Производство портланд-цемента и гипса

В нашей стране получ.5марок: М-300, М-400, М-600, М-700.

Маркой цемента наз.предел прочности нажатия образца цемента после затвердевания его в теч. 28суток,выражается в кг/см2. Чем выше марка, тем выше его кач-во.

Техн-гия произв-ва.

Готовую шихту, сост.75-80% СаСО3(мел,известь), 20-25% легкоплавкой глины, чаще всего это мергель. Если мергель близок к чистому, то непосредственно исп-ся очистки. Большие запасы мергеля в Новосибирске, Донбассе и Вольске. Доб-ют шлак домен.печи, золу от углей, горючих сланцев, пирит, огарок и доменную пыль.

Произ-во цемента м/б по мокрому или сухому сп-бу. В нашей стране исп-ют т/о мокрый сп-б, т.к. эколог.чистый.

Сырье после измельчения, дробления смешивают и подвергают тонкому размолу в водн.среде в шаровых мельницах. Получ-й шлам сод-т 35-40% воды. Далее осуществляют обжиг в печах. Печь представляет стальной барабан, внутри выложен хроммагнецитовым кирпичом, распол-ся она почти горизон. На барабан одеты бандажные кольца, за счет которых происх-т ее вращение. В кач-ве топлива исп-ют жидкое котельное топливо природ.газ.

Вначале из шлама испаряется вода, з/м разлагается глинистый минерал с отщеплением воды, далее разлагается СаСО3, обр-ся СО2 и СаО, а при тепр.1200-1300град. – обр-ся оксиды СаО, SiO2, Fe2O3, Al2O3 и др. примеси, кот-е начинают превращ. в исходные минералы, причем легкоплавкие расплавления

2CaO*SiO2 – белит

3CaO*SiO2 – алит

Обр-ся плавный 3CaO* Al2O3 – трикальциевый аллюмоферрат

4CaO* Al2O3* Fe2O3 - кальциевый аллюмоферрат

При дальн. нагревании до 1450град. в рез-те спекания обр-ся небольшие куски, сост-е из 40-65% алита и 20-40% белита. Смесь наз. клинкер. За счет подаваемого воздуха в охл-ную систему клинкер охл-ся. Для ускорения обр-ия клинкера в шихту доб. полевой шпат, за счет этого увел. произв-ть печи. Клинкер выдерж. 2-4 недели на складе, он станов-ся более рыхлым, з/м его измельчают в дробилках и шаровых мельницах. При размоле доб. 5% природного цемента, для замедления схватывается и ~15% гидрав-х добавок, н-р, природный кремнезем SiO2, кот. связыв. выдел. при тверд. Са(ОН)2, тем самым повышается устойчивость к воде.

Гипсовые вяжущие в-ва

Находят шир.применение в строительстве сырьем. Явл.природ.гипс CaSO4*2H2O

CaSO4*2H2O (природ.гипс) (140-190)/à CaSO4*0,5H2O [2CaSO4*H2O] (строит.гипс или асбест)

Получ. производ. гидрат тщательно размалывают.

Применение:

получ. плит, паклей, гипсокартона, форм для отливки керамики, в мед. для фиксации переломов, в худ-ом деле, в смеси с известью и песком для штукатурных работ.

Если гипс обжигают при темп.= 900-1100град., то получ. высокообжигаемый гипс состава (СаО)n *(CaSO4)m, где n и m – целые числа, исп-ся для изготовления исходного мрамора, разл. строит-х деталей, очень стоек к испарению.

 

Электрохим. произ-во.

Различ. 2вида технолог-х пр-сов:

1- электротермические – где энергия эл.тока исп-ся для создания и поддержания выс.темп., т.е. превращ-ся в теплоту. Н-р, произв-во Р, карбида Са.

2- электорхим-ие – где энергия эл. тока непосредственно идет на осущ. хим.р/ии – электролиз.

Применение электролиза:

1-получ.акт.Ме в чист. виде;

2-получ.галогенов;

3-щелочей

4-чист.О2 и Н2, путем электролиза воды,

5-неорг-х окислителей(KMnO4, K2Cr2O7, H2O2, перхлориды и перхлораты)

6-рафинирование Ме, их очистка

7-гальван-х покрытий в целях защиты Ме от коррозии(гальваностегия)

8-гальванопластика- изготовл. и размн. Ме-ких копий

9-произв-во орг-х в-в(альдегидов, кетонов)

Электрохим.м-д им.след. преимущества:

1-простота оборудования

2-в одном аппарате м/о получ. неск/о ценных продуктов(электролиз р-ра соли NaCl)

3-получ. продуктов выс-й чистоты

4-высокая ст.исп-ния сырья, энергии

5-возможность получ. продуктов, недоступных хим.м-дом.

Электролиз – это ОВпр-сс, протекающий на электродах под действием постоянного эл.тока, электролиз подвергаются р-ры и расплав щелочей, оксиды Ме-ов.Т.к. электролиз – энергоемкий пр-сс, поэт. применяют принцип рационального исп-я энергии, учитывают основные показатели эл-за: выход по току(η = mф /mт * 100%), выход по энергии(μ = Qт / Qф * 100%), расходный коэфф(β = Qф/mф *1000)

Произв-во Cl и щелочей.

Самым крупнотоннажным произв-ом явл-ся эл-из водного р-ра NaCl.

Сырьем явл-ся рассол – насыщ-й р-р NaCl(310г соли 1л воды).

Заводы распол-ся вблизи месторождения каменной соли, в пласт под землю закачивают воду ч/з скважины. Обр-ся рассол выходит на поверх-ть, он подвергается очистке и фильтрованию, пр-сс эл-за затрудняют ионы Ca и Mg, их удаляют из раст-ра добавлением соды или NaOH,выпавшие осадки CaCO3 и Mg(OH)2отфильтровывают, а рассол нейтрализуют соляной кислотой до рН=7, и подают электролитич.ванну. В зав-ти от катода электрол-з проводят 2 методами:

1)с тв.железным катодом и фильтрующей диафрагмой;

2)с жидким ртутным катодом без диафрагмы.

(Рис.)

Катод изготавливают из перфарированной листовой стали или стальной сетки. К нему плотно прилегают азбестовые листы,служащие диафрагмой. Анод-графитовый.Фильтрующая диафрагма разделяет на анод-е и катод-е пространство и предупреждает смешивание и взаимодействие образовавшихся продуктов. Электролитическая ванна представляет собой закрытый корпус, снабженный устройством для подвода россола и увода продуктов электролиза.

Химизм процесса

NaClóNa+ + Cl-

HOHóH+ + OH-

An(+):OH-;Сl- K(-):Na+;Н+

2Cl- -2eàCl2 2H+ + 2eàH2

 

В растворе-NaOH.

2Na + 2H2O à Cl2 + H2 + 2NaOH

Выделение Н2 нарушает равновесие диссоциации Н2О. У катода б/т накапливаться ОН-. К катоду притягиваются ионы Na+,=> в катодном пространстве образуется щелочь.Если концентрация ОН- ионов в анодном пространстве увеличивается, то возможна побочная реакция:

2OH- - 2eà H2O + O*

Этом атомарный О2 окисляет графит анода с образованием СО2.=> Cl2 б/т загрязняться О2 и СО2. Кроме того Cl2 растворяется в рассоле и гидролизуется с образованием кислот:

Cl2 + H2O à HCl + HClO

При наличии ОН- -ионов в пространстве б/т образовываться гипохлориты и хлориты Na, чтобы помешать побочным реакциям, в анодное пространство непрерывно подают рассол. А из катодного пространства отводят щелок.При этом электролит движется навстречу гидроксид-ионом и уносит их с собой. Для снижения напряжения и растворимости соли в рассоле его нагревают при темпер-ре 89-90град. В отходящем электролитическом щелоке кроме NaOH содержится и NaCl,(180-200г/л).Для удаления NaCl щелок упаривают в вакууме до содержания в нем NaOH ~50%. После охлаждения NaCl выпадает в осадок. Его отфильтровывают и снова

Классификация металлов.

Большинство Ме встречаются в виде соединений солей (HCl, CaSO4,NaCl), оксидов (MgO, ZnO) в самородном виде (Cu, Au, Ag)=>Ме имеют степень окисления +n и суть их производства сводится в восстановление Ме.

Все Ме подразделяются на черные и цветные. Черные – это Fe и его сплавы, Cr, Mn. Цветные подразделяются на: тяжелые (Cu,Ni, Zn, Sn, Pb,Hg); легкие (Al, Na, K, Ca,Mg); благородные (Au, Ag, Pt) и редкие.Редкие подразделяются на: рассеянные (Ca,Zn,Ta,Se,Te); редкоземельные (La,Se, лантоноиды); тугоплавкие (W,Mo,Vo,Ne); легкие (Li,Be,Ru); радиоактивные (V,To,Ra).

Сырьем для произ-ва Ме яв-ся Ме-кие руды, т.о. горные породысодержат 1 или несколько Ме, в таких соед-ях кол-во объема и концентрации при которых целесообразно и экономически выгодно их извлечение.

По содержанию Ме руды будут:

богатые, напр-р, железные руды;

средние;

бедные (руды цвет. Ме).

По числу содержания Ме руды бывают:

простые (монометаллические);

комплексные (полиметаллические).

Первоначально руду подвергают обогащению – механическому или флотационному, а получается как центрат подвергается химич. переработке.

 

Применение металлов

Металлы находят широкое применение как в чистом виде, так и в виде сплавов, это обусловлено рядом специфических свойств:

- высокая тепло- и электропроводность,

- высокий коэффициент термического расширения,

- низкая теплоемкость,

- низкое удельное сопротивление,

- ферро- и парамагнетизм,

- механические свойства (пластичность, прочность, упругость),

- химические свойства (окисляемость),

- существование в нескольких полиморфных модификациях и т.д.

Рассмотрим применение некоторых металлов:

Сu Чистая медь имеет большую электропроводность, уступая лишь серебру, следовательно, применяется для изготовления электропроводов и радиотехнической аппаратуры. Причем, электропровода изготавливают из бескислородной меди, так как кислород придает меди хрупкость. Большое количество меди идет на получение сплавов, например, латуни – сплав меди, в котором 10-40% Zn. Сплав меди с другими металлами называются бронзами.

Алюминиевые бронзы (5-11% Al) обладают высокой коррозионной стойкостью и золотистым блеском, служат для изготовления лент, пружин, шестерен и художественных изделий.

Кремнистые бронзы (4-5% Si) обладают высокими механическими и антикоррозионными свойствами, применяются в химической промышленности для изготовления сеток, проводов, трубопроводов.

Бериллиевые бронзы (1,8-2,3% Ве) способны при быстром охлаждении с 800ºС принимать закалку и становиться твердыми и упругими как сталь, их применяют для изготовления часовых механизмов, в точной механике и приборостроении.

Zn Значительная часть цинка идет на получение сплавов – латуней и бронз, а также, для изготовления оцинкованного железа, которое обладает высокой устойчивостью к атмосферной коррозии. Значительное количество цинка расходуется для изготовления гальванических элементов, например, марганцово-цинковый элемент, который применяется в качестве источников электропитания установок связи, различных измерительных приборов, карманных фонарей.

Hg Ртуть, как жидкий металл при обычных условиях, применяется в электрохимической промышленности (производство хлора электролизом NaCl), для изготовления ртутных выпрямителей, ламп дневного света, кварцевых ламп, манометров и термометров; в атомной энергетике при растворении урановых блоков. Соединения ртути широко используются как катализаторы. В горном деле ртутью пользуются для отделения золота от неметаллических примесей.

Sn Сплавы олова с сурьмой и медью применяют для изготовления подшипников. Сплавы олова со свинцом – припои – широко применяются для пайки. В качестве легирующей добавки олово входит в некоторые сплавы меди. Олово, как коррозионностойкий металл, применяется для лужения железа. Олово называют металлом «консервной банки», так как 40% всего добываемого олова идет для лужения стали в консервной промышленности. Старыми залежавшимися консервами можно отравиться, т.к. при длительном хранении происходит взаимодействие органических кислот с оловянным покрытием, эти соединения являются сильнейшим ядом!

Pb Из свинца получают подшипниковые сплавы, оболочки кабелей, пластины аккумуляторов. Свинец применяется в ядерной технике. Свинец хорошо поглощает γ-излучение и используется для защиты от него при работе с радиоактивными веществами. В химической промышленности свинец применяют для покрытия аппаратов; изготавливают свинцовое стекло – хрусталь, а также из свинца изготавливают пули, дробь. Чистый свинец используется в производстве тетраэтилсвинца Pb(C₂H₅)₄ – это летучая ядовитая жидкость, которую добавляют в бензин для повышения октанового числа. Тяжелый металл Pb, попадая в организм, накапливается, вызывая заболевание костей, так как замещает Са в костной ткани.

Ti и Zr обладают антикоррозионными свойствами, по прочности не уступают стали. Долгое время титан был очень дорогим металлом, т.к. не могли выделять его в чистом виде. Сейчас он широко применяется в виде сплавов с Al (до 5%), Mo (до 3%), в самолето- и ракетостроении заменяет дюралюминий, т.к. при сверхзвуковых скоростях самолетов при нагревании снижается прочность алюминия и может быть растрескивание. Титан лишь немного тяжелее алюминия, но в 3 раза прочнее его. Также Ti и Zr используются в химической промышленности и машиностроении. Zr дороже Ti, он используется в атомных реакторах в качестве антикорра, так как почти не задерживает медленные нейтроны. Нагретый цирконий активен по отношению к кислороду, водороду, азоту и другим газам, поэтому его применяют в качестве геттера – вещества, поглощающего остатки газов в вакууме. Из циркония делают держатель для вольфрамовых нитей радиоламп.

Cr. Хром стоек к коррозии и к истиранию, обладает блеском, используется для получения защитных покрытий на железе и меди (хромирование). Изделия из хрома не изготавливают, т.к. он хрупкий. Большая часть хрома идет на получения сплавов и компонента легированных сталей. Введение хрома в сталь повышает ее устойчивость против коррозии как в водных средах при обычных температурах, так и в газах при повышенных температурах. Кроме того, хромистые стали обладают повышенной твердостью. Хром входит в состав нержавеющих кислотоупорных, жаропрочных сталей.

Mo и W – самые тугоплавкие металлы, применяются в виде проволок и нитей накаливания электроламп, высокотемпературных печей. Порошок карбида вольфрама (WC) смешивают с порошком кобальта, и эта смесь прокаливается под давлением в атмосфере водорода, в результате получается материал победит, который идет на изготовление резцов и свёрл.

Ag Из серебра изготавливают химическую аппаратуру и аппаратуру для пищевой промышленности, покрывают радиодетали, серебрят провода, стекло, керамику, электронную технику. Из посеребренного стекла изготавливают зеркала и елочные игрушки. Серебряно-цинковые аккумулятора имеют наибольшую мощность. Еще в древнем Египте серебром лечили язвы и раны, обеззараживали воду. Серебро применяется в косметике. Серебро в большом количестве используется для изготовления ювелирных и художественных изделий, монет.

Au пока довольно дорогой неокисляемый драгоценный металл, является денежной единицей – слитки золота обеспечивают бумажные деньги. Золото - тяжелый ярко-желтый блестящий металл, очень ковкий и пластичный, путем прокатки из него можно получить лист толщиной менее 0,0002 мм, а из 1 г золота можно вытянуть проволоку длиной 3,5 км. Золото прекрасный проводник теплоты и электричества. В виду мягкости золото употребляется в сплавах обычно с серебром или медью. Эти сплавы применяются для изготовления электрических контактов, например, в микроэлектронике, для зубопротезирования, для крашения фарфора и стекла (рубиново-красной стекло). Золото и его сплавы применяются в ювелирном деле. Содержание золота в сплаве указывает проба, которая ставится на изделие в виде клейма. В нашей стране применяется метрическая система проб, которая показывает, сколько единиц массы драгоценного металла содержится в 1000 единицах массы сплава. Наиболее распространены изделия

из золота 583 и 750 пробы;

из серебра 800 и 875 пробы

4 3. Общие методы получения Ме.

Любой металлургический процесс – это процесс восстановления иона Ме с помощью различных восстановителей. В зависимости от способа промышленной металлургии производства различны: пирометаллургия. Электрометаллургия, гидрометаллургия.

Пирометаллургия – получение Ме из их соединений при высокой темпер-ре с помощью восстановителей(C, CO,H2,Al,Mg).

восстановление коксом и СО:

МеО + СОóМе + СО2

Это гетерогенный процесс, причем СО обладает слабыми восстановительными свойствами, смещение равновесия достигается удалением из сферы реакции одного из продуктов (СО2).Углерод в качестве восст-ля м/б т/о при темпер-ре более 1000град.. Ниже этой темпер-ры восстан-ем яв-ся СО2, образовав-ся в рез-те окислен-я углерода. Образова-ся СО2 реагирует с раскаленным коксом до СО(глав. Восс-ль). Этим методом выплавляют железочугун, а также Zn,Cu,Pb, Ni,Co,Bi,сурьма.

2) металлотермический метод - металлургич. Процесс, основанный на восстановлении оксидов и галогенидов более активными Ме и протекающ. с выделением большого количества тепла. Этот способ открыт Бекетовым в 1859г.при изучении взаим-я порошкообразн. Al с перекисью Ba.

Реакция восстанов-я оксидов протекает в том случае, когда теплота образ-я окислов восст-я больше по сравнению с теплотой образ-я восст-ого оксида. Поэтому для алюмотермии используют Mg, Al,Ca.При использовании Ca и Mg нельзя получить Ме в виде жидкого слоя из-за высокой темпер-ы плавления оксидов этих Ме. Для получения Ме и сплавов металлотермией смесь оксида и порошкообраз-ого Al помещают в шамотный тигель, футерованный окисью Mg, засыпают сверху небольшим кол-ом зажигат. Смеси (перекись Ba или порошок Al) и поджигают горящейMg-ой лентой.

Cr2O3 + 2Al à 2Cr + Al2O3

Восстановление оксидов Н2.

Н2 относится к малоактивным восстан-ям, реакция восстан-я яв-ся гетероген. и обратимыми.

МеО + Н2 à Ме + Н2О

Для смещения равновесия применяют избыток Н2 и удаляют его потоком продукт. реакции – пары Н2О. Этим способом м/о восстан-ть даже довольно прочные оксиды. Но необходимы большие кол-ва тщательно высушенного Н2. Этим методом получают Mo,V,Ge. Оксид Ме помещают в кварцевую лодочку, вставляют ее в фарфор. Или кварцев. Трубку и ставят в электропечь.

Получение Ме восстановлением галогенидов.

Такие Ме как титан, цирконий, ниобий, тантал даже при небольшом содержании кислорода, углерода или азота резко понижают пластичность и становятся хрупкими, поэтому их получают из галогенидов, чаще хлоридов.Напр-р, титан восстан-ют из тетрохлортитана магнием в стальном реакторе, который помещают в электропечь в среде Ar:

TiCl4 + 2Mg à Ti + 2MgCl2

Ti получ-ся губчатый. MgCl2 отгоняют из реактора в Mg или извлекают Н2О. Для получения компактного Ме губку титана плавят, нагревая электр.током в атмосфере Ar.

Термическое разложение йодидов.

Этот метод применяется для получения чистых тугоплавких Ме, обладающих большим сродством к кислороду (цирконий, ниобий, тантал).

В реактор помещают загряз-й Ме и небольшое количество кристалл. J2, создают вакуум и раскаливают электрич.током вольфрамовую нить. Пары йода вступают в реакцию с Ме и дают летучий йодид.

Zr + 2J2 à ZrJ4

Пары йодида заполняют пространство реактора и разлагаются на вольфрамовой нити.

ZrJ4 ó Zr + 2J2

Йод вступает в реакцию, прцесс непрерывный.

Гидрометаллургия- это восс-е химич. восстан-ми из водных растворов, чаще состоит из 2-х процессов.

1)Природные соед-я Ме, чаще оксид, реже соль, растворяют в кислоте в рез-те полу-т рас-р соли 2. Из полученного рас-ра данный Ме вытесняют более активным Ме.

1)CuO + H2SO4 à CuSO4 + H2O

2) CuSO4 + Zn à ZnSO4 + Cu

Электрометаллургия- получение Ме электролизом рас-ров или расплавов их соединений. Роль восс-ля играет электр.ток. Получают так щелочные, щелочноземельные Ме и Al.

Применение металлов

Металлы находят широкое применение как в чистом виде, так и в виде сплавов, это обусловлено рядом специфических свойств:

- высокая тепло- и электропроводность,

- высокий коэффициент термического расширения,

- низкая теплоемкость,

- низкое удельное сопротивление,

- ферро- и парамагнетизм,

- механические свойства (пластичность, прочность, упругость),

- химические свойства (окисляемость),

- существование в нескольких полиморфных модификациях и т.д.

Рассмотрим применение некоторых металлов:

Сu Чистая медь имеет большую электропроводность, уступая лишь серебру, следовательно, применяется для изготовления электропроводов и радиотехнической аппаратуры. Причем, электропровода изготавливают из бескислородной меди, так как кислород придает меди хрупкость. Большое количество меди идет на получение сплавов, например, латуни – сплав меди, в котором 10-40% Zn. Сплав меди с другими металлами называются бронзами.

Алюминиевые бронзы (5-11% Al) обладают высокой коррозионной стойкостью и золотистым блеском, служат для изготовления лент, пружин, шестерен и художественных изделий.

Кремнистые бронзы (4-5% Si) обладают высокими механическими и антикоррозионными свойствами, применяются в химической промышленности для изготовления сеток, проводов, трубопроводов.

Бериллиевые бронзы (1,8-2,3% Ве) способны при быстром охлаждении с 800ºС принимать закалку и становиться твердыми и упругими как сталь, их применяют для изготовления часовых механизмов, в точной механике и приборостроении.

Zn Значительная часть цинка идет на получение сплавов – латуней и бронз, а также, для изготовления оцинкованного железа, которое обладает высокой устойчивостью к атмосферной коррозии. Значительное количество цинка расходуется для изготовления гальванических элементов, например, марганцово-цинковый элемент, который применяется в качестве источников электропитания установок связи, различных измерительных приборов, карманных фонарей.

Hg Ртуть, как жидкий металл при обычных условиях, применяется в электрохимической промышленности (производство хлора электролизом NaCl), для изготовления ртутных выпрямителей, ламп дневного света, кварцевых ламп, манометров и термометров; в атомной энергетике при растворении урановых блоков. Соединения ртути широко используются как катализаторы. В горном деле ртутью пользуются для отделения золота от неметаллических примесей.

Sn Сплавы олова с сурьмой и медью применяют для изготовления подшипников. Сплавы олова со свинцом – припои – широко применяются для пайки. В качестве легирующей добавки олово входит в некоторые сплавы меди. Олово, как коррозионностойкий металл, применяется для лужения железа. Олово называют металлом «консервной банки», так как 40% всего добываемого олова идет для лужения стали в консервной промышленности. Старыми залежавшимися консервами можно отравиться, т.к. при длительном хранении происходит взаимодействие органических кислот с оловянным покрытием, эти соединения являются сильнейшим ядом!

Pb Из свинца получают подшипниковые сплавы, оболочки кабелей, пластины аккумуляторов. Свинец применяется в ядерной технике. Свинец хорошо поглощает γ-излучение и используется для защиты от него при работе с радиоактивными веществами. В химической промышленности свинец применяют для покрытия аппаратов; изготавливают свинцовое стекло – хрусталь, а также из свинца изготавливают пули, дробь. Чистый свинец используется в производстве тетраэтилсвинца Pb(C₂H₅)₄ – это летучая ядовитая жидкость, которую добавляют в бензин для повышения октанового числа. Тяжелый металл Pb, попадая в организм, накапливается, вызывая заболевание костей, так как замещает Са в костной ткани.

Ti и Zr обладают антикоррозионными свойствами, по прочности не уступают стали. Долгое время титан был очень дорогим металлом, т.к. не могли выделять его в чистом виде. Сейчас он широко применяется в виде сплавов с Al (до 5%), Mo (до 3%), в самолето- и ракетостроении заменяет дюралюминий, т.к. при сверхзвуковых скоростях самолетов при нагревании снижается прочность алюминия и может быть растрескивание. Титан лишь немного тяжелее алюминия, но в 3 раза прочнее его. Также Ti и Zr используются в химической промышленности и машиностроении. Zr дороже Ti, он используется в атомных реакторах в качестве антикорра, так как почти не задерживает медленные нейтроны. Нагретый цирконий активен по отношению к кислороду, водороду, азоту и другим газам, поэтому его применяют в качестве геттера – вещества, поглощающего остатки газов в вакууме. Из циркония делают держатель для вольфрамовых нитей радиоламп.

Cr. Хром стоек к коррозии и к истиранию, обладает блеском, используется для получения защитных покрытий на железе и меди (хромирование). Изделия из хрома не изготавливают, т.к. он хрупкий. Большая часть хрома идет на получения сплавов и компонента легированных сталей. Введение хрома в сталь повышает ее устойчивость против коррозии как в водных средах при обычных температурах, так и в газах при повышенных температурах. Кроме того, хромистые стали обладают повышенной твердостью. Хром входит в состав нержавеющих кислотоупорных, жаропрочных сталей.

Mo и W – самые тугоплавкие металлы, применяются в виде проволок и нитей накаливания электроламп, высокотемпературных печей. Порошок карбида вольфрама (WC) смешивают с порошком кобальта, и эта смесь прокаливается под давлением в атмосфере водорода, в результате получается материал победит, который идет на изготовление резцов и свёрл.

Ag Из серебра изготавливают химическую аппаратуру и аппаратуру для пищевой промышленности, покрывают радиодетали, серебрят провода, стекло, керамику, электронную технику. Из посеребренного стекла изготавливают зеркала и елочные игрушки. Серебряно-цинковые аккумулятора имеют наибольшую мощность. Еще в древнем Египте серебром лечили язвы и раны, обеззараживали воду. Серебро применяется в косметике. Серебро в большом количестве используется для изготовления ювелирных и художественных изделий, монет.

Au пока довольно дорогой неокисляемый драгоценный металл, является денежной единицей – слитки золота обеспечивают бумажные деньги. Золото - тяжелый ярко-желтый блестящий металл, очень ковкий и пластичный, путем прокатки из него можно получить лист толщиной менее 0,0002 мм, а из 1 г золота можно вытянуть проволоку длиной 3,5 км. Золото прекрасный проводник теплоты и электричества. В виду мягкости золото употребляется в сплавах обычно с серебром или медью. Эти сплавы применяются для изготовления электрических контактов, например, в микроэлектронике, для зубопротезирования, для крашения фарфора и стекла (рубиново-красной стекло). Золото и его сплавы применяются в ювелирном деле. Содержание золота в сплаве указывает проба, которая ставится на изделие в виде клейма. В нашей стране применяется метрическая система проб, которая показывает, сколько единиц массы драгоценного металла содержится в 1000 единицах массы сплава. Наиболее распространены изделия

из золота 583 и 750 пробы;

из серебра 800 и 875 пробы

4 4. ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА

Чугун выплавляют из железорудного сырья в доменных печах, в которых за счет сгорания топлива создаются высокие температуры, обеспечивающие процессы восстановления оксидов железа руды, образования жидкого чугуна и отделения пустой породы в виде шлака. Подобный процесс получил название доменного процесса или доменной плавки.

Сырье доменной плавки

В качестве сырья в доменном процессе используют специально подготовленные железные руды (агломерат, окатыши), твердое, жидкое и газообразное топливо, флюсы, марганцевые руды и воздух. Смесь твердых компонентов сырья, загружаемого в доменную печь, называется шихтой.

1. Топливо обеспечивает создание в печи высоких температур, необходимых для протекания реакций восстановления оксидов железа, образование оксида углерода (II) и водорода, являющихся газообразными восстановителями, диффузию углерода в восстановленное железо и образование чугуна. В качестве топлива используется преимущественно каменноугольный кокс и, для снижения его расхода, добавки газообразного (природный и коксовый газы), жидкого (мазут) и аэрозольного (угольная пыль) топлив.

2. Флюсы вводят в шихту для образования с пустой породой руды и золой кокса, содержащих тугоплавкие оксиды кремния, алюминия и кальция, легкоплавкого жидкотекучего и легко отделяемого от чугуна шлака. В качестве флюсов используют не содержащие серы и фосфора карбонат кальция и доломит CaCO3*MgCO3. В современном процессе флюсы вводят не непосредственно в доменную печь, а в шихту при ее подготовке, образуя так называемый офлюсованный железорудный материал.

3 Воздух, обогащенный кислородом, обеспечивает горение топлива и образование газообразных восстановителей.

4. Железные руды

а) магнитный железняк(магнетит Fe3O4) сод. Fe 50-60%,хорошо выражены магнитные св-ва, руда довольно прочная, обогащение ведут на электромагнитных сепараторах.

б) кр.железняк(гематит Fe2O3) сод. Fe 51-66%, достаточно мгного примесей S и Р.

в) бурый железняк(Fe(OH)2*Fe(OH)3) сод. Fe 37-55%, руды рыхлые,но легко восст-ся.

г) шпатовый железняк(сидерид) (FeCO3) сод. Fe 30-40%.

д) отходы произв-ва,сод Fe – шлаки от произв-ва стали – но сод Fe 10-15%, сварочные шлаки Fe 45-50%, Fe2O3 железная окалина сод 70%

перед доменной плавкой проходят специальную подготовку. Цель подготовки — повышение содержания железа в железорудных материалах, обеспечение необходимых дисперсности и газопроницаемости их и, как следствие, увеличение производительности доменной печи, снижение расхода кокса и флюсов. Основными операциями подготовки являются обогащенные руды и окускование рудной мелочи.

Теоретические основы доменного процесса

Процесс доменной плавки происходит в плавильных агрегатах непрерывного действия шахтного типа. В них непрерывно движутся навстречу друг другу два материальных потока: сверху вниз твердая шихта и снизу вверх газообразные восстановители, образующиеся в результате горения топлива и взаимодействия продуктов горения с компонентами шихты. Подобный режим противотока создает постоянство движущей силы и скорости процесса восстановления и обеспечивает стационарность режима работы доменной печи.

1. Подготовительные процессы. К подготовительным процессам, протекающим в интервале температур 100—400С, относятся выделение гигроскопической и гидратной воды и летучих веществ из твердого топлива.

2. Образование газообразных восстановителей. Газообразные восстановители образуются в результате полного сгорания углерода кокса и природного газа при температурах 1800—1900С

2С + О2 - 2СО

СН4 + 5О2 - СО + 2Н2.

Восст-ние оксидов железа начинается при темп. выше 570С и в

Fe2O3 — Fe3O4 - FeO — Fe. Заканч-ся восст-ние при темп. 1200С.

При доменной плавке прямое восстановление оксидов железа углеродом кокса играет незначительную роль и возможно лишь при высоких температурах. В доменной печи преобладает процесс косвенного восстановления их оксидом углерода (II) и водородом, описываемый уравнениями:

3Fe2O3 + СО = 2Fe3O4 + СО2

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2

FeO + СО = Fe + СО2

3Fe2O3 + Н2 = 2Fe3O4 + Н2О

Fe3O4 + Н2 = 3FeO + Н2О

ГеО + Н2 = Fe + Н2О

4. Науглероживание железа и получение чугуна. Науглероживание губчатого металлического железа происходит при его контакте с доменными газами, содержащими оксид углерода (11) и раскаленным коксом. Процесс науглероживания начинается в твердой фазе при температуре около 600С на поверхности свежевосстановленного железа, катализирующего реакцию распада оксида углерода (II). При этом образуется высокоактивпый сажистый углерод, реагирующий с железом с образованием карбида железа:

2СО = СО2 + С и 3Fe + С = Fe3C или 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2

6. Образование шлака. При доменной плавке одновременно с образованием чугуна образуется шлак в виде различных силикатов за счет взаимодействия невосстановленных основных (CaO, MgO, MnO и FeO) и кислотных (AI2O3 и SiO2) оксидов. По мере перемещения в зону высоких температур (выше 1400°С) шлак обогащается оксидами кальция, магния, алюминия и кремния за счет восстановления оксидов железа и марганца и становится жидкотекучим.

Устройство домен.печи.

Выплавку чугуна произв-т в домнах.Это сложное сооруж-е V=5000м3,h=до 80м,внутри печь обложена огнеупорным кирпичом,снаружи- стальной кожух для прочности. Для стойкости огнеупора внутри кладки наход.система теплообменных труб,по кот. циркулирует хол.вода. Вверх.часть домны- засыпной аппарат при помочи кот. осущ.герме-ная загрузка и равномерное распределение шихты. Ковш для загрузки наз. скип,поднимаясь по наклонному мосту загр.сырье отдел.порциями ч/з кажд.5-10мин. Ниже распол. колошник. Ср. часть печи- шахта, расширенная часть- распар, суживающаяся ниж.часть- заплечики, ниж.цилиндрическая часть- горн. Он им.12-20 отверстий для подачи возд. и природ.газа. Чуть выше дна наход. отверстие для выпуска чугуна- чугунная ледка,кот. заделана огнеупорным материалом, чуть выше- шлаковая ледка.