metalurgia036

70

Ze względu na koszt elektrolityczna rafinacja aluminium jest stosowana tylko do otrzymywania metalu o bardzo dużej czystości. Wykonuje się ją w efektrolizerach o budowie podobnej do elektrolizerów służących do otrzymywania surowego aluminium, lecz o mniejszych wymiarach. Odwrotnie są także połączone bieguny prądowe. Anodę stanowi węglowy trzon wanny, katodę bloki węglowe podwieszone w górnej części wanny. Elektrolitem jest mieszanina stopionych soli, przede wszystkim chlorków i fluorków. Konieczne jest również zwiększenie ciężaru właściwego surowego metalu przez dodanie miedzi celem utrzymania go w dolnej części wanny na anodzie. W wyniku elektrolizy czyste aluminium zbiera się nad elektrolitem w sąsiedztwie bloków katodowych. Pierwiastki o większej elektroujemności niż aluminium pozostają w elektrolicie, a o mniejszej w stopie anodowym (nieoczyszczonym).

Otrzymywanie i topienie stopów' aluminium

Stopy aluminium wytwarza się z ciekłego metalu bezpośrednio po ogniowej rafinacji oraz ze złomu zarówno czystego aluminium, jak i stopów. Dodatki stopowe są wprowadzane, podobnie jak w przypadku innych stopów, albo w postaci czystej, albo w postaci stopów wstępnych, zwanych zaprawami.

Wytwarzanie i topienie stopów aluminium prowadzi się głównie w piecach płomiennych trzonowych i piecach indukcyjnych. Do topienia niewielkich ilości metalu wykorzystuje się także piece tyglowe na paliwo ciekle i gazowe. Piece oporowe, głównie tyglowe, służą do przetrzymywania ciekłego metalu na stanowiskach odlewania do form trwałych.

Topienie stopów aluminium, np. w odlewniach, musi byc prowadzone w warunkach zabezpieczających metal przed absorbcją zanieczyszczeń. Niski poziom zanieczyszczeń, przede wszystkim w postaci tlenków i wodoru, zapewniają dwa czynniki:

-    czysty wsad,

-    izolowanie topionego metalu od atmosfery za pomocą żużla ochronnego.

Żużle ochronne używane przy topieniu stopów aluminium mają podobny skład

do żużli adsorbujących tlenki w procesie rafinacji.

W przypadku topienia zanieczyszczonego wsadu wykonuje się zabiegi rafina-cyjne identyczne ze stosowanymi do rafinacji surowego aluminium. Po stopieniu wsadu i jego rafinacji prowadzi się często zabieg modyfikacji. Polega on na wprowadzeniu dodatków powodujących drobnoziarnistą krystalizację lub zmianę sposobu krystalizacji eutektyki polepszającą właściwości mechaniczne metalu.

2.9.3. Metalurgia cynku

Rudy cynku dzielą się na dwie grupy:

-    rudy siarczkowe, zwane blendą cynkową, w których nośnikiem cynku jest siarczek ZnS,

- rudy węglanowe, zwane smitsonitem lub galmanem cynkowym, zawierające ZnC0₃.

Rudy te są z reguły rudami polimetalicznymi, zawierającymi - poza cynkiem -ołów i kadm. Ponadto są zanieczyszczone innymi metalami, przede wszystkim żelazem. Zawartość cynku w rudach wynosi od 2,5 do 10%.

Wstępna przeróbka rud polega na częściowym usunięciu skały płonnej oraz prażeniu. Ma ona na celu przeprowadzenie w tlenki związków metali zawartych w rudzie. Po wzbogaceniu koncentrat podlega spiekaniu.

Wstępny proces metalurgiczny cynku jest procesem redukcyjnym. Jego charakterystyczną cechą jest otrzymywanie cynku w postaci gazowej. Wynika to stąd, że temperatura redukcji tlenku cynku według reakcji:

ZnO + CO-> Zn + COt

wynosi około 1100°C i jest wyższa od temperatury wrzenia cynku, wynoszącej 9Ó7°C.

Proces redukcji rud cynku prowadzi się w:

-    piecach szybowych,

-    piecach muflowych z muflami poziomymi lub z muflą pionową.

Rys. 2.44. Schemat pieca szybowego do otrzymywania cynku: 1 - urządzenie zasypowe z podwójnym zamknięciem dzwonowym, 2 - odpływ gazów zawierających cynk do kondensatora, 3 - szyb, 4 - dysza, 5 - spust ołowiu i żużla

Piec szybowy do otrzymywania cynku przedstawiono na rysunku 2.44. Ma on prostokątny przekrój szybu o powierzchni od 12 do 20 m", wysokość około 15 m i jest wyposażony w około 30 dysz, doprowadzających powietrze o temperaturze około 600°C. Wsad złożony z koncentratu, zawierającego około 40%

Zn i 20% Pb, topników w postaci kamienia wapiennego oraz koksu jest ładowany przez gardziel.

W pierwszej kolejności w wyniku redukcji tlenku otrzymuje się ołów, który zbiera się w garze, skąd jest okresowo spuszczany. W niższych partiach szybu, w wyższej temperaturze, następuje redukcja tlenku cynku. Gazowy cynk wraz z gazami jest pobierany z pieca w górnej części szybu, aby nie doszło do jego skroplenia, gdyż w atmosferze gazów zawierających C0₂ spowodowałoby to powtórne utlenienie. Oddzielenie cynku od reszty gazów odbywa się przez ich przepuszczenie przez natrysk ołowiu, w którym cynk ulega roztworzeniu. Stop ołowiu, zawierający około 2,4% cynku, jest przeprowadzany do wanny segregacyjnej, gdzie jego składniki ulegają rozdzieleniu.

W procesach prowadzonych w piecach muflowych wsad stanowi mieszanina koncentratu i koksu jako reduktora. Ciepło niezbędne do