RUDY
1.Wstępna przeróbka rudy:
Rozdrabnianie (grube:łamacze szczękowe, stożkowe, średnie:kruszarki młotkowe, drobne:młyny kulkowe)
przemiana istniejącego w rudzie związku w związek bogatszy w metal lub w związek, z którego łatwiej wyodrębnić metal:
*w atmosferze redukującej
*w atmosferze obojętnej
*w atmosferze utleniającej
usunięcie skały płonnej :
*wzbogacanie grawitacyjne(różnica gęstości): płukanie, sedymentacja
*wzbogacanie elektryczne: elektromagnetyczne, elektrostatyczne
*wzbogacanie flotacyjne(różna zwilżalność składników przez ciecz flotacyjną)
Scalanie-w celu zapewnienia mu kawałkowatości i odpowiednich właściwości mech.
*spiekanie - łączenie cząstek przez nadtopienie ich powierzchni
*brykietowanie-formowanie pod wysokim ciśnieniem koncentratu zawierającego dodatek materiału wiążącego
*grudkowanie-zbrylowanie w odpowiednich narzędziach w postaci obrotowego bebna lub misy
2.Wstępna przeróbka rudy:
wydzielenie metalu ze związku zawartego w koncentracie
oddzielenie od metalu skały płonnej
PROCESY:
1.pirometalugriczne i elektrotermiczne:
*procesy redukcyjne-przeróbka rud tlenkowych, reduktor-węgiel, tlenek węgla
MeO+RMe +RO
MeA+rMe + RA
*dysocjacja termiczna(otzrymywanie rtęci)
2MeOMe + O2
2.procesy elektrolityczne(związki trudne do zredukowania i rozkładania)
3.hydrometalurgiczne(ubogie tlenkowe rudy metali nieżelaznych)
*rozpuszczanie(ługowanie)-otrzymanie wodnego zw.chem.
*przygotowanie roztworu do wydzielenia metalu, dekantacja, filtrowanie
*wydzielanie metalu w wyniku osadzania
3.Procesy rafinacyjne
CEL:usunięcie zanieczyszczeń z metalu w procesach wstępnych lub z przetapianego złomu
1.RAFINACJA FIZYCZNA:
ekstarkcja żużlowa -oparta jest na prawie podziału Nernsta i polega na naprowadzeniu na powierzchnię ciekłego metalu żużla o dużej zdolności rozpuszczania zanieczyszczeń.
Prawo podziału Nernsta - jeżeli jakaś substancja jest rozpuszczalna w dwóch cieczach, które zupełnie lub niemal zupełnie nie mieszają się z sobą tworząc dwie fazy, wówczas przy danej temperaturze stężenie substancji rozpuszczalnej w jednej fazie będzie się znajdowało w określonym stosunku do stężenia tej substancji w drugiej fazie.
k=Ca1/Ca2=const
CA1 - stężenie składnika A w cieczy 1
CA2 - stężenie składnika A w cieczy 2
ekstrakcja gazowa i próżniowa-zgodnie z prawem Raoulta, określa ono równowagę pomiędzy stężeniem składnika roztworu a ciśnieniem cząstkowym tego składnika, prawo określa równowagę na granicy faz
pA=NA*PA 0
Warunek przebiegu rafinacji fiz.gazowej= p'A<pA
Dobre waynki transportu zanieczyszczenia uzyskuje się przez:
-mieszanie metalu
-zapewnienie jak największej powierzchni rozdziału cieczy i gazu
Powierzchnię rozdziału cieczy może stanowić:
-swobodna powierzchnia metalu
-powierzchnia pęcherzy gazu wprowadzanych do metalu
-powierzchnia pęcherzy gazu samoczynnie tworzących się w metalu w skutek wydzielenia się zanieczyszczeń
Efekt rafinacyjny można uzyskać:
-przez przedmuchiwanie metalu gazem obojętnym o małej koncentracji zanieczyszczenia
-przetrzymanie metalu w próżni
Rafinacja próżniowa polega na zmniejszeniu stężenia zanieczyszczenia w fazie gazowej sąsiadującej z metalem przez obniżenie jej ciśnienia
2.RAFINACJA PRZEZ ZMIANĘ STANU SKUPIENIA
Swobodne przechodzenie zanieczyszczeń z tworzącej się fazy stałej do cieczy, wymaga istnienia frontu krystalizacji
-metoda postępującego krzepnięcia
-metoda strefowego topnienia
*DESTYLACJA- gdy rozdzielenie składników następuje podczas przeprowadzania ich w stan gazowy
*REKTYFIKACJA - gdy rozdzielenie składników następuje podczas ich przechodzenia ze stanu gazowego w stan stały
3.MECHANICZNE METODY RAFINACJI
* FILTROWANIE - znalazło szerokie zastosowanie przemysłowe,
zastosowanie - usuwanie stałych wtrąceń z ciekłego metalu
4.RAFINACJA CHEMICZNA:
żużlowa- do żużla lub do metalu wprowadzamy pierwiastek (R) charakteryzujący się dużym powinowactwem chemicznym do zanieczyszczenia
gazowa-do ciekłego metalu wdmuchujemy gaz charakteryzujący się dużą aktywnością w stosunku do zanieczyszczenia
próżniowa- wykorzystuje możliwość uruchomienia reakcji poprzez obniżenie ciśnienia nad powierzchnią ciekłego metalu
5.RAFINACJA ELEKTROLITYCZNA-anodę stanowi zanieczyszczony metal, elektrolit może stanowić wodny roztwór soli rafinowanego metalu
SURÓWKA - stop żelaza z węglem i innymi domieszkami o zawartości C>2%,
STAL - stop żelaza z węglem i innymi domieszkami o zawartości C<2%,
ŻELIWO - stop żelaza z węglem i innymi domieszkami o zawartości C>2% przeznaczony na odlewy kształtowe,
STALIWO - stop żelaza z węglem i innymi domieszkami o zawartości C<2% przeznaczony na odlewy kształtowe,
Podstawowe rudy żelaza:
Rudy magnetytowe - zawierają głównie Fe3O4 oraz Fe2O3 ( 45 do 70% Fe)
Rudy hematytowe - zawierają Fe2O3 ( od 40 do 65%Fe )
Rudy limonitowe - zawierają głównie uwodniony tlenek żelaza- mFe2O3• nH2O (bo od 25 do 50% Fe ),
Syderyty - zawierają głównie węglan żelazowy - FeCO3 ( 30 do 40% Fe )
Przygotowanie rud do procesu metalurgicznego
Wstępna przeróbka rudy:
- podwyższenie zawartości Fe w rudzie
- sporządzenie koncentratu rudy o odpowiednich właściwościach takich jak temperatura topnienia, porowatość,wytrzymałość.
Cele te osiąga się przez :
- mieszanie rud o różnych właściwościach,
- prażenie rud,
- scalanie koncentratu o małej ziarnistości
SIARKA W SURÓWCE
Podstawowym źródłem siarki ( S ) jest koks ( zawiera do 1,2%S )
Formy występowania siarki
- FeS - rozpuszczony w surówce,
- MnS - tylko częściowo rozpuszczony w surówce
- CaS oraz MgS - rozpuszczone w żużlu
Proces odsiarczania surówki
-Wymaga istnienia nadmiaru niezwiązanych tlenków CaO lub MgO w żużlu ( zasadowość żużla mierzona stosunkiem CaO/ SiO2= 1.2 - 1.3 )
-Musi być zapewniona odpowiednia masa żużla
-Odpowiednie warunki termiczne w dolnej części wielkiego pieca ( reakcja endotermiczna )
-Atmosfera w wielkim piecu musi być redukująca ( obecność CO)
PROCESY STALOWNICZE-
CEL: obniżenie zawartości węgla w ciekłej surówce
Etapy procesu stalowniczego:
1.ładowanie pieca-topnienie wsadu, wsad z ciekłej surówki lub stałej surówki i złomu stalowego oraz topniki, przegrzewamy metal do założonej temp, ściągamy z powierzchni ciekłego metalu żużel okresu roztapiania
2.utlenianie metalu- świeżenie
3.rafinacja metalu-odtlenianie odtlenianie stali, odsiarczanie, korekta składu chemicznego
4.spust-przeprowadzamy odtlenianie końcowe stali w kadzi przez dodanie aluminium hutniczego w ilości 0.5 - 1.0 kg Al. / t stali
Formy występowania węgla w żeliwie:
*CEMENTYT - Fe3C
* GRAFIT
* WĘGIEL ŻARZENIA
Klasyfikacja wg występowania węgla:
-Zeliwo szare-węgiel w postaci grafitu
-żeliwo białe -cementyt
-żeliwo połowiczne-jednocześnie w formie grafitu i cementytu
Klasyfikacja wg PN:
-żeliwo szare maszynowe,
-żeliwo sferoidalne,
-Żeliwo ciągliwe,
-żeliwo stopowe
ŻELIWO MODYFIKOWANE
Aby uzyskać Rm ≥ 250 MPa należy przeprowadzić zabieg modyfikacji
Żeliwo modyfikowane - otrzymujemy poprzez zabieg polegający na dodaniu do ciekłego żeliwa specjalnych dodatków zwanych modyfikatorami
Wady procesu żeliwiakowego
-niska temperatura ciekłego żeliwa na rynnie spustowej,
-trudna płynna regulacja składu chemicznego żeliwa,
- emisja niekorzystnych gazów i pyłów do otaczającego środowiska ,
- krótki czas pracy między kolejnymi remontami bieżącymi pieca ( ciągła praca przez 8 - 10 godz. )
Metody wytwarzania żeliwa sferoidalnego:
-dodanie do ciekłego żeliwa o określonym składzie chemicznym technicznie czystego ceru lub jego stopów,
- dodanie do ciekłego żeliwa o określonym składzie chemicznym technicznie czystego magnezu lub jego stopów,
- dodanie do ciekłego żeliwa o określonym składzie chemicznym stopu magnezu (7-8% Mg) z metalami ziem rzadkich,
Skład żeliwa sferoidalnego:
-posiada wyższą zawartość węgla i krzemu,
- posiada ograniczoną do 0.02% zawartość siarki,
- zawartość fosforu i manganu zależy od rodzaju osnowy metalowej ( dla struktury ferrytycznej-jest najmniejsza )
Urządzenia do sferoidyzacji :autoklaw, konwertor, kadź smukła, metoda drutowa
Żeliwo ciągliwe W zależności od atmosfery w której prowadzi się proces wyżarzania odlewów z żeliwa białego otrzymujemy:
* żeliwo białe gdy wyżarzanie prowadzimy w atmosferze utleniajacej,
* żeliwo czarne gdy wyżarzanie prowadzimy w atmosferze obojętnej
ALUMINIUM
Metody wytwarzania:
*alkaliczne(metoda Bayera)-wiązanie Al za pomocą ługów, oddzielenie „czerwonego szlamu” zawierającego domieszki i wodorotlenki Si, wydzielenie z roztworu czystego Al(OH)3, prazenie go i pozyskanie Al2O3
*kwaśne-działanie na rudę roztworem kwasów nieorganicznych(H2SO4), otrzymanie soli zawierających Al, rozkład soli z wydzieleniem Al(OH)3, prażenie i mamy Al2O3
* elektrotermiczne-stopienie boksytu z węglem w piecach elektrycznych w celu zredukowanie domieszek i uzyskania stopionego Al2O3
ALUMINIUM Z ELEKTROLIZERA (rafinacja ogniowa i elektrolityczna)
( CZYSTOŚĆ - 98 - 99.4 % Al)
ZANIECZYSZCZENIA :
-domieszki niemetaliczne (elektrolit , Al2O3, cząstki elektrod- węgiel)
-domieszki metaliczne ( takie pierwiastki jak Fe, Si, Ti, Na i Ca - pochodzące z surowca )
- domieszki gazowe ( zwłaszcza wodór pochodzący z elektrolitycznego rozkładu wody-ok. 0.2 cm3H / 1cm3 Al )
MIEDŹ
Proces przygotowania rud do procesu metalurgicznego:
-przeróbka mechanicznawzbogacanie grawitacyjne-flotacyjne koncentratprocesy przygotowawcze (prażenie,aglomeracja, brykietowanie)
Otrzymywanie miedzi z rud siarczkowych metoda pirometalurgiczną:
1.wytapianie kamienia miedziowego, skład wsadu: koncentrat rudy, piasek kwarcowy(topnik),koks(paliwo)
2.konwertowanie kamienia miedziowego, dalsze zmniejszanie koncentracji żelaza i siarki, oddzielenie żuzla, produkt:miedź surowa-miedź czarna
3.rafinacja ogniowa miedzi-usunięcie zanieczyszczeń, odgazowanie
MAGNEZ:
Rudy:Magnezyt, Dolomit, Karnalit ,Woda morska
Procesy otrzymywania magnezu:
1.proces pirometalurgiczny(redukcja tlenków magnezu w wysokiej temp.)
2.elektroliza chlorku magnezu
Trudności produkcyjne:
-ciepły magnez jest bardzo lekki
-jest lżejszy od elektrolitu, gromadzi się na jego powierzchni
-gwałtownie reaguje z tlenem(pali się gdy T>Ttopnienia)
-należy utrzymywać temp ciepłego magnezu poniżej 700 stopni
Proces redukcji termicznej:
Rudy węglanowerozkład rud na tlenki, prażenieredukcja tlenków magnezu przy obniżonym ciśnieniukondensacja par magnezu
CYNK:
Zakres zastosowania:
*składnik stopowy stopów odlewniczych (stopy Al.,Cu,Mg)
*stopy cynku, przemysł motoryzacyjny(odlewy gaźników, popm olejowych)
*powłoki korozyjne na wyrobach ze stopów Fe
Rudy:
-siarczkowe-blenda cynkowa(zawiera ZnS,PbS, związki Cd,Cu,As,Sn i domieszki metali szlachetnych
-węglanowe-galnan cynkowy(ZnCO3)z dodatkiem węglanów Fe i Pb
Wzbogacanie rud: ruda cynkurozdrabnianieflotacja lub prażenie w piecach przewałowychscalanie
Cel wzbogacania:
-usunięcie skały płonnej
- przeprowadzenie metali występujących w rudzie w tlenki ( ZnO, PbO )
- przygotowanie wzbogaconej rudy do procesu metalurgicznego
Obróbka pozapiecowa stali:
CEL:-Podwyższenie jakości stopu
- Obniżenie ilości energii zużywanej do wytopienia 1 kg stali
Zabiegi obróbki pozapiecowej stali dzielą się na zabiegi realizowane przy :
- ciśnieniu atmosferycznym
Odtlenianie osadowe:
wprowadzenie do ciekłego metalu po spuście do kadzi odtleniacza
Obróbka ciekłego metalu żużlem syntetycznymCiekły metal przelewamy do kadzi w której znajduje się ciekły żużel syntetyczny o składzie :- CaO 55%
Al2O3-45 %,spustu metalu dokonujemy z wysokości ok. 3m w celu zapewnienia dobrego wymieszania metalu z żużlem
Wdmuchiwanie sproszkowanych materiałów
do stali