1236
.pdfПРОИЗВОДСТВО
ЦВЕТНЫХ
МЕТАЛЛОВ
Издание второе, переработанное и дополненное
Одобрено Ученым советом Государственного комитета СССР
по профессионально-техническому образованию в качестве учебного пособия для средних профессионально-технических училищ
МОСКВА «МЕТАЛЛУРГИЯ»
1984
Б. Б. КИСТЯКОВСКИЙ, Н. В. ГУДИМА Н. Н. РАКОВА, |
Г. П. ЕРМА- |
КОВ, Г. М. ВОЛ КОГОН, А. А. РОЗЛОВСКИЙ |
|
Р е ц е н з е н т ы : докт. техн. наук М. П. Смирнов, инженеры |
Я. П. Шейн , |
В. Д. Гневашев |
|
УДК 669.2 |
|
Производство цветных металлов: Учебное пособие для ПТУ. 2-е |
изд. К и с т и |
ко в с к и й Б. Б., Г у д и м а Н. В. , Р а к о в а Н. Н., Е р м а к о в Г. П., В о л - |
к о г о н Г. М., Р о з л о в с к и й А. А. М.: Металлургия, 1984. 280 с.
В книге освещены теория и практика металлургических процессов получения цветных металлов (меди, никеля, свинца, цинка, алюминия, магния). Дано опи сание печных плавильных агрегатов, устройств для сжигания топлива. Приве дены способы и оборудование для очистки печных газов от пыли. Рассмотрены подъемно-транспортные машины металлургических цехов. Изложены основные понятия о стандартизации и контроле качества продукции.
Предназначена для учащихся ПТУ, обучающихся профессии «плавильщик на заводах цветной металлургии». Может быть использована при профессиональ ном обучении рабочих на производстве. Ил. 94. Табл. 21. Библиогр. список: 21 назв.
п |
2603000000-070 |
31-84 |
1 |
040(01)-84 |
|
© Издательство «Металлургия», 1984
Предисловие |
|
|
|
|
|
|
6 |
||
Введение |
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
Глава |
I. Общие сведения |
|
|
|
11 |
||||
§ 1. |
Общие свойства м еталлов..................................................... |
м е та л л о в |
|
|
|||||
§ 2. |
Промышленная |
классификация |
|
13 |
|||||
§ 3. |
Характеристика сырья для получения цветных металлов . |
||||||||
Глава |
II. Огнеупорные материалы и их свойства |
|
17 |
||||||
§ 1. |
Основные свойства огнеупорных |
материалов |
|
17 |
|||||
§ 2. |
Динас и алюмосиликатные огнеупоры |
|
|
19 |
|||||
§ 3. |
Магнезитовые огнеупоры . . . . |
|
|
20 |
|||||
§ 4. Хромомагнезит и периклазохромит |
....................................................... |
материалы |
20 |
||||||
§ 5. Прочие огнеупорные изделия и теплоизоляционные |
21 |
||||||||
§ 6. Производство электродов |
|
|
|
23 |
|||||
Гла ва |
III. Печи цветных металлов |
|
|
|
24 |
||||
§ |
1. Печи для подготовки сырья к |
плавке . |
|
26 |
|||||
§ |
2. Печи кипящего |
|
слоя . . |
|
|
|
36 |
||
§ 3. Шахтные печи для плавки меди, никеля исвинца |
|
||||||||
§ |
4. Отражательные |
плавильные п е ч и .......... |
..................................... |
48 |
|||||
§ |
5. Плавка концентрата во взвешенном |
состояии и |
кивцэтная плавка |
52 |
|||||
§ |
6. Конвертеры . |
|
.......................... |
. . . |
|
54 |
|||
§ |
7. Отражательные |
|
печи для рафинирования меди |
|
58 |
||||
§ |
8. Электрические |
печи ............................................................ |
|
|
|
70 |
|||
§ |
9. Электронно-лучевые и плазменные печи |
|
|||||||
§ |
10. Шлаковозгоночная фьюминг-печь |
|
|
72 |
|||||
Гла ва |
IV. Топливо |
металлургических печей |
|
75 |
|||||
§ 1. Основные свойства топлива |
|
|
|
75 |
|||||
§ 2. Твердое |
топливо |
|
............................................................. |
|
|
|
81 |
||
§ 3. Жидкое |
и газообразное то п л и в о .............................. |
|
|
||||||
§ 4. Способы переработки твердого топлива. Коксование |
81 |
||||||||
Глава V. Устройства для сжигания топлива |
|
82 |
|||||||
§ 1. Сжигание твердого кускового и пылевидного топлива |
82 |
||||||||
§ 2. Сжигание жидкого топлива |
|
|
|
84 |
|||||
§ 3. Сжигание газообразного топлива |
|
|
|
85 |
|||||
§ 4. Газомазутные горелки |
|
|
|
86 |
|||||
Глава |
VI. Металлургия меди и ее сплавов |
|
87 |
§1. Развитие способов производства и значение меди в народном хо
§ |
|
зяйстве |
. . |
.................................. |
87 |
2. Краткие сведения о добыче медных руд |
88 |
||||
§ |
3. |
Цена и |
себестоимость меди . |
90 |
|
§ |
4. |
Штейны медеплавильных заводов |
93 |
||
§ |
5. |
Свойства |
шлаков |
. . . |
94 |
§ |
6. Подготовка сырья к плавке . . |
97 |
|||
§ |
7. |
Обжиг медьсодержащих шихт |
97 |
||
§ |
8. Плавка |
в шахтных |
печах .............................................. |
102 |
|
§ |
9. |
Отражательная плавка медных концентратов |
|||
§ |
10. |
Автогенная плавка |
медьсодержащего сырья |
104 |
|
§ |
11. |
Конвертирование медных штейнов |
107 |
||
§ |
12. |
Огневое рафинирование меди . . . |
110 |
||
§ |
13. |
Электролитическое |
рафинирование меди |
112 |
|
§ |
14. |
Технология плавки |
медных сплавов |
114 |
§ |
1. |
Пылеосадительиые |
камеры . . |
|
|
|
125 |
|||||
§ 2. |
Циклоны и батарейные циклоны |
|
|
|
125 |
|||||||
§ 3. |
Электрофильтры |
|
|
|
|
|
127 |
|||||
§ 4. |
Тканевые |
фильтры |
|
|
|
|
|
129 |
||||
§ |
5. |
С к р у б б ер ы ..................... |
|
|
|
|
131 |
|||||
§ |
6. |
Струйно-пенные уловители ...................... |
. |
|
132 |
|||||||
§ 7. |
Скоростные |
турбулентные |
пылеуловители |
|
133 |
|||||||
§ 8. Технологические схемы пылеулавливающих |
установок |
134 |
||||||||||
Г л а в а |
VIII. Металлургия никеля и |
его сплавов |
|
136 |
||||||||
§ |
1. |
Основные |
сведения |
. . |
|
|
|
136 |
||||
§ 2. |
Никелевые руды, их добыча и обогащение |
|
|
138 |
||||||||
§ 3. |
Переработка |
окисленных никелевых руд |
руд |
. |
140 |
|||||||
§ 4. |
Переработка |
сульфидных |
медно-никелевых |
156 |
||||||||
§ 5. |
Краткие сведения по гидрометаллургии никелевых руд |
166 |
||||||||||
§ 6. |
Технология |
плавки |
никелевых сплавов |
|
|
167 |
||||||
Гла ва |
IX. Металлургия свинца и его сплавов |
|
|
169 |
||||||||
§ |
1. |
Основные |
сведения |
|
|
|
|
|
169 |
|||
§ 2. |
Подготовка |
шихты . |
|
|
|
|
171 |
|||||
§ 3. |
Агломерирующий обжиг |
|
.............................. |
|
172 |
|||||||
§ |
4. |
Шахтная плавка . |
. . |
|
174 |
|||||||
§ 5. |
Понятие о реакционных методах выплавки свинца |
|
176 |
|||||||||
§ 6. |
Переработка |
шлаков шахтной плавки |
|
|
176 |
|||||||
§ 7. |
Рафинирование чернового |
свинца . . . . |
|
|
178 |
|||||||
§ 8. |
Технология плавки сплавов на основе свинца |
|
183 |
|||||||||
Глава |
X. Металлургия |
цинка |
|
|
|
|
186 |
|||||
§ |
1. |
Основные |
сведен и я .................. |
. . |
|
|
186 |
|||||
§ 2. |
Понятие |
о |
пирометаллургическом способе |
|
|
187 |
||||||
§ 3. |
Гидрометаллургический способ . . |
|
|
189 |
||||||||
§ 4. |
Электроосаждение цинка |
из раствора |
|
|
196 |
|||||||
§ 5. |
Плавка катодов и рафинирование цинка |
|
|
198 |
||||||||
Глава |
XI. Металлургия олова |
|
|
|
199 |
|||||||
§ |
1. |
Основные |
сведения |
. |
|
......................... |
|
199 |
||||
§ |
2. |
Обжиг оловянных концентратов |
|
201 |
||||||||
§ 3. |
Выщелачивание оловянных концентратов и огарков |
|
202 |
|||||||||
§ 4. |
Восстановительная |
плавка |
оловянных концентратов |
|
203 |
|||||||
§ 5. |
Доизвлечение олова из шлаков фыомингованием |
|
205 |
|||||||||
§ 6. |
Рафинирование чернового |
олова |
|
|
|
205 |
||||||
Глава |
XII. Металлургия алюминия |
и его сплавов |
|
208 |
||||||||
§ |
1. |
Руды алюминия . |
|
|
|
|
|
208 |
||||
§ 2. |
Потребление |
алюминия |
. |
|
|
|
209 |
|||||
§ 3. |
Производство |
глинозема |
|
|
|
210 |
||||||
§ 4. Электролиз |
криолито-глиноземных расплавов |
|
|
221 |
||||||||
§ 5. Технология плавки алюминиевых сплавов |
|
|
227 |
|||||||||
Глава |
XIII. Металлургия магния |
|
|
|
234 |
|||||||
§ |
1. |
Основные |
сведения |
|
|
|
|
|
234 |
|||
§ 2. |
Электролиз |
хлоридов |
|
|
|
|
235 |
§ |
1. |
Основные |
сведения |
|
238 |
||
§ 2. |
Вакуумные |
н а с о с ы ............................................ |
|
238 |
|||
§ 3. |
Вспомогательные элементы вакуумных установок |
240 |
|||||
§ 4. Приборы для измерения вакуума |
|
240 |
|||||
Г л а в а XV. Металлургия титана |
|
242 |
|||||
§ |
1. |
Основные |
сведения ............................. |
|
242 |
||
§ |
2. |
Производство |
четыреххлористого титана . . . |
|
244 |
||
§ 3. Технология производства металлического титана |
|
248 |
|||||
Г л а в а XVI. Вспомогательные механизмы и подъемно-транспортные ма |
251 |
||||||
шины, обслуживающие |
плавильные печи |
|
|||||
§ |
1. |
Оборудование |
для |
приготовления шихты |
* |
251 |
|
§ 2. Ленточные транспортеры и конвейеры ............... |
254 |
||||||
| |
3. |
Вспомогательные механизмы в агломерационных и обжиговых цехах |
257 |
||||
§ 4. |
Вспомогательные механизмы в плавильных цехах |
258 |
|||||
§ 5. |
Оборудование для выпуска и уборки расплавов |
262 |
|||||
§ 6. Оборудование для |
рафинирования . |
|
264 |
||||
§ 7. Оборудование для разливки металла |
|
264 |
|||||
Гла ва XVII. Основные понятия о стандартизации |
и контроле качества |
265 |
|||||
продукции |
|
|
|
|
|||
§ |
1. |
Основные понятия и определения в области стандартизации. |
266 |
||||
§ 2. |
Стандартизация и качество продукции. Контроль качества |
267 |
|||||
§ 3. |
Контроль металлургических процессов............................. |
|
270 |
||||
§ 4. |
Комплексная система управления качеством продукции |
276 |
|||||
Рекомендательный |
библиографический список |
|
278 |
||||
Предметный указатель |
|
|
278 |
В Основных направлениях экономического и социального разви тия СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года предус мотрено дальнейшее развитие цветной металлургии. Так, произ водство алюминия должно увеличиться на 15—20 %, меди на 20— 25 %, никеля и кобальта не менее чем в 1,3 раза. Повысится про изводство цинка, свинца, титана, магния и других цветных ме таллов.
Следует отметить, что в одиннадцатой пятилетке прирост объ ема производства в цветной металлургии должен быть достигнут без увеличения численности производственного персонала, т. е. главным образом за счет повышения производительности труда. Для успешного решения этой задачи необходимы освоение и внедрение передовой высокопроизводительной техники и техноло гии. В связи с этим вырастет потребность в высококвалифициро ванных кадрах мастеров и рабочих.
Данное учебное пособие предназначено для учащихся профес сионально-технических училищ, подготавливающих квалифициро ванных рабочих-металлургов со средним образованием.
Книга является вторым изданием (первое — в 1978 г.), значи тельно переработанным в соответствии с программой обучения профессии «плавильщик на заводах цветной металлургии» с ис ключением тем, вынесенных в отдельные курсы.
В книге использована Международная система единиц (СИ). Ниже приведены основные соотношения внесистемных единиц из
мерения с единицами СИ: 1 |
ккал =4,187 |
кДж; 1 кВт-ч—3,6X |
|
X Ю6 Дж; 1 ат |
(техническая) =0,1 МПа; |
1 мм рт. ст. = 133,3 Па; |
|
1 мм вод. ст. = |
9,8 Па, 1 П = |
0,1 Па-с. Согласно Международной |
химической номенклатуре слово «окислы» заменено словом «ок сиды». Исключение составляют товарные полупродукты — окись цинка, закись никеля, техническая трехокись мышьяка, пигмент ная двуокись титана.
Авторы отдают дань глубокого уважения светлой памяти со
автора Н. В. |
Гудимы. |
написаны Н. В. Гудимой |
Введение |
и гл. I, VI, IX, X, XII, XIII |
|
и подготовлены к переизданию Н. Н. Раковой, гл. И, III, IV, VII, |
||
VIII, XVI, XVII и предисловие — Б. Б. |
Кистяковским, гл. XI — |
А. А. Розловским, гл. XV — Н. Н. Раковой, гл. V, XIV и частично- § 2 и 3 в гл. VI — Г. П. Ермаковым. В гл. VI, IX и XII добавлены новые разделы, написанные Г М. Волкогоном.
Авторы выражают признательность докт. техн. наук П. М. Смир нову и В. Д. Гневашеву за ценные замечания, сделанные ими при рецензировании рукописи.
Металлургия — это отрасль промышленности, охватывающая про цессы получения металлов из руд или из других металлсодержа щих материалов, а также процессы, сообщающие сплавам необ ходимые свойства путем изменения их химического состава и структуры. Она базируется на достижениях таких отраслей на уки, как химия и физика, физическая химия, электрохимия, теп лотехника, аэродинамика.
Металлургическая промышленность — крупный потребитель электроэнергии, топлива, химикатов (кислот, щелочей). Поэтому каждый металлург должен хорошо знать экономику, уметь пра вильно организовать работу, вести учет дорогих материалов и продукции.
Развитию металлургии во многом способствовал разработан ный под руководством В. И. Ленина в 1920 г. Государственный план электрификации России (ГОЭЛРО). В Программе КПСС указывается, что увеличение производства металла и топлива, со ставляющих фундамент промышленности,— по-прежнему одна из важнейших народнохозяйственных задач. Ленинские высказыва ния о значении электрификации и металлургии в народном хозяй стве, положения Программы КПСС нашли конкретное выраже ние в решениях XXVI съезда КПСС.
В настоящее время отечественная металлургия быстро разви вается и во многих случаях по выпуску продукции и техническому уровню выходит на первое место в мире.
Пожалуй, нет ни одной отрасли народного хозяйства, которая в той или иной степени не была бы связана с металлургией. Для строительства линий электропередач нужны медь, алюминий и сталь, для изготовления тепловозов, вагонов, судов, самолетов, автомобилей —сталь и цветные металлы; перекачку нефти ведут по стальным трубопроводам; в сельском хозяйстве требуются трак торы, комбайны и др.; нельзя обойтись без металла и при строи тельстве жилых зданий и производственных помещений.
На территории нашей страны добываются почти все металлы периодической системы Д. И. Менделеева: железо — в Казахстане и на Урале, медные и никелевые руды — на Урале, в Сибири, Ка захстане и в Заполярье. Сырье для производства алюминия име ется на Урале, в Сибири, на Кольском полуострове. Богаты свин цом и цинком горы Алтая и Средней Азии. На Дальнем Востоке и в Сибири имеются месторождения меди, олова и золота, на Кав казе добывают вольфрам. Много ценных металлов добывают по путно с основными: золото и серебро с медью и свинцом, платину с никелем, кадмий и индий с цинком, германий, селен и молиб ден с медью, галлий с алюминием.
Чтобы достичь современного технического уровня и объемов выплавки металлов, потребовались многие годы работы ученых, инженеров, мастеров и рабочих.
Книга М. В. Ломоносова «Первые основания металлургии или рудных дел», вышедшая в 1762 г., была первым научным трудом по металлургии на русском языке и долгие годы была единствен ной в России. Большое значение имели работы М. В. Ломоносова
вобласти анализа руд и исследования в области химии.
Д.И. Менделеев открыл периодический закон, способствующий предсказанию многих элементов и уточнению их свойств. Он вы сказал также ценные мысли о применении в металлургии кисло рода, организации металлургических комбинатов и развитии гид рометаллургических способов получения металлов. Периодический
закон указывает на возможность присутствия в сырье металловспутников и содержит научные основы для их извлечения или, другими словами, обосновывает современную идею комплексного использования сырья.
В XX в. чл.-кор. АН СССР П. П. Федотьев создал в Ленин граде целую школу прикладной электрохимии. Особенно ценны его исследования по электролитическому получению алюминия, про долженные и развитые в 1950—1970 гг. чл.-кор. АН СССР А. И. Бе ляевым. За период с 1908 по 1968 г. академиками А. А. Байко вым и А. И. Вольским была создана теория металлургических про цессов. В 1950—1970 гг. плодотворно работали над созданием хлоридных процессов в металлургии и получением чистых метал лов акад. Н. П. Сажин и его ученик чл.-кор. АН СССР Б. А. Са харов. Их работы позволили получить чистейшие вещества, необ ходимые для электронной промышленности. Примерно с 1955— 1960 гг. в металлургии все большее значение стали приобретать методы сорбции и экстракции. В этой области имела очень боль шое значение разработка акад. Б. Н. Ласкориным высокопроизво дительного сорбционно-бесфильтрационного способа выщелачива ния, который применяют в настоящее время в металлургии зо лота, никеля и других металлов.
Кроме железа и алюминия, сырье для получения металлов (руды) обычно бедно по содержанию полезных элементов. Если железные руды содержат 50 % металла, алюминиевые руды 25— 30%, то медные руды — всего 0,5—1% (редко 2—4% меди), цинковые 2—3 % цинка, свинцовые 1—2 % свинца. Золото добы вают из руд, если они содержат 1—10 г этого металла в 1 труды. При благоприятных условиях можно добывать золото из еще бо лее бедных руд.
Нетрудно подсчитать, что для получения 1 млн. т меди потре буется 125 млн. т медной руды (при содержании меди в руде 1 % и потерях 20 %)• Чтобы перевезти 125 млн. т медной руды, потре бовалось бы 2,5 млн. вагонов вместимостью по 50 т каждый (руду, уголь, кокс перевозят в открытых вагонах-гондолах такой грузо подъемности), или 50 тыс. составов по 50 вагонов в каждом. Если бы попробовали проплавить указанное количество этой обычно тугоплавкой руды в электропечах, то потребовалось бы около 125 млрд. кВт-ч электроэнергии, т. е. почти 12 % от общего коли чества электроэнергии, выработанной в Советском Союзе. При
этом потери меди в отходах были бы намного больше, чем при нятые в расчете 20 %.
Поэтому сульфидные руды с начала XX в. стали обогащать в основном способом флотации и получать концентраты. Для не сульфидных руд применяют еще магнитное и гравитационное обо гащение. Способ флотации состоит в том, что измельченную в по рошок руду во флотационных машинах перемешивают с водой и через полученную смесь пропускают воздух. Если в такую смесь добавить реагенты, смачивающие поверхность частичек руды, со держащих медь, то эти частички всплывают с пузырьками воз духа и с пеной, сливаются в желоба и поступают в аппаратуру для отделения их от воды, т. е. для получения концентрата. Час тицы руды, не содержащие меди (пустая порода), выпускают из флотационных машин и перекачивают в отвал. Их принято на зывать хвостами. В хвосты удается сбросить около 90 % от массы исходной руды.
Флотация — совершенный процесс. Она обеспечивает переход меди в концентрат на 85—95 % и высокую степень концентрации. Из руды с 1 % меди получают концентрат с 20—35 % меди, т. е. количество его составляет 3—5 % от массы руды. Электроэнергии расходуется при этом в 25—40 раз меньше, чем при плавке. Обо гащение руды проводят, как правило, на месте ее добычи. В ре
зультате расходы на перевозку и плавку уменьшаются |
в |
20— |
30 раз. При флотации руд сложного состава получают |
не |
один, |
а два-три концентрата. |
|
|
Таким образом, современное предприятие по добыче цветных металлов — это в первую очередь рудники и обогатительная фло тационная фабрика, рассчитанные на добычу и переработку от 1—3 до 40—50 тыс. т руды в сутки. В том случае, если получен ный концентрат не перерабатывают на месте, такое предприя тие называют горно-обогатительным комбинатом ГОК. Получен ный на нем концентрат отправляют на металлургический завод. Для наиболее полного извлечения всех ценных составляющих на заводе имеется ряд цехов, перерабатывающих концентрат на глав ной производственной линии, и цехи для использования отходов этих ведущих цехов. Так, на металлургических заводах часто име ются следующие цехи: обжиговый, сернокислотный, плавильный, переработки пылей, электролизный, рафинировочный. Обслужи
вающими являются цехи: ремонтно-механический, |
транспортный, |
|||
ремонтно-строительный, |
контрольно-измерительных |
приборов |
||
(КИП) и автоматики, заводских лабораторий. |
|
объединяют |
||
Если |
ГОК и завод |
расположены близко, то их |
||
в одно |
предприятие — горно-металлургический комбинат (ГМК). |
|||
В ряде случаев для совершенствования управления |
производством |
и материальными средствами несколько ГОК и ГМК объединяют
вфирму или объединение. Численность работающих на ГОКе со ставляет 2—3 тыс., на ГМК 6—10 тыс., в объединении 20—25 тыс. человек. Около таких предприятий возникают рабочие поселки и города со своим хозяйством (жилые дома, магазины, клубы, парки,
кинотеатры, стадионы, ясли, детские сады, школы, ПТУ, техни кумы, опорные пункты вузов, объекты социально-бытового назна чения и здравоохранения). В городах металлургов проживает40— 150 тыс. человек.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Что такое металлургия?
2.Какие смежные научные дисциплины должен знать металлург?
3.Почему классики марксизма—ленинизма и Коммунистическая партия Со ветского Союза придают большое значение развитию металлургии?
4. Работы каких ученых стали основой для развития металлургии?
5.Что такое обогащение руд?
6.Из каких подразделений состоит современное предприятие цветной ме таллургии? Как их принято называть?