Глава 1. Металлические материалы / Глава 1.1. Основные сведения о производстве металлов и сплавов
Исходным материалом для получения металлов и их сплавов является руда. В самородном виде в природе встречаются только химические стойкие металлы (золото, платина, серебро, медь). Остальные металлы в результате высокой химической активности встречаются в виде соединений (окислов, сульфидов, карбидов и др.), которые входят в состав сложных минералов. Эти минералы образуют горные породы. Горные породы, из которых получают тот или иной металл, называют рудами. Часть руды, в которой содержится металл, называется рудным минералом, а часть, не содержащая металл, - пустой породой.
Название руды соответствует названию основного металла в ней (алюминиевая, железная, никелевая и т. д.). Существуют в природе и полиметаллические (комплексные) руды, в которых содержатся разные металлы. В пустой породе встречаются чаще всего кремнезем (SiO2), глинозем (Al2O3), известковые соединения (СаО, СаСO3), магнезиальные соединения (MgO). Руды, в зависимости от содержания основного металла, бывают богатые и бедные. Богатые руды передают на переработку, а бедные подвергают обогащению, т. е. разделению рудных минералов и пустой породы путем флотации, магнитным, гравитационным, электрическим и иными способами. Обогащенная часть - концентрат идет в производство, а отходы не используются.
Производство черных и цветных металлов из руд состоит из двух этапов:
- Отделение минерала, содержащего металл, от породы.
- Извлечение металла из рудных минералов.
Процессы извлечения металла из рудных минералов подразделяют на термометаллургические, гидрометаллургические, электрометаллургические, химико-металлургические.
Термометаллургический процесс основан на использовании тепловой энергии, получаемой при сжигании топлива и необходимой для протекания химических реакций в жидком расплаве. Используется восстановительная (доменный процесс) и окислительная (производство стали) плавка. Дистилляция (перегонка) используется при производстве цветных металлов: цинка, магния, ртути и др.
Гидрометаллургический процесс базируется на выделении металлов из водных растворов. Он состоит из осаждения и выщелачивания.
Осаждение - это процесс перевода металла из растворов в водорастворимые соединения. Широко используется в производстве алюминия, вольфрама и других металлов.
Выщелачивание - это процесс избирательного растворения металлосодержащего компонента обрабатываемого материала. Используется при производстве цинка и меди.
Электрометаллургический процесс заключается в получении металлов и сплавов в электрических печах и при электролизе металлов из растворов солей. Этим способом получают алюминий, магний, медь, железо, марганец, никель, титан, ванадий.
Химико-металлургический процесс основан на использовании химических и металлургических процессов. Этот процесс используют для производства титана, никеля.
Порошковая металлургия - производство порошков, их прессование и спекание. Используют в основном при производстве антифрикционных и твердых сплавов.
Металлургические процессы классифицируют на первичные и вторичные. К первичным процессам относят выплавку металлов из руд, а ко вторичным - процессы, позволяющие получать чистый металл путем окисления примесей, которые находятся в передельных первичных плавках металла, и удаления этих примесей в виде отходов (шлаков).
Для производства чугунов используют термометаллургические первичные процессы, при которых извлечение металла из руды осуществляют при высокой температуре.