Металлургическое сырье
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Металлургия. Литейное производство
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Год издания: 2017
Кол-во страниц: 222
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7638-3658-5
Артикул: 714179.01.99
Рассмотрены различные виды рудного металлургического сырья и используемые в металлургии вспомогательные материалы. Приведены основные типы сырья для производства свинца, цинка, меди, никеля, алюминия и благородных металлов (золота, серебра, платиновых металлов). Описаны способы подготовки сырья к металлургическому переделу: механические (дробление, измельчение, обогащение, сушка, увлажнение, укрупнение и др.) и химические (обжиг, агломерация), которые дают возможность оценить сложность технологических схем получения цветных металлов из сырья. Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 22.03.02 «Металлургия».
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
ВВЕДЕНИЕ Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет Н. В. Марченко, О. Н. Ковтун МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ СЫРЬЕ Учебное пособие Красноярск СФУ 2017
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ СЫРЬЕ Н.В. Марченко, О.Н. Ковтун УДК 669-1(07) ББК 34.3-3я73 М300 Рецензенты: А. А. Колмакова, кандидат технических наук, начальник отдела оборудования и вспомогательных материалов Департамента по коммерции ООО «РУС-Инжиниринг»; Н. В. Миронкина, кандидат технических наук, руководитель проектов НТЦ ОАО «Красцветмет» Марченко, Н. В. М300 Металлургическое сырье : учеб. пособие / Н. В. Марченко, О. Н. Ковтун. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2017. – 222 с. ISBN 978-5-7638-3658-5 Рассмотрены различные виды рудного металлургического сырья и используемые в металлургии вспомогательные материалы. Приведены основные типы сырья для производства свинца, цинка, меди, никеля, алюминия и благородных металлов (золота, серебра, платиновых металлов). Описаны способы подготовки сырья к металлургическому переделу: механические (дробление, измельчение, обогащение, сушка, увлажнение, укрупнение и др.) и химические (обжиг, агломерация), которые дают возможность оценить сложность технологических схем получения цветных металлов из сырья. Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 22.03.02 «Металлургия». Электронный вариант издания см.: УДК 669-1(07) http://catalog.sfu-kras.ru ББК 34.3-3я73 ISBN 978-5-7638-3658-5 © Сибирский федеральный университет, 2017
ВВЕДЕНИЕ ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ................................................................................... 5 1. Металлы и сплавы .............................................................. 8 1.1. Классификация металлов .............................................. 8 1.2. Классификация сплавов ............................................... 16 1.3. Свойства металлов и сплавов ..................................... 20 Контрольные вопросы и задания к главе 1 ....................... 24 Тест к главе 1 ........................................................................ 25 2. Металлургическое сырье ................................................. 29 2.1. Первичное рудное сырье. Минералы и руды .............. 29 2.2. Техногенное сырье ........................................................ 37 2.3. Вторичное сырье............................................................ 45 Контрольные вопросы и задания к главе 2 ......................... 52 Тест к главе 2 ........................................................................ 52 3. Вспомогательные материалы для металлургического производства ............................... 55 3.1. Флюсы и их роль в металлургических процессах ....... 55 3.2. Шихта и шихтоподготовка ............................................. 65 3.3. Металлургическое топливо и его разновидности ....... 69 3.4. Огнеупорные материалы и их классификация ........... 78 Контрольные вопросы и задания к главе 3 ........................ 81 Тест к главе 3 ........................................................................ 81 4. Сырье для получения тяжелых цветных металлов ... 84 4.1. Сырье для получения свинца ..................................... 84 4.2. Сырье для получения цинка ........................................ 90 4.3. Сырье для получения меди .......................................... 98 4.4. Сырье для получения никеля..................................... 104 Контрольные вопросы и задания к главе 4 ......................111 Тест к главе 4 .......................................................................111 5. Сырье для получения благородных металлов .......... 114 5.1. Свойства золота и сырье для его получения ............ 114
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ СЫРЬЕ Н.В. Марченко, О.Н. Ковтун 5.2. Свойства серебра и сырье для его получения ......... 137 5.3. Свойства платиновых металлов и сырье для их получения ................................................. 149 Контрольные вопросы и задания к главе 5 ...................... 165 Тест к главе 5 ......................................................................166 6. Сырье для получения легких металлов ...................... 170 6.1. Свойства алюминия и история его получения .......... 170 6.2. Основные районы добычи и характеристика алюминиевого сырья ........................... 176 Контрольные вопросы и задания к главе 6 ...................... 183 Тест к главе 6 ......................................................................184 7. Механические способы подготовки сырья ................. 187 7.1. Обогащение руд .......................................................... 187 7.2. Складирование, усреднение и укрупнение рудных материалов ..................................... 197 Контрольные вопросы и задания к главе 7 ...................... 200 Тест к главе 7 ......................................................................201 8. Химические способы подготовки сырья .................... 203 8.1. Обжиг ...........................................................................203 8.2. Агломерация ................................................................ 210 Контрольные вопросы и задания к главе 8 ..................... 212 Тест к главе 8 ......................................................................212 Заключение ........................................................................... 214 Библиографический список .............................................. 215 Словарь терминов ............................................................... 216 Приложение .......................................................................... 220
ВВЕДЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ Металлургия – это отрасль, которая включает добычу, обогащение руд черных и цветных металлов, выплавку металлов и их сплавов, производство металлопроката. Размещение предприятий металлургии зависит от многих экономических и природных условий, особенно от сырьевого фактора. Заметную роль помимо сырья играет топливно- энергетический фактор. Знание сырьевой базы металлургической отрасли делает возможным прогнозирование пер спектив ее развития, планирование строительства новых металлургических предприятий и развитие действующих, совершенствование технологии получения металла из рудного сырья. Вовлечение в переработку техногенных и вторичных источников металлургического сырья дает возможность не только решать экологические проблемы переработки различных отходов, но и сохранять природные невозобновляемые источники сырья для будущих поколений. 4 Металлургия – это отрасль, которая включает добычу, обогащение руд черных и цветных металлов и выплавку металлов и их сплавов, производство металлопроката. Размещение предприятий металлургии зависит от многих экономических и природных условий, особенно от сырьевого фактора. Заметную роль, помимо сырья, играет топливноэнергетический фактор.
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ СЫРЬЕ Н.В. Марченко, О.Н. Ковтун Разведанные запасы железных руд в России составляют около 30 млрд т, из которых почти 4/5 приходится на европейскую часть и Урал, остальное – на восточные районы. Так, в пределах Курской магнитной аномалии (КМА) находятся месторождения мирового значения: Михайловское, Стойленское, Лебединское. Велики железорудные запасы Урала, в пределах которого выделяется Качканарская группа месторождений, Западной (Горно-Шорский железорудный район) и Восточной Сибири. Особенность расположения промышленных предприятий России заключается в больших расстояниях между производствами различных циклов. Металлургические комбинаты по выпуску чугуна и стали из руды традиционно находятся вблизи месторождений железных руд: Новолипецкий и Оскольский – около месторождений Центральной России; Череповецкий («Северсталь») – Карельского и Костомукшского; Магнитогорский – горыМагнитная и в 300 км от Соколовско-Сарбайского месторождения в Казахстане и др. При размещении предприятий учитывается также обеспеченость района водой, электроэнергией и природным газом. На территории России сформировано несколько основных баз цветной металлургии. Производство тяжёлых цветных металлов в связи с небольшой потребностью в энергии приурочено в основном к районам добычи сырья. По запасам, добыче и обогащению медных руд, а также выплавке меди ведущее место в России занимает Уральский экономический район, на территории которого выделяются Красноуральский, Кировградский, Среднеуральский, Медногорский комбинаты. Свинцово-цинковая промышленность в целом тяготеет к районам распространения полиметаллических руд. К таким месторождениям относятся Садонское (Северный Кавказ), Салаирское (Западная Сибирь), Нерчинское (Восточная Сибирь) и Дальнегорское (Дальний Восток). Центром никель-кобальтовой промышленности России являются города Норильск (Восточная Сибирь) и Мончегорск (Северный экономический район, Кольский полуостров), а также поселок городского типа Никель (Мурманская область). Для получения лёгких металлов требуется большое количество энергии. Поэтому сосредоточение предприятий, выплавляющих легкие металлы, у источников дешёвой энергии – важнейший принцип их размещения.
ВВЕДЕНИЕ Сырьём для производства алюминия являются бокситы Северо-Западного района (Бокситогорск), Урала (Североуральск) и нефелины Кольского полуострова (Кировск) и юга Сибири (Горячегорск). Из этого алюминиевого сырья в районах его добычи выделяют окись алюминия – глинозем (глиноземные комбинаты). А вот получение из него металлического алюминия методом электролиза расплавленных солей требует больших затрат электроэнергии. Поэтому электролизные алюминиевые заводы строят вблизи крупных электростанций, преимущественно ГЭС (Братской, Красноярской, Богучанской и др.). Благородные металлы очень мало распространены в природе и встречаются чаще всего в свободном (самородном) состоянии. Некоторое исключение составляет серебро, которое находится в природе в виде и самородков, и соединений, имеющих значение как рудные минералы. По оценкам экспертов, в недрах России хранится более 22 тыс. т золота, а средняя ежегодная добыча его составляет порядка 190 т. По количеству запасов золота Россия находится на почетном втором месте в мире, уступая только ЮАР. Из 40 субъектов Российской Федерации, располагающих запасами и (или) ресурсами золота, в 31 осуществляется добыча его в том или ином количестве. Однако только в шести объем добычи превысил 10 т. Именно они и обеспечили поступление более 78 % драгоценного металла. Четыре из шести субъектов-лидеров – Красноярский край, Магаданская область, Республика Саха (Якутия) и Иркутская область – заметно отличаются от прочих, в том числе от Амурской области и Хабаровского края, не только высокой долей в добыче золота, но и значительной обеспеченностью прогнозными ресурсами и запасами, причем последние сосредоточены в крупных и сверхкрупных месторождениях (Сухой Лог в Иркутской области, Олимпиадинское в Красноярском крае, Нежданинское в Саха-Якутии, Наталкинское в Магаданской области). Тогда как ни в Амурской области, ни в Хабаровском крае, по добыче также входящих в группу лидеров, месторождения такого класса не известны. По запасам и добыче платиноидов Россия занимает одно из ведущих мест в мире. При этом 99,4 % запасов приходится на сульфидные медно-никелевые месторождения (Норильское и Печенгская группа).
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ СЫРЬЕ Н.В. Марченко, О.Н. Ковтун 1.1. Классификация металлов Все известные в настоящее время химические элементы (более 100) по совокупности свойств подразделяют на металлы и неметаллы. Примерно 80 % общего числа элементов относится к металлам. Некоторые из них (мышьяк, сурьма и др.) иногда называют полуметаллами, так как по одним свойствам их можно отнести к металлам, а по другим – к неметаллам. Металлы (от лат. metallum – шахта, рудник) – вещества неорганического происхождения, мно Рис. 1.1. Классификация металлов гие из которых обладают характерным блеском, высокой плотностью, прочностью и твердостью, пластичностью, хорошей электро- и теплопроводностью. Все производимые и применяемые в технике металлы делятся на чёрные и цветные. Классификация металлов представлена на рис. 1.1. Наибольшее распространение в технике получили чёрные металлы. Это обусловлено большими запасами железных руд в земной коре, сравнительно простой технологией выплавки чугунов и сталей, их высокой конструктивной прочностью (прежде всего сталей) и относительно небольшой стоимостью. Черные металлы – промышленное название железа и его сплавов (чугун, сталь, ферросплавы и др.). Эти металлы составляют более 90 % всего объёма используемых в экономике метал 1. МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ Все известные в настоящее время химические элементы (более 100) по совокупности свойств подразделяют на металлы и неметаллы. Примерно 80 % общего числа элементов относится к металлам. Некоторые из них (мышьяк, сурьма и др.) иногда называют полуметаллами, так как по одним свойствам их можно отнести к металлам, а по другим – к неметаллам. Металлы (от латинского metallum – шахта, рудник) – вещества неорганического происхождения, многие из которых обладают характерным блеском, высокой плотностью, прочностью и твердостью, пластичностью, хорошей электро- и теплопроводностью. Все производимые и применяемые в технике металлы делятся на чёрные и цветные. Крассификация металлов преставлена на рис.1.1. Рис. 1.1. Классификация металлов Наибольшее распространение в технике получили чёрные металлы. Это обусловлено большими запасами железных руд в земной коре, сравнительно простой технологией выплавки чугунов и сталей, их высокой конструктивной прочностью (прежде всего сталей) и относительно небольшой стоимостью. Черные металлы – промышленное название железа и его сплавов (чугун, сталь, ферросплавы и др.). Черные металлы составляют более 90 % всего объёма используемых в экономике металлов, большая часть из них –это различные стали. Часто условно к черным металлам относят также хром и марганец, которые в основном используют в качестве добавок к железу. В последнее время их стали относить к отдельной группе – легирующие металлы. Восток). Центром никель-кобальтовой промышленности России являются города Норильск (Восточная Сибирь) и Мончегорск (Северный экономический район, Кольский полуостров), а также поселок городского типа Никель (Мурманская область). Для получения лёгких металлов требуется большое количество энергии. Поэтому сосредоточение предприятий, выплавляющих легкие металлы, у источников дешёвой энергии – важнейший принцип их размещения. Сырьём для производства алюминия являются бокситы СевероЗападного района (Бокситогорск), Урала (Североуральск) и нефелины Кольского полуострова (Кировск) и юга Сибири (Горячегорск). Из этого алюминиевого сырья в районах его добычи выделяют окись алюминия – глинозем (глиноземные комбинаты). А вот получение из него металлического алюминия методом электролиза расплавленных солей требует больших затрат электроэнергии. Поэтому электролизные алюминиевые заводы строят вблизи крупных электростанций, преимущественно ГЭС (Братской, Красноярской, Богучанской и др.). Благородные металлы очень мало распространены в природе и встречаются чаще всего в свободном (самородном) состоянии. Некоторое исключение составляет серебро, которое находится в природе и в виде самородков, и соединений, имеющих значение как рудные минералы. По оценкам экспертов, в недрах России хранится более 22 тыс. т золо МЕТАЛЛЫ ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ Редкие Тяжелые Легкие Благородные Тугоплавкие Легкие Рассеянные Редкоземельные Радиоактивные
ВВЕДЕНИЕ Рис. 1.2. Легкие цветные металлы лов, большая часть из них – это различные стали. Часто условно к черным металлам относят также хром и марганец, которые в основном используют в качестве добавок к железу. В последнее время их стали относить к отдельной группе – легирующие металлы. Все остальные металлы и сплавы составляют группу цветных металлов. Они применяются в технике реже, чем чёрные. Это объясняется незначительным содержанием многих цветных металлов в земной коре, сложностью процесса их выплавки из руд, недостаточной прочностью. Они дороже чёрных, и, когда это возможно, их заменяют чёрными металлами, пластмассами и другими (более дешёвыми) материалами. Однако цветные металлы имеют свойства, которые делают их применение в технике незаменимым. Из цветных металлов и сплавов наибольшее распространение получили сплавы алюминия, меди, никеля и олова. Из года в год возрастает интерес к титану и его сплавам, которые широко применяются в авиа- и ракетостроении, в химической промышленности, цветной металлургии и т.д. Цветные металлы, в свою очередь, подразделяются на следующие группы (общепринятой Алюминий (Al) Титан (Ti) Магний (Mg) 1. МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ СЫРЬЕ Н.В. Марченко, О.Н. Ковтун классификации цветных металлов нет): лёгкие цветные (с плотностью менее 2,7 г/см3): натрий, кальций, алюминий, титан, магний (рис 1.2). Эти металлы отличаются не только малой плотностью, но и высокой химической активностью, теплоемкостью, теплопроводностью и электропроводностью. Они имеют низкую температуру плавления (особенно магний и алюминий), но при их окислении образуются чрезвычайно тугоплавкие и плотные оксиды. К числу важнейших легких цветных металлов относится алюминий. По масштабам производства и потребления он занимает второе место среди всех металлов (после железа) и первое место среди цветных металлов; тяжелые цветные (с плотностью более 5 г/см3): никель, медь, свинец, цинк, олово, кобальт и др. (рис. 1.3). Мировое производство Cu, Pb, Zn, Ni исчисляется миллионами тонн в год. Сырьём для получения тяжелых цветных металлов служат сульфидные и окисленные полиметаллические руды, в которых обычно содержатся также многие благородные, редкие и другие ценные элементы, добываемые попутно с основными металлами. Многообразием типов руд и номенклатуры металлов обусловле Никель (Ni) Цинк (Zn) Свинец (Pb) Медь (Cu) Рис. 1.3. Тяжелые цветные металлы
ВВЕДЕНИЕ но большое число разнообразных и достаточно сложных методов их получения, обеспечивающих максимально полное извлечение всех ценных составляющих сырья. Методы получения тяжелых цветных металлов подразделяются на пирометаллургические (осуществляемые при высоких температурах обычно с расплавлением всей массы сырья) и гидрометаллургические (основанные на избирательном растворении ценных составляющих в водных растворах кислот или других растворителях и последующем выделении металлов из раствора различными методами – электролиз, цементация). Тяжелые цветные металлы применяют как в элементарном состоянии, так и в виде разнообразных сплавов с другими цветными металлами и железом. В промышленности и сельском хозяйстве широкое применение находят также многие химические соединения тяжелых цветных металлов, некоторые из них обладают ценными полупроводниковыми свойствами и играют важную роль в развитии электронной техники; благородные: золото, серебро, платина и металлы платиновой группы (палладий, родий, рутений, иридий, осмий), рис. 1.4. История благородных металлов – один из самых интересных разделов ма Золото (Au) Серебро (Ag) Платина (Pt) Рис. 1.4. Благородные металлы териальной культуры. По мнению многих ученых, золото было первым металлом, который человечество начало использовать для изготовления украшений, предметов домашнего обихода и религиозного культа. Золотые изделия были найдены в культурных слоях эпохи неолита (V–IV тыс. до н.э.). 1. МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ СЫРЬЕ Н.В. Марченко, О.Н. Ковтун Название «благородные металлы» они получили благодаря высокой химической стойкости (практически не окисляются на воздухе) и блеску в изделиях. Эти металлы не только сохраняются тысячелетиями в таких условиях, в которых другие быстро ржавеют и рассыпаются в прах, но и по своим механическим свойствам очень удобны для изготовления из них различных предметов. Золото, серебро, чистая платина и палладий обладают высокой пластичностью, а остальные благородные металлы – к тому же и очень высокой тугоплавкостью. Серебро является «чемпионом» по электрической проводимости и теплопроводности. Лишь немного уступают ему (а также меди) в этом золото и платина. Редкие металлы подразделяют (рис. 1.1): – на тугоплавкие редкие (с температурой плавления выше 1875 °С): вольфрам, молибден, ванадий, ниобий, цирконий, тантал (рис. 1.5). Все металлы этой группы относятся к переходным элементам IV, V и VI групп Перио дической системы, у которых происходит достройка элек тронного d-уровня. Эта особенность определяет ряд физических и химических свойств металлов рассматриваемой группы: тугоплавкость, высокую проч 1875 °С): вольфрам, молибден, ванадий, ниобий, цирконий, тантал (рис.1.5). Все металлы этой группы относятся к переходным элементам IV, V и VI групп периодической системы, у которых происходит достройка электронного d-уровня. Эта особенность определяет ряд физических и химических свойств металлов рассматриваемой группы: тугоплавкость, высокую прочность, коррозионную стойкость, переменную валентность, обусловливающую многообразие химических соединений. Все тугоплавкие металлы образуют тугоплавкие и твердые карбиды, бориды, силициды. Вольфрам Молибден Ванадий Рис.1.5. Тугоплавкие редкие металлы 1875 °С): вольфрам, молибден, ванадий, ниобий, цирконий, тантал (рис.1.5). Все металлы этой группы относятся к переходным элементам IV, V и VI групп периодической системы, у которых происходит достройка электронного d-уровня. Эта особенность определяет ряд физических и химических свойств металлов рассматриваемой группы: тугоплавкость, высокую прочность, коррозионную стойкость, переменную валентность, обусловливающую многообразие химических соединений. Все тугоплавкие металлы образуют тугоплавкие и твердые карбиды, бориды, силициды. Вольфрам Молибден Ванадий Рис.1.5. Тугоплавкие редкие металлы 1875 °С): вольфрам, молибден, ванадий, ниобий, цирконий, тантал (рис.1.5). Все металлы этой группы относятся к переходным элементам IV, V и VI групп периодической системы, у которых происходит достройка электронного d-уровня. Эта особенность определяет ряд физических и химических свойств металлов рассматриваемой группы: тугоплавкость, высокую прочность, коррозионную стойкость, переменную валентность, обусловливающую многообразие химических соединений. Все тугоплавкие металлы образуют тугоплавкие и твердые карбиды, бориды, силициды. Вольфрам Молибден Ванадий Рис.1.5. Тугоплавкие редкие металлы Вольфрам (W) Молибден (Mo) Ванадий (V) Рис. 1.5. Тугоплавкие редкие металлы И в древности, и в Средние века основными областями применения золота и серебра были ювелирное дело и изготовление монет. В наше время золото, серебро и платину широко используют не только в ювелирной промышленности, но и технике.