Шлаки кольорової металургії

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,  УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ УЧБОВИЙ ЗАКЛАД

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ  УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра «Прикладна екологія і охорона  навколишнього середовища»

 

 

Індивідуальна робота

корисні копалини

на тему: «Шлаки кольорової металургії»

 

 

 

Студена 1 курсу ТТМ-13с групи напряму підготовки 6.051301 Хімічна_технологія_

спеціальності Хімічна технологія ТН і СМ

Мудріка Д.О.________________________

Керівник доцент______________________

Горбатко С.В._____________________

Національна шкала___________________

Кількість балів:____Оцінка ECTS_______

Члени комісії  ________  ______________

      (підпис)          (прізвище та ініціали )

___________  ________________________

(підпис)                           (прізвище та ініціали )

___________  _______________________

(підпис)                    (прізвище та ініціа

 

 

 

Донецьк, 2013

 

 

ЗМІСТ

1 Шлаки кольорової металургії. 4

2  Склад  шлаків кольорової металургії. 5

3 Види шлаків  та їх застосування 6

Висновки 10

Перелік посилань 11

 

 

 

ВСТУП

 

Шлаки - це продукти високотемпературного взаємодії компонентів вихідних матеріалів (палива , руди , плавнів і газового середовища ) . Їх хімічний склад і структура змінюються залежно від складу порожньої породи , виду металу, що виплавляється , особливостей металургійного процесу , умов охолодження та ін Шлаки можуть бути отримані в результаті наступних процесів: без появи розплаву при спалюванні низькокалорійних видів палива та при алюмінотермічне процесах ; при частковому расплавлении вихідних компонентів в процесі спалювання палива; при повному расплавлении вихідних компонентів (у більшості металургійних процесів). В останньому випадку шлаки майже однорідні за складом і містять скловидну фазу. Відновлювальна середу в металургійних печах сприяє утворенню в шлаках закисних сполук заліза , марганцю , а також сульфідної сірки.

 

1 ШЛАКИ КОЛЬОРОВОЇ МЕТАЛУРГІЇ.

 

Виробництво кольорових металів складний , дорогий і трудомісткий процес. Для отримання 1 тонни міді , нікелю , олова необхідно переробити від ста до трьохсот тонн руди. Кількість шлаків при виплавці 1 тонни кольорового металу досягає 15 -25т . Ця обставина пояснюється тим , що кольорові метали в природі зустрічаються тільки у вигляді сполук , розосереджених в гірських породах і зміст окислів міді , нікелю , цинку , олова в руді не перевищує 3-5 %, решта порожня порода: пірит , кварц , карбонати і силікати кальцію і магнію. Шлаки кольорової металургії відрізняються від шлаків чорної металургії підвищеним вмістом закису заліза ( до 20-40 %)[1].

Шлаки кольорової металургії відрізняються великою різноманітністю , їх питома маса в порівнянні зі шлаками чорної металургії , якщо вважати на одиницю виплавленого металу , значно більше. Якщо при виплавці чавуну і сталі утворюється 0,2 - 1 т шлаку на 1 т металу , то при виплавці нікелю його кількість досягає 150 т , міді не менше 10-30 т.

Крім оксидів кремнію , алюмінію , кальцію , магнію , заліза і марганцю в шлаках міститься значна кількість таких цінних компонентів , як мідь , кобальт , цинк , свинець , кадмій , рідкісні метали.

У зв'язку зі специфічним складом шлаків кольорової металургії загальним перспективним напрямком у вирішенні проблеми їх використання є принцип комплексної переробки , що включає три основні стадії: 1 ) попереднє витяг кольорових і рідкісних металів ; 2 ) виділення заліза ; 3 ) використання силікатної залишку шлаку для виробництва будівельних матеріалів . Однак , як показує практика , найчастіше переробка шлаку закінчується першою або другою стадією [1].

Вихід шлаків в кольоровій металургії залежить від змісту извлекаемого металу у вихідній шихті . При плавці у відбивних печах мідних концентратів із вмістом міді 10-15% вихід шлаку становить 10-20 т на 1 т металу , при плавці в шахтних печах мідних руд з вмістом міді 1-2% -50-100 , при шахтній плавці окисленої нікелевої руди - 100-200 т[1].

2  СКЛАД ШЛАКІВ КОЛЬОРОВОЇ МЕТАЛУРГІЇ.

 

Для шлаків кольорової металургії характерні знижений вміст СаО + MgO (7-13 %) і високий вміст FeO ( 21-61 %). Крім основних компонентів шлаки кольорової металургії можуть містити в невеликій кількості не витягуванні метали - мідь , цинк , свинець , нікель та ін

При оцінці шлаків як сировини для будівельних матеріалів важливою характеристикою їх хімічного складу є співвідношення в них основних і кислотних оксидів - модуль основності[1] .

Хімічний склад значно впливає на фізичні властивості шлакових розплавів , структуру і властивості затверділих шлаків. Так , збільшення вмісту оксиду кальцію в шлаках обумовлює підвищення температури їх плавлення і зниження плинності . При високій температурі (більше 1300 ° С ) наявність СаО знижує в'язкість розплаву , а при низькій - різко підвищує. Зменшують в'язкість шлакового розплаву при вмісті в певних межах MgO , MnO , FeO , SО₃ . До збільшення в'язкості розплавів призводять підвищення в них вмісту кремнезему вище 40 % , а також зростання вмісту оксиду алюмінію А1₂О₃ . Знижують в'язкість розплаву газові включення. Оксиди , що входять до шлаки , утворюють різноманітні мінерали. У результаті аналізу діаграм стану відповідних систем окдідов встановлена ​​можливість існування в шлаках до сорока подвійних і потрійних сполук , провідне місце серед яких займають силікати , алюмосилікати , алюмінати і ферити .

3 ВИДИ ШЛАКІВ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ

 

З шлаків кольорової металургії найбільше значення для будівництва мають мідеплавильні і нікелеві шлаки. Відвальні мідеплавильні шлаки мають чорний колір. Вони не піддаються розпаду . Середня щільність шлаків становить 3300 - 3800 кг/м³ , водопоглинання 0,1 - 0,6 % , межа міцності при стисненні 120 - 300 МПа. Нікелеві шлаки володіють такими ж високими показниками фізико -механічних властивостей , як і мідні . За хімічним складом вони відносяться до кислих . Нікелеві гранульовані шлаки , незважаючи на скловату будова , практично не володіють гідравлічної активністю [2].

При переплавки алюмінієвих сплавів отримують алюмінієві (вторинні) шлаки. Хімічний склад їх наступний: КСl – 38 -59 %; NaCl - 11,4 - 34,1; СаСl₂ - 3,0 - 4,2; MgO - 6,2 - 7,2; А1₂O₃ - 6,5 - 12,6; SiO₂ - 1,8 - 3,5 %. Водорозчинні сполуки в шлаку становлять 75-85 % маси. При тривалому знаходженні шлаків у воді водорозчинні сполуки вилуговуються . Середня щільність шлаків 1800 - 2000 кг/м3. Межа міцності їх 40-45 МПа.

Шлаки кольорової металургії застосовують поки в невеликій кількості при виробництві цементу як залозистого компонента і активної мінеральної добавки , а також при отриманні мінеральної вати і литих виробів. Потенційно шлаки кольорової металургії є перспективною базою різних будівельних матеріалів . Їх вихід у 10-25 разів перевищує вихід кольорових металів. Шламові побічні продукти. При виробництві алюмінію і ряду інших металів у великих кількостях утворюються відходи у вигляді водних суспензій дисперсних частинок - шлами . Для виробництва будівельних матеріалів промислове значення мають нефелінові , бокситові , сульфатні , білі та монокальціевий шлами . Обсяг тільки нефелінових шламів , придатних для використання , становить щорічно понад 7 млн ​​т. За змістом оксидів СаО , SiО₂ , Аl₂О₃ , Fe₂О₃ вони займають проміжне місце між портландцементом , доменним шлаком і глиноземисті цементом. Мінералогічний склад шламів , крім монокальціевий , характеризується переважанням двухкальціевого силікату ( 50-90 %) , а також наявністю алюмінатів та феритів кальцію. Наявність в шламах значної кількості води призводить до часткової гідратації мінералів і утворення гідросилікатів , гідроалюмінатов і гідроферрітов[2] .

Нефеліновий ( белітового ) шлам отримують при витяганні глинозему з нефелінових порід. Мінерал нефелин являє собою алюмосилікат натрію (KNa₃ [ AlSiO₄ ] ₄) . У процесі переробки сієніт концентрат обпалюється в обертових печах в суміші з вапняком при температурі близько 1300 ° С. Утворений спек складається з Р-двухкальціевого силікату і лужних алюмінатів , який піддають подрібненню і вилуговування . При цьому відокремлюють від осаду лужні алюмінати , які переробляються в глинозем (напівфабрикат для виробництва алюмінію) і содопродук - ти . Осад після промивки являє собою грубодисперсні суспензію - сієніт шлам , хімічний склад якого наступний ( %): SiO₂ - 26-30 ; А1₂O₃ - 2,2-6,5 ; Fe₂O₃ - 2,1-5,5 ; СаО -52-59 ; MgO - 0,2-1,8 ; Na₂O + K₂O - 1-2,5 ; втрати при прожарюванні - 1-5,5 . З мінералів сієніт шлам містить частково гідратований білить р- 2СаО • SiO₂ (80-85 %) , в невеликій кількості двухкальціевий ферит 2СаО • Fe₂O₃ , трехкальциевого гідроалюмінати , алюмосилікати кальцію і натрію і карбонат кальцію. При витяганні глинозему з нефелінових порід на кожну тонну готової продукції отримують 7-8 т нефелінового шламу , що є цінною сировиною для виробництва портландцементу і бесклінкерного нефелінового цементу , а також виробів автоклавного твердіння. Бокситовий (червоний) шлам отримують як відхід переробки основної сировини для виробництва алюмінію - бокситу . Рудними мінералами бокситу є гідроксиди алюмінію , а основними домішками - кремнезем Si02 , оксиди заліза і титану. Глинозем з бокситу отримують мокрим лужним способом або способом спікання. Обидва способи полягають в отриманні алюмінату натрію Na₂O • А1₂O₃ який гідролізується у воді з виділенням кристалічного осаду Аl(ОН) ₃ . Останній промивається , сушиться і прожарюється для видалення гідратної вологи і отримання чистого глинозему[2].

Характерна особливість бокситових шламів - це високий вміст оксидів заліза і алюмінію. Хімічний склад (%): SiO₂ - 10-18 ; А1₂O₃ - 10-18 ; Fe₂O₃ - 24-45 ; СаО - 15-40 ; Na₂O - 4-7 . На відміну від нефелінових бокситові шлами містять значно менше Беліта , але включають більшу кількість феритів і алюмо- феритів кальцію , алюмінатів , алюмосилікатів і феритів натрію. В даний час основна маса бокситових шламів зливається у відвали . Високий вміст оксидів заліза не дозволяє застосовувати їх в якості основної сировини для виробництва цементу. Бокситові шлами застосовують як корекційна добавки при виробництві портландцементного клінкеру , а також як активну мінеральну добавку. Розроблено технології виробництва керамічної і силікатної цегли з використанням бокситових шламів . Сухий бокситовий шлам використовують як наповнювач фарб , мастик , пластмас.

Сульфатні шлами отримують при заміні соди на сульфат натрію Na₂SO₄ у виробництві глинозему способом спікання. Вони характеризуються наявністю сполук, що містять сірку різного ступеня окислення. Так само, як і нефелінові , сульфатні шлами можуть застосовуватися в якості компонентів портландцементний сировинних сумішей , для виготовлення місцевих шламових в'яжучих і матеріалів автоклавного твердіння[2].

При виготовленні глинозему з алюмосилікатних порід методом спікання високолужних шихти в якості відходів утворюється монокальціевий шлам . На 1 т глинозему отримують близько 4 т такого шламу. У монокальціевий шламах зміст СаО значно менше , ніж в белітовкх ( 35-38 %) , при цьому відношення CaO : SiO₂ близько до одиниці . Цей вид побічних продуктів може розглядатися як кремнеземний компонент сировинної суміші у виробництві портланд- цементного клінкеру. На металургійних заводах утворюється значна кількість різних залізовмісних пилу і шламів . Вони з успіхом можуть застосовуватися в якості залізистої корекційна добавки у виробництві портландцементного клінкеру. Залізовмісні добавки використовуються також при отриманні керамзиту для поліпшення спучування і спікання глинистої сировини .

Тонкодисперсні відходи виробництва феросиліцію більш ніж на 90 % складаються з частинок аморфного діоксиду кремнію з діаметром менше 1 мкм. Цей пил при введенні в бетони в поєднанні з пластифицирующей добавкою дозволяє істотно збільшити міцність або відповідно знизити витрату цементу . Встановлено ефективність добавки відходів виробництва феросиліцію також при виготовленні силікатної цегли і пористих бетонів[2].

 

ВИСНОВКИ

 

Шлаки - це штучні силікати . Вони складаються з оксидів кремнію , алюмінію , заліза , кальцію , магнію , марганцю , сірки та інших . Ці ж окисли містяться в природних глибинних  гірських породах. Залежно від кількісного  співвідношення оксидів , а також  від умов і швидкості охолодження  шлакових розплавів шлаки можуть мати властивості граніту або  вулканічної пемзи . І за кольором шлаки близькі до гірських порід . Вони можуть бути синяво -чорними , сніжно -білими , зеленими , жовтими , рожевими , сірими. Нерідко вони мають сріблясті , перламутрові і бузкові відтінки. Шлаки можуть бути щільними і пористими , важкими , як базальт , і легкими як туф або черепашник. Щільність шлаку коливається від 3200кг/м3 до 800 кг/м3.

Питома вага шлаку , тобто  вага його речовини , близький до ваги природних кам'яних матеріалів і  становить 2,5 - 3,6 г/см³.

За хімічним складом доменні  шлаки діляться на основні , нейтральні і кислі . До основних відносяться  шлаки з модулем основності (М = ( CaO + MgO ) / ( SiO₂ + Al₂O₃ )) , більше одиниці , до кислих менше одиниці.

Приблизний хімічний склад  доменних шлаків наступний:

SiO₂ - 30 - 40 % , CaO -30-50 % Al₂O₃ -4-20 % , MnO - 0 ,5- 2 % , FeO - 0 ,1- 2 % , SO₃ -0,4-2,5 %

 

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

 

1. Ванюков А. В., Зайцев В.Я. - Производство цветных металлов и сплавов/ Зайцев В.Я - М. :-1969 г.

2. Дудеров И.Г. Общая технология силикатов -  М.:-1972 г.