Рафинирование

Физическое отделение металла.

Физические методы отделения металлов используются в настоящее время для получения встречающихся в самородном состоянии металлов (золото, платина). При этом используются такие процессы как промывка, растворение в ртути (амальгамирование) с последующим выпариванием ртути.

 

Многие металлы после их получения термохимическим методом, электролизом содержат недопустимо большое количество примесей.

Так, содержание примесей в алюминии или меди выше 0,1% делает их непригодными для применения в качестве проводников тока.

Содержание серы или фосфора в стали выше 0,025% существенно ухудшает ее механические свойства как в холодном, так и горячем состоянии.

Методы рафинирования (очистки) позволяют получить чистые металлы, но естественно приводят к дополнительным затратам. Поэтому чистый металл может быть существенно дороже.

Так алюминий чистотой 99,7%, применяемый для производства сплавов, стоит 1,5 $/кг, в то время как сверхчистый алюминий для электронной промышленности чистотой 99,9999% стоит в тысячи раз дороже.

Для очистки сталей от вредных примесей и введения в них полезных легирующих элементов применяют переплав стали под слоем специальных шлаков, поглощающих вредные примеси. Плавку ведут в электродуговых (рис. 2.7) или индукционных печах с контролируемой атмосферой или в вакууме.

 

 

Рисунок 2.7 – Электродуговая печь:

1-кожух , 2-днище, 3-под, 4-свод, 5-электроды

 

 

Для очистки меди применяют электролитическое рафинирование (до 95% всей производимой в стране меди). При этом полученную черновую медь растворяют в электролите (10-16%медного купороса + 10-15% серной кислоты).

Растворение происходит при пропускании через раствор электрического тока. Растворенная медь (ионы) осаждаются на катодах, заранее выполненных из тонких листов чистой меди (рис.2.8).

 

 

 

Рисунок 2.8 – Установка для рафинирования меди

 

Процесс длится 10-12 суток, причем на каждом катоде (всего их в ванне 20-40штук) осаждается 60-90 кг чистой меди (99,95%). При этом электрическая мощность ванны достигает 2000кВт.

Таким же образом получают чистый никель.

Основная масса металлов применяется в промышленности в виде сплавов. Это объясняется более высокими механическими свойствами сплавов. Из чистых металлов практически невозможно изготовить детали машин, так как прочность их на порядок меньше, чем прочность сплавов на их основе. Поэтому чистые металлы применяются только в тех случаях, когда требуются их другие физические свойства (электропроводность, теплопроводность, химическая устойчивость, способность поглощать или пропускать нейтроны и т.д.).

 

 

Вопросы для самопроверки:

1.Каков состав шихты, загружаемой в доменную печь при получении чугуна?

2.Сплавы на основе какого металла наиболее широко применяются в технике?

3.Какие металлы извлекаются из руды методом физического отделения?

4.Какие металлы получают из их химических соединений электролизом расплава?

5.Что образует стоимость основных затрат при производстве алюминия?

6. С какой целью производят рафинирование металлов?

7.В чем состоят основные преимущества мартеновского способа производства стали?

8.Что загружают в конвертер при получении стали конвертерным способом?

9.Что такое медный штейн?

10. Какими способами производят рафинирование металлов?

 

Образец карты тестового контроля:

1. В каких случаях добычу руды производят открытым способом:

а) Если в руде имеется высокое содержание металла

б)Если рудное тело залегает неглубоко и пласт руды относительно толстый

в)Если месторождение находится недалеко от промышленно развитых районов

2. С какой целью производят дробление руды:

а) Для последующего отделения соединения металла

б) Для ускорения процесса термохимического восстановления металла

в) Для извлечения металла электролизом

3. Почему основные, используемые сплавы создаются на основе железа: а) Из за меньших затрат при получении железа

б) Из-за высокого содержания соединений железа в земной коре

в) Из-за высоких механических свойств соединений железа

4. Почему алюминий восстанавливают электролизом:

а) Из-за невозможности восстановления его другими способами

б) Из-за дешевизны способа

в) Из-за высокой производительности способа

5. В каких случаях применяются чистые металлы:

а) При потребности в материалах с уникальными физическими свойствами

б) При потребности в высокопрочных материалах

в) При невозможности получения сплавов используемого металла