HISTORIA HUTNICTWA

Miedzi:

9000-7000 lat p.n.e Irak ,Iran, Izrael, 3000lat p.n.e. ,Europa

Żelazo:

3500-3000 lat p.n.e. ,Bliski wschód. 1500lat ,pierwsze próby wytopu 1000 p.n.e. wytop żelaza dociera do europy.

Cynk:

I w p.n.e. pierwsze wyroby z mosiądzu w Pompejach, VI w n.e. Chiny , XVIII w.n.e. Wytop Cynku w Europie

Miedź była stosowana do wyrobu narzędzi. Stopy miedzi z cyną (brąz) -2500Lat p.n.e regiony śródziemnomorskie ,1800 l.p.n.e. rejony Europy.

EPOKA BRĄZU- Wymiany handlowe, metody przeróbki plastycznej (metalurgia), stworzenie pierwszych instytucji państwowych ,wykonywano biżuterie finezyjną. Schyłek epoki brązu - przemieszczenia etniczne ,brąz został wyparty przez żelazo , które było wytrzymalsze ,twardsze. Żelazo dawało profesjonalne narzędzia. Żelazo dotarło do europy północnej -ośrodek metalurgii w Halsztad. Rozpowszechnienie żelaza przez Hulibów (plemie indiańskie) stal Hulibów (4…. P.n.e.) Otrzymywanie żelaza w stanie surowym (VIw. P.n.e. Chiny surówka) IX w n.e rozwinęła się metalurgia żelaza w górach Huku. OK. XVIII w. Zastosowano koks po raz pierwszy jako reduktor. Piec pudlarski -zawracano spaliny do tego pieca ,po tej obróbce żelazo posiadało lepsze własności. II połowa XIX w. -Konwertor.

Od połowy XIX w. rozpoczyna się era stali (żelazo z węglem) . W II połowie XX w. rozwój produkcji innych materiałów .Uzyskują znaczenie metali lekkich (aluminium)

MetaleKompozytyCeramiki

^

Polimery

Wytwarzanie kompozytów wymaga zaawansowanych technologi wytwarzania i przetwarzania.

HUTNICTWO W POLSCE

Rozwój żelaza w hutnictwie ,posiadało bogate tradycje i znaczące osiągnięcia. Znaczący rozkwit nastąpił na przełomie II i I w.p.n.e. (piece dymarskie).

Góry Świętokrzyskie-duży ośrodek, gdy przerwano produkcje w tym ośrodku ,upadła produkcja żelaza. W XIII w. pojawiła się nowa technologa wytapiania -Kuźnice , W XVI w. -dymurki szybowe ,W XVII w. dymalki przekształciły się w wielkie piece. Taką surówkę z tego pieca nazywano świńskim żelazem. Pod koniec XVIII w. pracowały 34 wielkie piece. W królestwie polskim w 1860 r. produkowano ok. 23tyś ton stali a na Górnym Śląsku ok. 90tyś ton stali. K.P. 1913 r wzrosło do 420tyś ton stali, a na G. Śl. W 1912 r. ok. 1mln. Ton. Na przełomie XVIII i XIX w. na ziemiach polskich powstał pierwszy wielki piec z wykorzystaniem koksu -duża nowość w metalurgii (Gliwice) .W tym okresie hutnictwo górnośląskie należy do jednych z najlepiej rozwiniętych w Europie.

Do największych producentów na G. Śl. Należy Huta Królewska, Gliwice, Florian Laura.

1918 -odzyskanie niepodległości Polski ,rozwój hutnictwa i stali.

1928r -produkcja surówki wielkopiecowej ok. 700tyś ton , a stali 1,5 ton.

Ten poziom w tym roku (1928) był najwyższy. Polska zalicza się do czołówki tego sórowca. Dopiero po 1933r ponowna produkcja żelaza po kryzysie gospodarczym. Wybudowano hute stalowa wola w ciągu roku (1938-1939) .W 1940r. globalna produkcja stali wynosiła ok. 2mln ton a po wojnie wzrosła do 3 mln ton.

Nowym okresem są lata 50-te ,lata powojenne gdzie przystąpiono do modernizacji hut. Lata 50-te lata ukierunkowane na modernizacje i budowę nowych zakładów metalurgicznych. Do lat 80 tych ciągle wzrastała produkcja do roku 1980, gdzie nastąpiło załamanie ,strajki.

	Surówka	Stal
1960	4.5mln ton	6.0mln ton
1970	7.3mln ton	10.2mln ton
1980	11.6mln ton	17.7mln ton
1985	9.8mln ton	15.0mln ton
1987	10.5mln ton	15.4mln ton

1976r - powstała huta „Katowice” która 2 lata później produkowała sama 4mln ton stali . Koniec dekady XXw. Spowodowała ,ze nasze hutnictwo wchodziło w XXI w. ze sporym zacofaniem.

Hutnictwo metali nieżelaznych - 1136r.

W XIII w. wykopano rudy ołowiu zawierającego srebro w okolicach Bytomia. Rejon śląsko - dąbrowski stał się jedynym z największych producentów ołowiu.

Surowce miedzionośne są bogate w złoto. Przełom XVIII/XIX otrzymano cynk w postaci metalicznej II poł XIX w. -rozwój hutnictwa.

Hutnictwo na G. Śl. (cynku) spowodowało rozwój ośrodka przemysłowego. W latach 30-tych działały 3 koncerny metali nieżelaznych (na terenie Polski). W 1952r rozbudowano zakłady elektrolizy w Szopienicach. Aluminium-produkcja w Polsce w 1954 w Skawinie. Powstał szereg walcowni metali nieżelaznych. W końcu lat 80-tych hutnictwo metali nieżelaznych przeżywało podobną sytuacje jak hutnictwo żelaza i stali ,lecz popełniono mniej błędów inwestycyjnych.

………………………………….OBRAZEK………………………………………………….

Surowce wtórne ,które podlegają recyklingowi to głównie złomy.

Czynniki kształtowania metalurgii.

-rynkowy (podaż produktu-popyt>0)

-(cena - koszty >0)

-płynność finansowa P_f≥1)

TYTAN -jest dość szeroko wykorzystywany w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym. Cena w porównaniu do innych metali letnich jeszcze nie pozwala na szerokie stosowanie tego pierwiastka.

KADM-występuje w rudach cynkowych, jest to pierwiastek rakotwórczy, (baterie kadmowo-niklowe)

Beryl-w technice jądrowej i stopach konstrukcyjnych. Brązy berylowe są wykorzystywane na styki elektr. w górnictwie.

Tantal-szczególnie ma odporność na wysokie temp.

SUROWCE PIERWOTNE(BAZA)

Philips- surowce przeznaczone do wtórnego wyrobu.

W Ameryce płd. -największe zasoby w Chile.

Brazylia-36 kopalń rud i żelaza.

Afryka-złoża metaliczne ,Afryka płd. (50 kopalń zajmuje się eksploatacja metali szlachetnych)

Azja - Indonezja ,Rosja (byłe republiki Radzieckie) -boksyty miedzi , nikiel,

Indie-Rudy żelaza ,rudy miedzi

Australia -108 kopalń ,są tam wszystkiego rodzaju rudy.

Ceny metali warunkujące rozwój gospod. Rynkowej:

Ceny metali dyktuje rynek. Odzwierciedleniem wszystkich metali jest giełda Londyńska. Relacje cenowe nie zawsze kształtują się z podażą i popytem. Miedzią są zainteresowane fundusze inwestycyjne i jest ona surowcem pożądanym.

Czynnikiem w rozwoju metali są koszty produkcji. Koszty inwestycyjne w hutnictwie SA bardzo duże. Olbrzymie środki muszą być zainwestowane w środki obrotowe (płace ,opłaty za media) Rozwój technologii ma wpływ na obniżenie kosztów. Wpływają na poprawę jakości wyrobu.

Obniżenie kosztów związanych z produkcją (proces otrzymywania aluminium) .Materiały osadowe stanowią jeden z większych elementów kosztów produkcji.

Sposób produkcji stali:

Koksownik

Piec szybowy piec trzonowy

Spiekalnia

Ograniczenie kosztów z pozyskaniem metali -odkrywkowe złoża miedzi. Czynnik wpływający na koszty produkcji -energia, bezpośrednio przekłada się na ilość potrzebną do uzyskania pierwiastka (glinu potrzebuje najwięcej energii ,a ołów najmniej).

Ochrona środowiska i współczesne systemy zarządzania

Jest to związane z bardzo mocnym wzrostem świadomości społeczeństwa .W tej chwili zaczyna się konstruowanie technologii ,które pozwalają na wytworzenie metalu z ograniczeniem negatywnego wpływu na środowisko.

Systemy zarządzania jakością -ISO 9000 wiąże się z dokumentacją. Zgodnie z tą dokumentacją każdy wie za co odpowiada. ISO14000- jest to norma dotyczaca zarządzania środowiskiem reguluje certyfikacje materiałów, ale również przewiduje konieczność uwzględnienia wpływu na środowisko. Jest to korzystne dla ludzi mieszkających wokół lasów.(normy)

Schemat procesu który dotychczas obowiązywał: (ukł. Otwarty)

Wsad-----------Proces---------v--------------Produkt

V

Odpad

Gdy mamy produkt sprawdzamy jego własności ,jeżeli nie spełnia naszych wymagań to jest to odpad.

W tej chwili obowiązuje układ zamknięty:

Jeżeli spełnia ten wyrób odpowiednie wymogi to wtedy jest to produkt. Pozwala na odrzucanie braków ,oraz pozwala poprowadzić wyniki finansowe zakładu . Ten układ wpływa też na to , że musimy lepiej dopasować się do potrzeb klijęta. Wprowadzenie tego układu w stanach -wskaźnk wzrusł z 0.7 do 0.9.

Def dotycząca własności i podziału metali:

Metal zalicza się do substancji ,ch- żujący się następującymi własnościami:

1)dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi

2)dobra plastycznością ,czyli zdolnością do trwałych odkształceń pod wpływem naprężeń zew.

3)Dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym ,oraz dodatnim współ tempera. Rezystywności , że opór metalu rośnie wraz ze wzrostem temp.

4)Połyskiem metalicznym ,czyli zdolnością odbijania promieni świetlnych prze wypolerowane powierzchnie.

Podział metali i ich zastosowanie:

-żelazo

-metale nieżelazne

poniżej 5g/cm³-metale lekkie

powyżej 5g/cm³-metale ciężkie

Metale lekkie

-metale alkaliczne -lid ,sód, potas

-metale ziem alkalicznych -magnez, glin, wapń

Metale ciężkie:

-metale wysokotopliwe T_t>2000k (chrom, wanad ,wolfram)

-metale średniotopliwe 873 T_t<2000k (miedź , żelazo, Nikiel)

-metale niskotopliwe T_t<873k (ołów ,cynk, cyna ,kadm)

Ołów jest wykorzystywany do aparatury technicznej, jako podkładki itp.

Żelazo jest to pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 26, ciężarze właściwym 7,77. Jako metal technicznie czysty rozumie się metal o zawartości jak najmniej innych składników, np. żelazo.

Żelazo:

• technicznie czyste

• stopy

Schemat wytwarzania :

SURÓWKA - stop żelaza z węglem przy zawartości węgla powyżej 2% i innymi pierwiastkami - mogą tu być krzem, siarka, fosfor.

ŻELIWO - jest przeznaczone do procesów odlewniczych.

STAL - stop żelaza z węglem, gdzie węgla jest poniżej 2% z dodatkami niklu, chromu, wolframu.

STALIWO - jest przeznaczone do procesów odlewniczych i ma taki sam skład jak stal.

ŻELAZOSTOPY:

• żelazo-krzem - 90% krzemu

• żelazo-mangan - do 80% manganu

• żelazo-chrom - powyżej 65% chromu

MATERIAŁY WSADOWE:

Metalurgia RN - zasoby naturalne.

XXI w. - MMR - surowce wtórne

Odpady produkcyjne - ogromne ilości.

Złom jest świetnym materiałem osadowym.

Cynk jest jednym z metali, który swoją produkcję będzie opierał na surowcach pierwotnych.

Szerokie wykorzystywanie aluminium przyczyniło się do tego, że wraca ono w postaci złomu. Aluminium (złom) jest wykorzystywany w Stanach w przemyśle samochodowym.

Surowce wtórne - stabilna zawartość pierwiastka podstawowego.

W przemyśle wtórnym dużą rolę odgrywa segregacja.

Surowiec typu NR Surowiec typu MMR

RUDA ZŁOM

Procesy wzbogacania: Procesy wzbogacania:

- rozdrabnianie - rozdrabnianie

- przesiewanie - przesiewanie

- rozdział

Koncentrat Oczyszczanie

Ekstrakcja Ekstrakcja

Metal surowy Metal surowy

Rafinacja Rafinacja

Metal na sprzedaż Metal na sprzedaż

Pierwiastki halkofilne - czas eksploatacji szacowany jest jeszcze na 30 lat. Są to: S, Cu, Zn, Pb, Sb, Cd, Hg, Au, Te.

Pierwiastki syderofilne - czas eksploatacji jest szacowany na ok. 300 lat. Są to: Pt, Mo, Sn, Ni.

Pierwiastki litofilne - szacowane wydobycie na ok. 15000 lat. Są to: Cu, Al., W.

Odpady poprodukcyjne są trudniejsze do przerobu niż złom. Zawartość miedzi w rudzie to 1,5%. Wyprodukowanie 1 tony tego metalu powoduje wyprodukowanie 100 ton złom

Metalurgiczna inżynieria procesowa

Materialy wstadowe

Nowa faza

1. trzeba znać skład chemiczny i strukturalny materiałów wsadowych,

2. trzeba znać opis termodynamiczny procesu (polega na obliczeniu stałej równowagi),

3. opis kinetyczny procesu w którym opisuje się transport masy, ciepła, pędu.

Proces pirometalurgiczny - jest to proces, który zachodzi w wysokiej temperaturze,

Procesy hydrometalurgiczne - odbywają się w temperaturze otoczenia.

W procesie pirometalurgicznym wykorzystuje się MeO, MeS.

Dla materiałów tlenkowych stosuje się metodę redukcji:

Me+CO Me+CO₂+żużel

C+CO₂ 2CO - redukcja Buduara

2MeO+C 2Me+CO₂

Dla materiałów siarczkowych są dwa etapy:

1. stapianie

temp.

MeS_(stałe) MeS_(ciecz) + żużel

2. utlenianie z postaci ciekłej

MeS_(ciecz) + O₂ Me + SO₂

dla materiałów tlenkowych - trzeba materiał wypłukać:

MeO+H₂SO₄=(MeSO₄) _ciecz+H₂O+szlam

dla materiałów siarczkowych - trzeba materiał wyprażyć:

MeO+2O₂=(MeSO₄) _stałe --> (MeSO₄) _ciecz +szlam

Me²⁺ + 2e^- --> Me (katoda)

rafinacja

Reguła faz (1876r.) - opracowana przez Gibbsa.

Faza jest to homogeniczna (jednorodna) część układu wykazująca określone własności fizyczne i określona jest powierzchniami ograniczającymi.

woda --> lód --> para (3 fazy)

Ilość niezależnych składników fazy „n” jest to najmniejsza ilość rodzajów cząsteczek, z których można zbudować cały układ.

• w przypadku reakcji Buduara: C_(st), CO₂, CO_(gazy) - jest to układ dwuskładnikowy, a gdy dochodzi woda i wodór - układ trójskładnikowy.

Ilość stopni swobody „s” - ilość czynników wyznaczających równowagę (temp., ciśnienie, stężenie), które można zmieniać, a ilość faz pozostanie taka sama.

W i.m.p. do liczenia funkcji termodynamicznych stosuje się:

1. entalpia swobodna ΔG (e.s. Gibbsa)

2. entalpia H (ciepło wydziela się w trakcie reakcji)

3. entropia (charakteryzuje uporządkowany układ)

ΔG = ΔH - TΔS

A+B => AB (reakcja syntezy)

gdy ΔG = 0, układ jest w równowadze (ani rozkład ani synteza),

gdy ΔG < 0, reakcja może przebiegać z lewej strony na prawą,

gdy ΔG > 0, jest prawo, że reakcja będzie przebiegać z prawej strony na lewą.

temperatura bezwzględna w K

ΔG = RT ln K

stała równowagi reakcji

stała gazowa

dany składnik

aA + bB + ...... <=> mM + nN .........

ilość składników

Jeżeli produkty są w postaci gazowej - stałą równowagi można wyliczyć za pomocą ciśnień tych składników:

gdy produkty są w postaci ciekłej - za pomocą stężenia

LnK

1/T

Rozróżnia się roztwory:

• wodne - elektrolity

• żużlowe

• metaliczne

Cechą roztworu jest aktywność termodynamiczna:

Prężystość metalu w roztworze

prężystość nad czystym składnikiem

W roztworach skondensowanych - wartość 1.

W roztworach rozcieńczonych - wartość zbliża się do 0.

ułamek molowy tego składnika w roztworze

współczynnik aktywności

Szybkość procesu zależy od czynnika determinującego:

Produkt substraty

Procesy heterogeniczne - zachodzące między dwoma fazami.

FAZA 1 FAZA 2

CI

CI CII CII

3 fazy procesu:

1° - transport masy danego składnika do pow. międzyf. (f. ciekła)

2° - desorpcja albo parowanie

3° - transport masy (f. gazowa)

- moduł napędowy procesu

k - współczynnik unikania masy

Surowce metalonośne :

Można posegregować pod względem ilości i formy w jakiej występują:

• metale (najw. wyst. krzemu) - 27,6%

glin - 8,8%

Wyst. w zw. z innymi met. z siarką.

Ruda metalu - kopalina mineralna, zawierająca metal, że nadaje się do otrzymania danego metalu. W układ rudy wchodzą części użyteczne - metale, oraz części nieużyteczne - materiały stanowiące skałę płonną (nie jest połączona w sposób chemiczny z metalem, stosunkowo łatwo się jej pozbyć).

Rudy są to materiały polimetaliczne.

Rudy cynku i ołowiu, dodatkowo odzyskuje się kadm, srebro, platynę, antymon bizmut, german.

Rudy miedzi - bizmut, platyna, srebro, złoto, ren i ołów.

Rudy cyny - bizmut.

Rudy aluminium - gal, rudy kobaltu - arsen, bizmut, pallad, srebro.

Rudy niklu - arsen, bizmut, pallad, platyna.

Rudy żelaza - wanad.

Ilość i charakter skały płonnej decyduje o ...........................................

Ruda samotopliwa - najlepszy rodzaj rudy, występujący bardzo rzadko.

Redukcyjność rudy - zdolność do reagowania z gazami procesowymi w celu otrzymania metalu.

Topniki - mają za zadanie obniżać temperaturę topnienia rud, powinny w pewnym stopniu reagować z tymi składnikami rudy, które chcemy z niej usunąć.

Surowce metalurgiczne to także złomy i odpady.

Złom - wyroby i ich części, które utraciły ich wartość użytkową, oraz odpady produkcyjne metali i ich stopów

Gdy ruda została już wydobyta musi być ona poddana przygotowaniu ( operacje pomocnicze). Jest to proces niezbędny. Dzięki niemu otrzymuje się mniej odpadów, zmniejsza się zużycie energii, koszty transportu.

POMOCNICZE OPERACJE OBEJMUJĄ:

• przygotowanie wsadu

• oddzielenie jak największej ilości skały płonnej

• usunięcie składników szkodliwych (które negatywnie mogłyby wpłynąć na proces)

• zwiększenie wytrzymałości )własności fizykochemicznych i wytrzymałościowych)

• ujednolicenie składu chemicznego

Ad 1 ROZDRABNIANIE

• kruszenie grube (wstępne) od 100 do 400 mm

• kruszenie średnie zmniejszenie dalszych rozmiarów 10 - 80 mm

• kruszenie drobne materiał od 2 - 10 mm

• mielenie - materiał doprowadzony do rozmiarów 0,05 mm

Ad 2 SORTOWANIE, przesiewanie przez sita

Podział materiału ze względu na wielkość, klasyfikacja rud w zależności od wielkości kawałków. Separatory wodne i powietrzne - wykorzystywane są różnice w gęstościach.

Ad 3 WZBOGACANIE

Powstały materiał jest poddawany wzbogacaniu.

Procesy wzbogacania:

1. procesy grawitacyjne - wzbogacone w osadzarkach i cieczach ciężkich

2. procesy flotacyjne

3. procesy magnetyczne

4. procesy elektrostatyczne

Materiały zwilżone wodą - materiały hydrofilowe (do flotacji)

Materiały, które trudno się zwilżają - materiały hydrofobowe

b) następnie materiał poddawany jest flotacji, potem jest domielanie i znów poddawanie materiału flotacji (niektóre opadną, inne unoszą się do piany). Przy tym procesie stosuje się związki organiczne i nieorganiczne.

W procesie stosowane są :

• odczynniki zbierające - zbieracze (kwasy tłuszczowe, aminy)

• odczynniki regulujące - regulatory korygujące np. szkło wodne

• odczynniki pianotwórcze - aby piana miała odpowiednią konsystencję np. olej sosnowy, alkohol amylowy.

Otrzymana piana wypływa na powierzchnię - piana zmineralizowana. Parametry flotownika:

• powinien pracować w sposób ciągły

• powinien utrzymywać ziarna mineralne w postaci zawiesiny

• powinien rozprowadzać roztwór równomiernie

• powinien umożliwiać ciągły kontakt pęcherzyków z ziarnami mineralnymi

• powinny zapewniać oddzielenia materiału - balastu od materiału użytecznego.

c) wzbogacanie magnetyczne

d) wzbogacanie elektrostatyczne - nadawana jest polaryzacja pewnym minerałom w procesach obróbki plastycznej, mechanicznej czy odlewniczej i przeznaczone do ponownego przerobu metalurgicznego.

Odpady: skrzepy (powstałe w wyniku skrzepnięcia), zgorzelina (produkt korozji), zgazy (zbierany jest ręcznie), żużle, szlamy (o wysokiej wilgotności odpady), opiłki, pyły szlifierskie.

Pomocnicze operacje metalurgiczne - polegają na odpowiednim przygotowaniu rudy do dalszego przerobu. Zwiększenie ............................................usunięcie składników szkodliwych, zwiększenie powierzchni właściwej, ujednorodnienie składu chemicznego, poprawę własności rud.

Proces przygotowania (3 etapy)

• etap rozdrabniania: kruszenie grube wstępne, kruszenie średnie, kruszenie drobne

• klasyfikacja (sortowanie)

• samo wzbogacenie materiału rudnego

RYSUNEK 1

II etap - klasyfikacja rud polega na rozdzielaniu materiału w zależności od ich rozmiaru.

Metody wzbogacania :

• procesy wzbogacania grawitacyjnego, flotacyjnego (wykorzystuje się właściwości zwilżania), magnetycznego, elektrostatycznego.

CYNK

ZnCO3 * 3Zn(OH)2 * nH2O

570*K - cynk zaczyna się utleniać

Zn + CO2 = ZnO + CO

Rudy cynku - rudy polimetaliczne

Cynkowi towarzyszy ołów i kadm

Rudy cynku:

• rudy tlenkowe( minerałem jest smitsonit ZnCO3)

• rudy siarczkowe (minerałem jest blenda ZnS)

Główną bazę surowcową do otrzymywania cynku stanowią rudy siarczkowe. Zastosowanie cynku: składnik stopowy w mosiądzach, są to stopy, które mają za zadanie zastąpienie drogiej miedzi; do produkcji armatury czy komponentów; w metalurgii - w szeregu napięciowym do rafinacji.

Rudy cynkowe są przerabiane flotacyjnie, grawitacyjnie, mechanicznie. Skład koncentratu - 54% cynku, 2% ołowiu, 30% siarki, 5%

Materiały cynkonośne: tlenkowe i siarczkowe.

Materiały tlenkowe

Z węglanu tlenek i CO2

ZnCO3 - ZnO + CO

Konstrukcja pieca (walec o średnicy od 2 do 4 m )

RYSUNEK 2

3 strefy:

1. suszenie

2. kalcynacji, czyli rozkładu węglanów

3. 900 - 950*C odparowanie tych pierwiastków, które znajdowały się w materiale wsadowym (Zn, Cd, Pb - różnią się szybkością odparowania). Przesuwały się na początek pieca.

4. Produktem takiego procesu jest ZnO, surowy tlenek ołowiu, kadmu.

RYSUNEK 3

Procesy otrzymywania cynku prowadzi się w piecach szybowych.

Rudy siarczkowe:

Rudy polimetaliczne, w których występuje nie tylko cynk. Aby otrzymać cynk trzeba przeprowadzić prażenie utleniające

ZnS + 1,5 O2 = ZnO + SO2

Podstawy prażenia utleniającego:

Ma za zadanie zastąpić siarkę tlenem. Rozpoczyna się w momencie zapłonu ziarna. Zaczyna się wypalać siarka z minerału. Jest to proces egzogeniczny z wydzielaniem ciepła. Temperatura musi być kontrolowana, żeby nie powstawały spieki.

Im mniejsze jest ziarno tym mniejsza jest temperatura zapłonu.

RYSUNEK 4

Podlega działaniu temperatury i oddziaływaniu powietrza. Warstewka staje się coraz grubsza i utrudnia dostęp tlenu do ZnS. Powierzchnia nie może być zbyt zwarta. Materiał jest w ciągłym ruchu. Stopień rozdrobnienia jest ważny. W trakcie tego procesu chodzi o to, aby max dużo rozłożyć tego związku ZnS.

Proces prażenia utleniającego prowadzi się w piecach fluidynacyjnych.

RYSUNEK 5

materiał jest wprowadzany w stan wrzącej cieczy.

3 zakresy ciśnienia:

1) wsad pozostaje nieruchomy

2) wsad przechodzi w stan wrzącej cieczy

3) transport pneumatyczny - silny dmuch.

Można stosować każdy materiał (wilgotny, odpady itp.)

Piece fluidynacyjne - temp. 800-900*C

Piece zawiesinowe

RYSUNEK 6

Wysokość szybu jest tak dobrana, aby w momencie kiedy koncentrat opada na dno, aby był w całości w postaci tlenku cynku. Faza stała wprow. do fazy gazowej

Piec wielotrzonowy Weage'a:

RYSUNEK 7

Koncentrat był umieszczany na półkach, grabie - ruszają wsad. Mała powierzchnia kontaktu cząsteczek z gazem faza zwarta.

Taśma Duight - Lloyd'a

Transporter bez końca. Wykorzystuje się do prażenia i spiekania koncentratów siarczkowych. Chodzi o to, aby utlenić materiał siarczkowy i żeby powstał spiek. Faza stała, przez którą przechodzi powietrze. Temp. 1100-1200*C - można usunąć kadm i cynk.

RYSUNEK 8

Można ja wykorzystywać w procesach jednostadialnych. Wykorzystywane są w procesach zbrylania. Rozpoczyna się etap uzyskiwania metalu.

T: Pirometalurgiczne otrzymywanie cynku:

Redukcja tlenku węgla:

(Podział metali, w jakim stopniu są one związane z tlenem).

Redukcja metalu powinna odbywać się w takich warunkach, żeby otrzymać jak najwięcej metalu, trzeba także uwzględnić koszty procesu.

W aspekcie ekonomicznym bierzemy pod uwagę:

- dobór reduktora (koks, wodór, glin, krzem, magnez).

Powierzchnia kontaktu jest większa, gdy reduktor jest w stanie gazowym:

k_p - stała równowagi

a_Me - aktywność

Wysokie powinowactwo dla tlenu ⇒ Ca, Mg, Si k_p≈10^-5

Niskie powinowactwo ⇒ Cu, Pb, Ag k_p≈10⁵

Charakt. Się metale o niskim powinowactwie:

1. niska temperatura redukcji,

2. niskie zużycie paliwa.

3. dobre wykorzystanie reduktora,

4. duże wartości stałej równowagi, np. 10², 10⁵

Przy redukcji wodorem proces przebiega gwałtowniej:

- szybciej trwa,

- minusem jest duża reaktywność wodoru - droższe instalacje (większe koszty), większe bezpieczeństwo trzeba zachować.

2 metoda piromet. Cynk otrzymuje się w procesach szybowych.

I piece do destylacji (piece destylacyjne)

- ogrzewany gazami z procesu spalania

2/3 mufle na 1 tonę cynku.

Czas trwania procesu z zakład., proces trwał 24 godziny.

Cynk 86-90%

Dawano dużo, nadmiar reduktora, aby wszystko się dobrze wyredukowało (wsad był nieruchomy)

II Następnym elementem w przeróbce Zn była retora:

Wsad musiał być zbrykietowany (wsad był omywany gazami, poprawiało to zużycie ekonomiczne). Temp. procesu - 1200-1250*C. Jest bardziej ekonomiczny 92-94% - Zn uzyskamy na poziomie (92 - 95%).

III elektryczne piece do redukcji destylacji:

Wsad był nagrzewany bezpośrednio, elektrody dotykały wsadu, małe straty cieplne, dużo energii pobierał.

Piec elektryczny

Piec szybowy piec łukowo - oporowy

Piec szybowy - pierwszy powstał w Anglii. W Polsce w Miasteczku Śląskim taki piec funkcjonuje do wyrobu Zn. Pozwala na otrzymanie 2 metali w jednym procesie. Wiąże się to z oszczędnością, mniejszym zużyciem reduktorów

Piec szybowy:

Element wsadowy

Ruda siarczkowa

Taśma DL - spiek o odpowiednim rozmiarze

Spiek

Materiał, który nie nadaje się do wykorzystania w piecu szybowym poddaje się zbrylaniu lub grudkowaniu. Grudki poddawane są wypalaniu w wysokich temperaturach, aby stały się trwalsze, bardziej wytrzymałe.

Kondensator - komora wypełniona ciekłym ołowiem. 550-560ºC

Cynk wypływa na powierzchnię ołowiu. Ołów zawracany do kondensatora.

Uzyskujemy Zn jest poddawany procesom rafinacji przez:

- rektyfikacje - w Miasteczku Śląskim. Skomplikowany proces, wykorzystywane są temperatury wrzenia.

- rafinację ogniową

Ołów spływa w dół kolumny. Kumuluje składniki o wyższej temp. wrzenia. Cynk przedostaje się do góry i jest odlewany do II kolumny - kolumny kadmu.

Hydrometalurgiczna metoda otrzymywania cynku

⇓

cynk otrzymujemy metodą elektrolizy

Pozwala na otrzymywanie cynku o dużej czystości, ale wiąże się ze stosunkowo dużymi kosztami.

Cynk znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle.

1880r. - metody otrzymywania elektrolit. Cynku opracowano przez Luckowa

1881r. - metody otrzymywania elektrolit. Cynku opracowano przez Retrunge'a

1-szy kraj, który otrzymywał cynk w skali przemysłowej to Włochy w 1916 r.

W Polsce w hucie „Szopienice”

Proces hydrometr. otrzymywania cynku składa się:

1. przygotowanie koncentratów do ługowania,

2. ługowanie w roztworze kwasu siarkowego,

3. oczyszczanie roztworu,

4. elektroliza,

5. przetop katod i odlewanie cynku.

Nie każdy materiał nadaje się do procesu hydrometr. - w zależności od materiału należy się zastanowić jaką metodą dany materiał przerabiać.

W stosunku do metody pirometalurgicznej, metodą hydrometalurgiczną można uzyskać cynk czterodziewiątkowy (9999).

Ługowanie koncentratów:

Wsad stanowi blenda prażona, musi być w taki sam sposób przygotowana jak do procesu pirometalurgicznego, czyli odpowiednio rozdrobniona. Najważniejszym czynnikiem determinacyjnym otrzymywanie…………….

Niebagatelnym procesem tutaj jest proces mieszania. (czynnikiem mieszającym jest powietrze)

Materiał rudny jest polimeryczny.

ZnO+H₂SO₄→ZnSO₄+H₂O REAKCJA ŁUGOWANIA

Stosuje się dwie metody:

1. okresowa - w zbiorniku jest jednorazowo dawany wsad zawierajacy metal i roztwór ługujący 15% - roztworu H₂SO₄

ługownik do ługowania okresowego

przy pH= 5,2÷5,5 - kończy się proces ługowania

Zalety:

- w przypadku koncentratów przychodzących od róznych producentów.

2. ciagła - kilka szeregów ustawionych ługowników jak wyżej, gęstwa jest przesuwana od jednego do drugiego.

Zalety: wydajność ługowania jest wyższa od okresowego

Wady:

Skład chemiczny koncentratów musi być ustabilizowany - jakiekolwiek zmiany mogą niekorzystnie wpływać na proces i w razie awarii wymaga znacznie większej pracy (trzeba wyprowadzić więcej gęstwy).

Etapy oczyszczania:

1. zagęszczanie - w urz. Podobnych do ługowników (osadnika)

dodawane są odczynnika (koagulanty) pozwalające się łączyć cząsteczkom stałym i opadają

2. filtracja - {filtry próżniowe, bębnowe}

3. proces cementacjoi- jako czynnik cementacji wykorzystuje się bardzo dobry pył cynkowy

Wodny roztwór siarczku cynku jest przewodnikiem elektrolitycznym. Przepływaniu prądu przez elektrolit towarzyszą procesy chemiczne……….

I prawo Faraday'a m=k⋅I⋅t

k=1,22 g/Ah

m - masa wydzielonej substancji

na anodzie zachodzi utlenianie

A^z-=A+ze

na katodzie redukcja

K^z++ze=K

W procesie elektrolizy:

Katoda: Zn+2e = Zn

Anoda: SO^2-₄ = SO+1/2O₂+2e

reakcja elektrolizy cynku:

ZnSO₄+H₂O = Zn+H₂SO₄+1/2O₂

Remp.30÷35şC zapewnia osadzanie cynku na katodach, niebagatelne znaczenie ma powierzchnia katod.

Cyrkulacja w wannach elektrolitycznych - kontakt czynników z surowcem zawierającym cynk jest ważny. Roztwór zawierający cynk musi przepływać mieszy elektrodami, aby można było go „wyciąć”

Topienie w piecach indukcyjnych - jest stosowany salmiak.

OŁÓW w 75% wykorzystywany jest do produkcji akumulatorów

Do otrzymywania ołowiu stosowana jest metalurgia miedzi

Metody przerobu wtórnego: (akumulatorów)

1. metody bezpośrednie - w stanie dostarcz. łącznie z elektrol. Dostarczane są do pieca szybowego

2. metody pośrednie proste - usuwane są tylko obudowy akumulatorów a reszta przerabiana jest razem.

3. metody pośrednie złożone - oddzielenie metalu od materiału obudów.

Ołów twardy - zawiera antymon (kratki)

Ołów miękki - zaciski, nakładki

Piece Derszla - piece obrotowo - wahadłowe

MIEDŹ produkcja oparta o chalkozyt.

W Polsce występują głównie rudy siarczkowe zawierające od 2÷2,5% miedzi

Ruda Cu jest rudą polimeryczną

Ruda (0,5÷2% Cu)

⇓

Kruszenie

(27 mln ton/rok - roczne przerabianie miedzi)

⇓

Mielenie

⇓

Flotacja







odpady koncentrat Cu

zawiera 25-30% Cu

Gdy mamy już koncentrat to poddawany on jest procesowi stapiania

Istnieją 2 rodzaje otrzymywanych materiałów.

Koncentrat

⇓

stapianie






Miedź kamień miedziowy


(stopiony siarczek miedzi)

⇓

konwertowanie

⇓

miedź blister








R. ogniwa

Elektrorafinacja




Cu elektrolityczna

Piec szybowy i zawiesinowy - są dwa rodzaje stapiania w piecach

Piec:

szybowy- materiał podawany w kawałkach

zawiesinowy- nowoczesna technologia otrzymywania Cu, materiał musi być bardzo suchy

Konwertorownie kamienia miedziowego.

I okres - utlenia się żelazo - I etap tworzenia żużla

Podczas rafinacji ogniowej usuwa się tlen, ołów, dwutlenek siarki.

II etap - utlenianie siarczku miedzi Cu₂S

Żerdziowanie - do miedzi są wrzucane żerdzie drewna.








Wskaźnik

Model

Kontrola

Modyfikacja

Proces

WSAD

PRODUKT

SURÓWKA

STALIWO

STAL

ŻELIWO

P

S

---