На чем основано промышленное получение металлов из оксидов


Получение металлов — урок. Химия, 8–9 класс.

Рудами называют минералы и горные породы, содержащие металлы и их соединения, из которых технически возможно и экономически целесообразно получать чистые металлы.

Получение металлов из руд — задача металлургии.

Металлургия — это и наука о промышленных способах получения металлов из руд, а также соответствующая отрасль промышленности.

Любой металлургический процесс — это процесс восстановления катионов металла с помощью различных восстановителей.
Существует несколько способов получения металлов:

  • пирометаллургический,
  • электрометаллургический.

Пирометаллургия — восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью углерода \(C\), оксида углерода(\(II\)) \(CO\), водорода h3, металлов — алюминия \(Al\), магния \(Mg\).

Цех пирометаллургического производства

  

1. Восстановление металлов из их оксидов с помощью углерода (в виде кокса, раньше — в виде древесного угля) или оксида углерода(\(II\)) называется карботермией.

 

Например, олово восстанавливают из оловянного камня углеродом:

Sn+4O2−2+C0⟶t°Sn0+C+4O−22.

 

Медь восстанавливают из куприта оксидом углерода(\(II\)):

Cu+12O−2+C+2O−2⟶t°2Cu0+C+4O−22.

 

2. Восстановление металлов из их оксидов с помощью металлов называется металлотермией.

 

Например, хром восстанавливают из оксида хрома(\(III\)) при помощи алюминия (алюминотермия):

Cr+32O−23+2Al0⟶t°2Cr0+Al+32O−23.

 

 

Титан восстанавливают из оксида титана(\(IV\)) магнием:

Ti+4O2−2+2Mg0⟶t°Ti0+2Mg+2O−2.

 

3. Восстановление металлов из их оксидов с помощью водорода. Таким образом получают металлы с высокой степенью чистоты.

 

Например, так восстанавливают вольфрам из оксида вольфрама(\(VI\)):

W+6O3−2+3H02⟶t°W0+3h3+1O−2.

  

4. Руды, образованные сульфидами металлов, предварительно подвергают обжигу (окисляют кислородом воздуха), а затем металл восстанавливают из образовавшегося оксида.

 

Например, цинковую обманку (сульфид цинка) подвергают обжигу (при этом образуется оксид цинка и диоксид серы), а затем полученный оксид цинка восстанавливают углеродом: 

1) 2Zn+2S−2+3O02⟶t°2Zn+2O−2+2S+4O−22;       2) Zn+2O−2+C0⟶t°Zn0+C+2O−2.

 

Электрометаллургия — восстановление металлов из растворов или расплавов их соединений под действием электрического тока (электролиз).


В процессе электролиза за счёт электрической энергии осуществляется химическая реакция, которая самопроизвольно идти не может.

 

Электролизный цех металлургического завода

  

1. Восстановление активных металлов электролизом из расплавов их солей (галогенидов).

 

Например, натрий можно получить из расплавленного хлорида натрия под действием электрического тока:

2Na+1Cl−1⟶электролиз2Na0+Cl02.

 

2. Восстановление металлов средней активности и неактивных металлов электролизом из растворов их солей.

 

Например, олово образуется при электролизе раствора хлорида олова(\(II\)):

Sn+2Cl2−1⟶электролизSn0+Cl02.

  

Медь образуется при электролизе раствора сульфата меди(\(II\)):

2Cu+2S+6O−24+2H+12O−2⟶электролиз2Cu0+O02+2h3+1S+6O−24.

Полупроводниковый оксид металла - обзор

1 Введение

Диоксид титана (или диоксид титана) представляет собой полупроводниковый оксид металла, который обладает особыми физическими и химическими свойствами (например, высокой активностью, выдающейся стабильностью, нетоксичностью и низкой стоимостью) [1– 4]. TiO 2 можно увидеть в большом диапазоне технологических приложений, таких как фотокатализ, гетерогенный катализ, сенсибилизированные красителем солнечные элементы и газовые сенсорные устройства [4–7]. В природе существуют три важные кристаллические структуры TiO 2 : рутил, анатаз и брукит.Среди кристаллических форм TiO 2 рутил и анатаз имеют исключительное значение, поскольку они играют ключевую роль в потенциальных приложениях TiO 2 [8]. Рутил является термодинамически наиболее стабильным полиморфом диоксида титана и может выдерживать высокие температуры, тогда как формы анатаза и брукита превращаются в рутил в результате нагревания. Связывание в структуре TiO 2 интересно своей полуионной природой. Атомы кислорода TiO 2 имеют

.

Синтез и характеристика наночастиц оксида железа и их применение для удаления тяжелых металлов из промышленных сточных вод

В этом исследовании изучалась применимость наночастиц маггемита ( γ -Fe 2 O 3 ) для селективного удаления токсичных тяжелых металлов. металлы из сточных вод гальваники. Наночастицы маггемита размером 60 нм были синтезированы с использованием метода соосаждения и охарактеризованы методами дифракции рентгеновских лучей (XRD) и сканирующей электронной микроскопии (SEM), снабженной энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией (EDX).Проведены серийные эксперименты по удалению ионов Pb 2+ из водных растворов наночастицами маггемита. Исследовалось влияние времени контакта, начальной концентрации ионов Pb 2+ , pH раствора и солености на количество удаленного Pb 2+ . Было обнаружено, что процесс адсорбции сильно зависит от pH, что заставляет наночастицы избирательно адсорбировать этот металл из сточных вод. Адсорбция Pb 2+ быстро достигает равновесия в течение 15 минут, и данные адсорбции хорошо согласуются с изотермой Ленгмюра.

1. Введение

Поскольку загрязнение тяжелыми металлами становится одной из наиболее серьезных экологических проблем, в течение последних десятилетий широко изучались различные методы удаления тяжелых металлов из сточных вод, такие как химическое осаждение, электрохимические методы, мембранная фильтрация, ионный обмен. , и адсорбция [1]. На сегодняшний день значительное внимание в исследованиях уделяется удалению тяжелых металлов из загрязненной воды посредством процесса адсорбции. Теоретически процесс адсорбции может обеспечить гибкость конструкции и эксплуатации и во многих случаях будет давать очищенные сточные воды высокого качества.Кроме того, поскольку адсорбция иногда является обратимой и адсорбент можно регенерировать с помощью подходящего процесса десорбции, различные типы адсорбентов нашли применение для удаления тяжелых металлов, включая активированный уголь [2, 3], углеродные нанотрубки [4–6], полимерные адсорбенты [7], оксиды металлов [8] и биоадсорбенты [9–12]. Среди этих адсорбентов магнитные наноматериалы на основе железа отличаются своими уникальными свойствами, такими как большее соотношение площади поверхности и объема, меньшее потребление химикатов и отсутствие вторичных загрязнителей.Однако с другим особым свойством такого рода магнитные материалы реализованы и используются в контексте восстановления окружающей среды. Все больше и больше магнитной сепарации комбинируют с адсорбцией для удаления тяжелых металлов из загрязненной воды в лабораторных масштабах [13-15]. Магнитная сепарация желательна, особенно в промышленности, поскольку она позволяет преодолеть многие недостатки, возникающие при мембранной фильтрации, центрифугировании или гравитационном разделении, и ее легко достичь с помощью внешнего магнитного поля.

Оксиды железа в природе существуют во многих формах, включая магнетит (Fe 3 O 4 ), гематит ( α -Fe 2 O 3 ) и маггемит ( γ -Fe 2 ). O 3 ), которые, скорее всего, являются общими и технологически важными [16]. Сообщалось, что поверхностные эффекты оказывают сильное влияние на магнитные свойства наночастиц оксида железа [17]. По мере уменьшения площади поверхности магнитных материалов на основе оксида железа их реакция на внешнее магнитное поле уменьшалась, что затрудняло извлечение адсорбентов после завершения обработки [14].С другой стороны, также было отмечено, что адсорбционная способность адсорбентов в значительной степени зависит от доступных площадей поверхности, и увеличение площади поверхности обычно достигается за счет уменьшения размера частиц адсорбентов. В результате существует потребность в синтезе таких абсорбентов с надлежащими размерами частиц для удаления тяжелых металлов из промышленных сточных вод.

На сегодняшний день существует несколько методов, которые можно использовать для синтеза наноматериалов на основе оксида железа.Эти методы включают гидротермальный синтез [18, 19], термическое разложение [20, 21], соосаждение [22, 23], золь-гель метод [15] и метод коллоидной химии [24]. Среди этих методов синтеза соосаждение оказалось наиболее многообещающим методом производства наноматериалов, так как процедура относительно проста, и можно получить частицы с контролируемым размером частиц.

Конкретная цель настоящего исследования заключалась в (1) синтезировать γ -Fe 2 O 3 наночастиц с использованием модифицированного метода, который включал мочевину в качестве реагента для осаждения однородности, (2) для характеристики γ -Fe 2 O 3 наночастиц, синтезированных с использованием различных аналитических инструментов, и (3) для оценки синтезированных γ -Fe 2 O 3 наночастиц в качестве адсорбентов для удаления тяжелых металлов, таких как Pb 2+ из промышленных сточных вод.

2. Экспериментальная
2.1. Получение и характеристика γ -Fe 2 O 3 Наночастиц

Синтез наночастиц γ -Fe 2 O 3 включает следующие стадии: (1) заданное мольное соотношение хлорида железа и мочевину растворяли в деионизированной воде; (2) смесь непрерывно перемешивали в течение 45 минут при 90 ° C на водяной бане, прежде чем ее охлаждали до комнатной температуры; (3) полученный осадок центрифугировали и промывали деионизированной водой, а затем этанолом; (4) после сушки при 75 ° C в течение 4 часов собранный порошок медленно прокаливали до 650 ° C на воздухе и выдерживали в течение 2 часов.Полученный продукт наночастиц γ -Fe 2 O 3 был получен для последующей характеризации.

Растровый электронный микроскоп (SEM, JEOL JEM2010, Япония) был использован для характеристики структурных свойств синтезированных материалов. Элементный состав синтезированных материалов был идентифицирован с помощью системы энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX), связанной с SEM. Фазовый анализ кристаллизации выполняли методом порошковой дифракции рентгеновских лучей (XRD) (Philips PW-1830, Нидерланды).Измерение намагниченности проводилось с помощью магнитометра с вибрационным образцом (VSM) при комнатной температуре.

2.2. Удаление тяжелых металлов из сточных вод

Исходный раствор, содержащий Pb 2+ , был приготовлен растворением известного количества нитрата свинца (Pb (NO 3 ) 2 ) в деионизированной воде. Периодические исследования адсорбции проводили путем смешивания 0,5 г γ -Fe 2 O 3 с 50 мл растворов различных концентраций Pb 2+ (50, 100 и 150 мг / л) в 100 мл стакане. флаконы.Адсорбцию на γ -Fe 2 O 3 сначала изучали при значениях pH от 2,5 до 6,5, чтобы исследовать влияние значений pH на адсорбцию Pb 2+ . Растворы 0,1 М HCl и 0,1 М NaOH использовали для корректировки значений pH образцов воды. Значения pH образцов воды были стабильными на протяжении всего периода эксперимента. Все эксперименты по адсорбции проводили при комнатной температуре в трех экземплярах. Общие концентрации Pb 2+ в воде измеряли с помощью оптического эмиссионного спектрометра с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES, Thermo, icap 6000).При необходимости перед измерением ИСП-ОЭС проводили разбавление образца.

3. Результаты и обсуждение
3.1. Синтез и характеристика γ -Fe 2 O 3

Размер кристаллического зерна в основном определяется как энергией образования ростовой единицы, так и энергией решетки, помимо различных условий синтеза. В настоящем исследовании наночастицы Fe 2 O 3 были синтезированы путем варьирования значений pH, времени старения, массового отношения FeCl 3 и мочевины и так далее.На рис. 1 (а) показано СЭМ-изображение синтезированного γ -Fe 2 O 3 , подтверждающее, что полученные частицы действительно были в нанометровом диапазоне. Было замечено, что при старении в течение разной продолжительности размер зерна увеличивался с увеличением времени старения. Наименьший размер зерна (нм) был получен после старения в течение 45 минут. Кроме того, сильные пики для Fe и O могут наблюдаться в спектре, показанном на рисунке 1 (b) для частиц после времени старения 45 мин.Вставка на рис. 1 (b) показывает, что атомное отношение O / Fe проанализированного γ -Fe 2 O 3 было 1,56, что относительно соответствовало теоретическому атомному отношению O / Fe 1,50.

Намагниченность по приложенному полю регистрировалась при комнатной температуре. Петля гистерезиса, показанная на рисунке 2, свидетельствует о слабомагнитном характере образцов с небольшим гистерезисом. Слабый магнетизм может быть вызван присутствием α -Fe 2 O 3 , обнаруженного с помощью XRD.Из рисунка 2 рассчитано, что M S составляет 0,025 ЭМЕ / г, а H C - 1250 Э.


На рис. 3 показаны результаты рентгеноструктурного анализа синтезированных наночастиц, которые были получены с различными исходными концентрациями FeCl 3 . Это указывает на то, что частицы состоят из γ -Fe 2 O 3 (пики обозначены *) и α -Fe 2 O 3 (пики обозначены #). Это также указывает на то, что концентрация 0.02 M FeCl 3 привело к частицам с наименьшим Z-средним диаметром. Следовательно, 0,02 М была оптимальной концентрацией для FeCl 3 .


3.2. Влияние времени адсорбции и начальной концентрации

Адсорбцию Pb 2+ на наночастицах γ -Fe 2 O 3 наблюдали в течение 120 мин. Начальные концентрации Pb 2+ составляли 50, 100 и 150 мг / л соответственно. Начальное значение pH проб воды составляло 5.5, а температура раствора составляла. Как видно на рисунке 4, ионы Pb 2+ были адсорбированы на наночастицах γ -Fe 2 O 3 быстро, и равновесие установилось в течение 30 минут. Это могло быть связано с малым размером наночастиц γ -Fe 2 O 3 , что было благоприятным для диффузии ионов Pb 2+ из объемного раствора на активные центры твердой поверхности. Преобладала внешняя адсорбция, и не наблюдали диффузии пористого материала, замедляющей скорость адсорбции.Несмотря на короткое время установления равновесия, для последующего эксперимента было принято 24-часовое время контакта, чтобы гарантировать достижение адсорбционного равновесия. Короткое время равновесия согласуется с данными других исследователей об адсорбции ионов других металлов на наночастицах оксида железа [25–27]. Это контрастирует с другими традиционными пористыми адсорбентами, в которых адсорбция происходит через стадии диффузии пористости, которые, в свою очередь, замедляют скорость адсорбции. Наночастицы γ -Fe 2 O 3 являются непористыми адсорбентами, что подтверждается измерениями площади поверхности и пористости, при которых происходит только внешняя адсорбция.Этот тип адсорбционного массопереноса требует меньше времени для достижения равновесия [28]. Этот результат является многообещающим, поскольку время равновесия играет важную роль в экономической жизнеспособности очистных сооружений. Кроме того, как показано на фиг. 4, количество адсорбированного Pb 2+ увеличивалось с увеличением начальной концентрации Pb 2+ в пробах воды. Это можно объяснить увеличением числа заселенностей ионов, что способствует процессу адсорбции.


3.3. Влияние pH

Хорошо известно, что pH является одним из наиболее важных факторов, влияющих на процесс адсорбции тяжелых металлов в пробах воды. Были проведены эксперименты по поиску оптимального pH при адсорбции ионов Pb 2+ на наночастицах γ -Fe 2 O 3 с использованием различных начальных значений pH от 2,5 до 6,5. Были выбраны экспериментальные значения pH до 6,5, поскольку осаждение гидроксида свинца будет происходить при значениях pH, равных или превышающих 7.0, хотя другие переменные, такие как количество наночастиц, были фиксированными [29]. Следовательно, было невозможно провести эксперименты по адсорбции для Pb 2+ при pH> 6,5 без внесения некоторой неопределенности в результаты. На рисунке 5 показано влияние pH на адсорбцию Pb 2+ . Как видно на графике, эффективность удаления ионов Pb 2+ из проб воды наночастицами γ -Fe 2 O 3 явно зависела от pH, и самая высокая эффективность адсорбции была получена при pH ≥5.5. Ли и др. также наблюдали аналогичный эффект pH при адсорбции Pb 2+ на объемных оксидах железа в пробах воды [30]. Это свидетельствовало о том, что образец воды с более высоким значением pH благоприятствовал депротонированию поверхности сорбента [31, 32]. Повышенное депротонирование может привести к увеличению количества отрицательно заряженных центров, что увеличивает силы притяжения между поверхностью сорбента и ионами Pb 2+ . Следовательно, это приведет к увеличению адсорбционной способности.С другой стороны, в образце воды с более низким pH преобладают положительно заряженные центры, и это может увеличить силы отталкивания, существующие между поверхностью сорбента и ионами Pb 2+ , и, следовательно, снизить адсорбцию ионов Pb 2+ . .


3.4. Влияние солености

Повышение солености NaCl с 0% до 3,5% (соленость морской воды) не повлияло на удаление Pb 2+ с помощью γ -Fe 2 O 3 наноадсорбентов.Это свидетельствует об отсутствии взаимодействия между нанадсорбентами NaCl, Pb 2+ и γ -Fe 2 O 3 , а комплексообразование Pb 2+ , а Cl - было намного слабее, чем координация между Pb 2+ и адсорбционными центрами на поверхности γ -Fe 2 O 3 наноадсорбентов.

4. Выводы

Это исследование показало, что полученные наночастицы γ -Fe 2 O 3 могут использоваться в качестве альтернативы обычным адсорбентам для удаления ионов металлов из сточных вод с высокой эффективностью удаления в течение очень короткое время.Удаление Pb 2+ , как типичного иона металла, обычно присутствующего в сточных водах, путем адсорбции на наночастицах γ -Fe 2 O 3 было успешно выполнено. Адсорбция была очень быстрой, и равновесие было достигнуто в течение 15 минут. Он также показал, что адсорбция сильно зависит от начальной концентрации Pb 2+ и начального значения pH. Максимальная эффективность удаления была достигнута при pH 5,5 при комнатной температуре. Увеличение NaCl с 0% до 3.5% (соленость морской воды) не влияли на адсорбцию Pb 2+ на наночастицах γ -Fe 2 O 3 . Также были определены изотермы адсорбции, которые надлежащим образом описывались моделями Ленгмюра и Фрейндлиха, которые лучше соответствовали модели Ленгмюра, чем модель Фрейндлиха. Таким образом, наночастицы γ -Fe 2 O 3 были рекомендованы в качестве быстрых, эффективных и недорогих наноадсорбентов для быстрого удаления и восстановления ионов металлов из промышленных сточных вод.

Благодарность

Эта работа была поддержана Инновационным фондом Министерства образования Сингапура (MOE2008-IF-1-010).

.

HSC Chemistry - Примечания Nsb

Щелкните здесь, чтобы редактировать содержимое этой страницы.

Щелкните здесь, чтобы переключить редактирование отдельных разделов страницы (если возможно). Следите за заголовками на предмет наличия ссылки "изменить".

Добавить контент без редактирования содержания всей страницы.

Узнайте, как эта страница развивалась в прошлом.

Если вы хотите обсудить содержимое этой страницы - это самый простой способ сделать это.

Просмотр и управление вложенными файлами для этой страницы.

Несколько полезных инструментов для управления этим сайтом.

См. Страницы, которые ссылаются на эту страницу и включают ее.

Измените имя (также URL-адрес, возможно, категорию) страницы.

Посмотреть вики-ресурс этой страницы без редактирования.

Просмотр / установка родительской страницы (используется для создания хлебных крошек и структурированного макета).

Сообщите администраторам, если на этой странице есть нежелательное содержание.

Что-то работает не так, как ожидалось? Узнайте, что вы можете сделать.

Раздел общей документации и справки Wikidot.com.

Условия использования Wikidot.com - что можно, чего нельзя и т. Д.

Политика конфиденциальности Wikidot.com.

.

PPT - Единичные операции по производству металлов Презентация PowerPoint, скачать бесплатно

  • Единичные операции по производству металлов Эту-Пекка Хейккинен Лаборатория технологической металлургии Департамент технологической и экологической инженерии

  • Не включен в эту презентацию операции по добыче и обогащению • операции пирометаллургической установки • операции гидрометаллургической установки • операции электрохимической установки • процессы литья • термомеханическая обработка металлов • производство металлических изделий

  • Свойства металлов Металлургия Горячая и холодная прокатка (...) Металлургия: введение Материаловедение Добывающая металлургия Термодинамика Электрометаллургия Массоперенос Горнодобывающая промышленность и обогащение Кинетика реакций Теплопередача Гидрометаллургия Пирометаллургия Теория Явления переноса Гидродинамика Руды Добыча Обогащение Дробление Грохочение Механическое разделение (...) Гидрометаллургическое производство металлов напр. цинк никель пирометалл. предварительная обработка Выщелачивание Удаление примесей Извлечение металлов Аналогичные методы Методы электровыделения Растворители напр. Обжиг Цементация Кислое Химическое осаждение Экстракция растворителем Вода Органическое Основное Ионный обмен Пирометаллургическое производство металлов Производство чугуна и стали Агломерация Доменные печи Конвертеры (LD / AOD /...) Кастинг например железо / сталь медь Коксование Удаление серы Обработка ковшей Сульфидные руды (например, Cu) Конвертеры взвешенной плавки (PS) Электропечи (...)

  • Энергия Сырье Продукты Производственная цепочка Остатки Необходима вода Pyromet. подразделение операций Гидромет. единица операций Электрохим. единичные операции Как выбрать процесс? € Транспортные рынки

  • Сырье Продукция Производство металлов Предварительная обработка сырья Добыча металлов Рафинирование металлов Предварительная термическая обработка Восстановление и окисление Рафинирование металлов Контроль температуры Сушка Спекание Контроль состава Гранулирование Обжиг Уменьшение оксидов Производство штейна Коксование Прокаливание Удаление примесей Работа пирометаллургического агрегата

  • Сушка • Опасно загружать влажные материалы для высокотемпературных процессов • Допустимая влажность зависит от дальнейшей обработки • Предпочтительно механическое удаление влаги • Термическая сушка требует много энергии • Противоточный барабан- сушилки широко используются при сушке металлургического сырья • Использование потоков отходящего тепла процесса

  • Спекание • Проблемы при переработке мелкодисперсных материалов • Газопроницаемость • Опыление • Термическая агломерация • Частичное плавление • Сведение к минимуму поверхности Энергия ce как движущая сила агломерации • Химические и минералогические изменения в материале • Спекание в барабане, партиями или ленточным конвейером • Предварительная обработка: микропеллетирование

  • Гранулирование • Подача концентратов, связующих материалов и воды во вращающиеся и наклонные гранулирующий барабан или пластина • Капиллярные силы, вызванные влагой в качестве силы сцепления • Дополнительная обработка для достижения желаемых свойств • Спекание • Шахтная печь • Небольшие гранулы возвращаются в процесс

  • Прокаливание • Термическое разрушение соединения ( приводит к образованию газообразного продукта) • Теплопроводность (эндотермические реакции) • Удаление газа с поверхности реакции • e.грамм. кальцинирование известняка для получения обожженной извести  Использование извести в чугунных и сталеплавильных шлаках • CaCO3 = CaO + CO2 HR >> 0 • Противоточная шахтная печь или вращающийся барабан • Другие примеры • Распад CaMg (CO2) 2 или Al ( OH) 2

  • Коксование • Пиролиз угля, чтобы сделать его более подходящим для металлургических процессов • Удаление воды и летучих компонентов • Агломерация частиц угля • Пористый кокс в результате • Сухое или мокрое тушение • Несколько побочных продуктов • Восстановительный газ (h3, CO) • Сырье для хим.промышленность

  • Обжиг • Процесс, в котором анион твердого соединения изменяется без изменения валентности катиона • Высокотемпературная обработка сульфидных руд без агломерации • Часто используется в качестве предварительной обработки для гидрометаллургических процессов • Примеры • Окислительный обжиг • Сульфатный обжиг • Хлор / фтор / щелочи / ...

  • Окислительный обжиг • Трудности восстановления сульфидных руд с использованием углерода • e.грамм. 2 ZnS + C = 2 Zn + CS2 или ZnS + CO = Zn + COS • Равновесие сильно на стороне реагентов • Обжиг сульфидов в оксиды • MeS + 3/2 O2 = MeO + SO2 • Используется, например, при производстве свинца, меди, цинка, кобальта, никеля и железа при использовании сульфидных руд в качестве сырья • SO2 SO3  h3SO4 • Кипящий слой, агломерация или обжиг в шахтной печи • Продукция представляет собой мелкодисперсный материал или пористые агломераты

  • Сульфатный обжиг • Используется для отделения металлов от сложных материалов • Некоторые металлы реагируют на сульфаты, растворимые в воде • MeS + 3/2 O2 = MeO + SO2 • SO2 + 1/2 O2 = SO3 • MeO + SO3 = MeSO4 • Некоторые остаются в виде оксидов (нерастворимых) • Предварительная обработка для гидрометаллургических процессов • Обычно обжиг в псевдоожиженном слое • Часто используется для удаления железа из более ценных металлов (Cu, Ni, Zn, Co) • Когда T> 600 C  Феррисульфат нестабилен

  • Восстановление оксидов • MeO + R = Me + RO • Me представляет собой металл • R представляет собой восстанавливающий компонент (элемент или соединение, которое образует оксид, более стабильный, чем MeO в рассматриваемом температура)

  • Понижение o f оксиды • Карботермическое восстановление • MeO + C = Me + CO • На практике: • MeO + CO = Me + CO2 • C + CO2 = 2 CO (= реакция Будуара) • Металлотермическое восстановление • MeO + M = Me + MO • Восстановление газа • Обычно h3 и CO (по отдельности или в смеси) • MeO + h3 = Me + h3O • MeO + CO = Me + CO2

  • Сокращение оксидов Удельные и общие выбросы CO2 в Финляндии Сталелитейная промышленность Крупнейшие промышленные выбросы CO2 в Финляндии и Швеции (млн т)

  • Производство штейна • Отделение металлов от сульфидов • «Бесполезный» металл окисляется  Окисленный шлак • Требуемый металл по-прежнему находится в виде сульфида  Матовый • Матовое покрытие подвергается дальнейшей обработке  Металл • Используется e.грамм. при производстве меди, никеля и свинца • 2 CuS + O2 = Cu2S + SO2 • FeS2 + O2 = FeS + SO2 • 2 FeS + 3 O2 + SiO2 = Fe2SiO4 + 2 SO2

  • Удаление примесей (из железа / сталь) • Удаление углерода (чугун  необработанная сталь) • Для достижения требуемых свойств • Обезуглероживание в конвертерах BOF • Удаление других окисляющих примесей / элементов (Si, Mn, P) • Выдувание кислорода  Образование оксидов  Шлак / газы • Повышенная температура • Плавка лома • Вакуумная обработка • Сжигание углерода более эффективно при пониженном давлении • Парциальное давление CO можно также снизить с помощью инертных газов

  • Удаление примесей (из железа / стали) • Раскисление / Удаление кислорода • Растворимость кислорода в стальном расплаве ок.0,2% (T> 1500 C) • Растворимость уменьшается при понижении температуры • Вызывает образование CO, окисление легирующих элементов и т. Д. • Легирование, диффузию или вакуумное раскисление • Удаление газа • Растворимость газов уменьшается при уменьшении T ( см. O) • Удаление газа основано на снижении парциального давления соответствующего элемента в газовой фазе (вакуум, инертный газ) • Удаление серы • Образование CaS  в шлак

  • Контроль состава (сталь) • Легирование стали производится в основном в конвертерах кислородного конвертера после продувки • Более точное легирование в сталеплавильном ковше • Куски • Впрыск порошка • Впрыск проволоки • Перемешивание • Индуктивное • Использование инертного газа

  • Контроль температуры • Повышенный значение благодаря непрерывной разливке • Оптимизация температуры крана • Индуктивный нагрев • Использование топлива • Плазменные нагреватели • Химический нагрев (Al, Si) • Электрические дуги • Изоляция • Охлаждение лома • Перемешивание

  • 90 128

    Отходы Побочные продукты Отходы Побочные продукты Неочищенное сырье Плохое сырье Обработка отходов Очистка / регенерация растворителя Электрохимические Гидрометаллургические Пирометаллургические Химические Гидрометаллургические операции Установки Сырье Активация Выщелачивание Удаление примесей Извлечение металлов Продукт

  • Выщелачивание • Измельчение, обогащение и активация в качестве предварительной обработки • Растворители • Вода • Для сульфатов и хлоридов • Кислоты • Наиболее часто используемая серная кислота • Азотная и соляная кислоты • более дорогие и коррозионные • Основания • Аммиачная вода • Органические растворители

  • Выщелачивание • Прямое выщелачивание • Для бедных руд и остатков • Выщелачивание в резервуаре (при атмосферном давлении) • Для богатых руд и концентратов • Меньшие реакторы и более быстрые процессы • Перемешивание • Выщелачивание в автоклаве • Выщелачивание в резервуаре, в котором кинетика реакции улучшается за счет повышение температуры выше точки кипения раствора n (при повышенном давлении)

  • Извлечение металла • Кристаллизация • Отделение твердых кристаллов от гомогенного раствора • Чистые продукты (примеси только на поверхности) • Насыщенный раствор • Кинетика? • Химическое осаждение (в виде сульфидов или металлов) • Добавление анионов или катионов для образования соединения с низкой растворимостью • Селективность • Газы (h3S, h3, SO2, CO) являются эффективными добавками • Электровыделение

  • Примесь удаление • Процедуры между выщелачиванием и извлечением металла • Физическое удаление твердых материалов • Сгущение • Фильтрация • Удаление примесей из раствора • Методы, аналогичные методам извлечения металлов • Ионный обмен • Жидкостная экстракция

  • Ионный обмен • Для удаления небольшого количества примесей из больших количеств растворов • Лучше всего с разбавленными растворами (<10 ppm) • Возможность достижения очень низких уровней примесей • Смола, на которую переносятся ионы металлов из раствора • Селективность • Насыщенная смола восстанавливается с помощью других растворов к которому переносятся ионы металлов • Насыщение металлов хлоридами, сульфатами и т. д.

  • Экстракция жидкость-жидкость • Извлечение ионов металлов из водного раствора с использованием органического экстрагирующего агента • Две несмешивающиеся жидкости • Площадь реакции увеличивается за счет эффективного перемешивания • Образование комплексных соединений • Оседание для разделения двух жидкостей фазы • Извлечение ценных металлов из комплексных соединений • Селективность

  • Цементация • Замещение иона металла (M +) на менее благородный металл (Me) • Me (s) + M + (водн.) = Me + (водн. ) + M (s) • Эффективность зависит от разницы «благородных свойств» металлов

  • Работа электрохимического агрегата • Электролиз = восстановление / окисление, контролируемое электричеством • Электролит, содержащий ионы • Анионы ( -) переносятся на анод (+)  Окисление • Катионы (+) переносятся на катод (-)  Восстановление • Может быть гидрометаллургическим... • Электролитическое рафинирование • ... или пирометаллургическое • Электролиз расплавленных солей

  • Электролизер • Аноды не растворяются (например, Pb) • Образование кислорода в качестве основной реакции • Образование водорода происходит с менее благородными металлы • Количество H + -ионов увеличивается в электролите • Ионы металлов из раствора осаждаются на катоде • Количество ионов металлов в электролите уменьшается • Электролит с низким содержанием металлов возвращается обратно в процесс выщелачивания • Используется при производстве никеля и цинка

  • Электролитическое рафинирование • Аноды растворяются (нечистый металл, подлежащий очистке) • Требуемый металл растворяется в электролите • Все менее благородные металлы также растворяются • Более благородные металлы не растворяются растворяются  образуется анодный шлам • Катоды • Осаждение желаемого металла • В электролите остается меньше благородных металлов, из которого они могут быть извлечены • Рафинирование пиромета llurgically производимых металлов • Особенно медные

  • Электролиза с использованием расплавленных солей в качестве электролитов • галогенида расплавов в качестве электролитов • Принцип такого же, как и в гидро- металлургических электролиз Высоких температуры • рефрактерности реакторов и т.д.• Используется в производстве алюминия, магния, бериллия, церия, лития, калия и кальция • т.е. металлов, которые производятся из сырья с высокими температурами плавления

  • .

    Смотрите также