METALURGIA - PYTANIA KOŁO I

1. Różnica między roztworem, a zawiesiną.

Roztwór - układ jednorodny złożony z 2 lub więcej substancji <wódka -> roztwór wody z alkoholem>

Zawiesina - układ niejednorodny, złożony z cząstek ciała stałego, zawieszony w ośrodku rozpraszającym (cieczy lub gazu) <zupa, błoto, Marwit>

2. Produkty i wsady wielkiego pieca

• produkty:

• surówka - stop żelaza (2,25 - 5% C), dzieli się na:

• przeróbczą - do przeróbki na stal

• odlewniczą - odlewania w gąski, przeznaczona do powtórnego przetopu

• topienia - w odlewach żeliwa

• szara - węgiel w postaci grafitu

• biała - węgiel w postaci Fe₃C (cementytu)

• żużel

• gazy wielkopiecowe

• wsad:

• aglomerat (koncentrat)

• topniki

• koks

• dodatki

3. Ruda - co to jest?

Rudy metali - są to twory skalne zawierające związki metali zalegających w takich warunkach i skupieniach, że ich przemysłowe wydobycie jest ekonomiczne, a właściwości pozwalają na otrzymanie metali w sposób przemysłowy, masowy i opłacalny stosując metody hutnicze, chemiczne i elektrochemiczne. Zawartość metali e różnych rudach wynosi od ułamków procent do 70%. O zawartości tej decydują dwa czynniki: rodzaj związku, w którym występuje metal oraz zawartość skały płonnej.

Podział rud:

- rudy monometaliczne,

- rudy polimetaliczne (zawierają więcej niż 1 metal),

- rudy żelaza,

- rudy metali nieżelaznych.

4. Procesy stalownicze

I Ładowanie pieca - topnienie wsadu

II Świeżenie (utlenianie metalu)

III Odtlenianie (rafinacja metalu)

5. Rafinacja - co to jest?

Rafinacja - proces, który stosuje się w celu usunięcia zanieczyszczeń z metalu otrzymanego w procesach wstępnych lub z przetapianego złomu.

6. Sublimacja, a parowanie

Sublimacja - zmiana stanu skupienia ze stałego w gazowy.

Parowanie - zmiana stanu skupienia z ciekłego w gazowy.

7. Proces metalurgiczny miedzi, etapy.

8. Istota procesu wielkopiecowego

Jest to wstępny proces metalurgiczny w metalurgii żelaza.

Istota procesu wielkopiecowego polega na:

- redukcji tlenków żelaza zawartych w koncentracie, przede wszystkim za pomocą tlenku węgla, w celu otrzymania metalicznego żelaza,

- oddzieleniu otrzymanego żelaza od skały płonnej przez ich stopienie, co umożliwia rozwarstwienie 2 otrzymanych produktów ciekłych - surówki i żużla.

9. Prawo Nernsta

Praktycznym zastosowaniem tego prawa jest fizyczna ekstrakcja żużlowa. Określa ona warunki równowagi na granicy dwóch niemieszających się ze sobą cieczy. W obu tych cieczach rozpuszcza się trzeci składnik.

Prawo podziału Nernsta - jeżeli jakaś substancja jest rozpuszczalna w dwóch cieczach, które zupełnie lub niemal zupełnie nie mieszają się z sobą tworząc dwie fazy, wówczas przy danej temperaturze stężenie substancji rozpuszczalnej w jednej fazie będzie się znajdowało w określonym stosunku do stężenia tej substancji w drugiej fazie.

L_N - stała podziału <określa równowagę układu> (p - const.<ciśnienie, podstawa w termodynamice> , T - const.)

N_A1 - stężenie składnika A w cieczy 1 (np. olej, metal)

N_A2 - stężenie składnika A w cieczy 2 (np. woda, żużel)

10. Aglomerat - co to jest?

Jest to spiek wyniku aglomeracji rudy - koncentrat otrzymany przez wstępną przeróbkę rudy. Aby go uzyskać, należy rudę rozdrobnić i usunąć skałę płonną.

Jest wsadem używanym w wielkim piecu.. Jest to zbrylona ruda. Nazwa aglomerat dotyczy postaci rudy.

11. Chemiczna rafinacja gazowa - na czym polega i jakie są jej zadania?

Polega na przedmuchiwaniu metalu gazem aktywnym w stosunku do zanieczyszczenia. Doprowadzenie rafinatora - za pomocą lancy lub rafinatorów musujących. Gaz rafinujący reaguje z rafinowanym metalem, a powstały związek rozpuszcza się w tym metalu. Tam następuje reakcja z zanieczyszczeniem, w wyniku której powstaje związek nierozpuszczalny w metalu i przechodzi on do żużla lub atmosfery.

Często stosowany do usuwania zanieczyszczeń z metalu przez utlenianie i chlorowanie.

12. Różnica między zawiesiną, a zasadą.

Zawiesina - układ niejednorodny, złożony z cząstek ciała stałego, zawieszony w ośrodku rozpraszającym (cieczy lub gazu) <zupa, błoto, Marwit>

Zasada - związek , który jest donorem (dostarczycielem) w warunkach danej reakcji pary elektronowej (więc kwas jest akceptorem pary elektronowej).

13. Koncentrat - co to jest?

Jest to aglomerat, przyspiesza reakcje. W przypadku rudy, koncentrat powstaje po etapie rozdrobnienia rudy, przemianie związku i usunięciu skały płonnej, oraz ponownym scaleniu związku metalonośnego.

Zawartość składnika w koncentracie jest większa niż w materiale pierwotnym, tzn. wydobytym z kopalni, uzyskanym ze związków.

14. Fizyczna rafinacja gazowa

Prawo Raoulta - odnosi się do procesów odgazowania kąpieli metalowych - ekstrakcji gazem obojętnym i ekstrakcji próżniowej.

P_A - cząstkowe ciśnienie pary składnika A w gazie

- prężność pary czystego składnika (stały parametr)

N_A - stężenia składnika A w roztworze

15. Istota procesu stalowniczego

Zmniejszenie zawartości węgla w metalu poprzez utlenianie węgla za pomocą tlenku wprowadzonego do ciekłego metalu w postaci FeO.

16. Otrzymywanie aluminium (Al₂O₃)

Metoda Bayer'a:

Ługowanie boksytu [ Al.(OH)₃ ] wodnym roztworem NaOH

Dekantacja wodnego roztworu glinianu sodowego NaAlO₂

Krystalizacja wodorotlenku glinu z roztworu

Przemywanie i suszenie kryształów

Prażenie

17. Różnica między emulsją, a zawiesiną

Zawiesina - układ niejednorodny, złożony z cząstek ciała stałego, zawieszony w ośrodku rozpraszającym (cieczy lub gazu) <zupa, błoto, Marwit>

Emulsja - 2 lub więcej wzajemnie nierozpuszczalnych cieczy <majonez, produkty mleczne z tłuszczem>

18. Wstępne procesy metalurgiczne

Jego celem jest uzyskanie metalu w stanie rodzimym. Efekt: dużo zanieczyszczeń, nie mogą być tworzywami konstrukcyjnymi.

Polegają na:

• wydzieleniu metalu ze związku metalonośnego, zawartego w koncentracie

• oddzieleniu skały płonnej od metalu

19. Odtlenianie metali (stali).

Jest to III etap procesu stalowniczego. Jego celem jest odtlenienie stali, odsiarczenie i korekta składu chemicznego. Rozróżniamy odtlenianie:

• osadowe - wprowadzenie do ciekłego metalu pierwiastków (np. Mn, Si, Ti, Ca) o większym powinowactwie chemicznym do tlenu niż żelazo; rafinacja chemiczna

• dyfuzyjne - fizyczna rafinacja żużlowa

20. Jak wygląda wstępna przeróbka rudy?

Ruda - skała złożona ze związku chemicznego zawierającego metal i minerałów, nie będących źródłem metalu (skała płonna). Wstępna przeróbka rudy (poprzedzona rozdrobnieniem rudy):

• przemiana istniejącego w rudzie związku w związek bogatszy w metal

• usunięcie części skały płonnej

21. Zjawiska/reakcje fizyczne w metalurgii

Rozpuszczanie - tworzenie przez daną substancję układów jednorodnych (pod względem fizycznym i chemicznym) z innymi substancjami

Asocjacja - łączenie się pojedynczych cząstek w zespoły cząsteczkowe

Absorpcja - pochłanianie danego składnika przez ciało stałe lub ciekłe, wnikanie do wnętrza fazy

Dysocjacja - rozpad cząstek na mniejsze fragmenty (elektrolityczna i termiczna)

Adsorpcja - powierzchniowe wiązanie cząsteczek o płynu przez cząsteczki ciała stałego

Adhezja (przyleganie) - łączenie się powierzchniowo warstw 2 różnych ciał (faz) <klejenie, malowanie, woda na pajęczynie>

Kohezja (spójność) - wzajemne przyciąganie się cząstek danej substancji na skutek działania sił międzycząsteczkowych krótkiego zasięgu <znaczek na kopercie> (największe siły kohezji w ciałach stałych (kryształach))

22. Po co rafinujemy żużel?

W celu usunięcia zanieczyszczeń i odgazowania. Ekstrakcja żużlem jest stosowana do usuwania wszelkich zanieczyszczeń rozpuszczonych w metalu.

23. Reakcja chemiczna w metalurgii

2AlO + 3FeO 3Fe + Al₂O₃

24. Elementy układów fizycznych w metalurgii

25. Materiały metalowe

• stopy żelaza

• surówka

• żeliwo

• staliwo

• stal

• metale nieżelazne i ich stopy (Al., Cu, Zn, Ti, Mg, inne)

• materiały specjalne

• spieki

• kompozyty (cząstki metalu w otoczce)

• inne

26. Czemu wzbogacamy rudę metali?

Wzbogacamy rudę, czyli usuwamy skałę płonną (minerały nie będące źródłem metalu), w celu otrzymania właściwości fizycznych i chemicznych, niezbędnych podczas dalszej obróbki.

27. Rodzaje rafinacji

• fizyczna (występuje wszędzie tam, gdzie o rafinacji decydują zjawiska mechniczne)

• ekstrakcja

• żużlowa

• gazowa

• próżniowa

• zmiana stanu skupienia

• kr ……… postępująca

• topnienie strefowe

• destylacja/ rektyfikacja

• elektryczna

• mechaniczna

• filtrowanie

• wibracja

• ultradźwięki

• chemiczna

• żużlowa (żużel reaguje z czymś, np. utlenianie nadmiaru węgla)

• gazowa (proces konwektorowy w przeróbce żelaza)

• próżniowa

28. Etapy otrzymywania żelaza.

29. Rozpuszczanie, a roztapianie.

Topnienie - przejście ze stanu stałego w ciekły, z jednoczesnym pochłanianiem ciepła; najczęściej realizowany poprzez doprowadzenie ciepła

Rozpuszczanie - proces fizyczny polegający na przejściu ciała stałego do cieczy lub roztworu cieczy; jest to proces prowadzący do powstania roztworu. W roztworze, substancja która się rozpuściła to substancja rozpuszczona, a ciecz w której nastąpiło rozpuszczenie to rozpuszczalnik. Rozpuszczanie charakteryzuje się tym, iż po oddzieleniu rozpuszczalnika (najczęściej w wyniku jego odparowania) uzyskuje się substancję pierwotnie rozpuszczoną - rozpuszczalnik nie wchodzi w reakcję chemiczną z substancją rozpuszczoną.

Substancje rozpuszczające się (głównie sole) posiadają, w zależności od typu rozpuszczalnika swoiste ciepło rozpuszczania, definiujące ilość wydzielanego ciepła w procesie rozpuszczania określonej ilości substancji.

30. Podaj stany skupienia.

• stan stały (faza stała)

• stan ciekły (faza ciekła)

• stan gazowy (faza gazowa)

• stan plazmowy

31. Świeżenie - co to jest?

Świeżenie kąpieli metalowej - II etap procesu stalowniczego (rafinacja chemiczna), wprowadzanie do kąpieli FeO. Sposoby:

• wytworzenie na metalu żużla bogatego w FeO (żużlowa rafinacja chemiczna)

• działanie na metal gazowym tlenem (gazowa rafinacja chemiczne)

Prowadzi się tak długo, aż ilość węgla zmniejszy się do wymaganego poziomu.

Kolejność utleniania podstawowych składników:

Mn + FeO -> Fe + MnO

Si + 2FeO -> 2Fe + SiO₂

C + FeO -> Fe + CO

Cel: zmniejszenie zawartości węgla w metalu. Zabiegowi świeżenia może towarzyszyć odfosforzenie metalu.

32. Proces metalurgiczny.

Cel: uzyskanie pierwiastka metalicznego z rudy i jego rafinacja.

RUDA

Wstępna przeróbka rudy

KONCENTRAT

Proces wstępny wydzielania metalu ze związku chemicznego

(wstępny proces metalurgiczny)

METAL SUROWY

Rafinacja metalu surowego

METAL RAFINOWANY

Wykonywanie odlewów Odlewanie wlewków

ODLEWY WLEWKI

33. Co to jest staliwo?

Staliwo - stop żelaza z węglem i innymi domieszkami o zwartości węgla do 2%, przeznaczony na odlewy kształtowe

34. Co to jest żeliwo?

Żeliwo - stop żelaza z węglem i innymi domieszkami o zawartości węgla powyżej 2%, przeznaczony na odlewy kształtowe

35. Co to jest surówka?

Surówka - stop żelaza z węglem i innymi domieszkami o zawartości węgla powyżej 2%

Dzielimy na:

• surówkę przeróbczą (do przerobienia na stal)

• surówkę odlewniczą ( odlewana w gąski, do ponownego topnienia)

36. Co to jest stal?

Stal - stop żelaza z węgla i innymi domieszkami o zawartości węgla do 2%

N_A

P_A

gaz

ciecz

przechodzenie składnika (np. FeO)

1

2

Atmosfera

Żużel

PęcherzR

Metal

Rozpuszczanie

Reakcja

MeR+Z->RZ+ME

Me+R -> MeR

---