Раздел 1. Вводная часть. Общие представления о технологических процессах в металлургии

Цель раздела:

Ознакомиться с современным состоянием переработки сырья в металлургии

План раздела.

1. Введение в металлургию.

2. Общие представления о технологических процессах в металлургии.

3. Металлургия Казахстана

2. Общие представления о технологических процессах в металлургии

Упомянем о таких распространенных у металлургов методов, как гидрометаллургия, пирометаллургия, электрометаллургия, биотехнологии.

Гидрометаллургия – это извлечение металлов из руд, концентратов и отходов различных производств при помощи воды и водных растворов химических реактивов (выщелачивание) с последующим выделением металлов из растворов (например, цементацией, электролизом).

Пирометаллургия – это металлургические процессы, протекающие при высоких температурах (обжиг, плавка и т.п.).

Электрометаллургия – получение металлов с помощью электролиза

Биотехнологии – технологии, связанные с деятельностью живых организмов (в данном случае - микроорганизмов).

Остановимся подробнее на каждом из них.

Гидрометаллургия – это извлечение металлов из руд с помощью веществ (H₂SO₄, KCN и др.) в виде соединений, растворимых в воде, и последующем выделением металлов в свободном виде.

Например:

1 стадия – CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O,

2 стадия – CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu.

Так можно получать Ag, Zn, Cd, Mo и др. металлы.

Пирометаллургия – это процесс получения металлов восстановлением из руд при повышенной температуре с помощью восстановителей: C, CO, Al, H₂, Mg.

Например:

Cu₂O + CO → 2Cu + CO₂.

Отраслью пирометаллургии является металлотермия – восстановление металлов из оксидов более активными металлами.

Например:

Cr₂O₃ + 2Al → 2Cr + Al₂O₃.

Электрометаллургия – получение металлов с помощью электролиза. Их восстанавливают из расплавов солей или оксидов. Электролизом очищают также металлы от примесей.

Например:

NaCl ⇄ Na⁺ + Cl^-

K^-| Na⁺ + 1ē → Na⁰  |· 2

A⁺ | 2Cl^- - 2ē → Cl₂⁰

2NaCl   ^эл.ток       2Na + Cl₂

Биометаллургия – область металлургии, в которой для извлечения металлов из руд, концентратов, горных пород и растворов используют микроорганизмы или их метаболиты (продукты обмена в живых клетках).

Например, Cu, U, As, Zn и др. металлы.

Применение биометаллургии позволяет:

- существенно снизить сырьевые ресурсы за счёт использования бедных руд;

- обеспечить более полное извлечение всех ценных компонентов из сырья без создания сложных горно-добывающих комплексов;

- процессы легко автоматизируются;

- обеспечивается высокая производительность труда;

- биотехнологии не имеют вредных выбросов.

Анализ имеющихся данных свидетельствует о том, что во многих странах мира идет интенсивный научный поиск по применению различных микроорганизмов к конкретным металлургическим объектам (биовыщелачивание, биоокисление, биосорбция, биоосаждение и очистка растворов). В частности, железоокисляющие бактерии уже находят применение для выщелачивания металлов из сульфидных и смешанных руд, концентратов и отходов производства, обессеривания углей и т.п. Для получения желательных (более активных) мутантных штаммов используют методы генной инженерии. К настоящему времени наибольшее применение биотехнические процессы нашли для извлечения таких цветных металлов, как медь, золото, цинк, уран, никель из сульфидного сырья. Особое значение имеет реальная возможность использования методов биотехнологии для глубокой очистки сточных вод металлургических производств.

Масштабы переработки руд в мире огромны.

Получаемые в результате обогащения концентраты поступают на металлургические предприятия для непосредственного получения из них тех или иных металлов и сплавов. Сегодня металлы являются основой современной цивилизации.  Такое положение они заняли в результате многовековых усилий людей во многих странах.