Использование черной и цветной металлургии, их процессы и характеристики

Использование чёрной и цветной металлургии, их процессы и характеристики
План
 1. Анализ базовых технологий цветной металлургии
 2. Технико-экономические показатели сталеплавильного производства.
 3. Применение цветных металлов и сплавов в народном хозяйстве и их основная характеристика.
 4. Характеристика алюминия
 5. Технология получения чистого алюминия.
1. Анализ базовых технологий цветной металлургии
По плотности цветные металлы делятся на тяжёлые (> 4,5г/см3) и лёгкие (<4,5г/см3).
 Тяжёлые: Pb, Cu, олово, Zn
 Лёгкие: Al, Ti, Mg
К легкоплавным металлам относятся металлы, у которых t0 плавления
< 10000C ( St, Pb, Zn, Al, Cu)
 Тугоплавкие ( Wo, Md )
 По степени окисления металлы делятся на благородные и обыкновенные.
 Сплавы меди – бронза и латунь.
Бронза – Cu+37, латунь – Cu+Zn. AL
  Легкоплавкий металл (6590 C); 2,7 кг/ м3.
Чистый Al обладает высокими пластическими свойствами, теплопроводностью, высокой карриостойкостью.
Делится на особочистый (А 999 или А 99), высокой чистоты (А 97, А 95, А 965), технически чистый ( А 85, А8, А7, А6, А5 ).
Группы символов Al: деформированные (литейные), литейные (авиация, судостроение).
Литейные автоматизированные сплавы применяются в машиностроении
В их основе Al, силумин, Mg, Zn, Cu.
В природе в чистом виде Al нет. Встречается в виде осколков -Al2O3
2.Технико-экономические показатели сталеплавильного производства.
Сталью называют сплавы железа с углеродом и другими  элементами. Такие сплавы обладают пластическими свойствами как в нагретом, так и в холодном состоянии, и могут подвергаться прокатке, волочению ковке, штамповке.                                  
Сталь содержит до 2% углерода и некоторое количество марганца, кремния, а также вредные примеси (фосфор и серу). Кроме этих при¬месей, в стали могут содержаться и легирующие элементы: хром, ни¬кель, ванадий, титан и др.
В настоящее время сталь производят преимущественно путем пе¬редела чугуна, при котором из чугуна удаляется избыток углерода, кремния, марганца, а также вредных примесей для придания ей не¬обходимых свойства. Углерод и другие примеси при высокой температуре соединяются с кислородом гораздо энергичнее чем железо, и их можно удалить при незначительных потерях железа.
Углерод, чугуна, соединяясь с кислородом, превращается в газ (окись углерода СО) и улетучивается.                          
Другие примеси превращаются в окислы SiO2, МnО и P2O5, которые вследствие меньшего по сравнению с металлом удельного веса всплывают и образуют шлак.                                     
 В настоящей время в промышленности в основном применяют конверторный и мартеновский; методы получения стали; кроме того, сталь получают в электрических; дуговых и индукционных печах. 
3. Применение цветных металлов и сплавов в народном хозяйстве и их основная характеристика.
В промышленности и технике широкое применение находят цветные  редкие металлы. Такое использование цветных и редких ме¬таллов обусловливается их особыми свойствами (пластичностью, высо¬кой электропроводностью и теплопроводностью, антикоррозионностью, малым удельным весом, большой удельной прочностью и др.), важными для современного машиностроения и других отраслей народного хозяйства.
Цветные металлы подразделяют на тяжелые и легкие.
К тяжелым цветным металлам относят; медь, никель, свинец, олово и цинк. Некоторые физические и механические свойства тяжелых цветных металлов приведены в табл. 1.
Таблица 1
 
Легкими цветными металлами принято называть такие, которые имеют малый удельный вес. К таким металлам отно¬сятся: алюминий, магний, бериллий, щелочные и щелочно-земель¬ные металлы. Некоторые физические и механические свойства алюми¬ния и магния  в табл. 2.
К группе редких металлов относят такие металлы, которые мало распространены в природе, имеют большую рассеянность в земной коре; их трудно получать и они являются малоизученными. К ред¬ким металлам относят: титан, вольфрам, молибден, панадий, нио¬бии, цирконий, тантал; все они имеют температуру плавления выше 1700°С. Эти металлы используют главным образом  в производстве специальных сталей в качестве  раскислителей  легирующих добавок, а также при производстве сплавов специального назначения. Из воль¬фрама делают нити электрических и электронных ламп, а из молибде¬на, тантала и ниобия — детали электронных устройств. К редким радиоактивным металлам относят уран. торий, актиний и протактиний, В связи с развитием атомной энергии применение этих элементов в промышленности резко воз¬росло.
Таблица2.
Рассеянными редкими металлами называют индий, галлий, таллий, германий и рений. Все эти элементы находятся в земной коре в малых концентрациях. Многие из них не имеют собствен¬ных минералов Индий, галлий, таллий, например, залегают со свин¬цом и цинком, рений с молибденом; германий концентрируется в золе некоторых каменных углей, а также в рудах свинца и цинка. Он применяется в качестве детектора радиолокационных установок и в  ультракоротковолновой радиотехнике.
  Из всех вышеперечисленных цветных н редких металлов наиболее широкое применение находят и промышленности медь, алюминий, магний, а последнее время также и титан.
4. Характеристика алюминия
Для получения алюминия используют руды, содержащие глинозём Al2O3. К таким рудам относятся бокситы, нефелины, алуниты и каолины. Бокситы в своем составе содержат 30—57% Al2O3; они залега¬ют в Тихвинском районе (Ленинградской области), на Урале, в Сибири и в Московской области. Нефелины получают в виде отходов после обогащения апатито-нефелиновой породы; они содержат около 30% Al2O3. Апатито-нефелиновые руды залегают на Севере и Урале. Алу¬ниты содержат 20—21% Al2O3  они добываются на Кавказе.
Основными рудами для получения алюминия являются бокситы и нефелины. При использовании нефелинов в качестве алюминиевых руд получают ценные побочные продукты — поташ и соду.
Технологический процесс получения алюминия разделяется в основном на две стадии: получение глинозема Al2O3 из руды и алюми¬ния из глинозема.
5. Технология получения чистого алюминия.
Безводная окись алюминия Al2O3 представляет собой прочное Химическое соединение алюминия с кислородом; температура ее плав¬ления 2050°С, температура кипения 2980° С. Получение алюминия из глинозема путем восстановления углеродом или окисью углерода невозможно, так как этот процесс приводит к образованию карбидов Al4С3, Алюминий нельзя получить и электролизом из водного рас¬твора солей, так как на катоде выделяется только водород. Полому алюминий получают электролизом из глинозема путем растворения в расплавленном криолите. Криолит представляет собой фторит алю¬миния и натрия Na3AlFe6.
В качестве сырья для производства криолита используют плавико¬вый
шпат CaF2, гидрат окиси алюминия, соду и серную кислоту.
Для электролиза глинозема применяют электролизные ванны (рис. 1). Ванна имеет железный корпус, внутри выложенный теплоизоляционный кирпичом и угольными блоками. В поду ванны встав¬лены катодные шины, Сверху в ванну опущены угольные электроды, представляющие собой аноды. Электрически постоянный ток к ано¬дам подводится от шин, расположенный над ванной. Ток применяют напряжением от 5 до 10 В, сила тока на одну ванну—от 40000 до 100 000 а. Электрический ток используется как для электрохимического процесса, так и для нагрева электролита до 950—1000°С. Во время электролиза выделяющийся на аноде кислород взаимодействует с углеродом анода, образуя окись СО и двуокись СО2 углерода, ко¬торые отводятся из ванны. Жидкий алюминий, собирающийся на дне ванны, периодически выпускается в ковш или выбирается с помощью сифона. При электролизе для получения 1 т алюминия расходуется примерно 2 т глинозема, 100 кг криолита, 600 кг угольных электро¬дов и 16500—18500 квт.ч  электроэнергии.
Получаемый электролизом алюминий содержит различные примеси, которые ухудшают его свойства. Для получения чистого алюминий его подвергают рафинированию. Рафинирование, первичного алюми¬ния производят способом хлорирования электролитическим спо¬собом.   
Способ хлорирования состоит в продувке алюминия хлором в ковшах емкостью 1200—1300 кг при температуре 770°С в течение 10—15 мин. Во время продувки примеси (глинозем, криолит, газы и др.) выделяются из алюминия, но при этом теряется часть алюминия (до 1,0%). Рафинированный хлором алюминий раз¬ливают и получают чушки.
Электролитический способ рафинирования при¬меняют для получения алюминия высокой чистоты. При этом способе рафинирования первичный алюминий подвергают анодному растворе¬нию, а чистый алюминий служит катодом. Между анодным и чистым алюминием в качестве электролита используют хлористые и фтористые соли. По этому способу получают металл, содержащий 99,85— 99,9% Al.
Список использованной литературы
1. Баринов Н.А. Технология металлов. Металлургиздат.1963
2. Сидоров И.А. Основы технологии важнейших отраслей промышленности, Москва, “высшая школа”, 1971
3. Кован В.М. (и др.) Основы технологии машиностроения “Машиностроение”, 1965
4. Никифоров В.М. (и др.) Технология важнейших отраслей промышленности, ч.1, изд. ВПШ при ЦК КПСС, 1959
5. Данилевский В.В. Технология машиностроения.
    “Высшая школа”, 1965