Очистка металлов от примесей. Очистка металлов от примесей Рафинирование
 Скачать 18.79 Kb.
|
|
Очистка металлов от примесей Рафинирование - это совокупность технологических операций, приводящая к удалению излишних или вредных примесей из металлов и сплавов. Цель рафинирования - получение чистых металлов и сплавов. Потребность в чистых металлах и сплавах возникла лишь в середине 20-го века, с развитием новых направлений в технике: Черновые металлы, получаемые из сырья, содержат 96-99% основного металла, остальное приходится на примеси. Такие металлы не могут использоваться промышленностью из-за низких физико-химических и механических свойств. Примеси, содержащиеся в черновых металлах, могут представлять самостоятельную ценность. Так, стоимость золота и серебра, извлекаемых из меди, полностью окупает все затраты на Р. Различают 3 основных метода Р.: пирометаллургический, электролитический и химический. В основе всех методов лежит различие свойств разделяемых элементов: температур плавления, плотности, электроотрицательности и т.д. Для получения чистых металлов нередко используют последовательно несколько методов Р. Окислительное рафинирование - самый распространенный способ очистки металлов от примесей. Он применяется при получении Fe (стали), Ni, Cu, Pb, Sn и т. д. Основная идея метода - окисление вредных и излишних примесей и перевод их в виде оксидов в оксидную или газовую фазу не растворяющуюся в металле. При производстве стали оксидной фазой является шлак, при рафинировании меди - штейн (сульфидный расплав). Окислителями при реализации процесса окислительного рафинирования явлются: чаще всего газообразный кислород, реже диоксид углерода, пары воды, используются также конденсированные окислители. Пирометаллургическое рафинирование, осуществляемое при высокой температуре в расплавах, имеет ряд разновидностей. Окислительное Р. основано на способности некоторых примесей образовывать с О, S, Cl, F более прочные соединения, чем соединения основного металла с теми же элементами. Способ применяется, например, для очистки Cu, Pb, Zn, Sn. Так, при продувке жидкой меди воздухом примеси Fe, Ni, Zn, Pb, Sb, As, Sn, имеющие большее сродство к кислороду, чем Cu, образуют окислы, которые всплывают на поверхность ванны и удаляются. Ликвационное разделение основано на различии температур плавления и плотностей компонентов, составляющих сплав, и на малой их взаимной растворимости. Например, при охлаждении жидкого чернового свинца из него при определённых температурах выделяются кристаллы Cu (т. н. шликеры), которые вследствие меньшей плотности всплывают на поверхность и удаляются. Способ применяется для очистки чернового свинца от Cu, Ag, Au, Bi, очистки чернового цинка от Fe, Cu, Pb, при Р. Sn и др. металлов. Электролитическое рафинирование, представляющее собой электролиз водных растворов или солевых расплавов, позволяет получать металлы высокой чистоты. Применяется для глубокой очистки большинства цветных металлов. Химическое рафинирование основано на различной растворимости металла и примесей в растворах кислот или щелочей. Примеси, постепенно накапливающиеся в растворе, выделяются из него химическим. путём ( гидролиз , цементация , образование труднорастворимых соединений, очистка с помощью экстракции или ионного обмена ). Примером химического Р. может служить аффинаж благородных металлов. Р. Au производят в кипящей серной или азотной кислоте. Примеси Cu, Ag и др. металлов растворяются, а очищенное золото остаётся в нерастворимом осадке. Ликвация - нарушение однородности расплава, протекающее в жидком или затвердевающем металле. Гетерогенизация расплава обусловлена различием в характере и величине сил взаимодействия между частицами расплава. а) при охлождении расплава и последующей выдержке при определенной температуре; в этом случае из расплава выпадает фаза, обогащенная примесью; б) при нагреве твердого сплава до температуры, при которой происходит выплавление легкоплавкой фазы, богатой примесью; в) при постоянной температуре, при которой в расплав вводятся добавки, обладающие высоким химическим сродством к примеси и образующие с ней самостоятельную фазу. Кристаллизационные методы рафинирования:За последние 20-30 лет резко возросло потребление особо чистых металлов и полупроводниковых материалов для нужд атомной энергетики, ракетной и космической техники, радиоэлектроники и других отраслей народного хозяйства. Для получения таких материалов широко используются так называемые кристаллизационные методы рафинирования. Как правило, они применяються на конечной стадии рафинирования с целью удаления из расплава очень малых количеств примесей (10-4-10-7 % масс.). Современная техника предъявляет большие требования к чистоте материалов, в частности металлов. В цветной металлургии для очистки металлов от примесей широко применяют электролиз с растворимым анодом. Электролитическому рафинированию подвергают железо, медь, серебро, золото, свинец, олово, никель и другие металлы Например, медь рафинируют следующим образом В электролизер, заполненный раствором сернокислой меди, подкисленной серной кислотой, помещаются аноды из черновой меди (предварительно подвергнутой горячему рафинированию, при котором окисляется большая часть примесей). Между ними подвешивают катоды из тонких листов тщательно очищенной меди. Напряжение на ванне поддерживают в пределах 0,20—0,40 в, так чтобы при прохождении тока медь, а также примеси с более низким потенциалом, чем у меди (N1, Ре, 2п и др.), окислялись на аноде и переходили в раствор. Остальные примеси с более высокими потенциалами по сравнению с потенциалом меди не окисляются и ыпадают в виде осадка на дно ванны. Это анодный шлам. Он идет на переработку для извлечения золота, серебра, селена, теллура, что в значительной степени оправдывает большие затраты электроэнергии на рафинирование меди. На катоде восстанавливаются только ионы Сц2. Содержание Си в катодной меди достигает 99,98%, а в особых условиях—99,995%. Таким образом мы ознакомились с промышленным методом очистки металлов рафинированием. Процесс очистки металлов очень важен в различных областях промышленности. Список литературы . 1. Беляев А.И. Физико химические основы очистки металлов и полупроводниковых материалов, 1995 г. 2. Рыжонков Д.И. Теория металлургических процессов М. Металлургия, 1989 г. 3. Шефер Г. Химические транспортные реакции М. Мир, 1999 г. |