллических включений . раство­ра или основных солей, особенно при их значительной концентра­ции в электролите. В практике электролитического рафинирования меди не рекомендуется допускать их концентрацию в растворе свыше следующих значений, г/л: 20 Ni; 25 Zn; 5 Fe.

Примеси II группы (As, Sb, Bi), имеющие близкие к меди электродные потенциалы, являются наиболее вредными с точки зре­ния возможности загрязнения катода. Будучи несколько более электроотрицательными по сравнению с медью, они полностью растворяются на аноде с образованием соответствующих суль­фатов, которые накапливаются в электролите. Однако сульфаты этих примесей неустойчивы и в значительной степени подверга­ются гидролизу, образуя основные соли (Sb и Bi) или мышьяко­вистую кислоту (As). Основные соли сурьмы образуют плавающие в электролите хлопья студенистых осадков («плавучий» шлам), которые захватывают частично и мышьяк.

В катодные осадки примеси мышьяка, сурьмы и висмута могут попадать как электрохимическим, так и механическим путем в результате адсорбции тонкодисперсных частичек «плавучего» шлама. Таким образом, примеси II группы распределяются между электролитом, катодной медью и шламом. Предельно допустимые концентрации примесей II группы в электролите составляют, г/л:

9 As; 5 Sb и 1,5 Bi.

Более электроположительные по сравнению с медью примеси (III группа), к которым относятся благородные металлы (главным образом, Au и Ag), в соответствии с положением в ряду напряже­ний должны переходить в шлам в виде тонкодисперсного остатка. Это подтверждается практикой электролитического рафинирования меди.

Переход золота в шлам составляет более 99,5% от его содер­жания в анодах, а серебра — более 98%. Несколько меньший переход серебра в шлам по сравнению с золотом связан с тем, что серебро способно в небольшом количестве растворяться в электролите и затем из раствора выделяться на катоде. Для умень­шения растворимости серебра и перевода его в шлам в состав электролита вводят небольшое количество иона хлора.

Несмотря на практически полный переход золота и серебра в шлам, они все же в небольшом количестве попадают в катодные осадки. Объясняется это механическим захватом взмученного шлама и отчасти явлением катофореза. На механический перенос шлама на катод влияют применяемая плотность тока и взаимосвя­занная с ней скорость циркуляции электролита. С увеличением скорости циркуляции вследствие взмучивания шлама переход золо­та и серебра на катод возрастает. При выборе плотности тока и способа циркуляции электролита необходимо учитывать содержание благородных металлов в анодах. В случае их повышенного содер­жания плотность тока должна быть меньше. Снижению переноса шлама на катод способствует также наличие в ванне зоны отстаи­вания (область от нижнего конца катода до дна ванны). На многих заводах электролит перед его возвращением в ванну в цикле цирку­ляции подвергают фильтрованию, что уменьшает потери шлама и обеспечивает получение более чистой меди.

Аналогично электроположительным примесям ведут себя при электролизе меди химические соединения (примеси IV группы). Хотя в принципе химические соединения и могут окисляться на аноде и восстанавливаться на катоде, что используют в специаль­ных процессах, в условиях электролитического рафинирования меди анодного потенциала недостаточно для их окисления. Поэтому при электролизе меди в электродных процессах они не участвуют и по мере растворения анода осыпаются на дно ванны. В виде селенидов и теллуридов переходят в шлам более чем 99% селена и теллура.

Таким образом, в результате электролитического рафинирования анодной меди все содержащиеся в ней примеси распределяются между катодной медью, электролитом и шламом'.

Основными характеристиками, определяющими параметры и пока­затели электролитического рафинирования меди, являются плот­ность тока, выход металла по току, напряжение на ванне, удельный расход электроэнергии.

Плотность тока является важнейшим параметром процесса элек­тролиза. Она выражается в амперах на единицу поверхности элек­трода (D=I/S). В металлургии меди ее принято выражать в ампе­рах на квадратный метр площади катодов. По закону Фарадея на каждый 1 А • ч электричества осаждается 1 электрохимический эквивалент металла. Для меди он равен 1,1857 г/А • ч. Следова­тельно, с увеличением плотности тока интенсивность (производи­тельность) процесса электролиза возрастает. Величина плотности тока, при которой проводят процесс элек­тролитического рафинирования, определяет все его основные техни­ко-экономические показатели: напряжение на ванне, выход по току, расход электроэнергии, а также капитальные и эксплуатационные затраты. С увеличением плотности тока при прочих равных услови­ях увеличивается производительность цеха, уменьшаются число потребных ванн, затраты на капитальное строительство и рабочую силу, но возрастают затраты на электроэнергию. Следует отметить, однако, что с увеличением плотности тока увеличиваются потери благородных металлов за счет большего взмучивания шлама и захвата его растущим катод­ным осадком. В настоящее время применение особых режимов элек­тролиза (реверсивного тока, измененной системы циркуляции элек­тролита и др.) позволяет довести плотность тока до 500 А/м 2 и более.

Электрохимический эквивалент меди составляет 1,1857 г/А • ч. Однако практически при электролизе для выделения 1 г-экв метал­ла расходуется электричества больше. Это кажущееся противоречие объясняется тем, что часть электрического тока расходуется на побочные электрохимические процессы и утечку тока. Степень использования тока на основной электрохимический процесс назы­вается выходом металла по току.

В практике электрометаллургии цветных металлов в большин­стве случаев приходится иметь дело с катодным выходом по току, так как масса катодного осадка определяет конечный выход товар­ной продукции. Преднамеренный повышенный перевод меди в электролит за счет химического растворения часто обусловливают конъюнктурными соображениями. Избыточная медь может быть выделена из электроли­та в виде медного купороса при его регенерации. В тех случаях, когда потребность в медном купоросе, используемом в основном для борьбы с болезнями и вредителями сельскохозяйственных растений, очень велика (например, в НРБ), допускается работа электролиз­ных цехов с повышенной температурой электролита.

Выбор технологии плавки на штейне

Почти столетие в металлургии меди и около полувека в металлур­гии никеля (в Канаде) «господствует» отражательная плавка. Свое широкое распространение она получила благодаря освоенности плавки применительно к переработке различных видов мелких руд­ных материалов, главным образом флотационных концентратов, простоте организации процесса почти в любых условиях металлургического производства. Основными причинами острой необходи­мости замены отражательной плавки стали высокие требования к предотвращению загрязнения окружающей среды выбросами окси­дов серы. В условиях отражательной плавки, характеризующейся образованием огромных количеств очень бедных по SO2 газов, их обезвреживание требует больших капитальных затрат и обходится дорого в эксплуатации. В связи с этим, а также в связи с необхо­димостью активного использования теплотворной способности суль­фидов и ряда других рассмотренных выше факторов были разрабо­таны и освоены новые способы плавки медного сырья. Главным образом это — автогенные процессы, совмещающие в себе обжиг, плавку и конвертирование. В этих процессах большая часть серы переходит в отходящие газы с достаточно высоким и постоянным содержанием SO2.

Ниже приведены сравнительные основные технико-эконо­мические показатели применяемых в настоящее время в медной промышленности пирометаллургических процессов.

Уже в начальной стадии освоения процесса плавки в жидкой ванне достигнута удельная производительность, превышающая более чем в 15 раз производительность отражательной печи при плавке сырой шихты, и в 6—8 раз производительность КВП и фин­ской технологии. Возможно широкое управление составом штейна и получение на богатых штейнах относительно бедных отвальных шлаков.

Процесс характеризуется низким пылеуносом и получением возгонов, богатых по содержанию ценных компонентов. Для осущест­вления процесса создана надежная и долговечная аппаратура. Про­цесс не требует сложной подготовки сырья и пригоден для переработки как кусковой руды, так и концентратов различного состава. По своим показателям он превосходит все известные в мировой практике процессы. Процесс следует считать в основном освоенным и заслуживающим широкого и быстрого внедрения в отечественной медной и никелевой промышленности.

Помимо основного использования для плавки сульфидных кон­центратов на штейн, плавка в жидкой ванне пригодна для более широкого применения. При внедрении процесса в жидкой ванне необходимо учитывать его возможности, пути и направления раз­вития, которые будут осуществляться уже в недалеком будущем.

К перспективным направлениям относятся прежде всего прямое получение черновой меди и глубокое обеднение шлаков, прямое получение медно-никелевого файнштейна, плавка коллективных медно-цинковых концентратов, комплексная переработка отвальных шлаков. Заслуживает внимания также использование принципов плавки в жидкой ванне для переработки окисленных никелевых и железных руд.

Сравнительные технико-экономические показатели некоторых видов плавки сульфидных медных концентратов

Читайте также: