Pyrometalurgie je soubor metalurgických procesů probíhajících při vysokých teplotách. Jedná se o obor metalurgie , spojený s výrobou a čištěním kovů a kovových slitin za vysokých teplot, na rozdíl od hydrometalurgie , která zahrnuje nízkoteplotní procesy.
Jedná se o chemické procesy probíhající v metalurgických jednotkách při vysokých teplotách (800–2000 °C). Proto se pyrometalurgie někdy nazývá „vysokoteplotní chemie“. Chemické reakce jsou často doprovázeny změnou stavu agregace reagujících látek: tavení , sublimace , odpařování vzniklých kovů nebo jejich sloučenin. V takových procesech může docházet k interakcím mezi pevnou, kapalnou (taveninou) a plynnou fází v jakékoli kombinaci.
Pyrometalurgické procesy jsou procesy aglomerace hutních surovin, tavení vsázkových materiálů, výroba slitin a rafinace kovů. Jedná se zejména o pražení , vysokopecní tavení , tavení na otevřeném ohni , tavení v konvertorech , obloukových a indukčních pecích. Pyrometalurgie je základem pro výrobu železa , oceli , olova , mědi , zinku atd.
V pyrometalurgii se často používá redukce uhlíku - v případech, kdy redukované kovy netvoří stabilní karbidy , kromě výše uvedených kovů mezi takové kovy patří germanium , kadmium , cín a další. V případech tvorby stabilních karbidů vytěžitelnými kovy se místo redukce uhlíkem často používá metalotermie [1] .
Pyrometalurgie je hlavní a nejstarší odvětví metalurgie. Od starověku až do konce 19. století byla výroba kovů založena téměř výhradně na pyrometalurgických procesech. Průmyslový význam nabylo na přelomu 19. a 20. století další významné odvětví hutnictví, hydrometalurgie . Pyrometalurgie si však nadále udržuje dominantní postavení jak co do rozsahu výroby, tak z hlediska rozmanitosti procesů.
Počátkem 20. století se spolu s metodami ohřevu plamenem začaly v hutnictví používat různé druhy elektrického ohřevu (obloukový, indukční atd.); přibližně ve stejné době byla do průmyslu zavedena elektrolýza roztavených chemických sloučenin (výroba hliníku a dalších neželezných kovů ).
Ve 2. polovině 20. století se rozšířilo plazmové tavení kovů , zónové tavení a tavení elektrickým plamenem . Metalurgické procesy založené na použití elektrického proudu se dělí na nezávislou oblast pyrometalurgie - elektrometalurgie .
Hlavním procesem pyrometalurgie je tavení rudy, které se provádí při tak vysokých teplotách, kdy se produkty chemické interakce taví a tvoří dvě kapalné fáze - kov nebo sulfid a strusku. Rozlišujte mezi redukčním a oxidativním tavením.
Definujícím procesem redukčního tavení rudy je redukce oxidů kovů s konečnou výrobou roztaveného kovu nebo jeho slitiny s dalšími prvky. Typickým redukčním tavením je výroba surového železa ve vysokých pecích . Redukční procesy jsou také hlavními procesy při tavení manganových, oxidovaných niklových, olověných a titanových rud.
Hlavními redukčními činidly jsou uhlík , oxid uhelnatý a vodík . Oxid uhelnatý vzniká v samotné peci při nedokonalém spalování uhlíku; hlavní množství vodíku se získává jako výsledek rozkladu zemního plynu vháněného do pece .
Rozmanitostí redukčních tavenin je metalotermická výroba kovů, při které se jako redukční činidlo některého kovu ( Mn , Cr , V atd.) používá jiný kov - s vysokou afinitou ke kyslíku: Ca ; Mg ; Al , stejně jako Si . Jednou z výhod metalotermické redukce je výroba kovů, které nejsou kontaminovány uhlíkem nebo vodíkem.
Typické oxidační tavení rud je zpracování bohatých rud sulfidů mědi v šachtových pecích. Při tavení dochází k oxidaci hlavního podílu síry v sulfidických minerálech, v důsledku čehož se uvolňuje značné množství tepla. Hlavním cílovým produktem tavby je tavenina sulfidů FeS a Cu 2 S - kamínek .
Litina a kamínek z rudných tavenin jsou ve skutečnosti meziprodukty, které vyžadují dodatečné zpracování. Takové zpracování spočívá ve foukání taveniny vzduchem nebo čistým kyslíkem , v důsledku čehož dochází k oxidaci nečistot obsažených ve slitinách a přecházejí buď do strusky (SiO 2 ; MnO ; FeO atd.) nebo do plynu (CO; SO 2 ). Proces se nazývá konverze .
Obdobou přeměny je dýmavý proces – foukání strusky taví plynem. Rozdíl oproti přeměně spočívá v tom, že tavenina kovu je foukána oxidačním plynem, a když se struska dýmá, fouká se redukčním plynem. A za druhé, produkty oxidace kovové taveniny - oxidy kovů - tvoří druhou kapalnou fázi - strusku, a produkty dýmavé strusky - redukované těkavé kovy (nebo sulfidy) v parním stavu jsou odstraňovány z reakčního prostoru plynem. proud [2] .
Hutnictví | |||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Obecné pojmy Kovy Slitina Hutní přerozdělování Železárny a ocelárny Hutní komplex Hutník Historie výroby a použití železa | |||||||||||||
Průmyslová odvětví |
| ||||||||||||
Základní procesy |
| ||||||||||||
Hlavní jednotky |
| ||||||||||||
Hlavní produkty a materiály |
| ||||||||||||
Vědní obory |
| ||||||||||||
jiný | |||||||||||||
Metalurgie podle zemí Rusko Ukrajina Kazachstán USA Indie Čína Japonsko Německo |