„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Dorota Lubaszka

Otrzymywanie metali nieżelaznych
812[02].Z2.03

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1

Recenzenci:
mgr Janusz Górny
mgr inż. Jacek Widera


Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Dorota Lubaszka


Konsultacja:
mgr inż. Danuta Pawełczyk










Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 812[02].Z2.03
„Otrzymywanie metali nieżelaznych”, zawartego w modułowym programie nauczania dla
zawodu operator maszyn i urządzeń metalurgicznych.
























Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

3

2. Wymagania wstępne

4

3. Cele kształcenia

5

4. Materiał nauczania

6

4.1. Teoretyczne podstawy metalurgii metali nieżelaznych

6

4.1.1. Materiał nauczania

6

4.1.2. Pytania sprawdzające

8

4.1.3. Ćwiczenia

8

4.1.4. Sprawdzian postępów

9

4.2. Metalurgia miedzi

10

4.2.1. Materiał nauczania

10

4.2.2. Pytania sprawdzające

19

4.2.3. Ćwiczenia

19

4.2.4. Sprawdzian postępów

20

4.3. Metalurgia cynku

21

4.3.1. Materiał nauczania

21

4.3.2. Pytania sprawdzające

27

4.3.3. Ćwiczenia

28

4.3.4. Sprawdzian postępów

29

4.4. Metalurgia aluminium

30

4.4.1. Materiał nauczania

30

4.4.2. Pytania sprawdzające

34

4.4.3. Ćwiczenia

34

4.4.4. Sprawdzian postępów

35

4.5. Metalurgia ołowiu

36

4.5.1. Materiał nauczania

36

4.5.2. Pytania sprawdzające

41

4.5.3. Ćwiczenia

41

4.5.4. Sprawdzian postępów

42

5. Sprawdzian osiągnięć

43

6. Literatura

47

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy z zakresu otrzymywania metali

nieżelaznych

W poradniku zamieszczono:

–

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć już ukształtowane,
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,

–

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

–

materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki
modułowej,

–

zestaw pytań, które pozwolą Ci sprawdzić, czy już opanowałeś określone treści,

–

ć

wiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować

umiejętności praktyczne,

–

sprawdzian postępów,

–

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań testowych,

–

literaturę uzupełniającą.

Schemat układu jednostek modułowych

812[02].Z2

Technologia procesów metalurgicznych

812[02].Z2.01

Otrzymywanie surówki

812[02].Z2.02

Otrzymywanie stali

812[02].Z2.03

Otrzymywanie metali

nieżelaznych

812[02].Z2.04

Otrzymywanie materiałów

z proszków spiekanych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

posługiwać się podstawowymi pojęciami z zakresu metaloznawstwa,

−

określać podstawowe właściwości metali,

−

dokonywać analizy przemian zachodzących podczas topienia i krzepnięcia metali,

−

klasyfikować stopy metali nieżelaznych,

−

charakteryzować maszyny i urządzenia stosowane w procesach metalurgicznych,

−

charakteryzować układy sterowania i regulacji stosowane w procesach metalurgicznych,

−

stosować przepisy bhp, przeciw pożarowe oraz ochrony środowiska,

−

korzystać z dokumentacji technicznej, literatury technicznej, norm, poradników,

−

współpracować w grupie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

wskazać różnicę między metalurgią „czarną” i metalurgią „kolorową”,

−

rozróżnić metody otrzymywania metali nieżelaznych,

−

wyjaśnić fizykochemiczne podstawy procesów otrzymywania metali nieżelaznych,

−

scharakteryzować przygotowanie rud do procesów metalurgicznych,

−

określić właściwości i zastosowanie miedzi,

−

objaśnić sposoby wzbogacania rud miedzi,

−

scharakteryzować proces otrzymywania miedzi,

−

wyjaśnić budowę pieców do wypalania kamienia miedziowego,

−

rozróżnić rodzaje konwertorów do przeróbki kamienia miedziowego,

−

określić sposoby rafinacji miedzi,

−

objaśnić metody odlewania miedzi,

−

określić właściwości i zastosowanie cynku,

−

rozróżnić surowce do produkcji metalicznego cynku,

−

scharakteryzować metody otrzymywania cynku,

−

rozróżnić urządzenia do produkcji cynku,

−

określić właściwości i zastosowanie aluminium,

−

scharakteryzować metody otrzymywania tlenku glinu,

−

objaśnić proces elektrolizy tlenku glinu,

−

scharakteryzować rafinację aluminium hutniczego,

−

wyjaśnić budowę elektrolizerów,

−

określić właściwości i zastosowanie ołowiu,

−

scharakteryzować proces otrzymywania ołowiu w piecu szybowym,

−

scharakteryzować proces otrzymywania ołowiu w piecach obrotowo-wahadłowych,

−

wyjaśnić konstrukcję pieców do otrzymywania ołowiu,

−

scharakteryzować proces rafinacji ołowiu,

−

określić zakres robót podczas naprawy urządzeń do otrzymywania metali nieżelaznych,

−

rozróżnić urządzenia odpylające stosowane w procesie technologicznym otrzymywania
metali nieżelaznych,

−

określić zasady zachowania się w strefach gazoniebezpiecznych oraz w strefach
bezpośredniego zagrożenia odpryskiem żużla i ciekłego metalu oraz gorącego metalu,

−

zastosować przepisy bhp, ochrony ppoż. i ochrony środowiska obowiązujące podczas
produkcji metali nieżelaznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6

4.

MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Teoretyczne podstawy metalurgii metali nieżelaznych

4.1.1. Materiał nauczania

Metale występują w przyrodzie jako składnik różnych minerałów. Minerał może być

pierwiastkiem lub związkiem chemicznym. W skorupie ziemskiej spotyka się najczęściej
mieszaniny różnych minerałów. Mieszaninę minerałów zawierającą jeden lub więcej metali,
w takich ilościach i w takiej postaci, które umożliwiają otrzymywanie tych metali nazywamy
rudą. Wszystkie rudy w mniejszym lub większym stopniu są zanieczyszczone piaskiem,
tlenkami wapnia, tlenkami magnezu oraz innymi zanieczyszczeniami. Zanieczyszczenia te
tworzą w rudzie skałę płonną. Otrzymywaniem metali z rud zajmuje się metalurgia.

Metalurgia to dział techniki zajmujący się procesami otrzymywania metali. Główne

działy metalurgii to metalurgia żelaza i metalurgia metali nieżelaznych. Podstawowe procesy
metalurgiczne to:

−

wstępna przeróbka rudy,

−

wzbogacanie rudy,

−

proces hutniczy,

−

rafinacja.
Operacje przygotowawcze do wzbogacania rud obejmują rozdrabnianie, przesiewanie,

klasyfikacje. Rozdrabnianie ma na celu uzyskanie odpowiedniej wielkości ziarn (rys. 1).

Rys. 1. Sposoby rozdrabniania: a) zgniatanie, b) rozłupywanie, c) ścieranie, d) uderzenie [2, s. 16]

W procesie rozdrabniania używa się kruszarek szczękowych, stożkowych, walcowych,

młotowych i udarowych oraz młynów kulowych i prętowych (rys. 2).

W celu oddzielenia ziarn o różnej granulacji prowadzi się przesiewanie za pomocą sit

(rusztowe, blaszane, plecione) i przesiewaczy(rusztowe, wibracyjne, wahadłowe).

Klasyfikacja ma na celu rozdzielenie drobnych ziarn różniących się wielkością

i gęstością. Do klasyfikacji służą urządzenia zwane klasyfikatorami lub separatorami. Zasadą
działania klasyfikatora jest wykorzystanie różnic prędkości opadania ziarn o różnej wielkości
lub gęstości. Ziarna większe i cięższe opadają na dno, a ziarna drobne zawieszone w wodzie
są unoszone z prądem wody.

Wzbogacanie rud jest procesem mającym na celu zwiększenie procentowej zawartości

metalu przez usunięcie części skały płonnej. Wzbogacanie rud można odbywać się metodą
grawitacyjną, ogniową, magnetyczną oraz przez flotacje. Flotacją nazywa się metodę
mokrego wzbogacania rud, wykorzystującą własność przylepiania się cząstek minerałów
trudno zwilżalnych wodą do pęcherzyków powietrznych i wypływania z nimi w postaci piany
na powierzchnię cieczy. Powstawaniu obfitej piany służy przedmuchiwanie roztworu
strumieniem powietrza. Flotacja jest stosowana między innymi do oczyszczania złóż cynku,
ołowiu, miedzi, siarki. Operacjami wykańczającymi są zagęszczanie, filtrowanie, suszenie
brykietowanie i grudkowanie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7

Rys. 2. Zasada działania kruszarek: a) szczękowej, b) stożkowej, c) walcowej, d) gniotownika, e) młyna

kulowego, f) dezyntegratora, g) młyna młotowego [2, s. 17]

Metalurgię dzieli się na:

−

pirometalurgię – otrzymywanie metali z rud na drodze suchej (redukcja tlenków metali
w wysokich temperaturach). Obejmuje procesy spiekania, redukcji tlenków metali oraz
utleniania(świeżenia),

−

hydrometalurgię – procesy mokrego otrzymywania metali za pomocą ługowania, czyli
oddziaływania wodnymi roztworami odpowiednich związków chemicznych,

−

elektrometalurgię – przebiega w wysokich temperaturach uzyskiwanych poprzez
wykorzystanie energii elektrycznej,

−

metalurgię próżniową,

−

metalurgię proszków – polega na otrzymywaniu metali w stanie znacznego
rozdrobnienia, a następnie ich spiekaniu w temperaturze niższej od temperatury
topnienia.
Wybór metody otrzymywania poszczególnych metali zależy od własności chemicznych

i fizycznych metali, postaci ich występowania w przyrodzie i zawartości w rudzie. Procesy
pirometalurgiczne stosuje się najczęściej przy dużej zawartości metalu w rudzie lub
koncentracie, przy czym metal nie może być bardzo aktywny w obecności tlenu i węgla.
Metodą ta otrzymuje się między innymi miedź, ołów, nikiel, cynk.

Procesy hydrometalurgiczne stosuje się wtedy, gdy zawartość metalu w rudzie jest mała

i równocześnie ruda zawiera inne metale, których nie można oddzielić w procesach
pirometalurgicznych.

Metale nieżelazne występują w przyrodzie w postaci rodzimej i w postaci rud. Większość

metali występuje w przyrodzie w postaci tlenków, siarczków, węglanów, chlorków,
krzemianów i arsenków. Z tego względu rudy dzieli się w zależności od postaci chemicznej,
w jakiej występuje metal na:

−

rudy tlenkowe np. MnO

2,

SnO

2,

−

rudy węglanowe np. ZnCO

3,

PbCO

3,

−

rudy siarczanowe np. PbSO

4,

ZnSO

4,

−

rudy siarczkowe np. ZnS, PbS, Cu

2

S,

−

rudy krzemianowe np. Zn

2

SiO

4

· H

2

O,

−

rudy zawierające metale rodzime.
Skałę płonną tworzy najczęściej krzemionka (SiO

2

), wapień (CaCO

3

), magnezyt

(MgCO

3

), krzemiany i glinokrzemiany. W zależności od charakteru skały płonnej rudy dzieli

się na kwaśne (SiO

2

), zasadowe (węglany wapnia i magnezu) i samotopliwe.

Rudy metali nieżelaznych są najczęściej wielometaliczne, a zawartość metali

użytecznych jest niewielka. W związku z tym, podstawowym celem przygotowania rud jest
ich wzbogacenie. W wyniku wzbogacenia otrzymuje się jeden lub więcej koncentratów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8

Do metali nieżelaznych powszechnie stosowanych w technice należą: miedź, aluminium,

cynk, ołów cyna, magnez i inne. Różnią się one własnościami fizycznymi i chemicznymi. Ze
względu na różnice gęstości i temperatury topnienia, metale nieżelazne dzieli się na:
1) metale lekkie:

−

łatwo topliwe, np.: sód, potas, lit, aluminium,

−

trudno topliwe, np.: beryl, tytan,

2) metale ciężkie:

−

łatwo topliwe, np.: cyna rtęć, ołów,

−

trudno topliwe, np.: miedź, mangan, nikiel,

−

bardzo trudno topliwe, np.: wolfram, molibden.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie metale zaliczamy do metali nieżelaznych?
2. Jak można podzielić metale nieżelazne?
3. Jakie operacje występują we wstępnej przeróbce rud?
4. Jakich maszyn używa się do rozdrabniania?
5. Jakie są metody wzbogacania rud?
6. Jakie procesy chemiczne wykorzystuje hydrometalurgia?
7. Jakie rudy przerabiamy w procesach pirometalurgicznych?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Scharakteryzuj pirometalurgię i hydrometalurgię.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące metalurgii,
2) opisać

zjawiska

zachodzące

podczas

procesów

pirometalurgicznych

i hydrometalurgicznych,

3) określić

jakie

rudy

są

przerabiane

w

procesach

pirometalurgicznych

i hydrometalurgicznych,

4) zaprezentować wynik ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 2

Scharakteryzuj operacje przygotowania rud metali nieżelaznych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące przygotowania rud,
2) wypisać operacje przygotowania rud,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9

3) scharakteryzować maszyny i urządzenia stosowane do rozdrabniania rud,
4) charakteryzować maszyny i urządzenia stosowane do oddzielania ziarn o różnej

granulacji,

5) charakteryzować maszyny i urządzenia stosowane do klasyfikacji rud,
6) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

foliogramy,

−

filmy dydaktyczne,

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) rozróżnić metale nieżelazne?

2) scharakteryzować wstępne przygotowanie rud?

3) rozróżnić maszyny stosowane do rozdrabniania rud?

4) scharakteryzować metody wzbogacania rud?

5) scharakteryzować pirometalurgię?

6) scharakteryzować hydrometalurgię?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10

4.2. Metalurgia miedzi

4.2.1. Materiał nauczania

Miedź jest metalem barwy czerwonawej, o gęstości 8,96 g/cm³ i temperaturze topnienia

1083°C. Miedź metaliczna po wytopie i oczyszczeniu jest czerwono-brązowym, miękkim
metalem o bardzo dobrym przewodnictwie cieplnym i elektrycznym. Nie ulega na powietrzu
korozji, ale reaguje z zawartym w powietrzu dwutlenkiem węgla pokrywając się
charakterystyczną zieloną patyną zwaną grynszpanem szlachetnym. W środowisku o dużym
stężeniu dwutlenku siarki zamiast zielonej patyny pojawia się czarny nalot siarczku miedzi.
W naturze występuje w postaci rud oraz w postaci czystej jako minerał – miedź rodzima.
Miedź rodzima jest rzadko spotykana. Głównym źródłem tego metalu są minerały:

−

siarczki: chalkopiryt (CuFeS

2

), chalkozyn (Cu

2

S), bornit (Cu

5

FeS

4

),

−

węglany: azuryt (Cu

3

(CO

3

)

2

(OH)

2

), malachit (Cu

2

CO

3

(OH)

2

).

Miedź można obrabiać plastycznie na zimno i na gorąco. Stosuje się ją na przewody

elektryczne, elementy chłodnic, w przemyśle spożywczym i chemicznym. Stopy miedzi
znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle. Do najważniejszych stopów miedzi można
zaliczyć mosiądze i brązy. Miedź do celów przemysłowych wytwarza się metodą ogniową
przez prażenie i wytapianie lub metodą elektrolityczną. W celu otrzymania lepszych
gatunków miedzi poddaje się ją dalszemu oczyszczaniu. Rafinację miedzi wykonuje się
metodą ogniową lub elektrolityczną. Bardzo czyste gatunki miedzi otrzymuje się przez
przetapianie jej w próżni.

Rys. 3. Ogólny schemat procesów otrzymywania miedzi [2, s. 216]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11

Wzbogacanie rud miedzi

Ubogie rudy siarczkowe miedzi wzbogaca się najczęściej przez flotację. Uzyskuje się

wówczas koncentraty, w których zawartość miedzi wynosi 15–30%.

Koncentraty miedzi zawierające oprócz siarczków miedzi również siarczki żelaza są

poddawanie prażeniu. W piecu zachodzą reakcje utleniania siarczków żelaza:

2FeS + 3O

2

= 2FeO + 2SO

2

oraz utleniania siarczków miedzi:

2Cu

2

S + 3O

2

= 2Cu

2

O + 2SO

2

W piecach prażalniczych nie następuje całkowite utlenianie siarczków. Pewną ich ilość

pozostawia się w prażące, gdyż będą one potrzebne w dalszych operacjach wytwarzania
miedzi, czyli wytapiania kamienia miedziowego. Proces ma na celu dalsze wzbogacenie
produktu w miedź. Odbywa się on w piecu szybowym o konstrukcji podobnej do wielkiego
pieca (rys. 4).

Rys. 4. Schemat wzbogacania miedzi w piecu szybowym [5]

Paliwem jest w nim koks i siarka zawarta we wsadzie. Powietrze niezbędne do spalenia

paliwa jest doprowadzane, podobnie jak w wielkim piecu, za pomocą dysz.

Załadowane do pieca materiały wsadowe ulegają stopieniu pod wpływem wysokiej

temperatury. Zachodzą wówczas między składnikami reakcje chemiczne, w wyniku których
powstają siarczki miedzi i tlenki żelaza:

Cu

2

O + FeS = Cu

2

S + FeO

Otrzymany w tych reakcjach siarczek miedzi i pozostały siarczek żelaza rozpuszczają się

w sobie wzajemnie i następnie zbierają na dnie pieca. Na powierzchni warstwy siarczków
gromadzą się tlenki, których gęstość jest mniejsza niż gęstość siarczków. Dolna warstwa po
wypuszczeniu z pieca krzepnie, tworząc kamień miedzowy, w którym zawartość miedzi
wynosi około 40%. Kamień miedziowy jest przerabiany następnie w konwertorach na miedź
surową.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12

Wytwarzanie miedzi surowej

Wytwarzanie miedzi surowej polega na utlenianiu najpierw siarczków żelaza i następnie

siarczków miedzi. Proces utleniania, nazywa się świeżeniem. Świeżenie odbywa się
w konwertorze. Jest to duży cylindryczny zbiornik długości do 9 m i średnicy 3–4 m. Jego
płaszcz jest wykonany z blachy stalowej, a wyłożenie z cegły magnezytowej. Z boku
konwertora jest umieszczony rząd dysz zasilanych powietrzem za pomocą rurowego
urządzenia rozdzielczego.

Do konwertora wlewa się roztopiony kamień miedziowy oraz doprowadza krzemionkę

w celu wytworzenia żużla. W pierwszym okresie świeżenia utlenia się siarczek żelaza,
a powstający tlenek żelaza przechodzi do żużla:

2FeS + 3O

2

= 2FeO + 2SO

2

W tym okresie należy kilkakrotnie zlewać żużel i przez dodanie nowych porcji

krzemionki wytwarzać nowy. Wskutek usunięcia z kamienia siarczków żelaza zmienia się
jego zabarwienie. Powstają tzw. biały kamień miedziowy zawierający wyłącznie czysty
siarczek miedziawy. W drugim okresie, po usunięciu siarczków żelaza, powstaje w trakcie
dalszego świeżenia tlenek miedziawy, który reaguje z siarczkiem miedziawym, dając
w wyniku miedź surową według reakcji:

2Cu

2

O + Cu

2

S = 6Cu + SO

2

Ź

ródłem ciepła w procesie świeżenia są reakcje egzotermiczne. Główny produkt procesu

ś

wieżenia, miedź surowa, zawiera 99% Cu.

Rafinacja miedzi

Miedź rafinuje się metodą ogniową lub elektrolityczną.
Rafinacja ogniowa odbywa się w poziomych piecach płomieniowych. Polega ona na

utlenianiu zanieczyszczeń i usuwaniu ich wraz z żużlem. Większość powstających tlenków
nie rozpuszcza się w ciekłej miedzi i wypływa na powierzchnię metalu, tworząc żużel.

Po usunięciu zanieczyszczeń należy zmienić charakter chemiczny procesu i spowodować

redukcję tlenku miedziawego oraz usunąć z kąpieli gazy, głównie dwutlenek siarki. W tym
celu wykonuje się tak zwane żerdziowanie, czyli mieszanie miedzi drągami ze świeżo
ś

ciętego drzewa. Wydzielające się podczas suchej destylacji drewna produkty gazowe

mieszają kąpiel gazową i ułatwiają ujście dwutlenku siarki. Po żerdziowaniu posypuje się
powierzchnię metalu węglem drzewnym, który redukuje zawarte w metalu tlenki. W wyniku
tych zabiegów otrzymuje się miedź rafinowaną, którą odlewa się następnie we wlewki. Miedź
przeznaczona do dalszego oczyszczania bywa odlewana w postaci płyt używanych jako anody
w procesie elektrolizy.

Rafinacja elektrolityczna odbywa się w elektrolizerach, w których elektrolitem jest

wodny roztwór siarczanu miedzi. Pod wpływem napięcia elektrycznego następuje
w elektrolicie dysocjacja siarczanu na dodatnie jony miedzi i ujemne jony reszty kwasowej.
Jony miedzi wędrują następnie do katody i tam, się osadzają, tworząc zwartą, pogrubiającą się
powłokę. Natomiast z anody w obecności SO

4

przechodzi do elektrolitu równoważna ilości

miedzi.

Domieszki wchodzące w skład zanieczyszczonej miedzi nie wydzielają się zwykle na

katodzie, lecz jedynie przechodzą do elektrolitu lub w postaci szlamu opadają na dno wanny
elektrolitycznej. Oczyszczona miedź wydzielona na katodzie zawiera powyżej 99,5 Cu. Po
wyjęciu z elektrolizera poddaje się katody przetopieniu i odlewa z nich wlewki różnych
kształtów w zależności od celu, któremu ma służyć.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13

Hydrometalurgia miedzi

Procesy hydrometalurgiczne stosuje się przeważnie do rud tlenkowych, znacznie

zanieczyszczonych skałą płonną lub do rud, w których miedź występuje w postaci rodzimej.
Pierwszą operacją jest ługowanie miedzi rozcieńczonym kwasem siarkowym lub roztworem
amoniaku. Druga operacja ma na celu wytrącenie miedzi z roztworu. Stosuje się trzy sposoby
wytrącania miedzi z roztworu:

−

z roztworów wodnych siarczanu miedzi wytrąca się miedź za pomocą żelaza,

−

z roztworów amoniakalnych wydziela się tlenek miedziawy przez rozkład pod wpływem
temperatury. Tlenek miedziawy po dalszym utlenieniu przerabia się na miedź,

−

z roztworu siarczanu miedzi wydziela się miedź metaliczną tak jak podczas rafinacji
elektrolitycznej.
Dominującą rolę w produkcji miedzi z rud i koncentratów mają metody hutnicze. Około

85% miedzi wytwarza się metodami pirometalurgicznymi z koncentratów siarczkowych.
Obecnie stosowane są następujące technologie pirometalurgiczne otrzymywania miedzi
z koncentratów siarczkowych:

−

proces zawiesinowy OUTOKUMPU,

−

proces zawiesinowy INCO,

−

proces MITSUBISHI,

−

proces NORANDA,

−

proces CONTOP,

−

proces ISASMELT,

−

proces szybowy.
Dwie

technologie

dominują

w

ś

wiatowej

produkcji

miedzi

metodami

pirometalurgicznymi tj. proces zawiesinowy OUTOKUMPU i wytapianie kamienia
miedziowego w piecach płomiennych.

Proces zawiesinowy OUTOKUMPU

Proces zawiesinowy OUTOKUMPU polega na stapianiu suchych (poniżej 0,3% H

2

O)

drobnoziarnistych flotacyjnych koncentratów siarczkowych w strumieniu powietrza.
Koncentrat podawany jest wspólnie z powietrzem procesowym wzbogaconym w tlen do
pionowego szybu reakcyjnego. Grawitacyjny rozdział ciekłych produktów (żużel, kamień
miedziowy) następuje w wannie odstojowej, z której są one usuwane okresowo. Gazy
technologiczne o wysokiej koncentracji SO

2

wyprowadzane są przez szyb gazowy, schładzane

w kotłach odzysknicowych, odpylane w elektrofiltrach, a następnie kierowane do fabryki
kwasu siarkowego. Schemat pieca zawiesinowego przedstawia rysunek 5.

Proces INCO

Odmianę procesu zawiesinowego stanowi proces INCO. Polega on na wprowadzaniu

poziomo umieszczonymi palnikami w ścianie czołowej pieca mieszaniny koncentratu i tlenu
technicznego (90–95%). Gazy odprowadzane są do układu chłodząco-odpylającego szybem
umieszczonym w centralnej części pieca. Zawierają one do 75% SO

2

. Rozdział produktów

ciekłych następuje w wannie odstojowej, podobnie jak w procesie OUTOKUMPU. Schemat
pieca INCO przedstawia rysunek 6.

Proces MITSUBISCHI

Proces MITSUBISCHI jest realizowany w trzech kaskadowo ustawionych piecach,

z których ciekłe produkty wypływają grawitacyjnie w sposób ciągły. Zespół pieców obejmuje
trzy stacjonarne jednostki, tj. piec topielny, piec elektryczny, piec konwertorowy. Do pieca
topielnego pionowymi lancami podawany jest koncentrat i krzemionka wspólnie
z powietrzem procesowym wzbogaconym w tlen do 40–50%. W wyniku utlenienia siarczku

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14

ż

elaza otrzymuje się żużel i kamień miedziowy zawierający 60–65% miedzi. Kamień

miedziowy i żużel w sposób ciągły wpływają do pieca elektrycznego. W piecu elektrycznym
następuje oddzielenie kamienia od żużla. Kamień kierowany jest ciągłą strugą do pieca
elektrycznego.

Rys. 5. Piec zawiesinowy OUTOKUMPU

[6

]

Rys. 6. Piec INCO [6]

W piecu elektrycznym następuje oddzielenie kamienia od żużla. Kamień kierowany jest

ciągłą strugą do pieca konwertorowego, natomiast żużel poddawany jest procesowi
granulacji. Proces konwertorowania kamienia miedziowego prowadzi się powietrzem
wzbogaconym w tlen podawanym pionowymi lancami w obecności zasadowego topnika
(CaCO

3

). Miedź konwertorowa kierowana jest do procesu rafinacji ogniowej, natomiast żużel

zawierający 12–18% Cu zawracany jest do pieca topielnego. Schemat układu pieców procesu
MITSUBISCHI przedstawia rysunek 7.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15

Rys. 7. Proces MITSUBISHI [6]

Zasada pracy tych pieców polega na przepuszczeniu zmiennego prądu elektrycznego

o wysokim napięciu pomiędzy elektrodami węglowymi i wytworzeniu pomiędzy nimi łuku
elektrycznego. Może być również stosowany prąd stały. W tym przypadku łuk elektryczny
wytwarza się pomiędzy elektrodami a węglową okładziną pieca. Surowce mogą być
podawane do pieca różnymi sposobami. Do małych pieców mogą być podawane ręcznie lub
za pomocą wózków załadowczych, natomiast duże piece elektryczne są napełniane za
pomocą rur załadowczych w sposób ciągły. Schemat elektrycznego pieca łukowego
przedstawiono na rysunek 8.

Rys. 8. Proces MITSUBISHI [6]

Proces szybowy

W procesie szybowym można wyróżnić trzy podstawowe operacje technologiczne:

−

przygotowanie wsadu, obejmujące namiarowanie oraz uśrednianie koncentratów
i pylistych materiałów zawrotowych, mieszanie z lepiszczem i brykietowanie wysuszonej
do żądanej wilgotności mieszanki,

−

topienie w piecu szybowym wsadu miedzionośnego, na który składają się brykiety
koncentratu i kawałkowe materiały zawrotowe (głownie jest to żużel konwertorowy
z dodatkiem koksu wielkopiecowego) i rozdzielenie otrzymanego wytopu na kamień
miedziowy i żużel szybowy w odstojniku,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16

−

utylizacja gazów gardzielowych poprzez ich odpylenie, dopalenie w elektrociepłowni
i odsiarczenie spalin.
Kamień miedziowy otrzymywany w procesie szybowym poddawany jest następnie

kolejnym procesom: konwertorowania, ogniowej rafinacji w piecach anodowych oraz
elektrorafinacji.

Schemat instalacji pieca szybowego przedstawiono na rysunku 9.

Rys. 9.

Schemat instalacji pieca szybowego:

1 – zbiorniki przelotowe wsadu, 2 – zbiorniki wagowe, 3 – piec

szybowy, 4 – odstojnik, 5

–

kadziowóz

ż

użla szybowego, 6 – kadzie kamienia Cu, 7 – komora osadcza,

8 – cyklony, 9 – skruber, 10

–

zwężka

Venturi, 11 – odkraplacz, 12 – osadniki, 13 – zbiorniki szlamu

ołowionośnego, 14 – odwadnianie

szlamu ołowionośnego [6]

Procesy metalurgiczne produkcji miedzi z surowców pierwotnych oparte na procesie

szybowym są realizowane w Hucie Miedzi „Głogów”. Miedź elektrolitycznie rafinowana
w postaci katod wytwarzana jest w wielostopniowym procesie produkcji, którego głównymi
etapami są: przygotowanie wsadu do przetopu, jego stapianie, konwertorowanie, rafinacja
ogniowa w piecu anodowym oraz elektrorafinacja.

Przygotowanie wsadu polega na uśrednieniu i zbrykietowaniu koncentratu w prasach

walcowych z zastosowaniem ługu posulfitowego jako lepiszcza. Otrzymane brykiety i żużel
konwertorowy, będący produktem odpadowym następnej fazy, stanowią wsad dla pieców
szybowych. W wyniku przetopu wsadu otrzymuje się kamień miedziowy i żużel odpadowy,
który wykorzystywany jest jako kruszywo do budowy dróg. Kamień miedziowy będący
stopem siarczków, głównie miedzi i żelaza, podlega dalszej przeróbce w piecu
konwertorowym. W procesie konwertorowania następuje utlenienie siarczków, w efekcie
czego otrzymuje się miedź surową o zawartości około 98,5% czystej miedzi. Zawiera ona
sporo zanieczyszczeń, które muszą być usunięte. Część z nich usuwa się za pomocą rafinacji
ogniowej w piecach anodowych. Uzyskany w tym etapie produkt, odlane anody, poddawany
jest procesowi elektrorafinacji. W czasie tego procesu część domieszek przechodzi do
roztworu, część opada na dno wanny elektrolitycznej, tworząc szlamy koncentrujące metale
szlachetne. Szlamy te są surowcem wyjściowym do produkcji srebra, a także pewnych ilości
złota oraz platynowców. W rezultacie utylizacji gazów konwertorowych produkowany jest
kwas siarkowy. Gazy procesowe z pieców szybowych, po odpyleniu są spalane

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17

w elektrociepłowni. Odzyskane ciepło jest wykorzystywane do celów grzewczych oraz
produkcji energii elektrycznej. Gazy z elektrociepłowni są odsiarczane. Z przerobu zużytego
elektrolitu z elektrorafinacji uzyskuje się surowy siarczan niklu oraz siarczan miedzi.
W procesie konwertorowania następuje utlenienie siarczków, w efekcie czego otrzymuje się
miedź surową o zawartości około 98,5% czystej miedzi. Zawiera ona sporo zanieczyszczeń,
które muszą być usunięte. Część z nich usuwa się za pomocą rafinacji ogniowej w piecach
anodowych. Uzyskany w tym etapie produkt, odlane anody, poddawany jest procesowi
elektrorafinacji. W czasie tego procesu część domieszek przechodzi do roztworu, część opada
na dno wanny elektrolitycznej, tworząc szlamy koncentrujące metale szlachetne. Szlamy te są
surowcem wyjściowym do produkcji srebra, a także pewnych ilości złota oraz platynowców.

W rezultacie utylizacji gazów konwertorowych produkowany jest kwas siarkowy.

Rys. 10. Schemat procesu szybowego w HM „Głogów I” [6]

Produkcja miedzi katodowej z surowców pierwotnych według technologii opartej na

procesie szybowym (HM „Głogów I” i HM „Legnica) może w istotny sposób wpływać na
ś

rodowisko naturalne. Podstawowe aspekty środowiskowe takich instalacji to:

−

emisja zanieczyszczeń do powietrza, głównie pyłu i jego składników (Cu, Pb, As, Cd),

−

SO

2

, NO

x,

CO i CO

2

z gazami technologicznymi i wentylacyjnymi, gazami

z energetycznego spalania paliw, w tym gazu gardzielowego pieców szybowych oraz
z pylenia wtórnego związanego z operacjami magazynowania i transportu,

−

emisja odpadów stałych, w tym niebezpiecznych, powstających zarówno w trakcie
procesów, jak i podczas remontów agregatów hutniczych (m.in. pyły i szlamy z układów
oczyszczania gazów, niektóre żużle z procesów metalurgicznych),

−

zrzut oczyszczonych ścieków do wód powierzchniowych,

−

zużycie energii elektrycznej, powiązane ze skutkami środowiskowymi powstającymi
podczas jej produkcji,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

18

−

zużycie gazu ziemnego, koksu i oleju opałowego (nieodnawialnych surowców
naturalnych),

−

emisja hałasu do środowiska związana z pracą urządzeń hutniczych,

−

emisja promieniowania elektromagnetycznego związana z pracą transformatorów,
prostowników i linii przesyłowych energii elektrycznej.

Rys. 11. Schemat rozmieszczenia urządzeń ochrony powietrza

[6]

Materiały powstające przy produkcji miedzi, takie jak: pyły, osady, szlamy, spieki,

rozlewy, odsiewy, wybraki i żużle (żużel konwertorowy, żużel z pieców anodowych) są
zawracane w całości do procesu technologicznego. Do głównego ciągu technologicznego
zawracane są również częściowo inne materiały powstałe w instalacjach towarzyszących
produkcji miedzi, jak np. produkt z odsiarczania gazów spalinowych z elektrociepłowni.
Powstające na terenie huty odpady są magazynowane, wykorzystywane, a w ostateczności
unieszkodliwiane poprzez składowanie. Powstające odpady są przede wszystkim
wykorzystywane. Dzięki takiemu sposobowi gospodarowania odpadami możliwa jest
produkcja metali (i ich związków) towarzyszących miedzi w koncentracie, a więc ołowiu,
metali szlachetnych, selenu, koncentratu Pt-Pd, siarczanu niklu i kwasu siarkowego. Jedyne
odpady, które w przypadku braku rynków zbytu unieszkodliwia się przez składowanie to:
ż

użel z pieców szybowych, żużel granulowany z pieca elektrycznego, produkt z odsiarczania

i żużel paleniskowy z elektrociepłowni. Odpady te kierowane są na miejsca magazynowania
i z nich w większości są wykorzystywane w następujący sposób:

−

ż

użel szybowy jako kruszywo drogowe i do rekultywacji wyrobisk po eksploatacji

piasku, gliny, kamienia,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

19

−

ż

użel z pieca elektrycznego jako dodatek do podsadzki hydraulicznej dla kopalń KGHM,

a frakcja włóknista do rekultywacji i przesypywania odpadów na składowiskach, produkt
z odsiarczania gazów wykorzystywany jest w technologiach hutniczych,

−

ż

użel paleniskowy z instalacji EC wykorzystywany jest do budowy dróg oraz jako

dodatek do mieszanki hydraulicznej w kopalniach KGHM.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie są podstawowe właściwości i zastosowanie miedzi?
2. Jakie są metody wzbogacania rud miedzi?
3. Jak przeprowadza się flotacje miedzi?
4. Jak otrzymuje się kamień miedziowy?
5. Jak wytwarza się miedź surową?
6. Jak przebiega rafinacja ogniowa miedzi?
7. Jak przebiega rafinacja elektrolityczna miedzi?
8. Jakie są etapy hydrometalurgii miedzi?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Posługując się schematem scharakteryzuj proces szybowy otrzymywania kamienia

miedziowego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat pieca szybowego,
2) dokonać analizy schematu,
3) scharakteryzować materiały wsadowe do procesu szybowego otrzymywania kamienia

miedziowego,

4) scharakteryzować przebieg procesu szybowego,
5) scharakteryzować produkty procesu szybowego,
6) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

próbki surowców do produkcji miedzi,

−

model pieca szybowego,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 2

Narysuj schemat rafinacji ogniowej miedzi.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat rafinacji ogniowej,
2) narysować schemat procesu rafinacji ogniowej miedzi,
3) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

20

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

foliogramy,

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 3

Scharakteryzuj proces hydrometalurgii miedzi.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat hydrometalurgii miedzi,
2) opisać kolejne etapy procesu hydrometalurgii miedzi,
3) opracować schemat otrzymywania miedzi metodą hydrometalurgii,
4) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

foliogramy,

−

filmy dydaktyczne,

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) scharakteryzować właściwości i zastosowanie miedzi?

2) scharakteryzować opisać sposoby wzbogacania rud miedzi?

3) wyjaśnić metodę otrzymywania kamienia miedziowego w piecach

szybowych?

4) opisać otrzymywanie miedzi surowej?

5) wyjaśnić metodę ogniową rafinacji miedzi ?

6) wyjaśnić metodę elektrolityczną rafinacji miedzi?

7) opisać etapy otrzymywania miedzi na drodze hydrometalurgii?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

21

4.3. Metalurgia cynku

4.3.1. Materiał nauczania

Cynk metaliczny jest błękitnobiałym, kruchym metalem. Na powietrzu ulega pasywacji.

Cynk łatwo reaguje zarówno w środowisku kwaśnym jak i zasadowym, nie reaguje jednak
w obojętnym środowisku wodnym. Najbardziej znanym związkiem cynku jest jego tlenek
ZnO (biel cynkowa), który jest stosowany jako dodatek do farb i lakierów, oraz jako
wypełniacz i stabilizator gumy i tworzyw sztucznych. Cynk jest metalem o dobrych
właściwościach plastycznych, małej wytrzymałości na rozciąganie i niskiej temperaturze
topnienia, wynoszącej 418ºC. Cynk stosuje się na przeciwkorozyjne powłoki ochronne
głównie blach i drutów. Jest stosowany również w budownictwie w postaci blach na pokrycia
dachów, do wyrobu baterii elektrycznych oraz folii do opakowań. Głównymi składnikami
stopów cynku jest aluminium, miedź i mangan. Stopy cynku i aluminium noszą nazwę znal.
Można je łatwo spawać, hartować i obrabiać. Znale po obróbce plastycznej mają dobrą
wytrzymałość i plastyczność. Stopy cynku znalazły zastosowanie jako stopy łożyskowe oraz
na prowadnice i ślimacznice. Odlewy ciśnieniowe ze stopów cynku znalazły zastosowanie na
korpusy, armaturę, części maszyn drukarskich, klamki i inne.

Produkcja cynku opiera się na rudach węglanowych i siarczkowych. Początkowo cynk

produkowano głównie z rud węglanowych zawierających oprócz węglanu cynku również
węglan żelaza, węglan manganu, węglan magnezu i wiele innych. Najważniejszym
węglanowym surowcem do produkcji cynku był minerał zwany galmanem cynkowym.
Obecnie głównym surowcem do produkcji cynku jest blenda cynkowa (ZnS) zawierająca
zwykle liczne zanieczyszczenia siarczkami żelaza, kadmu i ołowiu oraz niekiedy związkami
arsenu, antymonu i miedzi.

Zawartość cynku w rudach jest niewielka, dlatego poddaje się je wzbogaceniu. Rudy

siarczkowe wzbogaca się najczęściej metodą flotacji. Rudy węglanowe poddaje się
wzbogaceniu przez prażenie.

Metoda flotacji wykorzystuje niejednakową zwilżalność przez wodę powierzchni

różnych składników rudy. Rozdrobnioną rudę umieszcza się w zbiorniku zawierającym wodę
i dodatki pianotwórcze. Przez zbiornik przechodzi strumień powietrza. Nie ulegające
zwilżeniu ziarenka siarczku cynku przylegają do pęcherzyków powietrza i wraz z nimi
wypływają na powierzchnię wody, tworząc na niej pianę. Ziarenka innych minerałów,
ulegające zwilżeniu przez wodę, nie wypływają na powierzchnię, lecz pozostają w wodzie
w postaci zawiesiny. Utworzona na powierzchni wody piana (flotat) spływa ze zbiornika
rynną do specjalnego naczynia, zwanego odstojnikiem lub zagęszczaczem.

Wzbogacenie przez prażenie prowadzi się w piecach prażalniczych. W niższej

temperaturze w piecu następuje odparowanie wody i rozkład węglanów według równania:

ZnCO

3

= ZnO + CO

2

Odparowanie wody i rozkład węglanów powoduje utratę przez rudę około 30% masy.
Prażeniu poddaje się również rudy siarczkowe. Głównym celem prażenia rud

siarczkowych, które wzbogacono uprzednio przez flotację, jest zamiana siarczków cynku na
tlenki cynku. Podczas prażenia należy dbać, aby nastąpiło całkowite utlenienie siarczków.
Pozostawienie siarczków w rudzie powoduje zmniejszenie ilości uzyskiwanego cynku
podczas jego dalszej przeróbki.

Otrzymane w procesie wzbogacenia rud cynku tak zwane koncentraty cynkowe są

przerabiane na metaliczny cynk metodą ogniową lub elektrolityczną.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

22

W metodzie ogniowej (pirometalurgia) koncentraty cynku zawierające głównie tlenek

cynku ulegają redukcji. Czynnikiem redukującym jest w tym procesie tlenek węgla
uzyskiwany w wyniku niecałkowitego spalania koksiku dodawanego do wsadu. Podczas
redukcji zachodzą reakcje:

C + O

2

= CO

2

CO

2

+ C = 2CO

ZnO + CO = Zn + CO

2

Redukcja tlenku cynku jest prowadzona w piecach szybowych (rys. 12).

Rys. 12. Schemat otrzymywania cynku w piecu szybowym [5]

Cynk surowy zawiera niekiedy do 2,5% zanieczyszczeń, takich jak ołów, kadm, żelazo,

arsen i inne. Zanieczyszczenia pogarszają właściwości cynku i dlatego poddaje się go zwykle
rafinacji. Pozostałe produkty procesu zawierają jeszcze znaczne ilości cynku i innych
składników. Dlatego produkty te przerabia się zwykle w procesach rektyfikacji lub
hydrometalurgii.

Najlepsze rezultaty oczyszczania daje metoda rektyfikacji cynku w kolumnach

rektyfikacyjnych. Kolumna składa się z szeregu skrzynek wykonanych z karborundu (węglik
krzemu), ustawionych szczelnie jedna na drugiej. W dnach skrzynkach znajdują się otwory
przelewowe zestawione niewspółosiowo ze sobą. Dolna część kolumny jest ogrzewana gazem
generatorowym, natomiast górna część nie jest ogrzewana.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

23

Rys. 13. Schemat pieca szybowego: 1 – urządzenie do ładowania podgrzanego wsadu, 2 – zamknięcie stożkowe,

3 – pompa do odparowania cynku i ołowiu z koncentratów, 4 – wirniki do rozbryzgiwania ołowiu,
5 – kondensator, 6 – koryto doprowadzające ołów do kadzi segregacyjnej, 7 – kadź segregacyjna,
8 – koryto odprowadzające ołow z kadzi do kondensatora, 9 – odstojnik cynku, 10 – dmuchawy,
11 – podgrzewacze powietrza, 12 – dysze powietrzne, 13 – rynna spustowa, 14 – odstojnik żużla
i ołowiu [1, s. 190]

Rys. 14. Fragment kolumny do rektyfikacji cynku [3, s. 81]

Jeżeli zanieczyszczony cynk po stopieniu wprowadzimy przez odpowiedni otwór

kolumny, zacznie on wypełniać wgłębienia w skrzynkach. Po wypełnieniu jednej skrzynki
otworem przelewowym cynk zaczyna ściekać na niższe piętra znajdujące się w strefie
ogrzewanej. Tutaj najbardziej lotne składniki zaczynają parować i otworami w dnach
skrzynek przedostają się do wyższych części kolumny, gdzie ulegają skropleniu. Tam
wypełniają skrzynki górnych pięter oraz powodują ściekanie w dół składników o wyższej
temperaturze parowania. W ten sposób następuje oddzielanie składników lotnych,
zbierających się w górnej części kolumny, od składników mniej lotnych, które spływają ku
dołowi kolumny. Po rektyfikacji zanieczyszczenia cynku nie przekraczają 0,01%.

Procesem mającym praktyczne znaczenie pirometalurgicznym otrzymywania cynku jest

Imperial Smelting Process (ISP). Technologia została opracowana i po raz pierwszy
uruchomiona w Wielkiej Brytanii w 1950 r. przez firmę Imperiał Smelting Processes Limited.

Technologia ISP obejmuje:

−

przygotowanie wsadu metodą prażenia spiekającego koncentratów siarczkowych lub
brykietowania materiałów tlenkowych,

−

przetop redukcyjny spieku i brykietów w piecu szybowym na ołów surowy i żużel
zawierający ok. 2% Pb i 3–10% Zn oraz cynk odzyskiwany z fazy gazowej
w rozbryzgowym kondensatorze ołowiowym, a następnie wydzielany w układzie
separacyjnym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

24

Proces otrzymywania cynku i ołowiu metodą ISP wymaga odpowiedniego przygotowania

wsadu, co w praktyce światowej odbywa się przez:

−

prażenie spiekające siarczkowych koncentratów cynku i ołowiu z dodatkiem tlenkowych
surowców i materiałów zwrotnych oraz topników z odzyskiem siarki w postaci kwasu
siarkowego,

−

zbrylanie materiałów tlenkowych np. przez brykietowanie na gorąco surowego tlenku
cynku lub brykietowanie na zimno popiołów cynkowych.
Z podanych metod podstawowe znaczenie ma prażenie spiekające, prowadzone na taśmie

spiekalniczej Dwight-Lloyd'a. Wsad do prażenia stanowi mieszanka surowców ze spiekiem
zwrotnym i topnikami w postaci piasku i kamienia wapiennego. Celem prażenia jest
otrzymanie tlenkowego spieku o możliwie wysokiej wytrzymałości, dużej porowatości
i niskiej zawartości siarki oraz gazów zawierających 5–7% SO

2

nadających się do produkcji

kwasu siarkowego. Zasadnicze procesy przetopu spieku zachodzą w dolnej części pieca
szybowego w strefie topienia i redukcji, w której zachodzi redukcja tlenków cynku i ołowiu
oraz upłynnienie żużla. W strefie topienia tworzy się ołów, ciekły żużel o temperaturze
ok. 1200°C oraz faza gazowa zawierająca CO

2

, CO, N

2

i pary Zn. śużel i ołów spuszcza się

z pieca okresowo do odstojnika, z którego żużel po segregacji kieruje się do rynny
granulacyjnej, a ołów odlewa się w bloki. Faza gazowa przepływa w piecu kolejno przez
strefę równowagi oraz strefę nagrzewania wsadu, w których następuje częściowa reoksydacja
par cynku dwutlenkiem węgla. Gazy opuszczające wsad o temperaturze 950–1000°C
i zawierające 5–7% Zn, 5–10% CO

2

, 20–25% CO i ok. 65% N

2

kierowane są do kondensatora

w celu wykroplenia z nich cynku. Ciekły cynk kierowany jest do zbiornika topników,
w którym poddaje się go wstępnej rafinacji od arsenu przy pomocy salmiaku lub sodu
metalicznego. Następnie cynk kieruje się do zbiornika likwacyjnego, gdzie w temperaturze
450°C osiąga się dalszy rozdział cynku od ołowiu. Ze zbiornika likwacyjnego cynk zalewany
jest do kadzi, w której prowadzi się usuwanie resztek arsenu przy pomocy metalicznego sodu.
Ostatecznie cynk zalewa się do pieca rafinacyjnego, gdzie w temperaturze bliskiej
krzepnięciu wydziela się żelazo. Cynk odlewa się z pieca na taśmie odlewniczej w płyty.
Cynk hutniczy poddaje się zwykle rafinacji metodą rektyfikacj i destylacji cynku w trzech
kolumnach rektyfikacyjnych, w wyniku której otrzymuje się cynk o czystości minimum
99,95% Zn, kadm metaliczny oraz tzw. stop kotlinowy zawierający cynk, ołów, cynę,
antymon i miedź.

Schemat procesu ISP przedstawiono na rysunku 15.

Metoda hydrometalurgiczna umożliwia uzyskanie cynku o wysokim stopniu czystości

(99,99% Zn). Klasyczny hydrometalurgiczny sposób otrzymywania cynku można podzielić
na następujące etapy:

−

prażenie surowca cynkonośnego,

−

ługowanie i oczyszczanie,

−

elektrowydzielanie,

−

topienie i odlewanie.
Proces prażenia ma za zadanie przeprowadzenie siarczku cynku, głównego składnika

koncentratów cynkowych, w tlenek cynku kierowany następnie do ługowni. W większości
zakładów prażenie prowadzi się w piecach fluidyzacyjnych o różnej wielkości przy
temperaturze około 950°C. Uzyskane w procesie gazy są schładzane i odpylane, następnie
kierowane do fabryki kwasu siarkowego w celu utylizacji zawartego w nich SO

2

.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

25

Rys. 15. Schemat procesu ISP

[6]

Głównymi produktami pieców fluidyzacyjnych są: materiał z progu tzw. „prażonka

progowa” oraz materiał uzyskany w wyniku odpylania gazów. Oba materiały są następnie
mieszane, domielane i kierowane do ługowania. W poszczególnych zakładach stosuje się
piece różnej wielkości i różnej zdolności produkcyjnej, różne są też stosowane sposoby
schładzania i odpylania gazów. Koncentraty mogą być prażone piecach fluidyzacyjnych
LURGI w temperaturze 950°C. Gazy prażalnicze zawierają około 8 % SO

2

są schładzane do

temperatury 350°C. Produkowana para kierowana jest do zakładu energetycznego. Pyły
przechodzą przez separację w cyklonach i elektrofiltrach, a gazy kierowane są do fabryki
kwasu siarkowego. Prażonka jest chłodzona w złożu fluidalnym w chłodni, a następnie wraz
z pyłami z kotła jest mielona w młynie kulowym. Pyły z cyklonów i elektrofiltrów łączy się
z główną prażonką i transportuje razem pneumatycznie do ługowni.

Materiał otrzymywany w wyniku prażenia poddawany jest następnie obróbce

hydrometalurgicznej polegającej na ługowaniu roztworami kwasu siarkowego, a następnie

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

26

oczyszczaniu otrzymanych roztworów od zanieczyszczeń utrudniających elektrolityczne
wydzielanie cynku. Ługowanie prowadzi się zwykle dwu lub trzystopniowo przy użyciu
elektrolitu zwrotnego uzupełnianego świeżym kwasem siarkowym. Poddawana ługowaniu
prażonka zawiera cynk głównie w postaci ZnO

,

jednak część cynku zostaje w procesie

prażenia związana z żelazem w formie ZnFe

2

O

4

, którego ilość jest zależna od ilości żelaza

w prażonym surowcu. Dla odzysku cynku związanego w ZnFe

2

O

4

wprowadza się etap tzw.

gorącego kwaśnego ługowania (oznaczany umownie HALHot Acid Leaching). Jest on
prowadzony przy stężeniach kwasu siarkowego 80–250 g/dm

3

i temperaturach 353–373K.

Zwykle w ciągu 2–8 godzin następuje całkowite roztworzenie cynku. Najstarszym znanym
sposobem, nadal stosowanym do usuwania końcowej zawartości żelaza jest hydroliza soli
Fe

+3

i wytrącenie wodorotlenku żelazowego.

Aktualnie w przeważającej ilości zakładów stosowany jest trzystopniowy sposób

oczyszczania otrzymanego w ługowni roztworu siarczanu cynku:

−

dodanie do elektrolitu pyłu cynkowego dla usunięcia miedzi,

−

aktywowane As

2

O

3

wytrącenie kobaltu i niklu,

−

wytrącenie kadmu przy użyciu pyłu cynkowego.
Oczyszczony roztwór siarczanu cynku poddaje się elektrolizie, przy czym osadzaniu na

katodzie cynku elektrolitycznego towarzyszy regeneracja kwasu siarkowego zawracanego do
ługowania oraz wydzielanie tlenu na anodzie. W każdym elektrolizerze znajdują się
aluminiowe katody i anody ze stopu PbAg. Elektrolizery zasilane są roztworem ochłodzonym
do ok. 303K. Elektrolit zwrotny wypływający z elektrolizerów o temperaturze 305–310K
pompowany jest do wież chłodniczych. Po ochłodzeniu i zmieszaniu ze świeżym elektrolitem
neutralnym do osiągnięcia stężenia cynku 55 g/dm

3

, elektrolit jest ponownie kierowany do

hali wanien. Czas osadzania cynku wynosi od 24 do 72 godzin. Każda jednostka wanien
elektrolitycznych jest wyposażona w automatyczne urządzenia do wyjmowania, transportu
i zdzierania cynku katodowego lub proces ten jest prowadzony manualnie.

Przetop katod cynkowych odbywa się we wszystkich zakładach w piecach indukcyjnych

z dodatkiem chlorku amonu jako topnika. Ilość i wielkość używanych pieców jest
dostosowana do wielkości produkcji danego zakładu. Cynk katodowy przetapiany jest
w temperaturze ok. 500°C, a następnie odlewany w gąski lub bloki. Odlewanie wlewków jest
prowadzone przy użyciu automatycznych maszyn odlewniczych taśmowych lub obrotowych.
Zgary i odpady powstające przy przetopie i odlewaniu są frakcjonowane na część metaliczną
zawracaną do przetopu i część tlenkową kierowaną do etapu prażenia lub ługowania.

Schemat otrzymywania cynku metodą hydrometalurgiczną przedstawiono na rysunku 16.
Eksploatacja instalacji produkcji cynku w istotny sposób może wpływać na środowisko.

Podstawowe aspekty środowiskowe takich instalacji to:

—

emisja zanieczyszczeń do powietrza, głównie pyłu i jego składników (Pb, Cd, Zn), SO

2

,

CO, CO

2

, NO

x

i H

2

SO

4

z gazami technologicznymi i wentylacyjnymi,

—

emisja odpadów, w tym niebezpiecznych, powstających w trakcie samego procesu, jak
i podczas remontów obiektów przemysłowych (m.in. żużel z KPO, okładziny piecowe,
szlamy z hydrometalurgii cynku, itp.),

—

emisja ścieków zanieczyszczonych głównie metalami ciężkimi, chlorkami i siarczanami,

—

zużycie energii elektrycznej, powiązane ze skutkami środowiskowymi powstającymi
podczas jej produkcji,

—

zużycie gazu ziemnego, koksu i oleju opałowego (nieodnawialnych surowców
naturalnych),

—

hałas związany z pracą zespołów wentylatorów i pomp instalacji oczyszczania gazów
technologicznych i wentylacyjnych,

—

emisja promieniowania elektromagnetycznego związana z pracą transformatorów i linii
przesyłowych energii elektrycznej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

27

Rys. 16. Schemat ideowy hydrometalurgicznego otrzymywania cynku [6]

W procesach metalurgii cynku występuje zagrożenie zatrucia parami cynku i pyłami

zawierającymi tlenek cynku. Mogą one przedostawać się do organizmu przez drogi
oddechowe i jamę ustną. Zatrucie objawia się dreszczami, kaszlem, bólami głowy i wysoką
gorączką zaatakowany może być również przewód pokarmowy i nerki. W oddziałach
elektrolizy mgły H

2

SO

4

i ZnSO

4

działają niszcząco na zęby. Niebezpieczeństwo stwarzają

również sole cynku, które działają żrąco na organizm. Dodatkowe niebezpieczeństwo
stwarzają trucizny towarzyszące surowcom i produktom zawierającym cynk, a mianowicie
związki ołowiu, kadm, arsen i antymon. Podstawą ochrony zdrowia w oddziałach produkcji
cynku są odpowiednie rozwiązania konstrukcyjne stanowisk pracy oraz intensywna
wentylacja. Oprócz tego stosuje się środki ochrony osobistej, np. maski przeciwpyłowe.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie są podstawowe właściwości cynku?
2. Jakie rudy są wykorzystywane w produkcji cynku?
3. Jakimi metodami prowadzi się wzbogacanie rud cynku?
4. Jak przebiega wzbogacanie metodą flotacji?
5. Jak przebiega wzbogacanie rud cynku przez prażenie?
6. Jak przebiega redukcja cynku w metodzie ogniowej?
7. Jak przebiega rektyfikacja cynku?
8. Jakie są etapy hydrometalurgii cynku?
9. Jak odbywa się ługowanie?
10. Jak przebiega elektroliza?
11. Jakie są wymagania bezpieczeństwa i higieny pracy w zakładach cynkowych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

28

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Narysuj uproszczony schemat otrzymywania cynku na drodze hydrometalurgii.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące procesów metalurgii

cynku,

2) określić materiał wyjściowy do procesów hydrometalurgicznych,
3) określić metody wzbogacania rud cynku,
4) określić kolejne etapy otrzymywania cynku na drodze hydrometalurgii,
5) narysować schemat procesu hydrometalurgii cynku,
6) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

foliogramy,

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 2

Posługując się schematem wyjaśnij zasadę działania pieca szybowego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat pieca szybowego,
2) dokonać analizy schematu,
3) opisać budowę pieca szybowego,
4) opisać zasadę działania pieca szybowego,
5) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 3

Scharakteryzuj proces rektyfikacji cynku posługując się schematem kolumny do

rektyfikacji.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat rektyfikacji cynku,
2) opisać budowę kolumny rektyfikacyjnej,
3) wyjaśnić zasadę działania kolumny rektyfikacyjnej,
4) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

29

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

foliogramy,

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) rozróżnić podstawowe rudy cynku?

2) rozróżnić metody wzbogacania rud?

3) wyjaśnić metodę flotacji?

4) wyjaśnić metodę prażenia?

5) wyjaśnić metodę ogniową otrzymywania cynku?

6) wyjaśnić metodę hydrometalurgii cynku?

7) określić zasady bhp w zakładach produkcji cynku?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

30

4.4. Metalurgia aluminium

4.4.1. Materiał nauczania

Aluminium jest pierwiastkiem o barwie srebrzystobiałej. Jest metalem odpornym na

korozję oraz dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego i ciepła. Zastosowanie aluminium
w stanie czystym jest ograniczone, głownie ze względu na niską wytrzymałość. Czyste
aluminium jest stosowane do wyrobu folii, proszków do platerowania naczyń, do wyrobu
farb. Duże zastosowanie mają natomiast stopy aluminium, które ze względu na małą gęstość
są nazywane stopami lekkimi. Najczęściej stosowanymi dodatkami stopów aluminium są:
miedź, krzem, magnez, mangan, nikiel, cynk. Dodatki zwiększają wytrzymałość, odporność
na korozję i polepszają obrabialność.

Podstawowym surowcem do produkcji aluminium jest minerał o nazwie boksyt. Zawiera

on do 60% wodorotlenku glinu Al(OH)

3

oraz zanieczyszczenia tlenkami żelaza, wapnia

i krzemu. Jakość boksytu jest oceniana na podstawie składu chemicznego. Im więcej Al

2

O

3

znajduje się w boksycie, a mniej SiO

2

, tym lepszym jest on surowcem do produkcji

aluminium. Produkcja aluminium przebiega w dwu odrębnych procesach. Pierwszym jest
otrzymywanie czystego tlenku aluminium, a drugim otrzymywanie aluminium metodą
elektrolityczną.

Otrzymywanie tlenku glinu

Tlenek glinu przeznaczony do produkcji aluminium metodą elektrolizy powinien

odznaczać się dużą czystością oraz drobnoziarnistością. Istnieje wiele metod otrzymywania
tlenku glinu. Należy do nich między innymi metoda Bayera, spiekanie boksytu z sodą
i wapieniem, metoda spiekowo-rozsypowa prof. Grzymka. Najbardziej rozpowszechnione jest
otrzymywanie tlenku glinu metodą Bayera. Jest ona stosowana w przypadku surowców nie
zawierających większych ilości krzemionki SiO

2

. Metoda Bayera polega na oddziaływaniu

roztworem wodorotlenku sodu na rozdrobniony boksyt. Przed ługowaniem rozdrobnione
boksyty poddaje się prażeniu w temperaturze około 500ºC co niszczy zawarte w rudzie
substancje organiczne. Zawarty w surowcu wodorotlenek glinu rozpuszcza się
w wodorotlenku sodu, tworząc glinian sodowy według reakcji:

2Al(OH)

3

+ 2NaOH = Al

2

O

3

Na

2

O + 4H

2

O

Proces odbywa się w zamkniętych naczyniach, zwanych autoklawami, pod ciśnieniem

kilkuset kPa, w podwyższonej temperaturze. Tworzący się w czasie tej reakcji glinian sodowy
rozpuszcza się w roztworze, zanieczyszczenia natomiast, jako nierozpuszczalne, pozostają
w postaci osadu. Ze względu na dużą zawartość tlenków żelaza osad ten nazywa się
czerwonym szlamem. W osadzie pozostaje tlenek żelaza. W celu oddzielenia osadu od
roztworu przepuszcza się go przez filtry pracujące pod ciśnieniem. Z oczyszczonego roztworu
można strącić, czyli wydzielić przez krystalizację, czysty wodorotlenek glinu. W tym celu
doprowadza się do roztworu krystaliczny wodorotlenek glinu, który zapoczątkowuje dalszą
krystalizację. Strącony na dno kadzi wodorotlenek glinu po odsączeniu i ponownym
przemyciu wodą jest poddawany prażeniu w temperaturze około 1200ºC. Proces prażenia
można przedstawić za pomocą reakcji:

2Al(OH)

3

= Al

2

O

3

+ 3H

2

O

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

31

Uzyskany czysty tlenek glinu jest materiałem wyjściowym do produkcji aluminium

metodą elektrolizy stopionego tlenku glinu z kriolitem. Schemat otrzymywania tlenku glinu
metodą Bayera przedstawia rysunek 17.

Rys. 17. Schemat otrzymywania tlenku aluminium metodą Bayera [1, s. 246]

Elektroliza tlenku glinu

Metaliczne aluminium otrzymuje się metodą elektrolizy stopionego tlenku glinu

z kriolitem w urządzeniach zwanych elektrolizerami. Dno elektrolizera (rys. 18) zbudowane
jest z przylegających ściśle do siebie bloków katodowych ułożonych na podmurowaniu
z cegieł szamotowych. Boki wanny otacza stalowy płaszcz wymurowany wewnątrz cegłami
szamotowymi (1) i wyłożony płytami węglowymi (4). W czasie normalnej pracy elektrolizera
na płytach węglowych wydziela się zakrzepły elektrolit (5) chroniący je przed zużyciem
i poprawiający izolację cieplną. Od góry do wanny elektrolizera wsunięta jest na odpowiednią
długość anoda (10). Prąd do anod ciągłych doprowadza się za pomocą sworzni (11) wbitych
w masę anodową z boku elektrody. Sworznie tkwiące w masie anodowej po jej spieczeniu,
służą także do podwieszania anody na odpowiedniej ramie stalowej. Buduje się także
elektrolizery z górnym doprowadzeniem prądu do anody. Prąd do boków katodowych (2)
doprowadza się prętami stalowymi (3), które wprowadza się w odpowiednie wycięcia
i zalewa żeliwem lub ubija specjalną masą węglową.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

32

Rys. 18. Schemat elektrolizera [1, s. 249]

Proces elektrolizy prowadzi się w temperaturze 950ºC. Źródłem ciepła jest przepływ

prądu przez warstwę elektrolitu. Elektrolitem jest stopiony wraz z kriolitem tlenek glinu.
Podczas elektrolizy na katodzie wydziela się metaliczne ciekłe aluminium, a na anodzie tlen,
który łączy się z węglem anody dając mieszaninę CO i CO

2

. W miarę spalania anodę

opuszcza się w dół. Ponieważ wydzielające się aluminium ma gęstość większą od stopionego
elektrolitu, więc zbiera się na dnie wanny, stanowiąc wtórną katodę. Gdy grubość warstwy
aluminium osiągnie 10–12 cm, usuwa się je z wanny za pomocą syfonu lub kadzi próżniowej.
W miarę postępu procesu elektrolizy zawartość tlenku glinu w elektrolicie maleje i gdy
spadnie poniżej 2% powstaje tak zwany efekt anodowy. Napięcie w wannie, które wynosi
normalnie 4,2–4,5 V, wzrasta gwałtownie do 30 V, a niekiedy wyżej. W pobliżu anody
elektrolit silnie się nagrzewa i paruje, a jego zwykłe burzenie, powodowane wydzielaniem
CO i CO

2

ustaje. Długotrwały efekt anodowy jest szkodliwy i należy mu przeciwdziałać przez

regularne uzupełnianie składu elektrolitu.

W wyniku elektrolizy tlenku glinu otrzymuje się tak zwane aluminium hutnicze

zawierające do 1% zanieczyszczeń. Występujące zanieczyszczenia wpływają niekorzystnie na
właściwości aluminium i z tego powodu aluminium hutnicze poddaje się rafinacji.

Rafinacja aluminium

Obecnie są stosowane dwie metody oczyszczania aluminium. Jedna z nich polega na

przepuszczaniu chloru przez stopiony metal. Do kadzi zawierającej ciekłe aluminium
wprowadza się przez zanurzoną rurkę grafitową gazowy chlor. Zanieczyszczenia
mechaniczne zostają wyniesione na powierzchnię, usunięte zostają także rozpuszczone
w aluminium gazy oraz niektóre zanieczyszczenia metaliczne. Aluminium elektrolityczne
oczyszczone przez chlorowanie zawiera najczęściej 99,7–99,8% Al. Gdy wymagana jest

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

33

wyższa czystość aluminium, przeprowadza się rafinację elektrolityczną aluminium
stopionego z miedzią. Elektrolit w tej metodzie składa się z chlorku baru (BaCl

2

), fluorku

glinu (AlF

3

) i fluorku sodu (NaF). Gęstość elektrolitu jest mniejsza od gęstości stopu

aluminium z miedzią, a większa od gęstości aluminium. Z tego powodu w elektrolizerze
tworzą się trzy warstwy. Na spodzie elektrolizera znajduje się stop miedzi z aluminium
przeznaczony do rafinacji, nad nim elektrolit solny, a górna warstwę stanowi aluminium
rafinowane (rys. 19).

Rys. 19. Fragment kolumny do rektyfikacji cynku: 1 – trzon (anoda), płaszcz, 3 – cegły, 4 – wyłożenie

magnezytowe, 5 – załadunek aluminium, 6 – katody [6, s. 251]

Rafinacja aluminium metodą elektrolityczną zmniejsza ilość zanieczyszczeń do 0,1%,

niekiedy nawet do 0,01%. Zarówno aluminium hutnicze, jak i rafinowane odlewa się w płyty
lub bloki przeznaczone do dalszej przeróbki. Obecnie coraz częściej stosuje się odlewanie
półciągłe i ciągłe taśm, prętów i drutów.

Eksploatacja instalacji elektrolizy tlenku glinu może w istotny sposób wpływać na

ś

rodowisko. Podstawowe aspekty środowiskowe takiej instalacji to:

—

emisja zanieczyszczeń do powietrza, głównie fluorowodoru, fluorków stałych,
węglowodorów aromatycznych i alifatycznych, bezo(α)pirenu, perfluorowęglowodorów
CF

4

i C

2

F

6

, pyłu, SO

2

, NO

x,

CO i CO

2

z gazami technologicznymi i halowymi oraz

z pylenia wtórnego związanego z operacjami magazynowania i transportu,

—

emisja odpadów stałych, w tym niebezpiecznych, powstających w trakcie samego
procesu, jak i podczas remontów elektrolizerów (m.in. pył z elektrofiltrów, piana
węglowa, szlam kriolitowy, odpady węglowe z katod elektrolizerów, szamot
z elektrolizerów, odpady węglowe z anod),

—

wysokie zużycie energii elektrycznej, powiązane ze skutkami środowiskowymi
powstającymi podczas jej produkcji,

—

zużycie gazu ziemnego, oleju opałowego (nieodnawialnych surowców naturalnych),

—

hałas związany z pracą zespołów wentylatorów i pomp instalacji oczyszczania gazów
technologicznych i halowych,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

34

—

emisja promieniowania elektromagnetycznego związana z pracą transformatorów,
prostowników i linii przesyłowych energii elektrycznej.
W trakcie procesu produkcji aluminium pierwotnego elektrolizery są źródłem emisji

gazów anodowych i gazów halowych. Powstaje emisja pyłu przy rozładunku wagonów
i załadunku pojazdów tlenkiem glinu i fluorkiem glinu oraz przy zbieraniu zgarów z kadzi
zlewczych. W gazach i pyłach emitowane są:

—

fluorki gazowe i stałe,

—

perfluorowęglowodory (PFC),

—

tlenek i dwutlenek węgla,

—

węglowodory aromatyczne i alifatyczne,

—

dwutlenek siarki,

—

tlenki azotu,

—

tlenek glinu.
Bezpośrednimi źródłami emisji zanieczyszczeń w procesie elektrolizy tlenku glinu są

elektrolizery. W wyniku reakcji chemicznych towarzyszących elektrolitycznej redukcji tlenku
glinu powstają gazowe i stałe związki fluoru w elektrolicie, które w około 80% jako gazy
anodowe, po dopaleniu w palnikach przy wannach, są transportowane do stacji oczyszczania
gazów anodowych.

Pozostała część gazów poreakcyjnych przedostaje się do wnętrza hal elektrolizy

i z powietrzem wentylacyjnym, odprowadzana jest do atmosfery jako gazy halowe po
oczyszczaniu w dachowych zespołach wentylacyjno-myjących.

Odpadami procesu elektrolizy tlenku glinu są:

—

zużyte wyłożenie węglowe i ceramiczne katody remontowanych elektrolizerów,

—

piana węglowa,

—

węgiel z anod.

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie są podstawowe właściwości aluminium?
2. Jak nazywa się podstawowy minerał używany do produkcji aluminium?
3. Jakie są kolejne etapy otrzymywania aluminium?
4. Jak przebiega proces otrzymywania tlenku glinu metodą Bayera?
5. Jak zbudowane są elektrolizery?
6. Jak przebiega elektroliza aluminium?
7. Jakie są metody rafinacji aluminium?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Na podstawie schematu opisz proces otrzymywania tlenku glinu metodą Bayera.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące metody Bayera,
2) dokonać analizy schematu,
3) określić kolejne etapy procesu otrzymywania tlenku glinu,
4) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

35

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

foliogramy,

−

filmy dydaktyczne,

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 2

Posługując się schematem wyjaśnij zasadę działania elektrolizera.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat elektrolizera,
2) dokonać analizy schematu,
3) opisać budowę elektrolizera,
4) opisać zasadę działania elektrolizera,
5) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

foliogramy,

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

Ćwiczenie 3

Scharakteryzuj wpływ procesów produkcji aluminium na środowisko.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat wpływu procesów

otrzymywania aluminium na środowisko,

2) opisać emisję zanieczyszczeń do atmosfery,
3) opisać emisję zanieczyszczeń stałych,
4) opisać zużycie energii,
5) określić sposoby ograniczania emisji zanieczyszczeń,
6) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) rozróżnić etapy otrzymywania aluminium?

2) scharakteryzować metodę Bayera?

3) wyjaśnić zasadę działania elektrolizera?

4) wyjaśnić proces elektrolizy tlenku glinu?

5) scharakteryzować metody rafinacji aluminium?

6) wyjaśnić metodę rafinacji za pomocą elektrolizy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

36

4.5. Metalurgia ołowiu

4.5.1. Materiał nauczania

Otrzymywanie ołowiu w nowych autogenicznych procesach polega na utlenianiu

materiałów siarczkowych lub siarczanowych z dodatkiem reduktora przy pomocy dmuchu
o wysokiej zawartości tlenu (50–95% O

2

), a następnie redukcji wytworzonego ciekłego żużla

tlenkowego reduktorem węglowym. Oba etapy procesu prowadzi się:

—

równocześnie w dwóch odrębnych strefach tego samego reaktora (QSL, Kivcet),

—

cyklicznie w tym samym agregacie (Kaldo, Sirosmelt),

—

równocześnie w takich samych reaktorach ustawionych kaskadowo (Sirosmelt),

—

w dwóch różnych reaktorach (Outokumpu – piec zawiesinowy i elektryczny).
Większość światowej produkcji ołowiu z surowców pierwotnych (koncentratów

siarczkowych) uzyskuje się w piecach szybowych. W krótkich piecach obrotowych lub
obrotowo-wahadłowych przerabia się jedynie surowce wtórne, a w nowoczesnych procesach
przerabia się zarówno czyste koncentraty siarczkowe, koncentraty z dużym udziałem
surowców wtórnych (do 45%) lub tylko surowce wtórne.

Podczas produkcji powstają pary i dymy będące głównym źródłem zatrucia. Zatrucie

ołowiem (ołowica) jest niezwykle niebezpieczne dla zdrowia i życia ludzkiego. Własności
trujące ma zarówno metaliczny ołów, jak i jego związki. Najczęściej zatrucie następuje przez
przewód pokarmowy, drogi oddechowe i błony śluzowe. Pierwszymi objawami zatrucia
ołowiem jest ogólne osłabienie, utrata apetytu, ostre bóle w dolnych partiach brzucha
i ściemnienie dziąseł. W stanach ostrych występują bóle stawów, zatrzymanie moczu, anemia,
upośledzenie pracy centralnych ośrodków nerwowych. Podstawą ochrony zdrowia
w oddziałach produkcji cynku są odpowiednie rozwiązania konstrukcyjne stanowisk pracy
oraz intensywna wentylacja. Oprócz tego stosuje się środki ochrony osobistej, np. maski
przeciwpyłowe. Praca w oddziałach zagrożonych odbywa się w skróconym wymiarze godzin.

Ołów jest metalem o zabarwieniu jasnoszarym. Topi się w temperaturze 327,5ºC, wrze

w temperaturze 1740ºC jest plastyczny, daje się walcować i ciągnąć na zimno. Jest odporny
na działanie niektórych środowisk chemicznych (kwas siarkowy). Dobrze się skrawa i daje
się łatwo lutować oraz spawać. Jest stosowany do wyrobu akumulatorów i osłon kabli, a także
osłon zabezpieczających przed promieniowaniem rentgenowskim i atomowym. Ołów stanowi
osnowę stopów łożyskowych i lutowniczych.

Podstawowym surowcem do wytapiania metalicznego ołowiu są koncentraty galeny PbS.

Otrzymywanie ołowiu z koncentratów

Koncentraty ołowiowe przerabia się zwykle na ołów metodami prażenia i redukcji.

Prażenie siarczkowych koncentratów ołowiowych ma na celu przemianę siarczków w tlenki
i uzyskanie spieku w postaci porowatych bryłek. Odbywa się to zwykle w urządzeniach
taśmowych, podobnych do stosowanych przy spiekaniu (aglomerowaniu) rud żelaza.
Podstawową reakcją dostarczającą znacznych ilości ciepła podczas prażenia siarczków jest
utlenianie według wzoru:

2PbS + 3O

2

= 2PbO + 2SO

2

Siarczek ołowiu ma budowę zwartą i z tego powodu utlenia się tylko na powierzchni

ziarna. Aby uzyskać lepsze wyniki prażenia, należy stosować siarczki o znacznym stopniu
rozdrobnienia i zapewnić podczas procesu dobry dopływ tlenu.

Wytapianie ołowiu surowego z prażonki jest procesem redukcyjnym prowadzonym

w piecach szybowych, działających w podobny sposób jak piece do redukcji rud żelaza (rys. 20).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

37

Rys. 20. Piec szybowy do wytapiania ołowiu: 1 – skrzynia wodna, 2 – dysza, 3 – trzon, 4 – szyb, 5 – przewód

powietrzny, 6 – zasłona okna wsadowego, 7 – urządzenie do spustu ołowiu, 8 – rynna spustowa żużla
[1, s. 201]

W procesie tym powstaje surowy ołów, który zbiera się w garze pieca. Zawarte we

wsadzie pewne ilości siarczków różnych metali nie ulegają redukcji, lecz topią się, tworząc
tzw. płynny kamień o temperaturze topienia około 1000ºC. Składniki skały płonnej, które
znajdowały się w prażonce, tworzą żużel o temperaturze topnienia około 1200ºC.

Produkty pieca szybowego rozdzielają się w garze według ich gęstości. Warstwę dolną

stanowi ołów surowy, a kamień i żużel warstwy górne. Ołów spływa w sposób ciągły z gara
pieca do kotłów rafineryjnych lub rozlewa się go do specjalnych form.

ś

użel i kamień odprowadza się okresowo z pieca do odstojników przez otwór położony

nad otworem spustowym przeznaczonym na ołów. Po pewnym czasie w odstojnikach pod
wpływem różnicy gęstości następuje oddzielenie się kamienia od żużla. Kamień zawierający
cenne składniki podlega dalszej przeróbce, a żużel wywozi się zazwyczaj na zwał lub
przerabia w celu odzyskania pozostałego w nim ołowiu i wydzielenia cynku. Ołów surowy
zawiera mniejsze lub większe ilości miedzi, antymonu, cynku, arsenu, bizmutu i ponadto
srebra oraz złota. Ilość składników domieszkowych w ołowiu surowym wynosi 1–6%.
Domieszki te pogarszają w znacznym stopniu własności plastyczne ołowiu oraz jego
odporność na korozje.

Rafinacja ołowiu

Proces rafinacji ołowiu przeprowadza się metodami ogniowymi w określonej kolejności:

—

odmiedziowanie,

—

usunięcie cyny, arsenu i antymonu,

—

osrebrzanie cynkiem,

—

usunięcie resztek cynku,

—

ewentualne usunięcie bizmutu.
Usunięcie miedzi następuje w kotłach rafinacyjnych, w których podczas ochładzania do

temperatury nieco wyższej od temperatury topnienia ołowiu wydziela się miedź w postaci
kryształków. Wydzielona z ołowiu miedź, jako lżejsza wypływa na powierzchnię i stamtąd

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

38

jest zbierana za pomocą dziurkowanych łyżek. Odmiedziowany ołów poddaje się procesowi
ś

wieżenia w piecach płomieniowych. Podczas świeżenia usuwa się z ołowiu cynę, arsen

i antymon, która tworzą tlenki trwalsze niż tlenki ołowiu. Srebro i złoto usuwa się obecnie za
pomocą cynku wprowadzanego do roztopionego ołowiu. Cynk ze srebrem i złotem tworzy
nierozpuszczalne w ołowiu związki, które wypływają na powierzchnię ołowiu w postaci
piany. Zebrana z powierzchni piana jest następnie poddawana dalszym zabiegom w celu
wydzielenia z niej metali szlachetnych. Usunięcie resztek cynku, który powstaje w ołowiu po
zgarnięciu piany, przeprowadza się przez przedmuchanie powietrzem, działanie stopionego
NaOH lub przepuszczanie gazowego chloru. Rafinacja końcowa ołowiu ma na celu usunięcie
z metalu bizmutu. Przeprowadza się ją za pomocą wapnia, który z bizmutem tworzy
nierozpuszczalne związki. Związki te usuwa się mechanicznie z powierzchni ołowiu. Ołów
można również oczyszczać metodą elektrolizy. Sposób ten jest jednak kosztowny.

Do otrzymywania ołowiu surowego stosuje się szereg nowoczesnych oraz klasycznych

maszyn i urządzeń, do których można zaliczyć:

—

piec szybowy klasyczny,

—

piec szybowy Imperiał Smelting,

—

krótki piec obrotowy,

—

piec elektryczny łukowo-oporowy,

—

nowoczesne procesy przetopu autogenicznego: QSL, Kivcet, Kaldo, Sirosmelt,
Outokumpu.

Otrzymywanie ołowiu w nowych autogenicznych procesach polega na utlenianiu

materiałów siarczkowych lub siarczanowych z dodatkiem reduktora przy pomocy dmuchu
o wysokiej zawartości tlenu (50–95% O

2

), a następnie redukcji wytworzonego ciekłego żużla

tlenkowego reduktorem węglowym. Oba etapy procesu prowadzi się:

—

równocześnie w dwóch odrębnych strefach tego samego reaktora (QSL, Kivcet),

—

cyklicznie w tym samym agregacie (Kaldo, Sirosmelt),

—

równocześnie w takich samych reaktorach ustawionych kaskadowo (Sirosmelt),

—

w dwóch różnych reaktorach (Outokumpu – piec zawiesinowy i elektryczny).
Większość światowej produkcji ołowiu z surowców pierwotnych (koncentratów

siarczkowych) uzyskuje się w piecach szybowych. W krótkich piecach obrotowych lub
obrotowo-wahadłowych przerabia się jedynie surowce wtórne, a w nowoczesnych procesach
przerabia się zarówno czyste koncentraty siarczkowe, koncentraty z dużym udziałem
surowców wtórnych (do 45%) lub tylko surowce wtórne.

Procesy otrzymywania metali nieżelaznych są związane z emisją do atmosfery

szkodliwych zanieczyszczeń. W celu ich ograniczenia stosuje się różnorodne metody
oczyszczania gazów odlotowych stosuje się urządzenia odpylające. Zespół urządzeń
koniecznych do wydzielenie pyłu z zapylonego gazu składa się z odpylacza, w którym
następuje wydzielanie ziaren pyłu z gazu oraz urządzeń pomocniczych, jak przewodów
ssących i tłoczących, wentylatorów lub dmuchaw, silników napędzających, instalacji
elektrycznych, pomp i przewodów wodnych, zbiorników na pył, urządzeń odprowadzających
pył itp. Zestaw i rodzaj urządzeń pomocniczych zależy od typu odpylacza. Do wydzielania
pyłów z gazów odlotowych mają zastosowanie następujące zjawiska fizyczne: siła
bezwładności, siła ciążenia, siła odśrodkowa, siła elektrostatyczna, siła dyfuzji, kondensacja
pary wodnej na ziarnach pyłu.

Urządzenia odpylające dzielą się na trzy grupy (rys. 21):

—

mechaniczne,

—

filtracyjne,

—

elektrostatyczne.
Do grupy mechanicznych suchych urządzeń odpylających należą komory osadcze,

cyklony, multicyklony, odpylacze o ruchu obrotowym cylindrycznej obudowy, odpylacze

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

39

wirnikowe. Najczęściej stosowane są cyklony. Mają bardzo szeroki zakres zastosowania,
m.in. w obiegach wentylacyjnych i przy odpylaniu małych ilości gazu (za paleniskami
kotłów, w odlewniach, piecach wapiennych, itp.). Cyklony stosuje się także w skojarzeniu
z innymi typami odpylaczy, jako pierwszy stopień odpylania (np.: z odpylaczami
tkaninowymi, mokrymi lub elektrostatycznymi). Urządzenia te działają na zasadzie
występowania dużych sił odśrodkowych z odrzutem cięższych ciał stałych w kierunku
ś

cianek cylindra, po których zsuwają się do umieszczonego w dole zbiornika pyłu.

Charakteryzują się łatwą obsługą, niskimi kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi, lecz
i niezbyt wysoką skutecznością działania.

Rys. 21. Podział urządzeń odpylających [1, s. 457]

Mechaniczne mokre urządzenia odpylające, stanowiące najliczniejszą grupę urządzeń

odpylających są to m.in.: płuczki wieżowe, cyklony mokre, płuczki obrotowe, odpylacze ze
zwężką Venturiego. Zasada ich działania polega na wykorzystywaniu zjawisk występujących
przy dodawaniu cieczy do zapylonego gazu, tj. kondensacji pary wodnej, dyfuzji, zderzenia
się kropelek cieczy z ziarenkami pyłu, zjawisk elektrostatycznych, rozdrobnienia gazu,
osadzania się pyłu. Urządzenia te przeznaczone są do odpylania gazów technologicznych
z pyłów drobnych, nieagresywnych i niecementujących. Charakteryzują się małą czułością na
zmiany temperatury, wilgotności oraz stosunkowo wysoką skutecznością odpylania (do 99%).
Mokre urządzenia odpylające, niezależnie od odpylania gazu, mogą być równocześnie
wykorzystywane do chłodzenia gazu lub wydzielania zanieczyszczeń gazowych. Działanie
odpylaczy tkaninowych (filtracyjnych) polega na oddzieleniu pyłu podczas przepływu
zapylonego gazu przez materiały filtracyjne, tj. warstwy kształtek ceramicznych
i metalowych, tkaniny, włókniny, filce, bibuły. Najbardziej rozpowszechnione są odpylacze
filtracyjne tkaninowe, w których materiałem filtracyjnym są tkaniny lub włókniny naturalne
i sztuczne, pozwalające na oddzielenie pyłów o wielkości ziaren rzędu 1 mikrometra. Często
wymagają one wstępnego odpylenia gazów. Stosowane są w cementowniach, wapiennikach,
wytwórniach mączek mineralnych, w produkcji metali i wyrobów z metali, produkcji maszyn
i urządzeń, a także w produkcji wyrobów chemicznych.

Elektrostatyczne urządzenia odpylające (elektrofiltry) wykorzystują zjawisko siły

elektrostatycznej. Zapylony gaz ulega jonizacji w silnym polu elektrostatycznym, ziarna pyłu
są przyciągane przez elektrodę zbiorczą, gdzie koagulują (łączą się) i przy wstrząsaniu
opadają do zbiornika pyłu. Urządzenia te charakteryzują się wysoką skutecznością działania
(powyżej 99,5%) oraz niskimi oporami przepływu, nawet dla bardzo dużych ilości gazów.
Elektrofiltry stosowane są do odpylania dużych ilości gazów, np.: spalin z kotłów
energetycznych, w cementowniach, w produkcji metali i wyrobów z metali, w produkcji
wyrobów chemicznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

40

Rys. 22. Schemat przemysłowych urządzeń odpylających: a) komora osadcza, b) cyklon, c) płuczka bez

wypełnienia, d) płuczka z wypełnieniem, e) płuczka obrotowa nadciśnieniowa; 1 – wał z tarcza,
2 – palce, 3 – pręty nieruchome, f) odpylacz tkaninowy workowy nadciśnieniowy, g) odpylacz
tkaninowy workowy podciśnieniowy, h) odpylacz tkaninowy ramowy, i) odpylacz z warstwa sypką
nieruchomą, j) odpylacz z warstwą sypką ruchomą, k) odpylacz elektrostatyczny rurowy, l) odpylacz
elektrostatyczny płytowy, ł) odpylacz elektrostatyczny mokry [1, s. 458]

Do zadań służb utrzymania ruch na wydziałach otrzymywania metali nieżelaznych

należą:
1) przeglądy, naprawy, remonty i modernizacje pieców topialnych i podgrzewczych,
2) przeglądy, naprawy i remonty napędów i urządzeń elektrycznych, np.: silników

elektrycznych, serwonapędów, transformatorów, elektrosprzęgieł, cewek, przekaźników,

3) przeglądy, naprawy i remonty urządzeń chłodniczych, np.: skraplaczy i klimatyzatorów,

wentylatorów, pomp chłodziwa,

4) przeglądy, naprawy i remonty układów hydrauliki wodnej, np.: układów chłodzenia

pieców topialnych, pomp przesyłowych i obiegowych, pomp układów chłodzenia maszyn
i urządzeń,

5) przeglądy, naprawy i remonty układów hydrauliki gazowej, np.: instalacji chloru, argonu

przy urządzeniach do rafinacji metalu, układów zapłonowych pieców topialnych,
systemów sprężonego powietrza wewnątrz hal produkcyjnych,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

41

6) przeglądy i naprawy aparatury kontrolno-pomiarowej, np.: układów pomiarowo-

regulacyjnych temperatury w piecach topialnych, sprawdzanie termoelementów
i mierników, sprawdzanie manometrów, sprawdzanie rejestratorów.
Aby zapewnić należyte bezpieczeństwo obsługi należy bezwzględnie przestrzegać

przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, do których należą między innymi:

—

elektryczne piece łukowe, konwertory i piecokadzie powinny być wyposażone
w urządzenia do mechanicznego załadunku wsadu oraz w urządzenia odpylające,
uruchamiane wyłącznie przez pracownika prowadzącego wytop,

—

części pieca elektrycznego i piecokadzi znajdujące się pod napięciem powinny być
osłonięte oraz oznakowane barwami i znakami bezpieczeństwa określonymi w Polskich
Normach,

—

pracownik dokonujący ręcznej regulacji elektrod w piecach, powinien stać na suchym
podłożu wykonanym z materiałów dielektrycznych,

—

wszystkie elementy przewodzące pieca powinny być uziemione,

—

pracownik obsługujący piec elektryczny powinien używać narzędzi z uchwytami
izolowanymi.

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie są podstawowe właściwości i zastosowanie ołowiu?
2. Jak przebiega proces otrzymywania ołowiu w piecu szybowym?
3. Jakie zanieczyszczenia występują w surowym ołowiu?
4. Jakie są etapy rafinacji ołowiu?
5. Jak usuwa się podczas rafinacji cynę, arsen i antymon?
6. Jak usuwa się podczas rafinacji srebro?
7. Jakie są zasady bhp w zakładach produkujących ołów?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Narysuj uproszczony schemat rafinacji ołowiu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych informacje dotyczące procesów rafinacji ołowiu,
2) określić zanieczyszczenia ołowiu surowego,
3) określić kolejne etapy usuwania zanieczyszczeń,
4) narysować schemat rafinacji ołowiu,
5) opisać kolejne etapy procesu rafinacji ołowiu,
6) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

42

Ćwiczenie 2

Scharakteryzuj procesy otrzymywania ołowiu z koncentratów w procesie redukcji

w piecu szybowym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) odszukać w materiałach dydaktycznych informacje na temat otrzymywania ołowiu

z koncentratów,

2) opisać budowę pieca szybowego,
3) wyjaśnić zjawiska zachodzące w procesie redukcji koncentratów,
4) zaprezentować wyniki ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

—

papier formatu A4, flamastry,

—

literatura zgodna z punktem 6 Poradnika.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) scharakteryzować właściwości i zastosowanie ołowiu?

2) rozróżnić metody otrzymywania ołowiu z koncentratów?

3) wyjaśnić otrzymywanie ołowiu w piecu szybowym?

4) rozróżnić etapy rafinacji ołowiu?

5) scharakteryzować sposób usuwania z ołowiu domieszek cyny, arsenu

i antymonu?

6) określić zasady bhp w zakładach produkcji cynku?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

43

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Test zawiera 20 zadań. Do każdego zadania dołączone są 4 możliwości odpowiedzi.

Tylko jedna jest prawidłowa.

5. Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce

znak X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie

na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

8. Na rozwiązanie testu masz 30 minut.

Powodzenia!

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Boksyty są wykorzystywane do otrzymywania

a) miedzi.
b) cynku.
c) aluminium.
d) ołowiu.

2. W rudach kwaśnych podstawowym składnikiem skały płonnej jest

a) krzemionka.
b) kalcyt.
c) dolomit.
d) galena.

3. Do węglanowych rud metali nieżelaznych należy

a) galman ZnCO

3

.

b) blenda cynkowa ZnS.
c) galena PbS,
d) piroluzyt MnO

2

.

4. Do procesów wzbogacania rud zaliczamy

a) klasyfikację.
b) flotację.
c) rozdrabnianie.
d) przesiewanie.

5. Glinian sodowy w metodzie Bayera tworzy się wg reakcji

a) A1(OH)

3

= Al

2

O

3

+ H

2

O.

b) 2A1(OH)

3

+ 2NaOH = Al

2

O

3

Na

2

O + 4 H

2

O.

c) 2 A1(OH)

3

= Al

2

O

3

+ 3 H

2

O.

d) 2 A1(OH)

3

+ 2 NaOH = Al

2

O

3

Na

2

O + 4 H

2

.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

44

6. Metaliczne aluminium otrzymuje się przez stopienie tlenku glinu z kriolitem w

a) piecu indukcyjnym.
b) elektrolizerze.
c) konwertorze.
d) piecu płomieniowym.

7. Procesu nie zaliczany do wzbogacania rud cynku to proces

a) flotacji.
b) prażenia.
c) suszenia.
d) kruszenia.

8. Rafinację miedzi metodą ogniową przeprowadza się w

a) piecach elektrycznych.
b) piecach zawiesinowych.
c) elektrolizerach.
d) piecach płomieniowych.

9. Procesy ługowania są stosowane w

a) pirometalurgii.
b) hydrometalurgii.
c) elektrometalurgii.
d) metalurgii proszków.

10. Świeżenie kamienia miedziowego przeprowadza się w

a) piecach indukcyjnych.

b)

elektrolizerach.

c)

konwertorach.

d)

piecach płomieniowych.

11. śerdziowanie polega na

a) mieszaniu miedzi drągami drewnianymi.
b) usuwaniu żużla z powierzchni metalu.
c) przedmuchiwaniu kąpieli metalowej tlenem.
d) usuwaniu żużla.

12. Redukcja tlenku cynku jest prowadzona

a) w piecach szybowych.
b) elektrolizerach.
c) piecach łukowych.
d) piecach indukcyjnych.

13. W procesach otrzymywania miedzi surowej w celu wytworzenia żużla wprowadza się

a) wapno.
b) krzemionkę.
c) węgiel drzewny.
d) magnezyt.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

45

14. Podstawowym surowcem do produkcji ołowiu jest

a) chalkopiryt.
b) kupryt.
c) boksyt.
d) galena.

15. Końcowym etapem rafinacji ołowiu jest usunięcie domieszek

a) miedzi.
b) cyny.
c) żelaza.
d) bizmutu.

16. Proces świeżenia polega na

a) utlenianiu.
b) redukcji.
c) dysocjacji.
d) elektrolizie.

17. Urządzenie przedstawione na rysunku służy do

a) elektrolizy aluminium,
b) rafinacji elektrolitycznej

aluminium,

c) otrzymywania tlenku

aluminium metodą Bayera,

d) spiekania boksytu z sodą.

18. Podczas elektrolizy tlenku glinu gwałtowny wzrost napięcia jest spowodowany

a) wzrostem zawartości tlenku glinu.
b) obniżeniem zawartości tlenku glinu.
c) zwiększeniem stężenia kriolitu.
d) zmniejszeniem stężenia kriolitu.

19. Znale to stopy

a) miedzi.
b) aluminium.
c) ołowiu.
d) cynku.

20. Siarczkowe rudy cynku wzbogaca się w procesie

a) prażenia.
b) rozdrabniania.
c) flotacji.
d) filtracji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

46

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ...............................................................................

Otrzymywanie metali nieżelaznych

Zakreśl poprawną odpowiedź.

Nr

zadania

Odpowiedź

Punkty

1

a

b

c

d

2

a

b

c

d

3

a

b

c

d

4

a

b

c

d

5

a

b

c

d

6

a

b

c

d

7

a

b

c

d

8

a

b

c

d

9

a

b

c

d

10

a

b

c

d

11

a

b

c

d

12

a

b

c

d

13

a

b

c

d

14

a

b

c

d

15

a

b

c

d

16

a

b

c

d

17

a

b

c

d

18

a

b

c

d

19

a

b

c

d

20

a

b

c

d

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

47

6. LITERATURA

1. Hutnictwo i odlewnictwo. WSiP, Warszawa 1989
2. Mazanek M.: Hutnictwo ogniowe metali nieżelaznych. WSiP, Warszawa 1976
3. Okoniewski S.: Technologia maszyn. WSiP, Warszawa 1998

Internet
4. http://ktmmis.mech.pg.gda.pl/
5. http://mops.uci.agh.edu.pl/
6. http://www.mos.gov.pl/