Pytania:
1.Co jest produktem wielkiego pieca ? (odpowiedzi a, b, c, d)
2. Na co przerabia się tlenkowe rudy miedzi ? (tutaj też odpowiedź do wyboru)
3. W jaki sposób rafinuje się cynk ?
4. W jakim celu poddaje się siarczkowe rudy miedzi prażeniu ?
5. Co robi się z żużlem otrzymanym podczas elektrolizy hutniczej ?
6. Proces cementacji.
7. Jak otrzymuje się czysty tlenek glinu ?
8. Proces flotacji.
9. Podczas jakiego procesu następuje przerabianie złomu (?) ?
10. Co otrzymuje się w konwertorze ?
11. Narysować wielki piec.
12. Proces świeżenia surówki.
13. Rola koksu.
14. Czym się różni: staliwo, surówka, stal ?
15. Proces Bayera.
16. Kamień miedziowy.
17. Reakcje pośrednie i bezpośrednie w wielkim piecu (napisać je, uzupełnić).
18. Prażenie rud metali.
19. Różnice między procesem LD a Bessemera.
20. Ługowanie, cementacja, spiekanie proszków.
21. Temperatura parowania cynku (zaznaczyć właściwą).
Odpowiedzi:
Co jest produktem wielkiego pieca ? (odpowiedzi a, b, c, d)
Surówka - przelewa się ją bezpośrednio do mieszalnika, lub odlewa do odpowiednich form piaskowych. Surówka spływa do specjalnego kanału z licznymi odgałęzieniami, które rozprowadzają ją do odpowiednio ukształtowanych form odlewniczych. Rodzaje surówek: normalna, fosforowa, martenowska, wysoko krzemowa, n.krzemowa, tomasowska, Bessemer, Fe-Si oraz Fe-Mn.
Żużel wielkopiecowy- jego skład chemiczny zależy od rodzaju otrzymywanej surówki. Może mieć odczyn kwaśny, zasadowy lub obojętny. Jeżeli zawiera większą ilość manganu, to ma charakterystyczny zielony kolor. Żużel o większej zawartości SiO2 lub Al2O3. jest bardzo trwały i po odpowiedniej przeróbce używany jest jako materiał budowlany. Odpowiednio ugaszony za pomocą wody daje tzw. watę żużlową o doskonałych właściwościach izolacyjnych. Żużle o większej zawartości wapnia z powodu wietrzenia i rozpadania, nie mają większego zastosowania.
Gaz wielkopiecowy -jego skład chemiczny zależy od charakteru przerabianej rudy. Głównym składnikiem palnym gazu wielkopiecowego jest CO. Ponieważ wychodzący bezpośrednio z pieca gaz posiada zanieczyszczenia, przed dalszą obróbką należy do dokładnie oczyścić. Taki gaz może być używany nawet do napędzania silników parowych.
2. Na co przerabia się tlenkowe rudy miedzi ? (tutaj też odpowiedź do wyboru)
Kamień miedziowy , żużel
3. W jaki sposób rafinuje się cynk ?
Do rafinacji ciekłego cynku stosuje się dwie metody: segregacji i rektyfikacji w kolumnach rektyfikacyjnych. Metoda segregacji polega na przetrzymywaniu ciekłego cynku przez pewien czas w odpowiednim piecu w temperaturze wyższej od temperatury topnienia. Po odstaniu kąpiel rozdziela się na trzy warstwy: dolną (ołów z niewielką zawartością cynku), średnią (cynk twardy), górną (cynk z domieszką 1% ołowiu). Metoda rektyfikacji opiera się na zjawisku różnicy temperaturowej wrzenia cynku i znajdujących się w nich domieszek, odbywa się ona w dwóch kolumnach. Kolumna złożona jest ze skrzynek karborundowych szczelnie do siebie przylegających. Na dnie każdej skrzynki znajdują się otwory przelewowe, ustawione tak aby ciekły metal przelewał się jak najdłuższą drogą. Dolna ogrzewana część kolumny nazywa się odparnikiem, górna deflegmatorem. Surowy cynk jest dostarczany z pieca mieszalnika i spływa do najniższej skrzynki deflegmatora w pierwszej kolumnie, następnie ścieka do niżej położonych skrzynek odparnika, gdzie panuje wysoka temperatura. Wskutek tego cynk i kadm parują a ich pary unoszą się do strumienia ściekającego metalu i przechodzą do deflegmatora, gdzie skrapla się ołów i część cynku. Ta frakcja ścieka do pieca segregacyjnego, w którym cynk oddziela się od ołowiu i zostaje ponownie przepompowany do pieca mieszalnika zasilającego kolumnę ołowiu. Nie skroplone w deflegmatorze pary cynku i kadmu przechodzą z kolumny ołowiu, do kondensatora w którym się skraplają, po czym spływają do kolumny kadmu w której temperatura jest niższa co powoduje ulotnienie kadmu. W dolnej części zbiera się ciekły cynk o czystości 99,99% skąd przechodzi do odbieralnika.
4. W jakim celu poddaje się siarczkowe rudy miedzi prażeniu ?
Usuwa się siarczek żelaza.
5. Co robi się z żużlem otrzymanym podczas elektrolizy hutniczej ?
Można wykorzystać go do budowy dróg (?)
6. Proces cementacji.
Cementacja jest samorzutnym procesem typu redoks w trakcie, którego jony metalu bardziej szlachetnego osadzają się na powierzchni metalu mniej szlachetnego, a metal mniej szlachetny ulega roztwarzaniu. Prostota prowadzenia procesu jak i niski koszt ekonomiczny powodują, że reakcja ta z dawien dawna jest z powodzeniem stosowana w procesach przemysłowego odzysku metali szlachetnych z kąpieli przemysłowych i ścieków (np. odzysk Ag), jak również oczyszczania różnego rodzaju elektrolitów służących do uzyskiwania czystych metali na drodze elektrolitycznej (np. Zn). Z uwagi na to, że polski rudy miedzi zawierają znaczne ilości srebra, które w procesach ługowania przechodzą do roztworów w postaci jonów, odzysk srebra w procesie cementacji jest szczególnie uzasadniony. Ponadto nawet śladowe zawartości srebra w czystej elektrorafinowanej miedzi niekorzystnie wpływają na różne właściwości produktu finalnego (np. właściwości mechaniczne), utrudniając w dalszym etapie obróbkę metalu (np. proces ciągnięcia drutów miedzianych).
7. Jak otrzymuje się czysty tlenek glinu ?
Metodą Bayera
8. Proces flotacji.
Flotacje stosuje się do wzbogacania rud miedzi i cynku (siarczkowych),
Flotacja wykorzystuje różnicę w zwilżaniu przez wodę różnych substancji. Przez flotownik
przepuszcza się powietrze, a z góry zasypuje sproszkowaną rudę. Skała płonna jest zwilżana przez
wodę i zbiera się na dnie, skąd jest cyklicznie usuwana. Niezwilżona ruda wypływa na
powierzchnię i tworzy pianę, która jest kierowana do dalszej przeróbki.
14. Staliwo jest to produkt świeżenia używany jako odlew.
`produkt świeżenia, który jest używany jako odlew nazywamy staliwem, natomiast wszystkie inne postacie przerabiane plastycznie, a więc walcowany, ciągniony lub kuty - stalą'.
Staliwo, to stop żelaza z węglem w postaci lanej (czyli odlana w formy odlewnicze), nie poddany obróbce plastycznej. W odmianach użytkowych zawartość węgla nie przekracza 1,5%, suma typowych domieszek również nie przekracza 1%. Właściwości mechaniczne staliwa są nieco niższe niż własności stali o takim samym składzie po obróbce plastycznej. Wynika to z charakterystycznych dla odlewów: gruboziarnistości i pustek międzykrystalicznych. Staliwo ma natomiast znacznie lepsze właściwości mechaniczne od żeliwa, w szczególności - jest plastycznie obrabialne, a odmiany o zawartości węgla poniżej 0,25% są również dobrze spawalne.
Stal, stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i obrabialny cieplnie o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,06%, co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w żelazie (dla stali stopowych zawartość węgla może być dużo wyższa). Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego. Niekiedy jednak, szczególnie przy większych zawartościach węgla cementyt, występuje w postaci kulkowej w otoczeniu ziaren ferrytu.
Surówka, stop żelaza z węglem (>2%), krzemem, manganem, fosforem i siarką będący produktem redukcji rudy w piecu. Nazwa pochodzi stąd, że jest to półprodukt przewidziany do dalszej przeróbki, czyli surowiec. Surówka hutnicza przeznaczona do dalszej przeróbki odlewana jest w postaci bloczków zwanych gąskami.
13. Proces wielkopiecowy, proces prowadzony w wielkim piecu i obejmujący: doprowadzanie surowców (rud żelaza, koksu, topników) przez górną część pieca, wdmuchiwanie (od dołu) gorącego powietrza i gazów spalinowych, redukcję tlenków żelaza do metalu, oddzielenie skały płonnej, spust surówki i żużla, odprowadzenie gazów wielkopiecowych. Rola koksu w procesie wielkopiecowym: paliwo dostarczające ciepła. Reduktor dostarczający CO z reakcji Boudourda oraz pierwiastka C. Nawęglacz surówki. Składnik zapewniający odpowiednią gazo-przepuszczalność słupa materiałów wsadowych.
- Koks pełni rolę paliwa oraz reduktora tlenków żelaza.
20. Odnośnie miedzi.
Ługowanie odbywa się za pomocą kwasu siarkowego zazwyczaj metodą przesączania w bardzo dużych betonowych zbiornikach p pojemności do 20 000 ton. Wsad jest granulowany do wielkości 10 mm, a sam zabieg trwa 7-12 dni. Ługowanie za pomocą roztworu amoniakalnego odbywa się w szczelnie zamkniętych kadziach stalowych o pojemności 500 ton.
Cementację prowadzi się za pomocą sproszkowanego żelaza lub ścinków blach stalowych o dużych czystości, w ten sposób wytrąca się z siarczanu miedź.
Str. 143.
Odnośnie cynku.
Ługowanie - roztwór siarczanu cynku otrzymuje się w wyniku rozpuszczania w kwasie siarkowym blendowych koncentratów flotacyjnych prażonych w piecach fluidyzacyjnych. Prażony tlenek cynku miele się przed ługowaniem i dokładnie segreguje, a następnie roztwarza.
ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O powstały w wyniku tej reakcji siarczan cynku rozpuszcza się w wodzie.
Str. 152.
Spiekanie proszków.
Jest rodzajem obróbki cieplnej, której jest poddawana surowa wypraska w celu zespolenia materiału proszkowego. Operacja spiekania składa się z nagrzewania, wytrzymania w temperaturze rzędu 0,7 - 0,8 temperatury bezwzględnej topnienia (dochodzi nawet do T - 50 deg), a następnie studzenia.
Spiekanie prowadzi się w piecach, które umożliwiają zastosowanie odpowiedniej atmosfery ochronnej:
- obojętnej lub próżni
- redukcyjnej
- utleniającej
Piece muszą mieć zamkniętą konstrukcję, aby np. w razie stosowania wodoru nie było niebezpieczeństwa eksplozji.
W trakcie spiekania, dzięki nagrzewaniu się wyprasek, następuje najpierw odparowanie środków poślizgowych, a następnie wydzielanie gazów zaadsorbowanych w warstwach zewnętrznych ziaren.
Podczas spiekania zachodzą następujące zjawiska:
- zwiększenie ruchliwości atomów
- zmiana powierzchni styku cząsteczek
- usunięcie resztkowych naprężeń w miejscu styku
- rekrystalizacja
- zmiana własności mechanicznych
- zmiana całej powierzchni cząstek
- przemieszczanie cząstek
Spiekanie w fazie stałej, można podzielić na spiekanie układów wieloskładnikowych z wzajemną nieograniczoną rozpuszczalnością, ograniczoną rozpuszczalność oraz wzajemną nierozpuszczalnością składników wsadowych w stanie stałym.
Spiekanie z udziałem fazy ciekłej, przyczynia się do aktywizacji skurczu, zwiększając gęstość i polepszając mechaniczne własności spieku. Procesy spiekania z fazą ciekłą są związane ze zwilżalnością powierzchni układu trudno topliwego cieczą, np. metalem nisko topliwym. Tego typu spiekanie należy prowadzić w różnego rodzaju formach, najczęściej grafitowych.
Str. 168 - 172.
Dodatkowo: Spiekanie pod ciśnieniem występuje gdy ciśnienie nie jest wysokie, czas jest długi, a temperatura wysoka. Natomiast prasowanie na gorąco występuje gdy proces jest krótkotrwały, a ciśnienie prasowania wysokie.
18. Prażenie rud metali.
Prażenie koncentratów miedziowych.
Podczas prażenia siarczkowych koncentratów miedziowych usuwa się siarkę, ale tylko częściowo, przeważnie związaną z żelazem, gdyż siarczek miedzi jest trwalszy od siarczku żelaza.
Podczas prażenia zachodzą reakcje rozkładu siarczków i reakcje utleniania, oczywiście utleniania się nie tylko miedź i żelazo, lecz również siarczki innych metali znajdujących się w koncentracie (jak: cynku, kadmu, antymonu, itp. ), tak więc prażonka jest mieszaniną tlenków i siarczków z małą ilością siarczanów.
Str. 133.
Dodatkowo: Prażenie przeprowadza się by uzyskać jak najmniejsza zawartość siarczków i siarczanów danego pierwiastka, które nie są redukowane w dalszym procesie i powodują straty pierwiastka.
Przykład reakcji: FeCO3 = FeO + CO2.
10. Proces stalowniczy Bessemera prowadzony jest w konwertorach, i jest to pierwszy proces, w którym można było otrzymać stal na szerszą skalę w postaci ciekłej.
Str. 94
Dodatkowo: Konwertor hutniczy stosowany jest do otrzymywania stali z ciekłej surówki (świeżenie) oraz do otrzymania miedzi i kamienia niklowego.
12. Stal otrzymuje się z surówki w procesie świeżenia - stary proces, w nowoczesnych instalacjach hutniczych dominują piece konwertorowe, łukowe, próżniowe, pozwalające na uzyskanie najwyższej jakości stali. Stal dostarczana jest w postaci różnorodnych wyrobów hutniczych - wlewki, pręty okrągłe, kwadratowe, sześciokątne, rury okrągłe, profile zamknięte i otwarte (płaskowniki, kątowniki, ceowniki, teowniki, dwuteowniki), blachy.
Ze ściągi skopiowane.
Opracowano dwie metody świeżenia surówki, różniące się technologicznie (konstrukcja pieców) i chemicznie. Pierwsza metoda, opracowana przez Bessemera i Thomasa, polega na odwęglaniu surówki gorącym powietrzem tłoczonym przez płynną surówkę umieszczoną w piecu wyłożonym zaprawą kwaśną (konwertor Bessemera) lub zasadową (konwertor Thomasa). W konwertorach Bessemera nie można usunąć fosforu i siarki. W konwertorze Thomasa, zawierającym wymienianą okresowo wykładzinę z tlenk6w wapnia i magnezu, powstaje produkt uboczny żużel, który po zmieleniu stosowany jest jako sztuczny nawóz fosforowy (tomasyna). Zaletami metod konwertorowych są: prosta konstrukcja pieców i duża szybkość procesu, a wadami: straty żelaza (ok. 10%) i trudności w regulowaniu składu stali.
Druga metoda (Siemensa i Martina) polega na odwęglaniu surówki przez stapianie jej z wysokoprocentową rudą żelaza, złomem żelaznym i tlenkiem wapnia (w celu usunięcia fosforu). Proces przeprowadza się w tzw. piecach płomiennych (martenach), przepuszczając przez płynną surówkę powietrze i gaz palny (CO i inne). Wnętrze pieca jest wyłożone substancjami o charakterze kwaśnym lub zasadowym, w zależności od składu chemicznego surówki. Proces martenowski przebiega wolniej niż proces Bessemera, ale daje czystszą stal, a straty żelaza nie przekraczają 8%.
Poszczególne gatunki stali różnią się składem chemicznym, strukturą krystaliczną, wytrzymałością mechaniczną i odpornością chemiczną. W celu uzyskania stali o dobrych właściwościach mechanicznych (duża twardość, wytrzymałość i sprężystość) przeprowadza się dodatkowo proces hartowania, polegający na ogrzaniu
stali do temp. 700 0C i następnie szybkim oziębieniu przez zanurzenie w oleju.