Пирометаллургия Орлова Н. В. учитель химии МОУ СОШ №47 г. Белгород 2010г. Металлургия – это наука о промышленных способах получения металлов из руд и другого сырья. Классификация отраслей металлургии • По способам получения металлов: Металлургия Пирометаллургия Электрометаллургия Гидрометаллургия • По видам получаемых металлов: Металлургия Черная (железо и его сплавы) Цветная (все остальные металлы и их сплавы) • Пирометаллургия (от греч. рyr – огонь и металлургия), совокупность металлургических процессов, протекающих при высоких температурах. В современной металлургии пирометаллургия занимает ведущее место в производстве чугуна и стали, свинца, меди, никеля и др. важнейших металлов. Пирометаллургия - это основная и старейшая область металлургии. С древних времён и до конца 19в. производство металлов базировалось почти исключительно на пирометаллургических процессах. Плавильная печь с передним горном. Гравюра из книги Г. Агриколы «О горном деле и металлургии». Издание 1557г. Металлургические процессы осуществляются в несколько стадий: • Обогащение сырья (отделение руды от пустой породы); • Выделение из руд металла с помощью химических реакций; • Механическая обработка полученного металла (литье, формование). По технологическим признакам выделяют следующие виды пирометаллургических процессов: •обжиг •плавка •конвертирование •рафинирование •дистилляция ОБЖИГ Это подготовительная операция, которая проводится с целью изменения состава, удаления вредных примесей или укрупнения пылевидных материалов. Температура обжига меньше температуры плавления сырья. ОБЖИГ Восстановительный Кальцинирующий Хлорирующий Окислительный Сульфатизирующий Обжиг проводится в различного вида печах: • трубчатые (магнетизирующий обжиг железных концентратов); • многоподовые (производство меди, ферромолибдена); • «кипящего слоя» (в производстве цветных металлов); • муфельные (металлургия редких металлов). Плавка Плавка проводится при очень высокой температуре, когда расплав разделяется на два несмешивающихся жидких слоя: •Металл и шлак (сплав оксидов); •металл и штейн (сплав сульфидов). Плавка проводится в: •Шахтных печах – доменное производство (чугун); производство Cu, Pb, Ni; •Отражательных печах – мартеновское производство (сталь); плавка медных концентратов. Доменное производство В доменной печи восстановительную плавку проводят с использованием кокса и угля. Получение чугуна 1. Образование восстановителя: С + О2 СО2 + Q СО2 + C 2CО 2. Восстановление железа: 3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 +CO2 Fe3O4 + CO 3FeO+CO2 FeO + CO Fe+CO2 3.Образование шлака: СaCO3 CaO + CО2 СaО+ SiO2 CaSiO3 Плавка в отражательных печах (мартеновское производство, получение стали) • Мартеновская печь состоит из ванной и регенераторов, в которых предварительно нагревают воздух и горючий газ. • В ванну загружают чугун, лом, небольшое количество руды. При высокой температуре плавятся металл и руда, а примеси окисляются. Контрольные вопросы • Назовите основные отрасли металлургии по способам и видам металлов. • Что такое пирометаллургия? • Какие способы получения металлов являются самыми древними? • Какие виды пирометаллургических процессов вы знаете? • В чем заключается обжиг и назовите основные его виды. • В каких печах проводится обжиг? • Что такое плавка и в каких печах она проводится? • Напишите уравнения реакций: образования восстановителей в доменной печи, • восстановления железа из оксидов, • образования шлаков. Мартеновская печь схема устройства Конвертирование • Это вид плавки, который заключается в продувке воздухом или кислородом через расплавленные материалы (чугун, лом, обогащенные концентраты) • Конвертирование основано на использовании экзотермических реакций. Устройство конвертера В конвертерах получают сталь, медь, никель Бессемеровский процесс (бессемерование чугуна, производство бессемеровской стали) — процесс передела жидкого чугуна в литую сталь путём продувки сквозь неё сжатого воздуха, обогащённого кислородом. Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению примесей, содержащихся в чугуне — кремния, марганца и углерода (отчасти также железа) кислородом воздуха дутья. Процесс был предложен в Англии Г. Бессемером (1856 г.). Алюминотермия Алюминотермию, открытую Н.Н. Бекетовым в 1859г., применяют и для сварки металлических деталей. Смесь порошкообразных алюминия и оксида железа Fe3O4, называемую термитом, поджигают с помощью запала. В результате реакции 8Al + 3Fe3O4 = 9Fe + 4Al2O3 развивается температура около 3000 0С, получившееся железо плавится, стекает вниз и сваривает детали. Магнийтермия Магний – активный металл. Используется для производства Ti, Zn, V, U и других металлов. Mg + TiCl4 = 2MgCl2 + Ti Восстановление титана проводят в атмосфере аргона или гелия. Кальцийтермия Кальций, как и магний, является активным металлом. Используется для производства V, Nb, Ta. Ta2O5 + 5Ca = 5CaO + 2Ta Контрольные вопросы • В каких печах и устройствах получают сталь? • В чем отличие конвертерного и мартеновского способов получения стали? • В чем отличие стали от чугуна по составу? • Что такое металлотермия? Какие металлы являются • восстановителями при получении таких металлов, как титан, ванадий, вольфрам и других металлов? • Какие виды плавок используют при получении металлов высокой чистоты? • Какие вы знаете перспективные технологии получения металлов? Экология • Важное направление совершенствования пирометаллургических процессов – снижение их вредного воздействия на окружающую среду, связанное с внедрением безотходным технологий, с сокращением и обезвреживанием отходов и выбросов. • При обжиге руд цветных металлов образуются газы, содержащие SO2, которые используются для получения H2SO4. При получение 1т меди дополнительно получают 10т. серной кислоты. • Минерал пирит кроме серы содержит соединения Cu, Pb, Ni, Co, Bi из которых получают эти металлы, а шлак используют для производства цемента. Контрольные вопросы 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Какие отрасли металлургии вы знаете? Назовите важнейшие технологические процессы пирометаллургии. С какой целью проводят обжиг сырья? Что такое плавка и какие продукты получаются в результате плавки?Что такое конвертирование и в каких печах оно проводится? В чем заключается процесс рафинирования? Что такое дистилляция и как она осуществляется? Назовите важнейшие направления совершенствования технологических процессов металлургии, направленные на снижение вредного воздействия на окружающую природу. Задачи по теме: «Металлургия» 1. Определите массу железа, которую можно получить из 800т магнитного железняка Fe3O4, содержащего 15% примесей, если выход продукта составляет 92%? 1. Вычислите массу технического алюминия (массовая доля алюминия 98%), который потребуется для алюмотермического получения хрома массой 64,2 кг из оксида хрома (III). 1. Из медной руды массой 2т получили техническую медь массой 325 кг (массовая доля меди равна 98,46%). Определите массовую долю халькозина Cu2S в руде. Литература 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Ахметов Н. С. Неорганическая химия. 9 класс. – М.: Просвещение, 2000. Ванюков А. В., Зайцев В. Я. Теория пирометаллургических процессом. – М.: Металлургия, 1973. Глинка Н. Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1994. Зеликман А. Н. Металлургия редких металлов. – М.: Металлургия, 1980. Кузнецова Н. Е., Титова И. М. Химия 9 класс. – М.: Вентана – Графф, 2001. Хомченко Г. П., Цитович И. К. Неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1998. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. – М.: Аванта, 2000