ciąga - met, Metalurgia


Metalurgia

Ⴗ Ruda- utwory skalne zawierające związki chemiczne metalu (metali), podstawowy surowiec stosowany w procesach metalurgicznych.

Formy występowania metali w rudach

Ⴗ W STANIE WOLNYM (Au, Ag, Pt, Hg )

Ⴗ TLENKI (Fe2O3 )

Ⴗ SIARCZKI (Cu2S)

Ⴗ WĘGLANY (FeCO3, MgCO3 )

Ⴗ UWODNIONE TLENKI ( Al2O3 n H2O )

Metody wzbogacania rud metali

Ⴗ Metody fizyczne :

-metody grawitacyjne,

- metody elektryczne:

- metody elektromagnetyczne,

- metody elektrostatyczne

- metody flotacyjne

Ⴗ Metody chemiczne

Wzbogacanie grawitacyjne

Wykorzystuje różnice w gęstości pozornej ziarenek rudy i prędkości ich opadania w powietrzu i w cieczy.

Wzbogacanie grawitacyjne

Ⴗ płukanie

Ⴗ strumieniowe

Ⴗ w cieczach ciężkich

PRZEMIANA ZWIĄZKU ZAWIERAJĄCEGO METAL (Me)

MexO4 + R Ⴎ MexO(4-a) + ROa

Mex(CO3)z Ⴎ MexOz + z CO2

Mex(OH)z Ⴎ MexO 0.5z + 0.5z H2O

MexSw + (0.5z +w) O2 Ⴎ MexOz + z SO2

PROCESY REDUKCYJNE

Ⴗ STOSOWANE DO PRZERÓBKI RUD TLENKOWYCH

Ⴗ REDUKTORY: C, CO , H2, niektóre metale (Me)

PROCESY HYDROMETALURGICZNE (1)

SKŁADAJĄ SIĘ Z NASTĘPUJĄCYCH ETAPÓW

- POZWALA NA PRZEPROWADZENIE METALU WYSTĘPUJĄCEGO W RUDZIE DO ROZTWORU

PROCESY HYDROMETALURGICZNE (3)

  1. EKSTRAKCJA Z WYTRĄCANIEM PRZEZ SPECJALNIE WPROWADZONE DODATKI

  2. ZASTOSOWANIE ROZPUSZCZALNIKÓW ORGANICZNYCH

  3. KRYSTALIZACJA.

PROCESY HYDROMETALURGICZNE (4)

WYDZIELENIE PIERWIASTKA Z ROZTWORU

STOSOWANE PROCESY

CuSO4(liq) + Fe(s) Ⴎ FeSO4(liq) + Cu(s)

CuSO4 + H2 Ⴎ Cu + H2SO4

METODY FIZYCZNEJ RAFINACJI METALI

EKSTRAKCJA

- ŻUŻLOWA

- GAZOWA

- PRÓŻNIOWA

ZMIANA STANU SKUPIENIA

- POSTĘPUJĄCA KRYSTALIZACJA

- TOPIENIE STREFOWE

- DESTYLACJA REKTYFIKACJA

ELEKTROLIZA

MECHANICZNA

- FILTROWANIE

- WIBRACJA ULTRDŹWIĘKI

EKSTRAKCJA

Prawo Nernsta:

N(A) / N[A] = LN

EKSTRAKCJA

pA = NA * pAo

Warunek przebiegu rafinacji fizycznej gazowej

pA` < pA

Proces intensyfikuje:

Powierzchnię rozdziału faz <F> może stanowić:

Rafinacja próżniowa

[G] = k * ( pG2 )0.5

Prawo Sieversta - szczególny przypadek prawa Raoulta

Rafinacja przez zmianę stanu skupienia

- zmiany rozpuszczalności zanieczyszczeń w metalu wraz ze zmianą temperatury,

- zmiany rozpuszczalności zanieczyszczeń podczas przejścia metalu ze stanu ciekłego w stan stały,

Istota procesu:

Swobodne przechodzenie zanieczyszczeń z tworzącej się fazy stałej do cieczy wymaga istnienia wyraźnego frontu krystalizacji

Destylacja- Rektyfikacja

RAFINACJA CHEMICZNA ŻUŻLOWA

SPOSÓB REALIZACJI

RAFINACJA CHEMICZNA GAZOWA

SPOSÓB REALIZACJI

RAFINACJA CHEMICZNA PRÓZNIOWA

ZASADA PROCESU

Podstawowe domieszki stopów żelaza :

Krzem ( Si ) , Mangan ( Mn ) ,

Fosfor ( P ) , Siarka ( S )

PODSTAWOWE STOPY ŻELAZA

Podstawowe rudy żelaza

( bogactwo rudy od 40 do 65%Fe )

Przygotowanie rud do procesu metalurgicznego

- podwyższenie zawartości Fe w rudzie

- sporządzenie koncentratu rudy o odpowiednich właściwościach takich jak temperatura topnienia, porowatość, wytrzymałość.

- mieszanie rud o różnych właściwościach,

- prażenie rud,

- scalanie koncentratu o małej ziarnistości

BUDOWA WIELKIEGO PIECA

- GARDZIEL

- SZYB

- PRZESTRON

- SPADKI

- GAR

ELEMENTY SKŁADOWE INSTALACJI WIELKIEGO PIECA

WIELKI PIEC

NAGRZEWNICE POWIETRZA

URZĄDZENIA ZAŁAOWCZE

INSTALACJA ODPROWADZAJĄCA GAZY WIELKOPIECOWE

PROCES SPALANIA KOKSU

C + O2 Ⴎ CO2

C + 0.5 O2 Ⴎ CO

(400 - 950oC)

CO2 + C Ⴎ 2CO

SIARKA W SURÓWCE

- FeS - rozpuszczony w surówce,

- MnS - tylko częściowo rozpuszczony w surówce

- CaS oraz MgS - rozpuszczone w żużlu

METODY REDUKCJI BEZPOŚREDNIEJ

- H2

- CH4

- CO

TYPOWE ETAPY PROCESU STALOWNICZEGO

ŁADOWANIE PIECA - TOPIENIE WSADU - etap I

UTLENIANIE METALU ( ŚWIEŻENIE) - etap II

RAFINACJA METALU ( ODTLENIANIE) - etap III

SPUST - etap IV

ETAP I

ETAP II - UTLENIANIE METALU (1)

- UTLENIANIE ŻELAZA

Fe + 0.5O2 Ⴎ FeO

- UTLENIANIE MANGANU

Mn + FeO Ⴎ Fe + MnO

- UTLENIANIE KRZEMU

Si + 2FeO Ⴎ 2Fe + SiO2

- UTLENIANIE WĘGLA

C + FeO ႮFe + {CO}

UTLENIANIE METALU (5)

WARUNKI REALIZACJI PROCESU ODFOSFOROWANIA

ETAP III - ODTLENIANIE (RAFINACJA)

- ODTLENIENIE STALI

- ODSIARCZENIE

- KOREKTA SKŁADU CHEMICZNEGO

ODSIARCZANIE

FeS + CaO + C Ⴎ Fe + CaS + CO

- żużel zasadowy ( wolne CaO )

- atmosfera redukująca,

- wysoka temperatura

Konwertor Tlenowy - BUDOWA

Topniki i dodatki, kołnierz, otwór spustowy, płaszcz, ciekła surówka, gazy odlotowe, okap, lanca tlenowa, wyłożenie ogniotrwałe.

Piece łukowe elektryczne BUDOWA

Przewody elektryczne, sklepienie, kocioł, okno wsadowe, trzon pieca, elektrody, garki elektrod, rynna spustowa.

ŻELIWO

KLASYFIKACJA (wg formy występowania węgla)

Klasyfikacja wg PN

- żeliwo szare maszynowe,

- żeliwo sferoidalne,

- żeliwo ciągliwe,

- żeliwo stopowe

Żeliwo szare maszynowe

- dobre właściwości odlewnicze ( dobra lejność, mały skurcz )

- prosta technologia topienia,

- dobra skrawalność,

- dobra odporność na ścieranie i dobre właściwości ślizgowe,

- naturalna zdolność do tłumienia drgań,

- odporność na działanie szeregu czynników chemicznych (soda, ług sodowy, ług potasowy, kwas siarkowy, - - - kwas azotowy, woda, ziemia )

- niskie koszty wytwarzania

Zawartość eutektyczna węgla

Zależy od zawartości :

- Węgla

- Krzemu

- Manganu

- Fosforu

- Siarki

Zawartość eutektyczna węgla

Wzór do wyznaczenia zawartości eutektycznej eutektycznej węgla :

Ceut = 4,26 - 0.31[%Si] - 0.33[%P] - 0.40[%S] +

+ 0.027[%Mn]

Stopień nasycenia eutektycznego

Wyrażony zależnością:

Sc = 4.25 / Ceut

Gdy:

Sc = 1 - żeliwo eutektyczne

Sc < 1 - żeliwo podeutektyczne

Sc > 1 - żeliwo nadeutektyczne

ŻELIWO MODYFIKOWANE

Aby uzyskać Rm Ⴓ 250 MPa należy przeprowadzić zabieg modyfikacji

Żeliwo modyfikowane - otrzymujemy poprzez zabieg polegający na dodaniu do ciekłego żeliwa specjalnych dodatków zwanych modyfikatorami

MODYFIKATORY

Ca, Al , C grafit , Ba, Sr

Fe-Si (75%), Ca-Si, Fe-Si-Mn-Zr

SPOSÓB MODYFIKACJI

Sposoby realizacji zabiegu modyfikacji :

WYTAPIANIE ŻELIWA

Wytapianie w piecach elektrycznych indukcyjnych,

Materiały wsadowe metalowe

Surówka odlewnicza,

Złom handlowy żeliwny,

Złom handlowy stalowy,

Złom własny ( obiegowy ) staliwny lub stalowy

Paliwo w procesie żeliwiakowym

Koks odlewniczy zwykły lub formowany o odpowiedniej granulacji, zawartości popiołu i siarki

Zawartość siarki w koksie - 0.7 - 1,0 % S

Zużycie koksu ( rozchód koksu ) - 12-14kg na 100 kg wsadu metalowego

Materiały żużlotwórcze

Podstawowym materiałem żużlotwórczym stosowanym w procesie żeliwiakowym jest kamień wapienny (CaCO3) odpowiedniej granulacji.

Funkcja żużla :

Masa materiałów żużlotwórczych - 30-40% masy koksu

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.)

ALUMINIUM

PODSTAWOWA RUDA BOKSYT

Al2O3 Ⴗ3H2O i Al2O3 Ⴗ H2O

Zanieczyszczenia:

ALUMINIUM

METODY OTRZYMYWANIA :

- METODY ALKALICZNE

( METODA BAYERA ),

- METODY KWAŚNE,

- METODY ELEKTROTERMICZNE

METODY ALKALICZNE

  1. WIĄZANIE Al ZA POMOCĄ ŁUGÓW (NaOH i NaCO3) W ROZPUSZCZALNY W WODZIE GLINIAN SODOWY - (NaAlO2)

  2. ODDZIELENIE „CZERWONEGO SZLAMU” ZAWIERAJĄCEGO TLENKI DOMIESZEK I WODOROTLENKI Si

  3. WYDZIELENIE Z ROZTWORU CZYSTEGO Al(OH)3

  4. PRAŻENIE Al(OH)3 Ⴎ POZYSKANIE Al2O3

METODY KWAŚNE

  1. DZIAŁANIE NA RUDĘ ROZTWOREM KWASÓW NIEORGANICZNYCH ( H2SO4, HCl, HNO3 )

  2. OTRZYMANIE SOLI ZAWIERAJĄCYCH Al TAKICH JAK - Al2(SO4)3, AlCl3, Al (NO3)3

  3. ROZKŁAD SOLI Z WYDZIELENIEM - Al(OH)3

  4. PRAŻENIE Al(OH)3 W CELU OTRZYMANIA TECHNICZNEGO Al2O3

METODY ELEKTROCHEMICZNE

STOPIENIE BOKSYTU Z WĘGLEM W PIECACH ELEKTRYCZNYCH W CELU ZREDUKOWANIA DOMIESZEK I UZYSKANIA STOPIONEGO Al2O3

UWAGA!!!

PROCES WYMAGA ZUŻYCIA DUŻEJ ILOŚCI ENERGII - BARDZO RZADKO STOSOWANY

WYTWARZANIE Al203 - METODA BAYERA

- ŁUGOWANIE BOKSYTU WODNYM ROZTWOREM NaOH

- DEKANTACJA WODNEGO ROZTWORU GLINIANU SODOWEGO - NaAlO2

- KRYSTALIZACJA WODOROTLENKU GLINU Z ROZTWORU

- KRYSTALIZACJA WODOROTLENKU GLINU Z ROZTWORU

- PRAŻENIE Al(OH)3 - TECHNICZNY Al2O3

METODA BAYERA - PROCESY CHEMICZNE

  1. ŁUGOWANIE (T=230oC i p= 1,3 - 2,4 MPa)

Al(OH)3 + NaOH Ⴎ NaAlO2 + 2H2O

  1. HYDROLIZA

NaAlO2 + 2H2O Ⴎ NaOH + Al(OH)3

  1. KALCYNACJA ( T= 1200oC )

2Al(OH)3 Ⴎ Al2O3 + 3H2O

RAFINACJA OGNIOWA-CZYSTOŚĆ 99,9% Al (PIECE TRZONOWE)

  1. USUWANIE TLENKÓW:

- OBRÓBKA CIEKŁEGO METALU ŻUŻLEM NA BAZIE CHLORKÓW I FLUORKÓW

- FILTROWANIE

2. USUWANIE WODORU Z CIEKŁEGO ALUMINIUM:

- PRZEDMUCHIWANIE CIEKŁEGO METALU GAZEM OBOJĘTNYM ( ARGON )

- PRZEDMUHIWANIE CIEKŁEGO METALU GAZEM AKTYWNYM ( CHLOR Ⴎ POWSTAJE AlCl3(g) )

3. USUWANIE ŻELAZA ( PRZTRZYMANIE METALU W PIECU - ODSTANIE METALU )

Żeliwo sferoidalne

Żeliwo sferoidalne jest to gatunek żeliwa w którym grafit występuje w postaci kulkowej

Skład chemiczny 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”

- SFEROIDYZACJA METODĄ DRUTOWĄ

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

RUDY MIEDZI

RUDY SIARCZKOWE

- CHALKOPIRYT - CuFeS2

- CHALKOZYN - Cu2S

- KOWELIN - CuS

- MALACHIT - CuCO3ႷCu(OH)2

- CHRYZOKOL - CuSiO3 Ⴗ 2H2O

- KUPRYT - CuO2

- AZURYT - 2CuCO3 Ⴗ Cu(OH)2

PROCES PRZYGOTOWANIA RUD DO PROCESU METALURGICZNEGO

- RUDY MIEDZI ( 1-4% Cu )

- PRZERÓBKA MECHANICZNA

- WZBOGACANIE (GRAWITACYJNE - FLOTACYJNE)

- KONCENTRAT ( 10 - 50% Cu )

- PROCESY PRZYGOTOWAWCZE (PRAŻENIE- AGLOMERACJA -BRYKIETOWANIE)

SCHEMAT PROCESÓW METALURGICZNYCH

PIROMETALURGICZNE

WYTAPIANIE KAMIENIA MIEDZIOWEGO

KONWERTOROWANIE

MIEDŹ KONWERTOROWA

RAFINACJA OGNIOWA

RAFINACJA ELEKTROLITYCZNA

MIEDŹ KATODOWA

PRZEBIEG PROCESU

1.UTLENIANIE ( Cu2S , FeS lub FeS2 )

Cu2S + 2O2 Ⴎ 2Cu2O + SO2

2FeS + 3O2 Ⴎ 2 FeO + 2SO2

3FeS2 + 8O2 Ⴎ Fe3O4 + 6SO2

2. REDUKCJA Fe3O4 do FeO - WĘGLEM Z KOKSU

Fe3O4 + C Ⴎ 3FeO + CO

3. OŻUŻLENIE FeO ( przy pomocy SiO2 )

2FeO + SiO2 Ⴎ 2FeO Ⴗ SiO2

4. PRZEJŚCIE KRZEMIANU 2FeO Ⴗ SiO2 DO ŻUŻLA

PRZEBIEG PROCESU KONWERTOROWANIA

ETAP I

- PRZEDMUCHIWNIE POWIETRZEM I DODAWANIE SiO2

2FeS + 3O2 + SiO2 Ⴎ 2FeOႷSiO2 + 2SO2

USUNIĘCIE ŻUŻLA W MOMENCIE UZYSKANIA PRZEZ KAMIEŃ MIEDZIOWY KOLORU BIAŁEGO

ETAP II

- DALSZE PRZEDMUCHIWANIE BEZ DODAWANIA SiO2

Cu2S + 1,5 O2 Ⴎ Cu2O + S02

Cu2S + 2 Cu2O Ⴎ 6Cu + SO2

Podstawowe rudy magnezu

-Magnezyt ( MgCO3) -28.8%Mg

-Dolomit ( MgCO3ႷCaCO3 )-13.2%Mg

-Karnalit ( MgCl2 ႷKCl Ⴗ6H2O) - 8.8%Mg

-Woda morska (MgCl2 ,MgSO4) - 0.14%Mg

PROCESY OTRZYMYWANIA MAGNEZU

W WYSOKIEJ TEMPERATURZE)

TRUDNOŚCI PRODUKCYJNE

- 1.58 g/cm3 w T = 700oC

(GROMAZI SIĘ NA POWIERZCHNI ELEKTROLITU)

( PALI SIĘ GDY TႳ T TOPNIENIA )

PROCES REDUKCJI TERMICZNEJ

- RUDY WĘGLANOWE

- ROZKŁAD RUD WĘGLANOWYCH NA TLENKI

PRAŻENIE

- REDUKCJA TLENKÓW MAGNEZU PRZY OBNIŻONYM CIŚNIENIU

(REDUKTOREM W PROCESIE JEST MIELONY ŻELAZOKRZEM)

- KONDENSACJA PAR MAGNEZU

REAKCJE CHEMICZNE

1.ROZKŁAD WĘGLANÓW

CaCO3ႷMgCO3 ႮCaO ႷMgO + CO2

2. REAKCJE REDUKCJI

- Pidgeon Proces ( T=1200oC - p=3Pa )

2(CaOႷMgO)+ Si(Fe-Si) Ⴎ

Ⴎ2{Mg} (g) + Ca2SiO4(s) + Fe (s)

- Magnetherm Proces ( T= 1500oC - p= 10kPa )

2(CaOႷMgO)+ Si(Fe-Si) + n Ⴗ Al2O3 Ⴎ

Ⴎ 2{Mg} (g) + {(2CaO) Ⴗ SiO2ႷnAl2O3} (l) + Fe (l)


Wyszukiwarka