Сырье для производства металлов

Обновлено: 28.09.2024

Рудой называют горную породу, содержащую в своем составе металл(металлы) в таком количестве, которое при современном уровне развитие горной обогатительной и металлургической техники позволяет экономически выгодно извлекать его в товарную продукцию. Из этого определения следует, что в понятие «руда» заложен широко обобщенный технико-экономический смысл.

Минимальным содержание основного металла, позволяющее подвергать руду металлургической переработки, называют рентабельным минимумом. Он зависит от глубины залегания рудного тела и способа разработки месторождения, содержания в руде основного металла и ценных его спутников, географического размещения месторождения и уровня освоенности региона, уровня развития техники на всех этапах технологии, обогатимости руд и ряда других.

Руды, как любая другая горная порода, состоят из минералов- природных химических соединений. Минералы подразделяют по их значимости на рудные (ценные) и пустую породу. К пустой породе обычно относятся минералы, не содержащие извлекаемых по данной технологии металлов. Чаще всего к ней относят породообразующие минералы типа кварцитов, силикатов, алюмосиликатов, карбонатов и т.д. К сожалению в рудах цветных металлов к пустой породе до сего времени причисляют природные соединения железа.

Понятие «пустая порода» весьма условно. Развитие металлургических технологий, направленное на создание и промышленное внедрение безотходных (безотвальных) металлургических процессов, создает весьма перспективные предпосылки для полного использования компонентов пустой породы для извлечения железа и производства ряда строительных материалов- цемента, шлаковатных изделий, ситаллов, шлаковой брусчатки и т.д.

Состав руды обычно определяется химическим анализом. Однако для практических целей знания химического состава часто бывает недостаточным. Необходимо знать еще вид присутствующих в сырье минералов (минералогический состав) и распределение между минералами все химических элементов перерабатываемого сырья (фазовый состав). Знание минералогического и фазового составов позволяют предсказать поведение всех компонентов при металлургической переработке конкретного вида сырья, выбрать наиболее рациональную технологию и наиболее правильно выполнить металлургические расчеты.

В зависимости от вида минералов, составляющих основу рудной массы, руды классифицируются на окисленные, сульфидные, самородные, смешанные, галоидные, и некоторые другие. По вещественному составу различаются руды железные, медные, полиметаллические, алюминиевые, золотые и т.д.

По числу присутствующих в рудах металлов руды подразделяются на монометаллические, содержащие только один извлекаемый металл, и сложные, полиметаллические, в которых присутствуют несколько металлов. Полиметаллические руды встречаются чаще и в большинстве случаев все содержащиеся в них металлы имеют практическое значение. Наиболее сложными по составу является медно-свинцово-цинковые и медно-никелевые руды, из которых уже сейчас извлекают соответственно 18 и 14 ценных элементов. Руды черных металлов часто содержат до 50% и более железа. Относительно богатыми являются алюминиевые руды, содержащие от 35 до 50%. Руды большинства других цветных металлов, как правело, очень бедные и содержат всего несколько процентов, а часто и доли процента основного металла. Концентрация в них ценных элементов-спутников обычно во много раз меньше. Однако многие сопутствующие элементы по ценности часто превосходят основные компоненты руды. Попутное извлечение ценных, сопутствующих основному металлу элементов, при правильной организации технологии всегда экономично. Именно по этой причине при оценки хозяйственной деятельности современных металлургических предприятий обязательно учитывают коэффициент комплексности использования сырья, который выражается отношением стоимости извлеченных или используемых ценных компонентов к полной стоимости исходного сырья в ценностном выражении его состава. К сожалению на действующих предприятиях коэффициент комплексности часто составляет всего 20-30%. С учетом перспектив дальнейшего совершенствования металлургического производства, направленного на разработку и освоение безотходных технологий, коэффициент комплексности использования перерабатываемого сырья будет неуклонно возрастать.

Руды, как и другие полезные ископаемые, образуют в земной коре естественные скопления, которые называются месторождениями. Содержание ценных компонентов в месторождениях значительно выше их среднего содержания в земной коре, их кларков. Различают коренные и россыпные месторождения полезных ископаемых. В коренных месторождениях руда залегает в общем массиве горных пород в месте своего первоначального образования. Россыпные месторождения образуются в результате выветривания (разрушения) коренных руд под воздействием внешних факторов (воды, кислорода, воздуха, перепада температур). Россыпи полезных ископаемых могут перенесены действием природных сил на значительное расстояния от места залегания коренных руд.

Руды коренных месторождений представлены монолитными образованиями, в которых полезные минералы находятся в массиве горных парод в виде вкрапленных зерен (включений) различных размеров, обычно в тесном прорастании с пустой породой. В россыпях концентрируются минералы, устойчивые к воздействию природных факторов. Эти минералы как правело, находятся в виде обособленных зерен, часто сцементированных глиной или другими породами. Россыпи бывают золотоносные, платиновые, оловянные и алмазные. С учетом количественных характеристик месторождения классифицируют по категориям А, Б, и С. К категории А относят месторождения, пригодные для непосредственное эксплуатации или для составление технических проектов на строительство новых горных предприятий. Категория Б характеризует месторождения, требующие детальных разведочных работ или данные о которых могут быть использованы при разработки проектных заданий. К категории С относятся месторождения , запасы которых имеют перспективное значение и требуют дополнительных работ. По мере углубления данных о месторождениях и развития техники добычи , обогащения полезных ископаемых и их дальнейшей переработки месторождения низших категорий могут приводиться в высшие.

Запасы металлов в доступных для человека участках земной коры неуклонно истощаются. Однако природные ресурсы их могут значительно расширены. Неисчерпаемыми запасами металлов обладают моря и океаны. Морская и океаническая вода, а также воды соляных озер содержат значительное количество растворенных солей. В наибольших количествах в морской воде содержится натрий, калий, кальций и магний, концентраций которых в ионной форме соответственно составляют 10.71; 0,39; 0,42; и 1,3 г/л. В морской воде содержатся также медь , алюминий, никель, золото, серебро, многие редкие и рассеянные элементы . И хотя их концентрации ничтожно малы, запасы этих элементов в морской воде огромны, и человек может и должен научится их извлекать. Дно морей и океанов устилают безграничные залижи металлосодержащих конкреций- минеральных образований округлой формы. Образование и рост конкреций идет центра, где обычно находится посторонние тело, к периферии за счет кристаллизации минеральных веществ из водных растворов. Размеры конкреций колеблются в широких пределах от нескольких миллиметров до десятков сантиметров. В следствие непрерывного образования и роста конкреций запасы их неистощимы и способны к постоянному воспроизводству. В частности подсчитано, что на дне Тихого, Атлантического и Индийского океанов сосредоточены запасы марганцевых конкреций, в сотни раз превышающие учтенные запасы марганца в земной коре, а запасы меди в районе Тихого океана исчисляется величиной прядка 10 000000000 тонн. Промышленное освоение залежей подводных металлосодержащих конкреций в настоящие время затруднено. Это обусловлено в значительной степени большой глубиной их размещения, трудностями и дороговизной добычи и подъема конкреций поверхность.

Помимо рудных источников, для получения многих металлов используется вторичное сырье, к которому относятся отходы металлообрабатывающий промышленности, бракованные и отслужившие свой срок металлические изделия и детали, различный металлический лом, бытовой утиль и другие материалы.

Удельный вес вторичного сырья в общем балансе производства металлов из года год растет. Вовлечение вторичного сырья в цикл производства имеет огромное рыночное значение, так как позволяет экономнее расходовать природные ресурсы, получить металлы более дешевыми и простыми металлургическими приемами, увеличить выпуск металлической продукции.

Успешное использование вторичного сырья при производстве металлов зависит от качества сбора, сортировки, хранения и подготовки его к металлургической переработке Отсортированные металлические отходы представляют собой материал определенного известного состава. Металлургическою переработку такого сырья , как правело, осуществляют с получением продукта (металла или сплава), аналогичного составу перерабатываемого сырья . В случае несортированного вторичного сырья технология усложняется и удорожается и всегда характеризуется повышенными потерями составляющих его компонентов.

В перспективе вторичное сырье может стать основным источником получения некоторых цветных металлов, а переработка рудного сырья будет покрывать лишь дефицит баланса между потребителями и производством данного металла.

Сырье металлургического производства

Производство цветных металлов характеризуется большим разнообразием, обусловленным разнообразием свойства металлов и их соединений, распространенностью элементов и форм их существования в природе. Однако, в большинстве случаев можно выделить несколько основополагающих стадий, которые в той или иной степени присутствуют в технологической цепочке получения чистых металлов и сплавов из исходного сырья.

В металлургической промышленности используют почти все виды полезных ископаемых. Основным сырьем для получения металлов являются руды, но применяются также горючие полезные ископаемые, огнеупорные и флюсовые материалы.

Рудой называется горная порода, содержащая в своем составе металл или металлы в таких количествах, которые при современном уровне развития обогатительной и металлургической техники могут быть экономически выгодноизвлечены в товарную продукцию.

Как следует из данного определения понятие “руда” имеет геологический, технический и экономический смысл. Минимальное содержание основного металла в руде, позволяющее экономически выгодно извлекать его в товарную продукцию, называется рентабельным минимумом.

Руда состоит из минералов- природных химических соединений. Минералы подразделяют на рудные (ценные)ипустую породу.К пустой породе относятся минералы, не содержащие извлекаемых (полезно используемых) компонентов . Чаще всего породообразующими минералами в пустой породе являются кварц, карбонаты, силикаты.

Понятие “пустой породы” в определенной степени условно. По мере развития металлургической технологии и техники в целом создаются условия для полного использования компонентов пустой породы, например, для получения различных строительных материалов - цемента, шлаковатных изделий, шлакоблоков и т.д.

Состав руды обычно определяют химическим анализом. Однако для практических целей (для дальнейшей переработки руды) важно также знать вид минералов, присутствующих в руде (минералогический состав) и распределение между минералами ценных компонентов перерабатываемого сырья (фазовый или рациональный состав).

В зависимости от вида присутствующих металлсодержащих минералов руды цветных металлов подразделяются на следующие группы:

1. Сульфидные - в них металлы находятся в форме сернистых соединений. Примером таких руд могут служить медные сульфидные руды, медно-никелевые и свинцово-цинковые сульфидные руды.

2. Окисленные - в них металлы присутствуют в форме различных кислородсодержащих соединений (оксидов, карбонатов, гидрооксидов и т.д. К этой группе относятся .например, алюминиевые. окисленные никелевые, оловянные руды, руды ряда редких металлов.

3. Смешанные - в них металлы могут находиться как в сульфидной так и в окисленной форме (медные руды).

4. Самородные - это руды, в которых металлы находятся в свободном состоянии. В самородном состоянии в природе встречаются золото, серебро, медь и платина.

Сульфидные руды по форме размещения в земной коре делятся на сплошные, состоящие почти полностью из сульфидных минералов, и вкрапленные, когда сульфиды в виде мелких включений присутствуют в пустой породе. Вкрапленные руды беднее сплошных.

По числу присутствующих металлов руды классифицируются на монометаллическиеи полиметаллические (комплексные). Большинство руд цв. металлов являются полиметаллическими и содержат как минимум два ценных компонента. Наиболее сложными по составу являются медные, медно-никелевые и свинцово-медно-цинковые. Они содержат до 15 ценных металлов.

Руды цв-х металлов как правило очень бедные и содержат всего несколько %. а часто доли % основного металла. Концентрация ценных элементов спутников обычно во много раз меньше. Однако, многие сопутствующие компоненты по ценности сравнимы и даже превосходят основные компоненты руды. При переработке сложных по составу руд необходимо добиваться комплексного использования всех ее составляющих.

Рентабельный минимум для цв--х металлов постепенно снижается. Так, если в конце 19 в. к категории медных руд относили горные породы с содержанием не менее 1.5 % Cu, то сейчас эта величина снизилась до 0,4-0,5 % и даже менее, в зависимости от местных условий. Снижению рентабельного минимума способствуют развитие и совершенствование обогатительной и металлургической техники и повышение комплексности использования сырья.

Руды, как и другие полезные ископаемые, образуют в земле естественные скопления, кот. называются месторождениями. Содержание ценных компонентов в месторождениях значительно выше их среднего содержания в земной коре. Самым распространенным металлом в природе является алюминий. Более распространенными по сравнению с ним являются лишь кислород (49.5 %) и кремний (27.75 %).

Наиболее редко в природе встречаются полоний и актиний, кварк которых близок к 10-15.

Ряд металлов, например рассеянных, собственных месторождений не образуют. Эти металлы обычно в очень небольших концентрациях присутствуют в виде изоморфных примесей в минералах основных цветных мет.

Запасы цветных металлов в доступных для человека участках земной коры неуклонно истощаются. Однако их природные ресурсы могут быть значительно расширены. Огромными запасами цветных металловобладают моря и океаны. Морская и океаническая вода содержат до 3,5 % растворенных солей. В наибольших концентрациях в ней присутствуют Na, Mg, K и стронций. В морской воде содержатся также Cu, Al, Ni, Au, Ag, редкие и рассеянные элементы. И хотя их концентрация ничтожно мала - запасы практически неисчерпаемы. Со временем человек научится их экономически выгодно извлекать.

Дно морей и океанов покрыто залежами металлсодержащих конкреций - минеральных образований округлой формы вокруг постороннего тела в результате концентрации минеральных веществ из водных растворов.

Вследствие непрерывного образования и роста конкреций запасы элементов в них практически неисчерпаемы.

Помимо рудных источников для получения многих цветных металлов (Al, Cu, Zn, Pb, благородных и ряда других металлов) используют вторичное сырье. К вторичному сырью относят отходы металлообрабатывающей промышленности, бракованные и отслужившие свой срок металлические детали и изделия, различный металлический лом, бытовой утиль и т.д.

Удельный вес вторичного сырья из года в год растет. Вовлечение втор. сырья в цикл металлургического производства позволяет экономнее расходовать природные ресурсы, получать металлы более простыми и дешевыми металлургическими приемами, дополнительно увеличить выпуск металлической продукции, сократить экологический ущерб в расчете на тонну получаемого металла.

Однако, успешное использование втор. сырья зависит от уровня организации его сбора, сортировки, хранения и подготовки к металлургическому переделу. Отсортированные металлические отходы представляют собой материал одного и того же состава и вида. Переработку такого сырья осуществляют, как правило, с получением продукта (металла или сплава) аналогичного перерабатываемому материалу.

В случае несортированного втор. сырья технология его переработки значительно усложняется и удорожается, требует разделения присутствующих ценных компонентов и всегда характеризуется их повышенными потерями.

В перспективе вторичное сырье должно стать основным источником получения некоторых цветных металлов, а за счет переработки рудного сырья будут покрываться лишь дефицит баланса между потреблением и производством металла.

Черная металлургия: cырье для производства черных металлов и сплавов

Для производства металлов необходимы следующие материалы: руда, топливо, флюсы, огнеупорные материалы.

Для производства металлов необходимы следующие материалы:

руда;
топливо;
флюсы;
огнеупорные материалы.

Руда представляет собой полезное ископаемое, добываемое из недр земли. Это горная порода, из которой при данном уровне развития техники экономически целесообразно извлекать металлы. Например, в настоящее время целесообразно перерабатывать руды, если содержание металла в них составляет:

железа – 20 – 60%;
меди – 1 – 3%;
никеля – 0,3 – 1,0%;
молибдена – 0,005 – 0,02%.

По мере развития техники указанные пределы постепенно снижаются и переработке подвергаются руды с меньшим содержанием полезного компонента.

Руда состоит из минералов, содержащих полезный металл и так называемую пустую породу. Пустая порода может быть:

кремнистой, представленной кварцем – SiO2;
глиноземистой, содержащей значительное количество глинозема – Al2O3;
магнезиальной, содержащей в своем составе соединения магния.

В зависимости от содержания добываемого металла руды бывают богатые и бедные. Бедные руды обогащают, то есть удаляют из руды часть пустой породы, в результате получают концентрат с повышенным содержанием добываемого металла.

Руды обычно называются по одному или нескольким металлам, содержащимся в них. Например, железные, марганцевые, медные, хромоникелевые, железо-ванадиевые и др.

Запасы руд делят в зависимости от степени изученности на несколько категорий, обозначаемых буквами латинского алфавита А, В, С.

К категории А (промышленные запасы) относятся месторождения, по которым проведено разведочное бурение по частой сетке скважин и форма рудного тела выявлена с достаточной точностью. Утверждение месторождения по категории А является основанием для начала строительства металлургического завода.

К категории В (вероятные запасы) относятся месторождения, обуренные по редкой сетке скважин, что делает затруднительным определение точной формы рудного тела. Если месторождение отнесено к категории В, то это может служить основанием для проектирования, но не для строительства металлургического завода.

К категории С (ориентировочные запасы) относят месторождения, форма рудного тела в которых известна лишь в самых общих чертах, по естественным обнажениям или геофизическим данным. Запасы руды по категории С могут использоваться только при перспективном планировании развития металлургии.

Сумма запасов (А + В + С) называется общими балансовыми запасами руд.

Топливо

Топливо в металлургической промышленности используется в виде кокса, природного газа, мазута. Оно служит не только как горючее для нагрева и расплавления материала, но и как реагент в химических реакциях металлургических процессов.

Флюсы

Флюсы представляют собой материалы, загружаемые в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды и золой топлива. Такое соединение называют шлаком. Он имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому располагается над металлом, защищая металл от печных газов и воздуха. Шлак называют кислым, если в его составе преобладают кислотные оксиды SiО2, Р2О5 и основным, если в его составе больше основных оксидов – СаО, MgО.

Огнеупорные материалы

Огнеупорные материалы применяют для изготовления внутреннего слоя (футеровки) металлургических печей. Они должны:

выдерживать нагрузки при высоких температурах;
противостоять резким изменениям температур, химическому воздействию шлака и печных газов.

Огнеупорность материала определяется температурой его размягчения.

По химическим свойствам огнеупорные материалы разделяют на:

кислые;
основные;
нейтральные.

Кислые

Кислые – это материалы, содержащие значительное количество кремнезема SiO2. Например, кварцевый песок (95% SiО2), динасовый кирпич.

Основные

Основные – это материалы, содержащие основные оксиды (СаО, MgО). Например, магнезитовые кирпич, порошок.

Нейтральные

Нейтральные – это материалы, содержащие большое количество Al2O3 и Cr2O3. Например, хромомагнезитовые, шамотные кирпичи.

При высоких температурах футеровка печи взаимодействует с флюсами и шлаками. Если в печи, имеющей футеровку, выложенную основным огнеупорным материалом, применять кислые флюсы, то в процессе плавки образуются кислые шлаки, которые, взаимодействуя с основной футеровкой, будут разрушать ее. То же произойдет, если в печи, выложенной огнеупорными материалами из кислых оксидов, применить основные флюсы. Поэтому в печах с кислой футеровкой используют кислые шлаки, а в печах с основой – основные.

Высокой огнеупорностью обладают углеродистые материалы, содержащие до 92% углерода в виде графита. Материалы применяются в виде кирпичей, блоков для кладки лещади доменных печей, электролизных ванн для получения алюминия, тиглей для наплавки медных сплавов.

Продукты и полупродукты металлургических производств

Металлургия является комплексной отраслью производства и ассортимент ее товарной продукции широк и разнообразен. Помимо основной металлургической продукции выпускаются и другие виды продукции, которые часто не имеют никакого отношения к металлургическим материалам: серная кислота, элементарная сера, кальцинированная сода, поташ, минеральные удобрения, цемент, минеральная вата и многие другие.

Кроме того, в металлургическом производстве получают многочисленные полупродукты и отходы основного производства: шлаки, штейны, газы, агломераты и спеки, кеки, шламы и т.д. Рассмотрим основные виды продукции металлургического производства.

Металлы и штейны

Металлы и сплавы являются основными видами товарной продукции металлургического производства, которые получают переработкой всех видов металлосодержащего сырья. В черной металлургии основными видами продукции являются чугуны, стали и ферросплавы.

В цветной металлургии в зависимости от используемой технологии и состава полученной продукции различают черновые и рафинированные металлы, но товарной продукцией, как правило, являются рафинированные металлы.

Черновыми называют металлы, содержащие примеси, в числе которых могут быть вредные примеси и ценные элементы – спутники основного металла, содержащиеся в сырье. Вредные примеси ухудшают характерные для данного металла свойства (электропроводность, пластичность, коррозионную стойкость и т.д.) и ограничивают сферу их непосредственного применения. Ценные спутники, к которым относятся благородные металлы, редкие и рассеянные элементы, необходимо попутно обязательно извлекать. Для очистки от примесей черновые металлы подвергают рафинированию. Сортамент рафинированных металлов регламентируется ГОСТом и в зависимости от степени очистки нередко выпускается 6–10 марок каждого конкретного металла.

Штейном называют сплав сульфида железа с сульфидами тяжелых цветных металлов (меди, никеля, свинца, цинка и пр.), в котором растворены примеси. Штейны являются промежуточными продуктами, образование которых определяется технологическими соображениями, и это очень характерно для пирометаллургии меди, никеля и частично свинца. В практике цветной металлургии получают медные, медно–никелевые, никелевые и полиметаллические штейны. Они образуются при плавках в жидком состоянии и не смешиваются со шлаковыми расплавами, что облегчает их отделение отстаиванием. Наиболее успешно процесс отстаивания идет при разности плотностей шлака и штейна больше 1 г/см 3 .

Медные и медно-никелевые штейны являются хорошими коллекторами благородных металлов, что позволяет достаточно полно извлекать их в штейн при плавке рудного сырья. Полиметаллические штейны наряду с сульфидами меди и железа содержат заметные количества сульфидов свинца и цинка, что затрудняет их дальнейшую переработку, и поэтому в настоящее время их стараются не получать.

Плотность расплавленных штейнов возрастает с увеличением содержания в них меди и никеля в пределах 4,0–5,7 г/см 3 , а при высокой металлизации штейнов их плотность может достигать 7 г/см 3 .

Металлургические шлаки

Металлургические шлаки представляют собой сложный по составу сплав оксидов. По технологическим признакам и способу формирования их подразделяют на шлаки рудных плавок и рафинировочные шлаки.

Шлаки рудных плавок образуются из оксидов породы перерабатываемой руды и вводимых в шихту флюсов. Шлаки получаются в расплавленном состоянии и их роль в процессах плавки очень велика. Они являются той средой, в которой протекают основные физико-химические превращения и реакции, приводящие к образованию конечных продуктов – металла и шлака.

Шлаки содержат часть извлекаемого металла и поэтому нередко являются основной составляющей потерь металла. Количество образовавшегося шлака зависит в основном от состава рудного сырья и флюсов. Особенно высок выход шлака при плавках руд или концентратов цветных металлов – обычно составляет от 60 до 120 % от массы рудной составляющей. Количество образующихся шлаков и их свойства фактически определяют основные технико-экономические показатели металлургического производства: удельную производительность плавильных печей по рудному сырью, расход топлива, эксплуатационные затраты и в конечном итоге себестоимость передела.

При низком содержании извлекаемых металлов в шлаках они являются отходами металлургического производства, но считать их отвальными продуктами можно лишь условно, так как с развитием металлургической техники, они нередко подвергаются: дополнительной переработке.

Рафинировочные шлаки формируют из специально вводимых в плавильные печи флюсующих добавок, а также оксидов, рафинируемого металла и продуктов разрушения огнеупорной футеровки плавильного агрегата. Создание шлака над расплавом способствует очистке металла от вредных примесей и накопление их в шлаке, и, кроме того, шлаки защищают расплавленный металл от воздействия газовой среды в печи. Выход таких шлаков невелик, но они содержат значительное количество извлекаемого металла, и поэтому их используют в качестве оборотных материалов или подвергают специальной переработке.

Состав металлургических шлаков разнообразен и зависит от вида перерабатываемого сырья и особенностей металлургического процесса. Состав шлаков доменной плавки в черной металлургии (ДП) и основных разновидностей цветной металлургии (ПЦМ) приведен ниже (%):

Из приведенных данных видно, что шлаки различаются лишь содержанием оксидов железа, а в основе их лежат системы СаО-SiO₂ и CaО–FeO–SiO₂.

Для каждого металлургического процесса и применяемого для этого аппарата установлен оптимальный состав шлаков, отвечающий определенным технологическим и экономическим требованиям. Прямой плавкой не всегда удается получить этот оптимальный состав и поэтому приходится добавлять флюсы.

Оксиды, образующие шлаки, по химической активности подразделяют на кислые (SiO₂, Аl₂О₃), основные (CaO, FeO, MgO и др.) и амфотерные (Fe₂O₃, ZnO и пр.). В зависимости от соотношения указанных оксидов шлаки подразделяют на кислые и основные. К кислым относятся шлаки, содержащие более 40 % (SiO₂ + Аl ₂О₃), а к основным – менее 40 % указанной суммы оксидов.

Однако эти критерии условны и дают представление лишь о промышленной классификации шлаков. Для правильного выбора параметров процесса необходимо знать важнейшие свойства шлаков: температуру плавления, вязкость, плотность, растворимость в шлаках извлекаемого продукта и поверхностные свойства.

Оксиды, образующие шлаки, имеют высокую температуру плавления, °С: 1713 – SiO₂; 1370 – FeO; 1540 – Fe₃O₄; 2570 – CaO; 2800 – MgO; 2050 – Аl₂О₃. Однако температура плавления шлака значительно ниже температуры плавления чистых оксидов. Физико-химические свойства шлаков зависят от их химического состава и температуры, а также от их строения в расплавленном состоянии.

Вязкость шлаков характеризует жидкотекучесть, от величины которой зависит скорость отстаивания жидких продуктов плавки. Электропроводность шлаков имеет определяющее значение для работы электрических печей, которые широко применяются в черной и цветной металлургии. Плотность шлаков зависит от соотношения в них легких и тяжелых шлакообразующих компонентов. Плотность оксидов в твердом состоянии составляет (г/см 3 ): SiO₂ – (2,2–2,65); FeO – 5,7; CaO – 3,32; MgO – 3,65; Аl ₂O₃ – 3,99; Fe₃O₄ – 5,2; BaO – 5,72; Na₂O – 2,27.

Для получения шлаков оптимального состава часто в качестве флюсов используют кварциты и известняки. В цветной металлургии иногда в качестве флюса используют низкосортные золотые концентраты и кварцевые хвосты золотоизвлекательных фабрик, что позволяет без затрат извлекать при плавке в штейн или черновой металл благородные металлы. Для разжижения шлаковых расплавов в ряде случаев используют плавиковый шпат CaF₂, соду Na₂СОз и др.

Продукты гидрометаллургических производств

Продуктами гидрометаллургических процессов являются растворы, кеки и сточные воды.

Растворами в гидрометаллургии называют продукты процесса выщелачивания, в которых растворенное вещество находится в молекулярном состоянии, что делает их устойчивыми системами, не разделяющимися при сколь угодно длительной выдержке. В качестве растворителей при производстве цветных металлов используют воду и водные растворы кислот, солей, щелочей, органические реагенты.

Важнейшими технологическими характеристиками растворов являются концентрация в них растворенного вещества и водородный показатель (рН).

На практике концентрацию чаще всего выражают в виде отношения растворенного вещества к объему раствора в г/л или кг/м 3 .

Водородный показатель рН характеризует химическую активность среды и способность растворов к гидролитическому сложению. Водные растворы могут иметь величину рН от 1 до 14. Нейтральным растворам соответствует рН = 7, для кислых растворов рН меньше 7, а для щелочных – более 7. Гидролитическое разложение растворов происходит в строго определенных условиях, и для каждого гидроксида существует ограниченный интервал рН, в котором он осаждается. Ниже приведены рН начала выделения гидроксидов некоторых металлов:

Используя различия в значениях рН для осаждения гидроксидов, можно добиться селективного разделения металлов, находящихся в растворе.

Кеки представляют собой твердые порошкообразные материалы, которые в зависимости от образования разделяют на два вида Первый вид – это не растворившиеся остатки выщелачиваемого материала (пустая порода, нерастворимые соединения данного материала и другие ценные компоненты). К этому виду относятся, например, цинковые кеки от выщелачивания обожженных цинковых концентратов раствором серной кислоты. Ко второму виду относятся продукты (осадки) цементационного, химического или гидролитического осаждения растворенных металлов в свободном металлическом состоянии или в форме нерастворимых химических соединений. Примером этого вида кеков являются кадмиевые кеки цинкового производства, содержащие цинк, кадмий и медь в форме металлических порошков, и кобальтовые кеки никелевого производства, в которых кобальт находится в виде гидроксида Со(ОН)₃.

Сточные воды являются отходами гидрометаллургических производств, и их состав отличается большим разнообразием ценных и загрязняющих компонентов. Состав сточных вод зависит от многих факторов, но определяющими являются состав перерабатываемого сырья, вид используемых растворителей, характер применяемого гидрометаллургического процесса и технология обработки сточных вод перед их выводом из производственного цикла

Таким образом, сточные воды гидрометаллургических процессов являются источниками потерь ценных компонентов и загрязнения окружающей среды. Основными компонентами сточных вод являются грубодисперсные взвеси частиц перерабатываемого материала или продуктов его переработки, а также растворенные в воде кислоты, соли, щелочи и другие химические соединения, включая органику. Самым эффективным путем предотвращения загрязнения окружающей среды сточными водами является организация на промышленных предприятиях систем оборотного водоснабжения.

Читайте также: