Металлургия алюминия, меди и титана

 

Металлургия меди.

 

Применяется в технически чистом виде в электротехнической промышленности, а неэлектрорафинированная медь – для производства сплавов.

Руда:

– сульфидные руды, горные породы медный колчедан или халькопирит: 60-90% пирита FeS₂ и 1-3% меди в виде соединений Cu₂S, CuS. До 80% меди получают из сульфидных руд. Cu₂O – куприт.

– окисленные руды, из них добывают до 15% Cu (CuO, Cu₂O – куприт; CuСO₃ Cu(OН)₂ – азурит).

– самородная медь встречается примерно на 5%.

90% Cu извлекают пирометаллургическим способом. Около 10% меди путем подвергания бедных руд выщелачиванием – гидрометаллургический способ.

Технологический процесс пирометаллургического способа производства меди включает следующие стадии (рисунок 1.6):

1) Обогащение руды:

– дробление и размол (до зерен размером 0,05¸0,5 мм);

– флотационное обогащение основано на том, что в пульте несмачивающиеся частицы руды вместе с пузырьками продуваемого воздуха поднимается вверх в виде пены (добавляют масла и другие вещества, образующие на поверхности частиц пленки), а пустая порода смачиваясь вниз.

Полученный концентрат содержит до 10–35% меди;

2) Обжиг в специальных многоходовых вертикальных печах (за счет горения S (CuS, Cu₂S и др.), t = 80°) или обжиг в кипящем слое (в кипящем слое 600–700°C CО₂ воздуха) ® окисление серы и железа (утилизируется 2-х окиcь SO₂) – увеличивается в 1,5-2 раза.

3) Получение медного штейна

FeS × Cu₂S – в специальных шахтных вертикальных или пламенных отражательных печах:

20–60% Cu, 10-60% Fe и 20-25% S.

с t_плавл.» 950-1050°С. Пустая порода, как шлак;

4) Получение черновой меди – путем продувки жидкого штейна кислородом в горизонтальных и вертикальных конверторах:

 

Cu₂S + O₂ = 2Cu + SO₂­

 

идет на производство кислот, а внизу откладывается черновая медь, которую разливают в чушки или на плиты;

D_конв = 3-4 м, L = 6-10 м, футеровка основная магнезитовым кирпичом. Р_возд. = 0,8-1,2 атм.

5) Рафинирование меди:

– основной способ электролитический – медь для электротехнической промышленности или загрязненных благородными металлами в электролизных ваннах: происходит растворение анодов (Cu⁺⁺) и откладывается на катодах. 10-16% Cu₂SO₄ + 10–16% H₂SO₄ на получение 1 т Cu – расходуется 250–300 кВт/ч электроэнергии, получают 5 марок М0¸М4 99,0-99,95% Cu. В = 1,2 м, h = 1 м, L = 2,5-3 м, корпус из дерева или бетона, внутри обкладка пластмассой: 20-30 суток – вес катодов из 99,95% Cu ~ 60-90 кг.

 

 

Рисунок 1.6 – Упрощенная схема получения из сульфидных руд пирометаллургическим способом.

 

Металлургия титана.

 

Сочетает высокие механические свойства и коррозионную стойкость с малым удельным весом по сравнению с железными и другими сплавами. Титановые сплавы обладают повышенными механическими свойствами при 500–550°, имеют малый коэффициент линейного расширения, немагнитны и высокой коррозионной стойкостью.

Производство затруднительно в связи с высокой химической активностью при высоких температурах и требует создания для плавки среды инертных газов и вакуума.

Руды: ильменит, титаномагненит

– содержание в виде TiO₂ (рутила) колеблется от 8 до 60%. Технологический процесс производства включает:

а) флотацией отделяют от пустой породы, концентрат с 90-99% TiO₂;

б) рутил подвергают хлорированию и получают TiCl₄

TiO₂ + 2Cl₂ + 2C ® TiCl₄ + 2CO

t_кип = 136°

в) восстановление Ti в среде инертных газов (аргон)

TiCl₄ + 2H₂ ® Ti + 4HCl;

TiCl₄ + 4Na ® Ti + 4NaCl;

TiCl₄ + 2Mg ® Ti + 2MgCl₂ – при 850-950° наиболее перспективный способ.

Ti получается в виде губки, которая переплавляется в порошкообразное состояние или в виде прессованных электродов.

г) плавка в электрических высокочастотных или электродуговых печах в вакууме и в среде инертных газов (аргона).