Тема 1.4. Классификация металлургических процессов
Рис.1
Методы обогащения.
Тема 1.3 Обогащение руд цветных металлов
Обогащение – это искусственное повышение содержания металлов в сырье путем удаления большей части пустой породы.
Большинство руд цветных металлов представляют собой сравнительно бедные горные породы. Например:
1т Al =>7-10 т руды;
1т Cu => до 200 т руды;
1 кг Au => ≈7000 т руды.
Обогащение позволяет повысить содержание металлов в 10-100 раз.
В результате обогащения получают следующие продукты:
1. Концентрат – продукт, содержащий извлекаемый металл.
2. Хвосты (отходы) – продукт, содержащий пустую породу
3. Промежуточный продукт – содержание в нем ценного компонента меньше, чем в концентрате, но больше, чем в хвостах. Их подвергают повторному обогащению или непосредственно металлургической переработке.
Обогащение проводят двумя путями:
1. Коллективный –все ценные металлы из руды извлекаются в один концентрат.
2. Селективный – каждый металл извлекается в отдельный концентрат (продукт).
|
|
Процесс обогащения состоит из следующих стадий:
1. Подготовка руды к обогащению.
2. Собственно обогащение.
3. Подготовка концентратов к металлургической обработке.
Перед обогащением руду обычно дробят, измельчают и сортируют по крупности.
Основные методы обогащения:
- флотация;
- гравитация.
Флотация. Способ основан на прилипании плохо смачиваемых водой частиц минералов к пузырькам воздуха, образуя на поверхности минерализованную пену. Хорошо смачиваемые частицы минералов остаются в пульпе (механическая смесь твердой и жидкой фазы). Таким образом происходит разделение различных минералов (рис.1).
Гравитация. Этот способ основан на различии физических свойств минералов:
-плотность;
- форма;
- размеры зерен.
Среда для разделения: вода, воздух, суспензия (взвесь твердых частиц в жидкости). Наблюдаются различия в характере движения под действием силы тяжести или центробежной силы и сопротивления среды.
Вспомогательные методы:
1. Магнитное обогащение – основано на разнице магнитных свойств минералов под действием магнитного поля (рис.2).
Рис.2
2. Электростатическое обогащение – происходит под действием электрического поля, вызывающим изменения в траектории движения частиц. Основано на разнице электрических свойств минералов (электропроводность, диэлектрическая проницаемость).
3. Ручная рудоразборка – основана на разнице внешнего вида (цвет, блеск, форма минералов). Из руды вручную разбирают куски, но это трудоемкая и дорогая операция, имеющая ограниченное применение.
Самостоятельная работа:
1.Подготовить презентации, доклады, сообщения, видеофильмы по методам обогащения.
|
|
Все процессы в цветной металлургии подразделяются на:
- пирометаллургические;
- гидрометаллургические.
Пирометаллургические процессы проводят при высоких температурах, с полным или частичным расплавлением материалов.
По характеру протекающих физико-химических превращений, поведению компонентов и конечным результатам пирометаллургические процессы можно разделить на три группы:
- обжиг;
- плавка;
-дистилляция.
Обжиг – металлургический процесс, проводимый при высоких
температурах (500-12000С) с целью изменения минералогического и химического составов перерабатываемого сырья.
Плавка – пирометаллургический процесс, проводимый при температурах, обеспечивающих в большинстве случаев полное расплавление перерабатываемого материала.
Дистилляция – процесс испарения вещества при температуре несколько выше точки его кипения, позволяющей возгонкой разделить компоненты обрабатываемого материала в зависимости от их летучести.
Гидрометаллургические процессы проводят в водных средствах при температурах не выше 300оС.
Любой гидрометаллургический процесс состоит из трех основных стадий:
-выщелачивание;
-очистка растворов от примесей;
-осаждение металла из раствора;
Выщелачивание – процесс перевода извлекаемых металлов в раствор при воздействии растворителя на перерабатываемый материал (руду, концентрат, полупродукты металлургического производства и т.п.) часто в присутствии газового реагента – О2, Н2 и др.
В результате выщелачивания получают два продукта:
1. Раствор извлекаемого металла (обычно загрязненный примесями);
2.Нерастворенный остаток, состоящий, в основном, из пустой породы.
В качестве растворителей используют:
- Н2О;
- растворы кислот, щелочей или солей.
Очистку растворов от примесей проводят с целью предотвращения их попадания в извлекаемый металл при последующем его осаждении.
Осаждение металлов из очищенных растворов от выщелачивания проводят электролизом водных растворов, цементацией или восстановлением газообразными восстановителями под давлением.
В гидрометаллургии цветных металлов, особенно при производстве редких и благородных металлов, все большее распространение приобретают сорбционные (ионообменные) и экстракционные процессы.
Ионообменные процессы основаны на способности некоторых твердых веществ (ионов) при контакте с растворителями поглощать ионы из раствора в обмен на ионы того же знака, входящих в состав ионита.
В качестве ионитов используют твердые синтетические, высокомолекулярные вещества, обладающие высокой обменной ёмкостью (ионообменной способностью), химической стойкостью и механической прочностью.
По знаку заряда обменивающихся ионов различают:
- катиониты;
- аниониты;
-амфолиты – амфолитные иониты, способные одновременно осуществлять как катионный, так и анионный обмен.
Экстракцией ( жидкостной экстракцией) – называется процесс извлечения растворенных химических соединений металлов из водного раствора в жидкую органическую фазу, не смешивающуюся с водой.
Последующей реэкстракцией из органической фазы экстрагированный металл извлекают в водный раствор.
В качестве экстрагентов используют:
- органические кислоты и их соли;
- соли аминов и аммониевых оснований;
- спирты;
- эфиры;
- кетоны.