1.1 Разработка и подготовка сырьевых материалов

Для производства чугуна, стали и цветных металлов используют руду, флюсы, топливо, огнеупорные материалы.

Промышленная руда - горная порода, из которой целесообразно извлекать металлы и их соединения (содержание металла в руде должно быть не менее 30...60 % для железа, 3..5% для меди, 0,005...0,02 % для молибдена).

Руда состоит из минералов, содержащих металл или его соединения, и пустой породы. Называют руду по одному или нескольким металлам, входящим в их состав, например: железные, медно-никелевые.

В зависимости от содержания добываемого элемента различают руды богатые и бедные. Бедные руды обогащают - удаляют часть пустой породы.

Флюсы - материалы, загружаемые в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды или концентратом и золой топлива. Такое соединение называется шлаком.

Обычно шлак имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому он располагается над металлом и может быть удален в процессе плавки. Шлак защищает металл от печных газов и воздуха. Шлак называют кислым , если в его составе преобладают кислотные оксиды (SiO2 , P2O5), и основным, если в его составе больше основных оксидов (CaO, MgO, FeO).

Топливо - в металлургических печах используется кокс, природный газ, мазут, доменный (колошниковый) газ.

Кокс получают сухой перегонкой при температуре 1000 0С (без доступа воздуха) каменного угля коксующихся сортов. В коксе содержится 80...88% углерода, 8... 12% золы, 2...5% влаги. Куски кокса должны иметь размеры 25...60 мм. Это прочное неспекающееся топливо, служит не только горючим для нагрева, но и химическим реагентом для восстановления железа из руды.

Огнеупорные материалы применяют для изготовления внутреннего облицовочного слоя (футеровки) металлургических печей и ковшей для расплавленного металла.

Они способны выдержать нагрузки при высоких температурах, противостоять резким изменениям температуры, химическому воздействию шлака и печных газов.

По химическим свойствам огнеупорные материалы разделяют на группы: кислые (кварцевый песок, динасовый кирпич), основные (магнезитовый кирпич, магнезитохромитовый кирпич), нейтральные (шамотный кирпич).

Взаимодействие основных огнеупорных материалов и кислых шлаков, и наоборот, может привести к разрушению печи.

Углеродистый кирпич и блоки содержат до 92 % углерода в виде графита, обладают повышенной огнеупорностью. Применяются для кладки лещади доменных печей, электролизных ванн для получения алюминия, тиглей для плавки и разливки медных сплавов.

1.2 Комплексное использование руд и концентратов.

Проблема комплексного использования сырья имеет большое значение как с экологической, так и с экономической точек зрения. Во многих отраслях промышленности до 60 -70 % себестоимости продукции приходится на долю сырья. Рациональное использование сырья и вовлечение в производство вторичных ресурсов является важнейшей народнохозяйственной задачей и возведено в ранг государственной политики. При разработке месторождений полезных ископаемых большие объемы вскрышных пород направляют в отвалы, которые занимают значительные площади. Вместе с тем, отвалы горных производств представляют собой дешевое и ценное сырье, которое может найти применение в строительстве, землепользовании и других отраслях промышленности.

Актуальной проблемой является комплексное использование сырья с переводом всех компонентов в промышленные продукты. Рассмотрим некоторые способы решения этой проблемы.

В России разработана безотходная технология переработки нефелинового сырья. Нефелиновый концентрат совместно с известняком подвергают спеканию при температуре 1 250 - 1 300 °С. После спекания получают продукт. При водном выщелачивании спека алюминаты щелочных методов переходят в раствор. Феррит натрия гидролизуется с образованием едкого натра и гидроксида железа. Двухкальциевый силикат взаимодействует с алюминатным раствором, в результате получаются алюминаты щелочных металлов и трехкальциевый гидроалюминат. Протекает реакция: 3(СаО Si02) + 2(Na20 А1203) + 8Н20 - Na20 А120э 2SiOr 2НrО + Na20 Si02 + ЗСаО А120э- 6H20

Образуется нефелиновый (белитовый) шлам, который отделяют от раствора, промывают и направляют на производство цемента. Апюмосиликатный раствор подвергают обескремниванию, при котором образуются малорастворимые алюмосиликаты. Их отделяют фильтрованием и прокаливают. Получают готовый продукт - глинозем. Очищенный раствор алюминатов натрия и калия обрабатывают газами, содержащими С02. Получают раствор, в состав которого входят Na2C03 и К2С03. Раствор упаривают, а затем проводят дробную кристаллизацию. Первоначально выкристаллизовывают соду Na2C03, а затем поташ К2С03.

Технологическая схема комплексной переработки нефелинового сырья обеспечивает полное использование всех компонентов сырья и переработку их в товарные продукты и является безотходной. На получение 1 т глинозема расходуется 3,9 - 4,3 т нефелиноного концентрата; 11,0 -13,8 т известняка; 3 -3,5 т топлива; 4,1 - 1,6 Гкал пара; 1050 - 1 190 кВт-ч электроэнергии. При этом производят 0,62 - 0,78 т кальцинированной соды; 0,18 - 0,28 т поташа; 9 - 10 т портландцемента. Эксплуатационные затраты на производство промышленных продуктов на 10 - 15 % ниже затрат при получении этих веществ другими промышленными способами.

Рассмотрим теперь процессы комплексной переработки минеральной руды. При переработке некоторых руд до 30 - 40 % полезных компонентов уходит в хвосты. В настоящее время в переработку поступают все более бедные минералы с низким содержанием ценного компонента. Например, содержание меди в сульфидных рудах снизилось за последние 20 лет с 4 до 0,5 %. В большинстве случаев для получения 1 т металла надо переработать 100 - 200 т руды. Другая особенность минерального сырья - содержание в них в небольших количествах высокотоксичных веществ, которые затем переходят в отходы. Это относится к соединениям серы, мышьяка, сурьмы, селена, теллура и других цветных металлов. Особенно остро проблема стоит в металлургической промышленности. Высокое содержание ценных или токсичных компонентов не позволяет отнести отходы металлургической промышленности к отвальным и требует внедрения новых технологий по их переработке.

В настоящее время разработана и промышленно освоена технология коллективно-селективной флотации медно-цинковых руд, которая позволяет извлекать из руды медный и цинковый концентраты. Согласно этой схеме первоначально руду измельчают и направляют на сульфидную флотацию. Получают сульфиды металлов, а пустая порода уходит в отвал. Далее сульфидный концентрат после измельчения направляют на медно-цинковую флотацию, в результате проведения которой получают медный, цинковый и пиритный концентраты. Медный концентрат подвергают пирометаллургической переработке. В качестве конечного продукта получают рафинированную медь. Имеется несколько способов переработки цинковых концентратов, которые применяются на отечественных и зарубежных заводах.