Pirometalurgia

Pirometalurgia  este un set de procese metalurgice care au loc la temperaturi ridicate. Aceasta este o ramură a metalurgiei , asociată cu producția și purificarea metalelor și aliajelor metalice la temperaturi ridicate, spre deosebire de hidrometalurgia , care include procese la temperatură scăzută.

Descriere

Acestea sunt procese chimice care au loc în unitățile metalurgice la temperaturi ridicate (800–2000°C). Prin urmare, pirometalurgia este uneori numită „chimie la temperatură înaltă”. Adesea, reacțiile chimice sunt însoțite de o modificare a stării de agregare a substanțelor care reacţionează: topirea , sublimarea , evaporarea metalelor formate sau a compuşilor acestora. În astfel de procese, interacțiunile pot avea loc între fazele solidă, lichidă (topite) și gazoasă în orice combinație.

Procesele pirometalurgice sunt procesele de aglomerare a materiilor prime metalurgice, topirea materialelor de sarcină , producția de aliaje și rafinarea metalelor. În special, acestea sunt prăjirea , topirea în furnal , topirea cu vatră deschisă , topirea în convertoare , cuptoarele cu arc și cu inducție . Pirometalurgia stă la baza producției de fier , oțel , plumb , cupru , zinc etc.

În pirometalurgie, reducerea carbonului este adesea folosită  - în cazurile în care metalele care sunt reduse nu formează carburi stabile , pe lângă cele indicate mai sus, astfel de metale includ germaniu , cadmiu , staniu și altele. În cazurile de formare a carburilor stabile de către metalele recuperabile, metalotermia este adesea folosită în locul reducerii cu carbon [1] .

Pirometalurgia este ramura principală și cea mai veche a metalurgiei. Din cele mai vechi timpuri și până la sfârșitul secolului al XIX-lea, producția de metale s-a bazat aproape exclusiv pe procese pirometalurgice. La începutul secolelor al XIX-lea și al XX-lea, o altă ramură majoră a metalurgiei, hidrometalurgia , a căpătat semnificație industrială . Cu toate acestea, pirometalurgia continuă să mențină o poziție dominantă atât în ​​ceea ce privește amploarea producției, cât și varietatea proceselor.

La începutul secolului al XX-lea, alături de metodele de încălzire cu flacără, în metalurgie au început să fie folosite diverse tipuri de încălzire electrică (arc, inducție etc.); cam în același timp, electroliza compușilor chimici topiți a fost introdusă în industrie (producția de aluminiu și alte metale neferoase ).

În a doua jumătate a secolului al XX-lea, topirea cu plasmă a metalelor , topirea zonelor și topirea cu flacără electrică s-au răspândit . Procesele metalurgice bazate pe utilizarea curentului electric se disting într-o zonă independentă de pirometalurgie - electrometalurgie .

Procese de bază

Principalul proces al pirometalurgiei este topirea minereului, care se desfășoară la temperaturi atât de ridicate atunci când produsele interacțiunii chimice sunt topite, formând două faze lichide - metal sau sulfură și zgură. Distingeți între reducerea și topirea oxidativă.

Procesul definitoriu de reducere a topirii minereului este reducerea oxizilor metalici cu producerea finală a unui metal topit sau a aliajului acestuia cu alte elemente. O topire de reducere tipică este producția de fontă în furnalele înalte . Procesele de reducere sunt, de asemenea, principalele în topirea minereurilor de mangan, nichel oxidat, plumb și titan.

Principalii agenți reducători sunt carbonul , monoxidul de carbon și hidrogenul . Monoxidul de carbon se formează în cuptorul însuși în timpul arderii incomplete a carbonului; cantitatea principală de hidrogen se obţine ca urmare a descompunerii gazului natural suflat în cuptor .

O varietate de topituri de reducere este producerea metalotermă a metalelor, în care un alt metal este utilizat ca agent reducător al unor metale ( Mn , Cr , V , etc.) - cu o mare afinitate pentru oxigen: Ca ; Mg ; Al , precum și Si . Unul dintre avantajele reducerii metaloterme este producerea de metale care nu sunt contaminate cu carbon sau hidrogen.

O topire tipică a minereului oxidant este prelucrarea minereurilor bogate în sulfură de cupru în cuptoare cu arbore. În timpul topirii, ponderea principală a sulfului din mineralele sulfurate este oxidată, în urma căreia se eliberează o cantitate semnificativă de căldură. Principalul produs țintă de topire este o topitură de sulfuri de FeS și Cu2S - mat .

Fonta și mata din topiturile de minereu sunt, de fapt, produse intermediare care necesită o prelucrare suplimentară. O astfel de prelucrare constă în suflarea topiturii cu aer sau oxigen pur , în urma căreia impuritățile conținute în aliaje sunt oxidate și trec fie în zgură (SiO 2 ; MnO ; FeO etc.), fie în gaz (CO ; SO 2 ). ). Procesul se numește conversie .

Similar cu transformarea este procesul de fumare - suflarea zgura se topește cu gaz. Diferența sa față de conversie este că topitura de metal este suflată cu un gaz oxidant, iar atunci când zgura este fumegoasă, cu un gaz reducător. Și, în al doilea rând, produsele de oxidare a topiturii metalice - oxizi de metal - formează o a doua fază lichidă - zgura, iar produsele fumingului de zgură - metale volatile reduse (sau sulfuri) în stare de vapori sunt îndepărtate din spațiul de reacție printr-un gaz. fluxul [2] .

Note

1. ↑ Hhomchenko G.P. §12.6. Principalele metode de obținere a metalelor // Chimie pentru solicitanții la universități. - Ed. a II-a. - M . : Şcoala superioară , 1993. - S. 277-278. — 447 p. — ISBN 5-06-002965-4 .
2. ↑ Korotich, 2000 , p. 103-104.

Literatură

• Mica enciclopedie de munte . În 3 volume = Small hand encyclopedia / (În ucraineană). Ed. V. S. Beletsky . - Donețk: Donbass, 2004. - ISBN 966-7804-14-3 .
• Korotich V. I. , Naboichenko S. S. , Sotnikov A. I., Grachev S. V., Furman E. L., Lyashkov V. B. (sub conducerea lui V. I. Korotich). Începuturile metalurgiei: manual pentru universități. - Ekaterinburg: USTU, 2000. - 392 p. - ISBN 5-230-06611-3 .