Опишите каждую стадию основного процесса получения черных металлов: Опишите каждую стадию основного процесса получения черных металлов.

alexxlab | 24.02.1979 | 0 | Разное

Черная металлургия. Виды продукции из железа

Стр.40

ВСПОМНИТЕ

Вопрос 1. Когда человек научился использовать железо?

Вероятнее всего, первыми металлами, с которыми люди научились обращаться, стали медь и золото. Причиной этому послужил тот факт, что и медь, и золото встречаются в природе не только в рудах, но и в чистом виде. Люди находили целые самородки золота и куски меди и при помощи молотка придавали им нужную форму. Причем металлы эти не нужно было даже плавить. И хотя нам до сих пор неизвестно точно, когда люди научились использовать металлы, но ученые могут поручиться за то, что человек впервые применил медь примерно в пятом тысячелетии, а золото — не позже четвертого тысячелетия до нашей эры. Приблизительно в третьем тысячелетии до нашей эры люди открыли некоторые из наиболее важных свойств металлов. К тому времени человек уже познакомился с серебром и свинцом, но чаще всего использовал по-прежнему медь, главным образом из-за прочности, да и, пожалуй, еще потому, что медь встречалась в изобилии. Начав работать с металлами, люди научились придавать им нужные формы и делать из них посуду, инструменты, оружие. Но как только человек познакомился с металлами, он не мог не обратить внимание, на их полезные свойства. Если металл нагреть, он становится мягче, а если потом вновь остудить, он снова твердеет. Человек научился лить, варить и плавить металлы. Помимо этого, люди узнали, как можно добывать металлы из руд, ведь те значительно чаще встречаются в природе, чем самородки.

Вопрос 2. Какие виды продукции производят из железа?

Четыре основных продукта черной металлургии:

1.передельный чугун, который от стали отличается лишь повышенным содержанием углерода (свыше 2%)

2.литейный чугун

3.стальные слитки, которые подвергают обработке давлением для получения проката, используемого, например, в железобетонных конструкциях, прокат становится трубами и другими изделиями

4.ферросплавы, которые применяются в производстве стали

Стр.41

МОИ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Вопрос 1. Опишите каждую стадию основного процесса получения черных металлов.

1.добыча и подготовка сырья к переработке (добыча, обогащение, агломерирование, получение необходимых концентратов и др.)

2.металлургический передел — основной технологический процесс с получением чугуна, стали, проката черных и цветных металлов, труб и др.

3.производство сплавов.

4.утилизация отходов основного производства и получение из них вторичных видов продукции.

Вопрос 2. Найдите на карте предприятия полного металлургического цикла, отдельных стадий цикла.

Комбинаты полного цикла — они включают в себя все стадии производства: от добычи руды, до выпуска чугуна, стали, проката.

Вопрос 3. Определите, почему в состав металлургических предприятий входят производства, не выплавляющие металл.

Металлургия очень сильно зависит от многих отраслей народного хозяйства.

Для того чтобы уменьшить издержки на транспортировку, металлургические предприятия создаются в местах оптимально близким ко всем необходимым ресурсам. С этой же целью создаются металлургические комбинаты содержащие вспомогательные производства не касающиеся непосредственно выплавки. К тому же в процессе производства металла образуются отходы, которые можно использовать в других производствах.

Вопрос 4. Определите, чем отличаются заводы полного металлургического цикла от бездоменного производства черных металлов.

В составе черной металлургии выделяются следующие типы предприятий: металлургические заводы полного цикла, т. е. производящие чугун, сталь и прокат; сталеплавильные и сталепрокатные заводы; производство ферросплавов сплавов железа с хромом, марганцем, кремнием и другими элементами; малая металлургия — производство стали и проката на машиностроительных заводах; бездоменная металлургия — производство железа методом прямого восстановления.

Стр.43

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос 1. Каковы факторы размещения предприятий черной металлургии? Как они изменяются при строительстве мини — заводов?

Факторы: Сырьевой, Топливный, Потребительский, Энергетический общая добыча железной руды в России — около 100 млн. т. основное сырье — железная руда и уголь (каменный или бурый).

Вопрос 2. В чем особенности производства черных металлов?

Чёрными называют металлы, основу которых составляет железо (чугун, сталь, ферросплавы). Почти 90% всех металлов, применяемых в современном производстве, — чёрные. Для производства чёрных металлов необходимы железная руда, хром, марганец, кокс и другие компоненты.

Вопрос 3. Каковы основные проблемы развития металлургии Урала?

Исторически черная металлургия развивалась на базе богатых специфических железных руд. По мере истощения месторождений возникла необходимость обогащения руд, но концентраты с высоким содержанием железа оставались, как правило, многокомпонентными, т. е. из полезных элементов содержали только железо. Однако и они не бесконечны. Во всяком случае, на Урале преобладающим типом руд становятся комплексные, а типичное железорудное сырье, завозится на предприятия за тысячи километров. Это при современных железнодорожных тарифах существенно удорожает себестоимость металла. Эффективная переработка комплексных руд требует реализации новых технологий.

Урок географии в 9-м классе по теме “Черная металлургия России”

Цель:

1. Дать понятие о металлургии – как о комплексной отрасли промышленности.
2. Познакомить с процессом выплавки черных металлов, с производственными стадиями выплавки стали, чугуна и проката.
3. Формировать представление об особенностях черной металлургии и о влиянии промышленности на окружающую среду.
4. Развивать навыки работы с экономическими и контурными картами.
5. Воспитывать бережное отношение к природе.

Оборудование:

1. Экономическая карта Кузбасса, плакат “Виды проката”.
2. Схема металлургического комбината.
3. Коллекция полезных ископаемых (красный, бурый и магнитный железняки).
4. Коллекция металлов (чугун, сталь, железо).
5. Учебник географии “Население и хозяйство России 9 класс”.
6. Контурные карты Кемеровской области.

Ход урока

1. На уроке узнаете о составе, особенностях и значении черной металлургии. О влиянии отрасли на окружающую среду. В течение урока проследите взаимосвязь экологических проблем с металлургическим комплексом.

В ходе всего занятия составить план урока.

2. Беседа: Что называется металлургическим комплексом?

– Какие металлы знаете?

Информация учителя: 90% всех металлов, применяемых в современном производстве – черные металлы, т.е. (железо, чугун, сталь и получаемые на основе железа сплавы). Цветных металлов больше – их более 70 видов.

Показ коллекции металлов: чугуна и стали.

– Перед вами лежат образцы черных металлов. Посмотрите, как они выглядят, чем отличаются.

3. Информация учителя:

Россия – одна их ведущих стран мира по производству металлических руд и выплавке металлов. За годы кризиса в нашей стране снизилось обеспечение комплекса сырьевыми ресурсами.

В металлургическом комплексе России занято более 1 млн. человек.

Поэтому металлургия считается трудоемкой отраслью.

Металлургия – комплексная отрасль, которая включает в себя добычу руд металлов, их обогащение, выплавку металла, производство проката.

– Что значит обогащение руды? (Обогащение – процесс очистки руды от пустой породы. Очищенный от примеси полезный минерал называется концентратом.)

В качестве технологического топлива в металлургии используется коксующийся уголь (кокс).

– В каких отраслях хозяйства используются металлы? (Машиностроение, транспорт и др.)

Вывод; Фактически нет такой отрасли народного хозяйства, в которой в том или ином качестве не использовался металл. Несмотря на то, что с каждым годом применяется все больше заменителей металлов, роль их не снижается. Многие заменители широко используются в металлургии, улучшая качество продукции (создается прокат с пластмассовым и алюминиевым покрытием, антикаррозийные сплавы и т д.).

Ценно также и то, что отслуживший металл просто восстанавливается для повторного использования.

Плакат: 1 т. пластмасс заменяет 10 т. стали, 5 т. меди – 16 т. пиломатериалов.

4. Какие типы предприятий входят в состав черной металлургии?

• Предприятия полного цикла (комбинат). В состав комбината входит производство чугуна, стали, проката и добыча железной руды.
• Предприятия не полного цикла (передельная метал.). Изготавливают либо сталь, либо прокат. Создаются сталеплавильные и сталепрокатные заводы.
• Производство ферросплавов.
• Малая металлургия.
• Без доменная металлургия.

– Охарактеризуйте предприятия полного и неполного цикла.

Стадии производства.

При производстве большинства металлов производственный процесс состоит из следующих стадий:

Добыча руды – обогащение – выплавка – изготовление проката и сплавов.

Конечным продуктом в ч. металлургии является прокат.

– Рассмотрим плакат: “Виды проката” (круглый, квадратный, угловой, тавровый, рельсовый, листовой).

– Какое сырье необходимо для выплавки металла? (Железная руда.)

– Из каких руд получают металл? (Магнитный, бурый железняки, марганцевые и хромитовые руды.)

5. Демонстрация коллекции руд.

Железные руды занимают большой удельный вес в земной коре. Бели железная руда содержит 40% Fe, то она считается бедной. Магнетит содержит – 72% Fe – насыщенная.

Схема металлургического комбината.

6. Из каких стадий состоит производственный процесс?

– Какие дополнительные предприятия необходимы для изготовления металла? (Называют по плакату либо схеме в учебнике.)

Вывод: Металлургия охватывает весь процесс производства металла, начиная с:

• добычи и обогащения руд;
• подготовка топлива;
• производство вспомогательных материалов (огнеупоров, кислорода, кокса из угля, цемента их шлака, химических продуктов).
• выплавка металла. Поэтому в металлургии широко развито комбинирование.

– Найти в тексте учебника определение комбинирование и зачитать.

– Что называется комбинатом?

(Комбинат – это соединение на одном предприятии нескольких производств, часто относящихся к разным отраслям).

7. Процесс выплавки чугуна.

– Что используют в качестве топлива для домны? (Кокс и природный газ.) В доменную печь закладывают железную руду и при высокой температуре (около 2000 гр.) выплавляют чугун.

Он стекает на дно печи. Время от времени из домны выпускают готовый чугун. Побочными продуктами выплавки чугуна является шлак и доменный газ. Доменная печь должна работать 8 лет без остановки. Чугуны бывают разные – литейные – серые и передельные – белые.

2 способа выплавки чугуна.

1. Кислородно-конверторный. Используют кислород. Этот способ дает дешевый металл.
2. Электросталеплавильный. (Дает более качественный металл.)

8. Производство стали.

Сырьем является чугун. Сталь – это соединение С + Fe.

Сущность процесса переработки чугуна в сталь состоит в выжигании лишнего кислорода.

2 способа производства стали.

1. Мартеновский.

В качестве топлива используют кокс, природный газ или жидкий мазут. Выплавка происходит при t 1700 гр. Используют и металлолом. Его загружают в специальное загрузочное окно в печи. После 8–10 часов выплавки выпускают готовую сталь. Этим способом получают высококачественную сталь.

2. Существует быстрый способ получения стали – конверторный.

Через загрузочное окно закладывают жидкий чугун и продувают снизу конвертор воздухом. При этом кислород окисляет углерод, содержащийся в чугуне.

Кислород развивает необходимую температуру и происходит сжигания лишнего углерода.

Вместе с углеродом выжигается и определенное количество примесей.

Отличие конверторного способа от мартеновского.

1. Качество стали хуже.
2. Процесс очень быстрый.
3. Немного затрат.

Сталь отливают в специальные формы – слитки. Их направляют на прокатный стан. Слитки подогревают в специальных колодцах и придают им необходимую форму.

В доменном производстве применение природного газа и кислорода привело к повышению темпов выплавки металлов и постепенному снижению качества кокса, требуемого для выплавки 1 т. чугуна.

С 1200 кг. – в дореволюционное время, до 600–450 кг. – в наше время.

9. Черная металлургия – материалоемкая отрасль.

На выплавку 1 т. чугуна расходуется

600–800 кг. – кокса

1,7–1,8 т. – руды

600–800 т. – флюса

200 куб. .м. – воды.

– Каковы факторы размещения черной металлургии?

• сырьевой;
• энергетический;
• потребительский;
• близость к воде;
• экологический;
• трудоемкий.

10. Где будут размещаться предприятия черной металлургии? (Там, где имеются все эти факторы.)

В Кемеровской области есть условия для развития черной металлургии? В каких городах Кузбасса построены предприятия черной металлургии? (Гурьевск, Новокузнецк.)

– Работа в контурных картах. Отметить в контурных картах

– эти города;

– полезные ископаемые, которые находятся на данной территории;

– отметить предприятия черной металлургии в других городах России.

11. Черная металлургия Кузбасса основана на собственных рудах.Все предприятия ч. металлургии Кузбасса – монополисты, занимают 2 м. по своей значимости в народном хозяйстве. В состав комплекса входят Кузнецкий и Западно-сибирский мет. Комбинат с полным циклом производства, а также Гурьевский передельный. Кемеровский коксохимический и Кузнецкий ферросплавный завод.

Сообщения учащихся.

1. Пуск КМК в эксплуатацию вызвал к жизни новые города, рудники, шахты, железные дороги на юге Кузбасса. На комбинате производят передельный и литейный чугун, сталь, широкий ассортимент прокат а ч. металлов – рельсы, балки, угловую, лемешную, листовую, шарикоподшипниковую и трансформаторную сталь, трубы, гвозди и другие виды проката.
   КМК – единственное предприятие в России, выпускающее трамвайные рельсы. Здесь выжигают кокс, производят минеральные удобрения, огнеупорные и стеновые материалы, известь, а также посуда эмалированная и оценкованная, кровати и др. товары.
2. Зап. Сиб. Его прокатные станы катают более 90 различных профилей продукции из 90 марок стали. Изготавливает чугун, сталь, агломерат, проволоку и т.д. На комбинате освоено производство мебели, строительных материалов, сборка видеоаппаратуры и др. Продукцию комбината продают 30 странам мира.
3. Кузнецкий завод ферросплавов производит ферросилициум, ферросиликованадий. Эти сплавы резко повышают ударную вязкость стального литья, увеличивая надежность машин и снижают вес отдельных узлов почти на 20%.

Информация учителя.

За годы реформы в России в ч. металлургии Кузбасса снизился объем продукции в 3 раза. С 1997 года начался рост объема металлургической

продукции. Годовая мощность производства чугуна – 9 млн. т. Произвели 6 млн. т. Мощность использовалась на 60 %.

Стали произвели – 7,7 млн.т. Из 15 мартенов использовалось только 6.

Экология Кузбасса.

12. Ч. металлургия – отрасль, сильно загрязняющая окружающую среду. На ее долю приходится 20% всех промышленных выбросов в атмосферу и сточных вод.

Только один медеплавильный завод производит в год 125 тыс.т. меди, выбрасывает в атмосферу 2 млрд. куб. м. газов и 43 тыс.т. пыли, металлургия в Кузбассе занимает 1 место по выбросам – 38% от выбросов других отраслей.

2 место – топливная –21 %

3 место – энергетика

4 место – ЖКХ, котельные.

В 1995 г. количество выбросов составили 1 млн.285 тыс. т.

В 2000 г. – 1 млн. 368 тыс. т.

Город Новокузнецк считается с уровнем загрязнения атмосферы в 10 разпревышающим ПДК. Подсчитали, что на 1 жителя г. Новокузнецка приходится 949 кг. вредных веществ.

В атмосферу Кемеровской области выбрасывается более 100 наименований вредных веществ 1 и 2 класса таксичности.

– Какие еще экологические проблемы возникают?

(Заслушать выступления уч-ся). (“Экологическое образование уч-ся в обучении географии” Т.В. Кучер).

13. Итог.

– Какую продукцию производит ч. металлургия?

– Металлургия – комплексная отрасль, что она включает в себя?

– Каково значение металлургии в народном хозяйстве?

– Каково влияние ч. металлургии на экологию?

– Назовите типы предприятий,

– Способы выплавки чугуна и стали.

– Что является топливом для выплавки металлов?

– Назовите металлургические города Кемеровской области (Новокузнецк, Гурьевск).

Заполнить таблицу:

Конечный продукт ч.металлургии.	Типы предприятий.	Способы выплавки стали.	Топливо для выплавки металла.	Способы выплавки чугуна.
Прокат чугуна, стали и сплавы.	Полный и неполный цикл.	мартеновский; конверторный.	Кокс, природный газ, мазут.	кислородно-конверторный; электро-сталеплавильный.

– Проверка таблицы.

– Рассмотреть проблемный вопрос.

На уроке мы познакомились с составом, особенностями, закономерностями размещения и экологическими проблемами металлургического комплекса.

Урок закончен.

Технологический процесс производства меди

Медь, относимая по классификации к цветным металлам, стала известной в глубокой древности. Ее производство человек освоил раньше, чем железо. Это объяснимо как частым ее нахождением на земной поверхности в доступном состоянии, так и относительной легкостью производства меди путем извлечения ее из соединений. Свое название Cu она получила от острова Кипра, где древняя технология производства меди получила большое распространение.

Благодаря своей высокой электропроводимости (медь из всех металлов – вторая после серебра) она считается особенно ценным электротехническим материалом. Хотя электропровод, на который ранее шло до 50% мирового производства меди, сегодня чаще всего изготовляют из более доступного алюминия. Медь, наряду с большинством прочих цветных металлов, считается все более дефицитным материалом. Это связано с тем, что сегодня называются богатыми те руды, что содержат около 5% меди, а основная ее добыча ведется переработкой 0,5%-ных руд. В то время как в прошлые века эти руды содержали от 6 до 9% Cu.

 

 

Медь относят к тугоплавким металлам. При плотности в 8,98 г/см3 ее температуры плавления и кипения составляют соответственно 1083°C и 2595°C. В соединениях она обычно присутствует с валентностью I или II, реже встречаются соединения с трехвалентной медью. Соли одновалентной меди чуть окрашенные или совсем без цвета, а двухвалентная медь дает своим солям в водном растворе характерную окрашенность. Чистая медь представляет собой тягучий металл красноватого или розового (на изломе) цвета. В просвете тонкогом слоя она может казаться зеленоватой или голубой. Большинство соединений меди имеют такие же цвета. Этот металл присутствует в составе множества минералов, из них при производстве меди в России применяют только 17. Самое большое место в этом отводится сульфидам, самородной меди, сульфосолям и карбонатам (силикатам).

В сырье заводов по производству меди помимо руд входят еще медные сплавы из отходов. Чаще всего они включают от 1 до 6% меди в соединениях серы: халькозине и халькопирите, ковелине, гидрокарбонатах и оксидах, медном колчедане. Также руды, наряду с пустой породой, включающей карбонаты кальция, магния, силикатов, пирит и кварц, могут содержать компоненты таких элементов, как: золото, олово, никель, цинк, серебро, кремний и др. Не считая самородных руд, включающих медь в доступном виде, все руды подразделяются на сульфидные или окисленные, а также смешанные. Первые получаются как результат реакций окисления, а вторые считаются первичными.

 

Способы производства меди

 

Среди способов производства меди из руд с концентратами выделяют пирометаллургический метод и гидрометаллургический. Последний не получил широкого распространения. Это продиктовано невозможностью одновременного с медью восстановления прочих металлов. Он используется для обработки окисленной или самородной руды с бедным содержанием меди. Отличаясь от него, пирометаллургический способ позволяет разработку любого сырья с извлечением всех компонентов. Очень эффективен он для подвергающихся обогащению руд.

Основной операцией такого процесса производства меди служит плавка. При ее производстве используют медные руды или их обожженные концентраты. В ходе подготовки к данной операции схемой производства меди предусмотрено их обогащение способом флотации. При этом руды, содержащие наряду с медью ценные элементы: теллур или селен, золото с серебром, стоит обогащать в целях одновременного перехода данных элементов в медный концентрат. Образованный таким методом концентрат может содержать до 35% меди, столько же железа, до 50% серы, а также пустую породу. Обжигу он подвергается в целях снижения до приемлемого содержания в нем серы.

 

 

Концентрат обжигается в преимущественно окислительной среде, что позволяет удалить примерно половины содержания серы. Полученный таким образом концентрат при переплавке дает довольно содержательный штейн. Еще обжиг помогает снизить вдвое расход топлива отражательной печью. Достигается это при качественном смешении состава шихты, обеспечивающем ее нагревание до 600ºС. Но богатые медью концентраты лучше перерабатывать, не обжигая, так как после этого возрастают утраты меди с пылью и в шлаке.

Итогом такой последовательности производства меди является деление объема расплава надвое: на штейн-сплав и шлак-сплав. Первую жидкость, как правило, составляют медные сульфиды и железные, вторую – окислы кремния, железа, алюминия и кальция. Переработку концентратов в сплав штейн ведут при помощи электрической либо отражательной печей различных видов. Чисто медные либо сернистые руды лучше плавить с помощью шахтных печей. К последним также стоит применить медно-серное плавление, позволяющее улавливать газы, одновременно извлекая серу.

В специальную печь небольшими порциями загружаются медные руды с кокс, а также известняки и оборотные продукты. Верхняя часть печи создает восстановительную атмосферу, нижняя часть – окислительную. По мере расплавления нижнего слоя масса медленно спускается вниз для встречи с разогретыми газами. Верхняя часть печи нагрета до 450 ºС, а температура отходящих газов составляет 1500 ºС. Это необходимо при создании условий очищения от пыли еще до того, как начнется выделение паров с серой.

 

 

В результате такой плавки получают штейн, включающий от 8 до 15% меди, шлак, главным образом содержащий известь с железным силикатом, а еще колошниковый газ. Из последнего после предварительного осаждения пыли удаляют серу. Задача увеличения в штейн-сплаве процента Cu при производстве меди в мире решается применением сократительной плавки. Она заключается в помещении в печь наряду со штейном кокса, флюса из кварца, известняка.

При нагревании смеси происходит процесс восстановления медных окисей и железных оксидов. Сплавляемые друг с другом железные и медные сульфиды составляют штейн первоначальный. Расплавляемый железный силикат при стекании вдоль поверхностей откосов принимают в себя прочие компоненты, пополняя шлак. Результатом такой плавки является получение обогащенного штейна со шлаком, включающих медь до 40% и 0,8% соответственно. Драгоценные металлы, такие как серебро с золотом, почти не растворяясь в сплаве шлака, целиком оказываются в сплаве штейна.

 

Производство черной и рафинированной меди

 

В ходе добычи черновой меди производством предусмотрено продувание штейн-сплава в конвертере бокового дутья воздухом. Это необходимо, чтобы окислить соединенное с серой железо и перевести его в состав шлака. Данная процедура называется конвертированием, она подразделяется на две стадии.

Первая состоит в изготовлении белого штейна посредством окисления железного сульфида с помощью флюса из кварца. Скапливающийся шлак удаляют, а на его место помещают очередную порцию первоначального штейна, восполняя постоянный объем его в конвертере. При этом в конвертере по ходу удаления шлака остается только белый штейн. Он содержит преимущественно сульфиды меди.

 

 

Следующей частью процесса конвертирования служит непосредственное изготовление черновой меди посредством переплавки белого штейна. Она получается путем окисления медного сульфида. Получаемая в ходе продувания медь черновая состоит уже на 99% из Cu с незначительным добавлением серы и различных металлов. При этом она еще не годится для технического использования. Поэтому после конвертирования к ней обязательно применяют метод рафинирования, т.е. очищения от примесей.

 

 

 

В производствах рафинированной меди требуемого качества медь черновая подвергается сначала огневому, потом электролитическому воздействию. Посредством его вместе с исключением ненужных примесей получают также содержащиеся в ней ценные компоненты. Для этого черновую медь на огневой стадии погружают в те печи, что применяют при переплавке концентрата меди в сплав штейна. А для электролиза необходимы специальные ванны, их изнутри покрывают винипластом либо свинцом.

Целью огневой стадии рафинирования является первичное очищение меди от примесей, необходимое для подготовки ее к следующей стадии рафинирования – электролитической. Из расплавляемой огневым методом меди вместе с растворенными газами и серой удаляются кислород, мышьяк, сурьма, железо и прочие металлы. Полученная таким способом медь может включать незначительное содержание селена с теллуром и висмутом, что ухудшает ее электропроводность и способность к обработке. Эти свойства особенно ценны для изготовления продукции из меди. Поэтому к ней применяют электролитическое рафинирование, позволяющее получение меди, пригодной для электротехники.

 

 

В ходе электролитического рафинирования анод, отливаемый из меди, прошедшей огневую стадию рафинирования, и катод из тонколистовой меди поочередно погружаются в ванну с сернокислым электролитом, через которую пропускают ток. Эта операция позволяет качественное очищение меди от вредных примесей с одновременным извлечением сопутствующих ценных металлов из анодной меди, являющей сплавом многих компонентов. Итогом такого рафинирования служит производство катодной меди особой чистоты, содержащей до 99,9% Cu, получение шлама, содержащего ценные металлы, селен с теллуром, а также загрязненного электролита. Он может быть использован для изготовления медного и никелевого купороса. Помимо этого неполное химическое растворение компонентов анода дает анодный скрап.

Электролитическое рафинирование выступает основным способом получения технически ценной меди для промышленности. В относящейся к странам-лидерам по производству меди России с ее помощью изготавливают кабельнопроводниковые изделия. Чистая медь широко применяется в электротехнике. Здесь также большое место занимают медные сплавы (латунь, бронза, мельхиор и др.) с цинком, железом, оловом, марганцем, никелем, алюминием. Медные соли нашли спрос в сельском хозяйстве, из них получают удобрения, катализаторы синтеза и средства для уничтожения вредителей.

 

 

Черные металлы – обзор

Черные металлы

Черные металлы, содержащие железо, и сталь являются наиболее важными материалами этого семейства. Благодаря доступности, низкой стоимости, высокой прочности, простоте изготовления различных форм и широкому диапазону свойств на сталь приходится 80% всех металлических материалов. Он широко используется в обрабатывающей промышленности, строительстве и строительстве. Спрос на этот материал неуклонно растет с расширением отраслей. Фактически, рост производства стали свидетельствует об общем развитии индустриального мира.

В 2013 году общее мировое производство нерафинированной стали составило 1607,2 миллиона тонн (Рисунок 1). Крупнейшей страной-производителем стали в настоящее время является Китай, на долю которого в 2013 году приходилось 48,5% мирового производства стали. В 2008 и 2009 годах объем производства в большинстве стран-производителей стали упал в результате глобального экономического спада, а в 2010 году снова начал расти. В 2014 году мировое производство достигло 1665 миллионов тонн, что всего на 1% больше, чем в прошлом году. Это замедление роста вызвано сокращением роста в Китае.Китай остается крупнейшим производителем стали в мире.

Рисунок 1. Общий объем производства нерафинированной стали в мире и Китае (ISSB 2015).

Аллотропные свойства железа определяют различные микроструктуры и свойства. При температуре ниже 910 ° C железо стабильно в виде α-фазы (феррита). Между 910–1392 ° C γ-фаза (аустенит) стабильна, а выше 1392 ° C преобладает δ-фаза. Железо также является отличным растворителем для многих металлов. Добавки к железу легирующих элементов, особенно углерода, стабилизируют эти фазы до определенного диапазона составов и температур, которые изменяют фазовую диаграмму для каждой отдельной системы.Система Fe-C на рисунке 2 показывает, как фаза изменяется при изменении содержания углерода и температуры.

Рис. 2. Фазовая диаграмма Fe – Fe ₃ C (кликабельна), Материаловедение и металлургия, 4-е изд., Pollack, Prentice-Hall, 1988.

Чистое железо – мягкий материал. Одно лишь добавление углерода делает железо прочным. Железо, содержащее до 2 мас.% Углерода, называется сталью. Когда содержание углерода превышает 2%, железо становится очень твердым, и его можно формовать только путем литья до необходимой формы.Эта разновидность чугуна называется чугунным.

Стали делятся на две широкие группы: «простые углеродистые стали и легированные стали». Опять же, в одном семействе есть несколько категорий, основанных на составе, применении, свойствах и фазовой структуре. Простые углеродистые стали содержат до 1,7% C, причем Si, Mn, S, P, Al и некоторые другие элементы ниже критического предела, при котором они не влияют на свойства стали. Обычная углеродистая сталь подразделяется на стали с низким, средним и высоким содержанием углерода. По структуре они подразделяются на доэвтектоидные (феррит + перлит), эвтектоидные (перлит) и заэвтектоидные (перлит + цементит) стали.Эти разделы сразу определяют диапазон свойств сталей, как показано на рисунке 3. Однако основными недостатками простых углеродистых сталей являются низкая прокаливаемость, потеря твердости при отпуске, низкая стойкость к коррозии и окислению, а также низкая прочность при повышенных температурах.

Рис. 3. (a) Предел текучести, предел прочности при растяжении, твердость в зависимости от содержания углерода для простых углеродистых сталей с микроструктурами, состоящими из феррит-перлита, перлита и перлит-цементита; (b) Пластичность (% EL и% RA) и энергия удара в зависимости от концентрации углерода.

Воспроизведено из Masseria, V. (Ed.), 1981. Справочник по металлу: термообработка, т. 4, изд. Девятое. Американское общество металлов, стр. 9.

Эти ограничения простой углеродистой стали преодолеваются путем легирования другими элементами. По определению элементы, которые намеренно добавляются для достижения желаемых свойств в металлической системе, называются легирующими элементами, тогда как те элементы, которые неизбежно присутствуют в стали без какого-либо преднамеренного намерения служить дополнительным целям, известны как примеси.Например, при производстве стали невозможно полностью удалить серу, и поэтому в стали всегда присутствует некоторое количество серы. Сера в такой ситуации называется примесью. Опять же, та же сера, когда она присутствует в заметном количестве, может делать стружку хрупкой во время обработки. Особая разновидность стали, известная как сталь для свободной резки, содержит намеренно добавленную серу. В этом случае сера является легирующим элементом, хотя в большинстве случаев сера считается нежелательным элементом в стали из-за ее неблагоприятного воздействия на свойства, например, вызывая горячую непродолжительность стали.Стали, содержащие легирующие элементы, называются легированными сталями. Пока общее содержание легирующих элементов составляет менее 5 мас.%, Стали считаются низколегированными сталями, тогда как стали с содержанием легирующих элементов более 5 мас.% Называются высоколегированными сталями. Легированные стали также идентифицируются на основе добавленного легирующего элемента, такого как никелевая сталь, хромистая сталь, никель-хромистая сталь и так далее. По структуре он известен как мартенситная сталь, аустенитная сталь, ферритная сталь, бейнитная сталь и дуплексная сталь.В зависимости от области применения они подразделяются на коррозионно-стойкую сталь, жаропрочную сталь, магнитную сталь, инструментальную сталь и электротехническую сталь. Эти группы определяют диапазон свойств и приложений.

Развитие микроструктуры включает в себя некоторый тип «фазового превращения». Микроструктура любой стали состоит из преобразованного продукта (продуктов) из аустенита. В зависимости от различных параметров превращенные продукты могут быть ферритом, перлитом, бейнитом или мартенситом.Наличие этих фаз и морфология этих продуктов определяют результирующие свойства стали. Для создания этих фазовых структур в сталях, содержащих различные составы, используются несколько процессов термообработки. Термическая обработка изменяет микроструктуру и делает материалы твердыми или мягкими. Сама по себе ферритная фаза не может быть упрочнена термической обработкой; Альтернативными вариантами являются холодная обработка и измельчение. На фиг.4 показана такая мелкозернистая структура феррита горячекатаной низкоуглеродистой стали, которая может быть достигнута путем изменения конечной температуры в операции горячей прокатки. согласно соотношению Холла Петча, прочность пропорциональна D − 1, D – размер зерна.

Рис. 4. Влияние температуры чистовой обработки на структуру зерна феррита горячекатаной низкоуглеродистой стали: (вверху) температура выше линии превращения аустенита, A1 и (внизу) температура ближе к линии A1 (Dasarathy, 2012).

Перлит – это равновесная структура, которую часто называют фазой, но это комбинация фаз феррита и цементита (Fe ₃ C). Цементит очень твердый, феррит мягкий и пластичный, а перлит очень жесткий и прочный. Распределение этих фаз, а также размер зерна и морфология микроструктуры определяют уровень свойств сталей.Градиентная микроструктура на рис. 5, полученная путем диффузионной обработки простой углеродистой стали, демонстрирует возрастающую концентрацию перлита по направлению к поверхности и феррита вдали от поверхности. Такая микроструктура делает компонент прочным и обеспечивает высокую ударную нагрузочную способность. Обработка трансформационным упрочнением этой перлитной структуры может привести к образованию мартенсита, неравновесной фазы с гораздо повышенной твердостью, обеспечивающей высокие свойства износостойкости.

Рисунок 5.Последовательная микроструктура, полученная путем науглероживания мягкой стали, демонстрирует больше перлита по направлению к поверхности X50.

Чугуны, особая группа черных металлов, обладают широким разнообразием свойств. В общем виде чугунов (без добавления сплава) углерод присутствует в виде комбинированного углерода (Fe ₃ C) или свободного углерода (графит). Комбинированный углерод (цементит) делает структуру очень твердой, в то время как свободный углерод, графит дает отличные обрабатываемые свойства. Вариации морфологии свободного углерода, такие как чешуйки, конкреции и маленькие розетки, резко изменяют свойства чугунов.Например, высокопрочный чугун имеет необычную комбинацию свойств, потому что его графит присутствует в виде конкреций, а не чешуек. Ковкий чугун (с шаровидным графитом) имеет ряд свойств, аналогичных свойствам сталей, но при этом обладает такими преимуществами, как низкая температура плавления, хорошая текучесть и литье, отличная обрабатываемость и хорошая износостойкость. Упрочняющая обработка чугуна с шаровидным графитом может привести к очень высокой твердости с микроструктурой, состоящей из мартенсита и конкреций графита (см. Рисунок 6). Обработка этого чугуна закалкой обеспечивает свойства прочности и износостойкости, сравнимые с некоторыми деформируемыми сталями, и он находит применение, в частности, в тяжелой технике и транспортном оборудовании.

Рисунок 6. Мартенситная микроструктура закаленного высокопрочного чугуна; графитовые узелки в матричной структуре X200.

Черные металлы – обзор

4.5.1 Черные металлы

Черные металлы, как следует из названия, представляют собой металлы на основе железа. Как видно из рис. 4.3, их можно разделить на чугуны и стали. Это ляжет в основу настоящего краткого резюме по черным металлам. Для получения более подробной информации, пожалуйста, обратитесь к ссылкам, перечисленным в конце главы.

Кованое железо производится с конца восемнадцатого века. Как правило, он содержит менее 0,1% углерода и 1–3% мелкодисперсного шлака, равномерно распределенных по нему. Шлак также составляет около 4,5% веса металла (Амстед и др. , 1987). Он относительно дешев, обладает хорошей устойчивостью к коррозии и ударам, хорошей ударной вязкостью и высокой пластичностью. Обычно он используется для продуктов, подверженных коррозионным условиям.

Чугун обычно относится к семейству материалов, которые представляют собой ферросплавы, состоящие из железа, 2–4.5% углерода и до 3,5% кремния (Kalpakjian, 1995). Кремний обычно добавляют для облегчения отливки за счет улучшения текучести. Серый чугун очень дешев и обладает хорошими демпфирующими свойствами благодаря своей чешуйчатой ​​структуре графита, поглощающей энергию вибрации. Он также легко обрабатывается, поскольку графит имеет тенденцию действовать как смазка между материалом и режущим инструментом и разрушает стружку, образующуюся во время резки (DeGarmo et al. , 1988). Белый чугун – твердый, но хрупкий сплав, который получают путем быстрого охлаждения серого чугуна.Его, в свою очередь, можно превратить в ковкий чугун с помощью термической обработки, называемой технологическим отжигом. Это обеспечивает улучшенную пластичность, прочность и ударопрочность. Наконец, чугун со сферическим графитом (SG) получают путем добавления марганца в серый чугун. Это улучшает прочность, твердость и ударную вязкость при сохранении пластичности и простоты обработки, в результате чего получается материал, подобный мягкой стали.

Углеродистые стали можно разделить на стали с низким, средним и высоким содержанием углерода. У низкоуглеродистых сталей меньше 0.2% углерода, и обычно их называют мягкой сталью. Обычно он используется для применений, не требующих высокой прочности, таких как листы и пластины. Среднеуглеродистые стали содержат от 0,3 до 0,8% углерода. Эти стали, как правило, обладают хорошей усталостной прочностью, ударной вязкостью, прочностью и твердостью и используются в компонентах для автомобильной промышленности, таких как шестерни и коленчатые валы. Высокоуглеродистые стали содержат более 0,8% углерода и обладают хорошей прочностью, твердостью и износостойкостью, но низкой вязкостью.Обычно эти стали используются в режущих инструментах, пружинах и тросах. Углеродистые стали являются самыми дешевыми сталями и поэтому используются чаще всего.

Хотя углеродистые стали представляют собой сплав стали и углерода с содержанием марганца, фосфора, серы и кремния, они не классифицируются как легированная сталь. Это связано с тем, что количество перечисленных выше легирующих элементов сравнительно невелико. Поэтому только те стали со значительным содержанием легирующих элементов называются легированными.Низколегированные стали обычно содержат 5 или менее процентов комбинированных легирующих элементов, в то время как стали с более чем 5 процентами комбинированных легирующих элементов называются высоколегированными сталями. Таблица 4.1 представляет собой сводку основных легирующих элементов для стали и их эффектов (Эдвардс и Эндин, 1990).

ТАБЛИЦА 4.1. Основные легирующие элементы для стали и эффектов (Edwards and Endean, 1990)

Элемент	Добавленная масса (%)	Эффекты
Алюминий	Малый	Увеличивает поверхность закалка азотированием
Бор	0.001–0,003	Повышает прокаливаемость
Хром	0,5–4,0	Повышает прокаливаемость и прочность
	4,0–18	Повышает стойкость к коррозии и окислению
Кобальт	1–12	Повышает твердость
Марганец	0,25–0,4	Снижает хрупкость
	<1	Повышает прокаливаемость, прочность и твердость
Молибден	0.2–4,5	Повышает прокаливаемость, прочность и твердость
Никель	4,0–5,0	Повышает ударную вязкость, особенно при низких температурах
	12–20	Повышает стойкость к коррозии и окислению, особенно с хромом
Кремний	0,2–0,7	Повышение прочности
	> 4,0	Повышает электрическое сопротивление
Сера	0.08–0.15	Обычно нежелательно; но в сочетании с магнием улучшает обрабатываемость
Вольфрам	До 20	Повышает твердость при нормальных и повышенных температурах улучшает прокаливаемость
Ванадий	До 5	Повышает прочность при сохранении пластичности при нормальных и повышенных температурах

Нержавеющая сталь – это специальная высоколегированная сталь с содержанием хрома более 12 процентов.Это увеличивает его коррозионную стойкость, что является основной причиной его использования. Они также обладают высокой прочностью и пластичностью. Нержавеющие стали классифицируются в зависимости от их структуры и, как таковые, делятся на три типа: аустенитные, ферритные и мортенситные. Аустенитные нержавеющие стали обычно состоят из хрома, никеля и марганца. Типичное применение – кухонная утварь и теплообменники. Ферритные нержавеющие стали содержат до 27 процентов хрома (Kalpakjian, 1995) и также используются для кухонного оборудования.Наконец, мартенситные нержавеющие стали содержат до 18 процентов хрома, но не содержат никель. Типичное применение – столовые приборы и хирургические инструменты.

Инструментальные стали – еще одна особая категория легированных сталей, используемых для изготовления режущих инструментов и штампов. Они могут содержать до 18 процентов вольфрама, что улучшает твердость. Быстрорежущая сталь (HSS) – одна из таких легированных сталей, которая содержит вольфрам и, кроме того, легирующий элемент ванадий (для повышения прочности). Инструментальную сталь можно разделить на два типа; первый – тип M, с молибденом в качестве основного легирующего элемента.Другая – инструментальная сталь Т-типа, основным легирующим элементом которой является вольфрам. Как правило, они дороги и могут быть в восемь раз дороже углеродистой стали.

Выше представлены только наиболее часто используемые черные металлы и не являются исчерпывающими.

процесс Железо и сталь Производство

*

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика ofCook IslandsCosta RicaCote D’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEast TimorEcuadorEgyptEl СальвадорЭкваториальная ГвинеяЭритреяЭстонияЭфиопияФолклендские (Мальвинские) острова Фарерские острова ФиджиФинляндияГермания Югославская Республика МакедонияФранцияФранцузская ГвианаФранцузская ПолинезияФранцузские Южные территорииГабонГамбияГрузияГерманияГанаГибралтарГрецияГренландия aGuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard и McDonald IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Китс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСамоаСан-МариноСао-Томе и ПринсипиСа UDI ArabiaSenegalSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальных Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited арабских EmiratesUnited KingdomUruguayUS Экваторияльная IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin острова (Британские) Виргинские острова (U.S.) Острова Уоллис и Футуна Западная Сахара Йемен Югославия Замбия Зимбабве

Типы металлов и процесс переработки

Металлы можно повторно использовать повторно без изменения их свойств. По данным Американского института железа и стали (AISI), сталь является самым переработанным материалом на планете. К другим металлам, которые подвергаются вторичной переработке, относятся алюминий, медь, серебро, латунь и золото.

Почему мы перерабатываем металлы?

Металлы – ценные материалы, которые можно перерабатывать снова и снова без ухудшения их свойств.Металлолом имеет ценность, которая мотивирует людей собирать его для продажи на предприятиях по переработке.

Помимо финансового стимула, существует еще экологический императив. Переработка металлов позволяет нам сохранять природные ресурсы, требуя при этом меньше энергии для обработки, чем производство новых продуктов с использованием первичного сырья. При переработке выделяется меньше углекислого газа и других вредных газов. Что еще более важно, это экономит деньги и позволяет производственным предприятиям снизить себестоимость продукции.Переработка также создает рабочие места.

Факты о быстрой переработке металла

Хотя почти любой металл можно перерабатывать снова и снова без ухудшения свойств, в 2018 году только 34% металла на муниципальных предприятиях по переработке отходов в США было переработано. Ниже приведены некоторые дополнительные факты:

• В 2019 году 490,98 миллиона (32%) из 1532,51 миллиона метрических тонн нерафинированной стали, произведенной во всем мире, было произведено с использованием переработанных материалов.
• Около 69% нерафинированной стали в США в 2019 году было произведено из переработанных материалов.
• Только в Соединенных Штатах в 2018 году образовалось около 2,2 миллиона тонн стальных банок и других стальных упаковочных отходов.
• Сталь и чугун являются наиболее утилизируемыми материалами в мире, отчасти благодаря возможности восстановления больших конструкций как простота переработки. Использование магнитов в процессе сортировки позволяет переработчикам легко отделять их от потока смешанных отходов.
• В настоящее время алюминиевая банка является наиболее переработанной тарой в мире.
• Переработка одного алюминия может сэкономить достаточно энергии для питания 100-ваттной лампочки в течение почти четырех часов.

Виды переработанных металлов

Металлы можно разделить на черные и цветные. Черные металлы представляют собой соединения железа с углеродом. Некоторые распространенные черные металлы включают углеродистую сталь, легированную сталь, кованое железо и чугун.

С другой стороны, цветные металлы включают алюминий, медь, свинец, цинк и олово. Драгоценные металлы – цветные.К наиболее распространенным драгоценным металлам относятся золото, платина, серебро, иридий и палладий.

Процесс переработки металла

Основные этапы процесса переработки металла:

1. Коллекция

Процесс сбора металлов отличается от сбора других материалов из-за более высокой стоимости лома. Таким образом, он с большей вероятностью будет продан на свалки, чем отправлен на свалку. Крупнейший источник лома черных металлов в США.из подручных автомобилей.

Другие источники включают крупные стальные конструкции, железнодорожные пути, суда, сельскохозяйственное оборудование и, конечно же, потребительский лом. Своевременный лом, образующийся при производстве новой продукции, составляет половину поставок лома черных металлов.

2. Сортировка

Сортировка включает отделение металлов от смешанного потока металлолома или смешанного потока многокомпонентных отходов. В автоматизированных операциях по переработке используются магниты и датчики, которые помогают в разделении материалов.

На уровне предпринимательства скребки могут использовать магнит, а также наблюдать за цветом или весом материала, чтобы помочь определить тип металла. Например, алюминий будет серебристым и светлым. Другими важными цветами, на которые следует обратить внимание, являются медный, желтый (для латуни) и красный для красной латуни. Скребки повышают ценность своего материала, отделяя чистый металл от грязного.

3. Обработка

Для дальнейшей обработки металлы измельчают.Измельчение проводится для ускорения процесса плавления, поскольку мелкие измельченные металлы имеют большое отношение поверхности к объему.

В результате их можно плавить, используя сравнительно меньше энергии. Обычно алюминий превращается в небольшие листы, а сталь превращается в стальные блоки.

4. Плавка

Металлолом переплавляют в большой печи. Каждый металл попадает в определенную печь, предназначенную для плавления этого конкретного металла. На этом этапе используется значительное количество энергии.

Тем не менее, как упоминалось выше, энергия, необходимая для плавления и рециркуляции металлов, намного меньше, чем энергия, необходимая для производства металлов с использованием первичного сырья. В зависимости от размера печи, степени нагрева печи и объема металла плавка может занять от нескольких минут до часов.

5. Очистка

Очистка проводится для обеспечения высокого качества конечного продукта и отсутствия загрязняющих веществ. Одним из наиболее распространенных методов очистки является электролиз.

6. Затвердевание

После очистки расплавленные металлы переносятся конвейерной лентой для охлаждения и затвердевания металлов. На этом этапе из металлолома придают особую форму, такую ​​как прутки, которые можно легко использовать для производства различных металлических изделий.

7. Транспортировка металлических прутков

Когда металлы охладятся и затвердеют, они готовы к использованию. Затем их транспортируют на различные фабрики, где они используются в качестве сырья для производства совершенно новых продуктов.

Когда срок службы изделий из этих металлических прутков подходит к концу, процесс вторичной переработки металла повторяется.

Вызовы для индустрии вторичной переработки металлов

Текущий общий уровень рециркуляции металла около 34% является неприемлемым, учитывая пригодность к переработке почти всех видов металла, и остаются проблемы в отношении того, как вернуть больше материала для переработки. В этом отношении помогают расширение общественных программ утилизации и повышение осведомленности общественности.

Еще одна важная причина низкого уровня переработки связана с дизайном различных металлических изделий. Растущая сложность различных современных продуктов и их смеси материалов усложняет переработку. Например, смартфон может содержать более 70 различных элементов. Таким образом, извлечение всевозможных материалов с мобильного телефона и их повторное использование в производстве новых продуктов усложняет задачу.

Технологии переработки металлов

Современные технологии рециркуляции позволяют эффективно идентифицировать многие виды металлов, хотя все еще существует потребность в еще более эффективных технологиях рециркуляции для отделения цветных металлов.

Отделение черных металлов от цветных – один из важнейших этапов процесса сортировки. Поскольку черные металлы содержат железо, они притягиваются магнитами и легко выводятся из потока смешанных отходов. На складах металлолома краны, оснащенные электромагнитом, могут убирать более крупные куски лома черных металлов.

При сортировке металлов из смешанного потока материалов, пригодных для вторичной переработки, сначала удаляется бумага, и остаются только пластмассы и металлы. Затем в потоке индуцируются электрические токи, которые воздействуют только на металлы.Этот процесс называется вихретоковой сепарацией. Хотя алюминий не является магнитным, эта технология может левитировать его и позволить пластику выпадать из процесса.

Восстановление драгоценных металлов, таких как палладий, платина, золото и другие ценные металлы, такие как медь, свинец и серебро, из электронных отходов становится экономически целесообразным только при условии сбора достаточного количества лома. Для такого разделения требуется более технологичное и сложное оборудование для переработки. В наши дни на крупных перерабатывающих предприятиях стало популярным использование датчиков для идентификации металлов с помощью инфракрасного сканирования и рентгеновского излучения.Три общие категории процессов обнаружения металлов включают биотехнологию, гидрометаллургию и пирометаллургию. Использование этих технологий может эффективно повысить степень извлечения металла.

Возможности для бизнеса в переработке металлов

Традиционно переработка металла рассматривалась как выгодная возможность для бизнеса. Однако в последние годы низкие цены оказались проблемой. На уровне предпринимательства обычная точка входа в бизнес по переработке металла – это начать бизнес по сбору металлолома или стать продавцом металлолома.

Законы и законодательство о переработке металлов

Если вы планируете открыть в США бизнес, связанный с переработкой металлов, вам следует знать соответствующие законы об утилизации в своем штате. Эта интерактивная карта позволяет вам найти законы об утилизации металлов, применимые к каждой юрисдикции.

Торговые ассоциации по переработке металлов

ISRI (Institute of Scrap Recycling Industries Inc): ISRI – крупнейшая торговая ассоциация предприятий, связанных с переработкой отходов.Он представляет более 1300 коммерческих компаний из 40 стран мира.

BMRA (Британская ассоциация по переработке металлов): BMRA представляет более 270 компаний по переработке металлолома в Великобритании и является ведущей торговой ассоциацией Великобритании.

AMRIA: AMRIA относится к Австралийской ассоциации индустрии вторичной переработки металлов.

КАРИ: КАРИ – это канадская ассоциация предприятий по переработке вторсырья. В него входят более 200 компаний-членов.

Членство в торговых ассоциациях в сфере вторичной переработки позволяет новому предприятию, занимающемуся вторичной переработкой, знать и понимать тенденции отрасли и поддерживать хорошие отношения с другими предприятиями отрасли.

Почему вам следует понимать эти ключевые различия

Металлы играют важную роль в повседневной жизни. Металлы считаются одними из самых универсальных строительных материалов, от ювелирных изделий до строительства зданий и мостов. Однако большинство людей не знают, что металлы доступны в двух общих классификациях: черные и цветные.

Эти два типа материалов обладают разными составами и свойствами, которые подходят для разных применений.

В этой статье мы выделим характеристики, которые отличают черные металлы от цветных, и опишем, как они используются в различных приложениях.

Слово «железо» происходит от латинского слова «феррум», что означает железо. Таким образом, черные металлы состоят в основном из железа (Fe). Эти металлы могут также содержать один или несколько других легирующих элементов. Использование черных металлов восходит к 1200 году до нашей эры, когда развитие производства железа положило начало железному веку.

Наличие железа придает этим материалам уникальные свойства, которые особенно ценны в строительной отрасли. Одной из наиболее определяющих характеристик черных металлов является их превосходная прочность на разрыв и пластичность. (Подробнее об этих характеристиках см. Подробный анализ прочности на разрыв.)

Например, углеродистая сталь

является одним из самых популярных черных металлов и является основным продуктом строительной отрасли. Свойства этого материала делают его идеальным для возведения различных конструкций, таких как здания и мосты.Другие черные металлы используются в сложных областях применения, где первостепенное значение имеют прочность и долговечность, например, в транспортных контейнерах, промышленных трубопроводах, железнодорожных путях и автомобилях.

Хотя черные металлы известны своей прочностью и пластичностью, присутствие железа делает их уязвимыми для ржавления при воздействии воздуха и влаги. По этой причине некоторые черные металлы легируют другими элементами для повышения их коррозионной стойкости. Например, нержавеющая сталь – это сплав черных металлов, который проявляет стойкость к коррозии из-за присутствия хрома.(Подробнее читайте в статье Почему нержавеющая сталь устойчива к коррозии?)

Помимо углеродистой и нержавеющей стали, в эту классификацию металлов также входят кованое железо, чугун и легированная сталь.

Цветные металлы, как следует из их названия, – это металлы, не содержащие железа (феррит). Эти типы материалов использовались с медного века (около 5000 г. до н.э.), когда медь впервые использовалась для изготовления керамики и ювелирных изделий.

Современные области применения цветных металлов варьируются от кровли и водостоков до труб и электрических компонентов.Поскольку эти металлы не содержат железа, они обычно демонстрируют лучшую коррозионную стойкость, чем их черные аналоги.

Отсутствие железа также придает им характеристики, которые делают их пригодными для применений, в которых магнитные свойства могут быть нежелательными. Кроме того, хотя цветные металлы не обладают прочностью на разрыв, чем черные металлы, они известны своей способностью легко принимать различные формы – свойство, известное как пластичность.

Цветные металлы обычно более дороги из-за их дефицита.В результате наблюдается бурный рост отрасли переработки лома компонентов для извлечения цветных металлов. Например, медь – третий по величине вторичный металл в мире.

Некоторые обычно используемые цветные металлы включают алюминий, медь, цинк, свинец, никель и титан. Драгоценные и редкие металлы, такие как золото, серебро, платина, ртуть и вольфрам, также считаются цветными.

Хотя некоторые важные различия между черными и цветными металлами были затронуты ранее, здесь мы более подробно рассмотрим свойства, которые различают эти два металла.

1. Магнетизм

Железо является естественным магнитным элементом, поэтому материалы, состоящие из железа, наследуют его магнитные характеристики. Следовательно, черные металлы магнитны, а цветные – нет. Это свойство позволяет легко идентифицировать и сортировать эти две категории металлов.

Магнетизм железа в основном обусловлен его полярной молекулярной структурой. Электроны в его атомном кольце расположены несимметрично. Следовательно, когда железо находится в непосредственной близости от магнитного поля, электроны легко притягиваются к одной стороне атома.

Это свойство в основном отвечает за притяжение между черными металлами и магнитами. С другой стороны, цветные металлы могут быть притянуты к магнитному полю, только если через них проходит электрическое поле, заставляя их электроны поляризоваться.

Если объяснить иначе, электроны в атоме имеют тенденцию действовать как крошечные магниты (северный и южный полюсы). В цветных металлах электроны выстраиваются парами, чьи «крошечные магниты» указывают в противоположных направлениях, заставляя их нейтрализовать магнитные свойства друг друга.В атомах железа магнитные полюса электронов направлены в одном направлении, создавая для них чистый магнитный эффект.

Поскольку железо обладает собственными магнитными свойствами на молекулярном уровне, его электроны могут быть легко выровнены в направлении потока магнитного поля. Это, в свою очередь, создает притяжение между железом и магнитным полем.

Магнитные свойства черных металлов делают их идеальными для применения в двигателях и электротехнике.

2. Окисление

Окисление – это процесс, при котором атом теряет электроны.Из-за полярности железа оно может терять электроны в пользу других полярных молекул, таких как вода. Это происходит на аноде, где железо реагирует с водой и кислородом с образованием гидратированного оксида железа (III), широко известного как ржавчина.

Рис. 1. Поверхность из железа, вступающая в реакцию с воздухом и влагой, вызывает ржавление и разрушение.

Поскольку цветные металлы не содержат железа, они не ржавеют так же, как их черные металлы. Цветные металлы, такие как медь, цинк и титан, реагируют с водой и кислородом с образованием оксидных слоев, которые прочно прилегают к поверхности металла и действуют как непроницаемые барьеры.(Узнайте, как этот процесс работает, в разделе «Как металлические покрытия защищают металлы от коррозии».)

В отличие от гидратированного оксида железа (III), который является слабым и чешуйчатым, оксид цинка и оксид меди являются прочными и защищают основную подложку от дальнейших коррозионных процессов. Коррозионно-стойкие свойства цветных металлов делают их идеальными для использования в высококоррозионных средах. Например, медные трубы обычно используются для транспортировки агрессивных химикатов и сточных вод.

Рисунок 2.Поверхность цинка вступает в реакцию с воздухом и влагой, образуя защитный слой карбоната цинка.

Однако важно отметить, что не все черные металлы окисляются с образованием ржавчины. Например, нержавеющая сталь легирована хромом, что позволяет создавать стабильный защитный слой оксида хрома.

3. Прочность на разрыв

Еще одна особенность, которая отличает черные металлы от цветных, – это их прочность на разрыв. Черные металлы из-за наличия железа обычно имеют производительность, намного превосходящую цветные металлы.Например, сталь считается одним из самых прочных строительных материалов. Помимо высокой прочности на разрыв, сталь обладает высокой пластичностью, то есть способна подвергаться значительным прогибам без остаточной деформации.

Хотя есть также некоторые высокопрочные цветные металлы, некоторые из этих материалов способны противостоять тем же силам, что и сплавы железа. Кроме того, хотя титан имеет такие же прочностные характеристики, как сталь, он также значительно дороже.

Таким образом, титан обычно не используется в качестве строительного материала. (Узнайте о влиянии коррозии на этот цветной металл в разделе 5 вещей, которые нужно знать и понимать о коррозии титана.)

Тантал 90 186

Элемент	Модуль Юнга (ГПа)	Смещение или Предел текучести , МПа 14	15-200
Алюминий	70	15-20	40-50
Золото	79		100
Серебро	83		170
Цинк (кованый)	105		110-200
Кремний	107		5000-9000
Титан	120	100-225	240- 370
Медь	130	117	210
Никель	170	14-35	140-195
	180	200
Железо	211	80-100	350
Вольфрам	411	550	411	550

Таблица 1.Прочность на растяжение различных металлов. Обратите внимание на то, что большинство цветных металлов имеют предел прочности на разрыв ниже, чем у железа.

Что мы узнали

Понимание различий между черными и цветными металлами необходимо для обеспечения того, чтобы наиболее подходящий материал использовался для предполагаемого применения.

Хотя присутствие железа отличает эти два типа металлов, это, казалось бы, незначительное изменение придает черным и цветным металлам очень отличительные свойства и характеристики.

Технологии производства сульфата железа и процесс сродства

До сих пор в наших публикациях о сульфате железа мы узнали, что это химическое соединение, в основном используемое в качестве красителя, при очистке воды, а также в качестве добавки к почве для роста растений. как в медицине. Информация о сульфате железа – это отличный ресурс для производителей и других лиц, которые имеют дело с этими приложениями. Хотя они могут разбираться в продуктах сами, часто пользователям не хватает знаний о том, как производятся такие химические вещества, как сульфат железа.Этот пост о том, как сульфат железа превращается из сырья в полезное соединение.

Химическая обработка

Есть несколько способов производства сульфата железа:

1. Готовится в промышленных масштабах действием серной кислоты на железо (1). Это химическая реакция:

Fe + H ₂ SO ₄ -> FeSO ₄ + H ₂

Чтобы уточнить простым языком: соединение железа с серной кислотой вызывает реакцию с образованием сульфата железа и газообразного водорода.

2. Может образовываться как побочный продукт травления стали.

Травление стали – это обработка, используемая для удаления примесей, ржавчины и окалины с поверхности материала. Во время процессов горячей обработки на поверхности металла образуется оксидный слой (называемый «окалиной» из-за чешуйчатой ​​природы его внешнего вида). Перед большинством процессов холодной прокатки ранее горячекатаная сталь проходит линию травления, чтобы удалить окалину с поверхности и облегчить работу.Чтобы восстановить наилучшую стойкость к коррозии, необходимо удалить поврежденный металлический слой, обнажив полностью легированную поверхность из нержавеющей стали.

Рассол удаляет оксидный слой

Чтобы удалить этот оксидный слой, материал погружают в чан с так называемым «травильным раствором». Рассол может быть во многих формах. Углеродистые стали с содержанием сплава менее 6% часто травятся в соляной или серной кислоте. Для сталей с более высоким содержанием углерода требуется двухступенчатый процесс травления с использованием дополнительных кислот (например, фосфорной, фтористоводородной и азотной кислоты).(2)

Для производства сульфата железа мы сосредоточимся на травлении стали соляной кислотой. При проведении процесса травления, в котором соляная кислота сочетается со сталью, которая производится из железа, в качестве побочного продукта образуется сульфат железа (см. Уравнение реакции из метода 1).

3. Он доступен как побочный продукт производства диоксида титана, химического вещества, часто используемого в красках, солнцезащитных кремах и пищевых красителях; по совпадению аналогично использованию сульфата железа.

Сульфатный процесс

В частности, процесс, используемый для создания диоксида титана, называется сульфатным процессом. Это включает растворение ильменита, который представляет собой черный оксид железа-титана, затем образование гидратированного диоксида титана и, наконец, образование безводного диоксида титана. Это химическая реакция:

FeTiO ₃ (т) + 2H ₂ SO ₄ (водн.) -> TiOSO ₄ (водн.) + FeSO ₄ (водн.) + 2H ₂ O (л)

Проще говоря, объединение ильменита с серной кислотой вызывает реакцию с образованием сульфата титанила, сульфата железа и воды.(3)

Составы / препараты

Короче говоря, сульфат железа доступен в нескольких формах:

1. Официальные таблетки USP, содержащие 300 мг сульфата железа.
2. Выпускается в виде пилюль или таблеток, покрытых оболочкой для защиты от влаги. Смешивают соль и глюкозу или лактозу, чтобы защитить таблетку от окисления.
3. Доступен в гептагидратном (20% железа) и моногидратном (30% Fe) сортах.
4. Для более крупных коммерческих или промышленных применений он доступен в грузовиках на водной основе.

Процесс родства для производства сульфата железа

Affinity Chemical производит водный раствор сульфата железа в нашем городе Форт-Смит, штат Арканзас. Как и в случае со всеми производственными процессами Affinity, нашей целью является обеспечение компаунда с учетом как затрат, так и времени. Мы стремимся производить сульфат железа рядом с местами расположения наших клиентов, чтобы снизить их транспортные расходы.

Как правило, мы производим элементы с содержанием железа 5,5% (чаще всего) или 7%, в зависимости от потребностей наших клиентов.Каждую партию после производства мы проверяем на содержание железа, поэтому мы гарантируем, что заказчик получает именно то, что он просил.

В соответствии с нашими взглядами на защиту окружающей среды, наш процесс не приводит к выбросам и отходам.

Ищете более надежного поставщика сульфата железа?

Заинтересованы в покупке сульфата железа у компании, которая использует экологически безопасные методы и заботится о своих клиентах? Свяжитесь с нами сегодня!

Список литературы

1. https: // pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/source/hsdb/465#section=Methods-of-Manufacturing
2. http://www.nationalmaterial.com/what-is-steel-pickling/
3. https://www.essentialchemicalindustry.org/chemicals/titanium-dioxide.html

металлургия | Определение и история

Использование металлов в настоящее время является кульминацией долгого пути развития, продолжающегося примерно 6 500 лет. Принято считать, что первыми известными металлами были золото, серебро и медь, которые находились в самородном или металлическом состоянии, причем самыми ранними из них, по всей вероятности, были самородки золота, найденные в песках и гравии русел рек.Такие самородные металлы стали известны и ценились за их декоративные и утилитарные ценности во второй половине каменного века.

Ранняя разработка

Золото можно агломерировать в более крупные куски холодным молотком, а самородная медь – нет, и важным шагом на пути к эпохе металлов стало открытие, что металлам, таким как медь, можно придавать форму путем плавления и литья в формах; Среди самых ранних известных изделий этого типа – медные топоры, отлитые на Балканах в IV тысячелетии до нашей эры.Следующим шагом стало открытие возможности извлечения металлов из металлосодержащих минералов. Они были собраны, и их можно было отличить по цвету, текстуре, весу, цвету пламени и запаху при нагревании. Заметно больший выход, полученный при нагревании самородной меди с соответствующими оксидными минералами, мог привести к процессу плавки, поскольку эти оксиды легко восстанавливаются до металла в угольном слое при температурах выше 700 ° C (1300 ° F) в качестве восстановителя. , окись углерода, становится все более стабильной.Чтобы осуществить агломерацию и отделение расплавленной или плавленной меди от связанных с ней минералов, необходимо было ввести оксид железа в качестве флюса. Этот дальнейший шаг вперед можно объяснить присутствием госсановых минералов оксида железа в выветрившихся верхних зонах месторождений сульфида меди.

Во многих регионах медно-мышьяковые сплавы, превосходящие медь по свойствам как в литой, так и в деформируемой форме, были произведены в следующий период. Сначала это могло быть случайным из-за сходства цвета и цвета пламени между ярко-зеленым минералом карбоната меди малахитом и выветрившимися продуктами таких минералов сульфида меди и мышьяка, как энаргит, и, возможно, позже за этим последовал целенаправленный отбор. соединений мышьяка из-за запаха чеснока при нагревании.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Содержание мышьяка варьировалось от 1 до 7 процентов, с оловом до 3 процентов. Медные сплавы, практически не содержащие мышьяка, с более высоким содержанием олова – другими словами, настоящая бронза – появились между 3000 и 2500 годами до нашей эры, начиная с дельты Тигра и Евфрата. Ценность олова могла быть открыта благодаря использованию станнита, смешанного сульфида меди, железа и олова, хотя этот минерал не так широко доступен, как основной минерал олова, касситерит, который, должно быть, был конечным источником металла.Касситерит поразительно плотный и встречается в виде гальки в аллювиальных отложениях вместе с арсенопиритом и золотом; в определенной степени это также встречается в упомянутых выше госсанах из оксида железа.

Несмотря на то, что в разных местах бронза развивалась независимо друг от друга, наиболее вероятно, что культура бронзы распространилась через торговлю и миграцию народов с Ближнего Востока в Египет, Европу и, возможно, Китай. Во многих цивилизациях производство меди, мышьяковистой меди и оловянной бронзы продолжалось некоторое время вместе.Возможное исчезновение медно-мышьяковых сплавов трудно объяснить. Производство могло быть основано на минералах, которые не были широко доступны и стали дефицитными, но относительный дефицит оловянных минералов не препятствовал существенной торговле этим металлом на значительных расстояниях. Возможно, что в конечном итоге предпочтение было отдано оловянной бронзе из-за вероятности отравления мышьяком от паров, образующихся при окислении минералов, содержащих мышьяк.

По мере того, как выветрившиеся медные руды в данных местах разрабатывались, более твердые сульфидные руды под ними добывались и плавились.Используемые минералы, такие как халькопирит, сульфид меди и железа, нуждались в окислительном обжиге для удаления серы в виде диоксида серы и получения оксида меди. Это потребовало не только более высокого металлургического мастерства, но и окисления тесно связанного железа, что в сочетании с использованием флюсов оксида железа и более жесткими восстановительными условиями, создаваемыми улучшенными плавильными печами, привело к более высокому содержанию железа в бронзе.

Невозможно провести резкую границу между бронзовым веком и железным веком.Небольшие куски железа могли быть произведены в медеплавильных печах, поскольку использовались флюсы оксида железа и железосодержащие сульфидные руды меди. Кроме того, более высокие температуры печи создали бы более сильные восстановительные условия (то есть более высокое содержание монооксида углерода в топочных газах). Первый кусок железа, найденный на железнодорожных путях в провинции Дренте, Нидерланды, был датирован 1350 годом до н. Э., Датой, обычно считающейся средним бронзовым веком для этой местности. С другой стороны, в Анатолии железо использовалось еще в 2000 году до нашей эры.Иногда встречаются упоминания о железе и в более ранние периоды, но этот материал имел метеоритное происхождение.

После того, как была установлена ​​связь между новым металлом, обнаруженным в медных расплавах, и рудой, добавленной в виде флюса, естественно последовала работа печей для производства одного железа. Конечно, к 1400 г. до н. Э. В Анатолии железо приобрело большое значение, а к 1200–1000 гг. До н. Э. В довольно широких масштабах превратилось в оружие, первоначально лезвия кинжалов.По этой причине 1200 г. до н.э. был принят за начало железного века. Свидетельства раскопок указывают на то, что искусство производства железа зародилось в горной стране к югу от Черного моря, в районе, где преобладали хетты. Позже это искусство, по-видимому, распространилось среди филистимлян, поскольку в Гераре были обнаружены неочищенные печи, датируемые 1200 годом до н. Э., Вместе с рядом железных предметов.

Плавка оксида железа с древесным углем требовала высокой температуры, и, поскольку температура плавления железа 1540 ° C (2800 ° F) была недостижима в то время, продукт представлял собой просто губчатую массу пастообразных шариков металла, смешанных с полужидкий шлак.Этот продукт, позже известный как блюм, вряд ли можно было использовать в том виде, в каком он стоял, но повторный нагрев и обработка горячим молотком удалили большую часть шлака, создав кованое железо, гораздо более качественный продукт.

На свойства железа сильно влияет присутствие небольшого количества углерода, при этом значительное увеличение прочности связано с содержанием менее 0,5%. При достижимых в то время температурах – около 1200 ° C (2200 ° F) – восстановление древесным углем дает почти чистое железо, которое было мягким и имело ограниченное применение для оружия и инструментов, но когда соотношение топлива к руде было увеличено и вытяжка печи усовершенствованный с изобретением более совершенного сильфона, железо поглотило больше углерода.Это привело к появлению блюмов и продуктов из железа с различным содержанием углерода, что затруднило определение периода, в течение которого железо могло быть намеренно упрочнено за счет науглероживания или повторного нагрева металла в контакте с избытком древесного угля.

Углеродосодержащее железо имело еще одно большое преимущество, заключающееся в том, что, в отличие от бронзы и безуглеродистого железа, его можно было сделать еще более твердым путем закалки, то есть быстрого охлаждения путем погружения в воду. Нет никаких доказательств использования этого процесса закалки в раннем железном веке, так что он, должно быть, был либо неизвестен тогда, либо не считался выгодным, поскольку закалка делает железо очень хрупким и должно сопровождаться отпуском или повторным нагревом в более низкая температура для восстановления прочности.