Пример готовой контрольной работы по предмету: Металлургия
Содержание
1. 1 Минералы для цветной металлургии
• Основное сырье для цветной металлургии — руды. Руда — это природное материальное соединение, содержащее какой-либо металл или несколько металлов, а также неметаллические полезные ископаемые в концентрациях, извлечение которых экономически целесообразно. Руды цветных металлов отличаются низким содержанием полезных компонентов и комплексным характером.
• В зависимости от вида присутствующих металлосодержащих минералов руды цветных металлов делятся на группы:
• · Сульфидные (Минералы находятся в форме сернистых соединений).
Это медные, медно-никелевые, свинцово-цинковые руды;
• · Окисленные, в них минералы находятся в форме кислородсодержащих соединений (оксиды, карбонаты).
Это алюминиевые, окислено-никелевые, оловянные руды;
• · Смешанные, в них минералы могут находиться и одной и в другой формах (медные руды);
• · Самородные содержат металлы в свободном соединении (золото, серебро, платина).
• По числу присутствующих металлов руды делятся на монометаллические и полиметаллические. Большинство руд цветных металлов являются полиметаллическими и содержат как минимум два ценных компонента. Наиболее сложными по составу являются медные, медно-никелевые, свинцово-медно-цинковые руды
2. 1 Получение глинозема по способу Байера
Способ Байера — способ выделения глинозема из боксита — основан на выщелачивании, цель которого растворить содержащийся в боксите оксид алюминия Al 2O3, избежав перевода в раствор остальных составляющих боксита (SiO2, Fe 2O3 и др.).
В основе способа лежит обратимая химическая реакция:
Al 2O3 • n H2O + 2NaOH = Na 2O • Al 2O3 + (n + 1)H2O.
При протекании реакции вправо глинозем в виде алюмината натрия переходит в раствор, а при обратном течении реакции образующийся гидратированный Al 2O3 выпадает в осадок. Упрощендая схема производства глинозема по способу Байера показана на рис. 244. Ниже описаны основные операции этого способа.
1. Подготовка боксита к выщелачиванию. Боксит дробят и размалывают до фракций размером 0,05— 0,15 мм в среде добавляемой щелочи и оборотного раствора щелочи NaОН, добавляют также немного извести, активизирующей выщелачивание.
2. Выщелачивание. Полученную при помоле пульпу направляют на выщелачивание. Для полного протекания приведенной выше реакции вправо (образования алюмината натрия) необходимы щелочная среда, высокое давление (~ 3 МПа), нагрев пульпы до 100—
24. °С (в зависимости от сорта боксита) и ее длительное (около 2 ч) перемешивание. Такие условия обеспечиваются в автоклавах — сосудах, работающих под давлением. Применяемые автоклавы представляют собой (рис.245) стальной цилиндрический сосуд диаметром 1,6— 2,5 и высотой 13,5— 17,5 м. Давление в автоклаве 2,5— 3,3 МПа, пульпу подают сверху, снизу через патрубок 2 с барботером 3 — пар, который нагревает и перемешивает ее. Из автоклава пульпа выдавливается через трубу 1.
Автоклав для выщелачивания боксита
Пульпу обычно пропускают через батарею из 6—
1. последовательно установленных автоклавов, где в течение ~ 2 ч содержащийся в пульпе в виде Al 2O3 • Н 2O, Al 2O3 • 3Н 2O и Al 2O3 глинозем реагирует со щелочью (реакция
приведена выше), переходя в Na 2O • Al 2O3. В первый автоклав пульпу подают насосом, предварительно подогрев до ~
15. °С, из последнего автоклава пульпа попадает в два автоклава-испарителя, в которых давление снижается до атмосферного. Продуктом является автоклавная пульпа, состоящая из алюми- натного раствора (содержащего Na 2O • Al 2O3) и шлама (осадка, в который выпадают остальные примеси боксита).
3. Разделение алюминатного раствора и шлама после разбавления пульпы водой производят в сгустителях (отстойниках) — сосудах диаметром 15— 50 м, на дне которых оседает шлам, а через верх сливается отстоявшийся алюминатный раствор. Его дополнительно пропускают через фильтры и направляют на следующую операцию — декомпозицию. Получаемый красный шлам (окраску ему придают частицы Fe 2O3) идет в отвал, шлам содержит, %: Al 2O3 12— 18, SiO2 6— 11, Fe 2O3 44-50, CaO 8-13.
4. Разложение алюминатного раствора, называемое также декомпозицией или выкручиванием проводят с целью перевести алюминий из «раствора в осадок в виде Al 2O3 • 3Н 2O, для чего обеспечивают течение приведенной выше реакции выщелачивания влево, в сторону образования Al 2O3 • 3Н 2O. Чтобы указанная реакция шла влево, необходимо понизить давление (до атмосферного), разбавить и охладить раствор, ввести в него затравки (мелкие кристаллы гидрооксида алюминия) и пульпу для получения достаточно крупных кристаллов Al 2O3 • 3Н
2. перемешивать в течение 50— 90 ч.
Этот процесс осуществляют в серии установленных последовательно и соединенных перепускными сифонами декомпозеров, через которые последовательно проходит пульпа (алюминатный раствор с выпадающими кристаллами гидрооксида алюминия).
В серии устанавливают 10—
1. декомпозеров с механическим перемешиванием или 16—
2. декомпозеров с воздушным перемешиванием пульпы. Первые представляют собой баки диаметром до 8 м, в которых перемешивание осуществляют вращением вокруг вертикальной оси волокуш (гребков).
Декомпозеры второго типа, преимущественно применяемые в настоящее время, представляют собой цилиндрические баки высотой 25— 35 м и объемом до 3000 м 3; снизу в них подают сжатый воздух, перемешивающих пульпу.
5. Отделение кристаллов гидрооксида алюминия от раствора и классификация кристаллов по крупности. После декомпозиции пульпа поступает в сгустители, где гидрооксид отделяют от раствора. Полученный гидрооксид в гидросепараторах разделяют на фракцию с размером частиц 40—
10. мкм и мелкую фракцию (размером <
4. мкм), которую используют в качестве затравки при декомпозиции. Крупную фракцию промывают, фильтруют и направляют на кальцинацию.
6. Кальцинацию или обезвоживание гидрооксида алюминия осуществляют в футерованных шамотом трубчатых вращающихся печах диаметром 2,5— 5 и длиной 35— 110 м, отапливаемых природным газом или мазутом. Гидрооксид медленно перемещается вдоль вращающегося барабана навстречу потоку горячих газов, температура которых повышается от 200—
30. °С в месте загрузки до ~ 1200 °С вблизи горелки у разгрузочного торца барабана. При нагреве гидрооксида идет реакция: Al 2O3 • 3H2O = Al 2O3 + 3Н 2O, заканчивающаяся при
90. °С. Продуктом является глинозем Al 2O3 (порошок белого цвета).
Извлечение глинозема при использовании описанного способа Байера составляет около 87 %. На производство 1 т глинозема расходуют 2,0— 2,5 т боксита, 70—
9. кг NaOH, около
12. кг извести, 7— 9 т пара, 160—
18. кг мазута (в пересчете на условное топливо) и около
28. кВт • ч электроэнергии.
Выдержка из текста
1. 1 Минералы для цветной металлургии
• Основное сырье для цветной металлургии — руды. Руда — это природное материальное соединение, содержащее какой-либо металл или несколько металлов, а также неметаллические полезные ископаемые в концентрациях, извлечение которых экономически целесообразно. Руды цветных металлов отличаются низким содержанием полезных компонентов и комплексным характером.
• В зависимости от вида присутствующих металлосодержащих минералов руды цветных металлов делятся на группы:
• · Сульфидные (Минералы находятся в форме сернистых соединений).
Это медные, медно-никелевые, свинцово-цинковые руды;
• · Окисленные, в них минералы находятся в форме кислородсодержащих соединений (оксиды, карбонаты).
Это алюминиевые, окислено-никелевые, оловянные руды;
• · Смешанные, в них минералы могут находиться и одной и в другой формах (медные руды);
• · Самородные содержат металлы в свободном соединении (золото, серебро, платина).
• По числу присутствующих металлов руды делятся на монометаллические и полиметаллические. Большинство руд цветных металлов являются полиметаллическими и содержат как минимум два ценных компонента. Наиболее сложными по составу являются медные, медно-никелевые, свинцово-медно-цинковые руды
2. 1 Получение глинозема по способу Байера
Способ Байера — способ выделения глинозема из боксита — основан на выщелачивании, цель которого растворить содержащийся в боксите оксид алюминия Al 2O3, избежав перевода в раствор остальных составляющих боксита (SiO2, Fe 2O3 и др.).
В основе способа лежит обратимая химическая реакция:
Al 2O3 • n H2O + 2NaOH = Na 2O • Al 2O3 + (n + 1)H2O.
При протекании реакции вправо глинозем в виде алюмината натрия переходит в раствор, а при обратном течении реакции образующийся гидратированный Al 2O3 выпадает в осадок. Упрощендая схема производства глинозема по способу Байера показана на рис. 244. Ниже описаны основные операции этого способа.
1. Подготовка боксита к выщелачиванию. Боксит дробят и размалывают до фракций размером 0,05— 0,15 мм в среде добавляемой щелочи и оборотного раствора щелочи NaОН, добавляют также немного извести, активизирующей выщелачивание.
2. Выщелачивание. Полученную при помоле пульпу направляют на выщелачивание. Для полного протекания приведенной выше реакции вправо (образования алюмината натрия) необходимы щелочная среда, высокое давление (~ 3 МПа), нагрев пульпы до 100—
24. °С (в зависимости от сорта боксита) и ее длительное (около 2 ч) перемешивание. Такие условия обеспечиваются в автоклавах — сосудах, работающих под давлением. Применяемые автоклавы представляют собой (рис.245) стальной цилиндрический сосуд диаметром 1,6— 2,5 и высотой 13,5— 17,5 м. Давление в автоклаве 2,5— 3,3 МПа, пульпу подают сверху, снизу через патрубок 2 с барботером 3 — пар, который нагревает и перемешивает ее. Из автоклава пульпа выдавливается через трубу 1.
Автоклав для выщелачивания боксита
Пульпу обычно пропускают через батарею из 6—
1. последовательно установленных автоклавов, где в течение ~ 2 ч содержащийся в пульпе в виде Al 2O3 • Н 2O, Al 2O3 • 3Н 2O и Al 2O3 глинозем реагирует со щелочью (реакция
приведена выше), переходя в Na 2O • Al 2O3. В первый автоклав пульпу подают насосом, предварительно подогрев до ~
15. °С, из последнего автоклава пульпа попадает в два автоклава-испарителя, в которых давление снижается до атмосферного. Продуктом является автоклавная пульпа, состоящая из алюми- натного раствора (содержащего Na 2O • Al 2O3) и шлама (осадка, в который выпадают остальные примеси боксита).
3. Разделение алюминатного раствора и шлама после разбавления пульпы водой производят в сгустителях (отстойниках) — сосудах диаметром 15— 50 м, на дне которых оседает шлам, а через верх сливается отстоявшийся алюминатный раствор. Его дополнительно пропускают через фильтры и направляют на следующую операцию — декомпозицию. Получаемый красный шлам (окраску ему придают частицы Fe 2O3) идет в отвал, шлам содержит, %: Al 2O3 12— 18, SiO2 6— 11, Fe 2O3 44-50, CaO 8-13.
4. Разложение алюминатного раствора, называемое также декомпозицией или выкручиванием проводят с целью перевести алюминий из «раствора в осадок в виде Al 2O3 • 3Н 2O, для чего обеспечивают течение приведенной выше реакции выщелачивания влево, в сторону образования Al 2O3 • 3Н 2O. Чтобы указанная реакция шла влево, необходимо понизить давление (до атмосферного), разбавить и охладить раствор, ввести в него затравки (мелкие кристаллы гидрооксида алюминия) и пульпу для получения достаточно крупных кристаллов Al 2O3 • 3Н
2. перемешивать в течение 50— 90 ч.
Этот процесс осуществляют в серии установленных последовательно и соединенных перепускными сифонами декомпозеров, через которые последовательно проходит пульпа (алюминатный раствор с выпадающими кристаллами гидрооксида алюминия).
В серии устанавливают 10—
1. декомпозеров с механическим перемешиванием или 16—
2. декомпозеров с воздушным перемешиванием пульпы. Первые представляют собой баки диаметром до 8 м, в которых перемешивание осуществляют вращением вокруг вертикальной оси волокуш (гребков).
Декомпозеры второго типа, преимущественно применяемые в настоящее время, представляют собой цилиндрические баки высотой 25— 35 м и объемом до 3000 м 3; снизу в них подают сжатый воздух, перемешивающих пульпу.
5. Отделение кристаллов гидрооксида алюминия от раствора и классификация кристаллов по крупности. После декомпозиции пульпа поступает в сгустители, где гидрооксид отделяют от раствора. Полученный гидрооксид в гидросепараторах разделяют на фракцию с размером частиц 40—
10. мкм и мелкую фракцию (размером <
4. мкм), которую используют в качестве затравки при декомпозиции. Крупную фракцию промывают, фильтруют и направляют на кальцинацию.
6. Кальцинацию или обезвоживание гидрооксида алюминия осуществляют в футерованных шамотом трубчатых вращающихся печах диаметром 2,5— 5 и длиной 35— 110 м, отапливаемых природным газом или мазутом. Гидрооксид медленно перемещается вдоль вращающегося барабана навстречу потоку горячих газов, температура которых повышается от 200—
30. °С в месте загрузки до ~ 1200 °С вблизи горелки у разгрузочного торца барабана. При нагреве гидрооксида идет реакция: Al 2O3 • 3H2O = Al 2O3 + 3Н 2O, заканчивающаяся при
90. °С. Продуктом является глинозем Al 2O3 (порошок белого цвета).
Извлечение глинозема при использовании описанного способа Байера составляет около 87 %. На производство 1 т глинозема расходуют 2,0— 2,5 т боксита, 70—
9. кг NaOH, около
12. кг извести, 7— 9 т пара, 160—
18. кг мазута (в пересчете на условное топливо) и около
28. кВт • ч электроэнергии.
Список использованной литературы
Самостоятельно. интернет
