METALURGIA METALELOR NEFEROASE

7/22/2019 METALURGIA METALELOR NEFEROASE

1/7

METALURGIA METALELOR NEFEROASE

Metalele i aliajele neferoase au o importan deosebit n dezvoltarea tehnicii noi, eleavnd o larg utilizare n toate domeniile industriei.

ntrebuinarea metalelor i aliajelor neferoase se impune datorit unor caliti i

proprieti favorabile fa de cele ale aliajelor feroase, cum sunt: rezisten mai ridicat lacoroziune, conductivitate electric i termic mai ridicate, proprieti electrice i magneticedeosebite, greutate specific redus, fuzibilitate uoar, etc.

Metalurgia Cuprului

Cuprul este cunoscut cu mult naintea fierului i chiar a bronzului, iar dup oel ifont, cuprul i aliajele sale sunt cele mai utilizate n industrie. Cuprul are o rspndirerelativ redus, dup unele aprecieri ponderea lui este de numai 0,01% din scoara terestr.

In natur, cuprul se gsete sub form de minereuri de cupru i doar foarte rar nstare nativ. Aproape n exclusivitate, cuprul se extrage din minereuri complexe, care pot fi

sulfuroase sau oxidice.- minereurile sulfuroase sunt cele mai importante i din acestea se extrage circa 80%

din cupru. Aceste minereuri sunt piritele cuprifere care conin 60...90% pirit, 1...3% Cu irestul steril. Din aceast categorie, cele mai importante sunt:

- calcozina - Cu2S (cca. 80% Cu);

- covelina - CuS (cca. 67% Cu);

- calcopirita - CuFeS2 (cca. 35% Cu).

- minereurile oxidice ( 3...5% Cu) sunt mai puin rspndite i au o importan maimic. In aceste situaii, elaborarea cuprului se realizeaz pe cale hidrometalurgic.

In minereurile sulfuroase, concentraia cuprului fiind foarte sczut (1...3,5%), estenecesar o prelucrare complex a minereului, bazat n special pe concentrarea prin flotaiei prjirea oxidant. Concentratul de cupru pulverulent este introdus n cuptoare de prjirecu vetre polietajate, nclzite prin folosirea cldurii degajate din arderea sulfului dinminereu. Prin prjire se urmrete eliminarea excesului de sulf i transformarea unor sulfurin oxizi.

Extragerea cuprului brut se realizeaz prin metode pirometalurgice sauhidrometalurgice.

Metoda pirometalurgic const din topirea concentratului i convertizarea matei decupru.

Topirea concentratului se realizeaz n cuptoare verticale cu cuv sau n cuptoare cuflacr. Scopul este obinerea matei de cupru, care este un produs ternar ( conine aprox.

35% Cu, 40% Fe i 25% S ).In cuptorul vertical avnd cuva rcit cu ap ( de tip Water-Jacket) se ntroduceconcentrat prjit, fondant ( CaO i SiO2) i combustibil (cocs, pcur, etc).

La un raport corect dintre compuii cu sulf (FeS i Cu2S), printr-o topire oxidant, seobine n creuzet mata de cupru n stare lichid la 11000C.

In prezent s-a dezvoltat topirea n pat fluidizat (n suspensie) a concentratelor

cuproase, care elimin operaia de prjire a concentratului (procedeul finlandezOutokumpu).


2/7


3/7

2Cu2O + Cu2S 6Cu + SO2

Deoarece procesul din etapa a doua este mai puin exoterm, convert izorul senclzete cu ajutorul unor arztoare amplasate la capetele convertizorului.

Cuprul brut (Cu negru) conine aprox. 97,5....98% Cu, care ns conine o serie deimpuriti care influeneaz negativ proprietile fizico-chimice ale acestuia (As, Sb, Fe,etc.) precum i metale nobile (Au, Ag).

Metalurgia Zincului

Zincul este unul din metalele industriale importante, avnd o rspndire relativredus n scoara terestr (cca. 0,012%).

Cel mai important minereu pentru elaborarea Zn este blenda - ZnS.

Extragerea Zn din blend, se realizeaz prin urmtoarele operaii metalurgice:prjirea blendei, reducerea oxidului de zinc i rafinarea zincului .

- minereul concentrat este supus unei prjiri oxidante n vederea obinerii oxidului dezinc:

2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2

Reducerea ZnO se poate realiza prin mai multe metode, cum ar fi:metoda termic,electrotermic i electrolitic.


4/7

- reducerea termic a ZnO se realizeaz n retorte orizontale cu temperatura variabiln diferite zone ( fig.2.22.). Datorit faptului c Zn are o temperatur de topire T topire =4190C i o temperatur de fierbere Tfierbere = 9070C, el se afl n diferite stri de agregaren zone diferite ale instalaiei.

ZnO amestecat cu praf de crbune este ntrodus n retort, unde la peste 10000C areloc reacia de reducere:

ZnO + C Zn + CO

Zincul sublim n retorta (1), trecnd apoi n vasul de condensare (3) unde se obinen stare lichid. Filtrul (2) servete pentru reinerea impuritilor (Pb). In alonja retortei, Znse obine sub form de praf i are o puritate de 98%.

- rafinarea zincului brut se realizeaz prin distilare fracionat i rezult o puritate depeste 99,994%.

Proprietile i utilizarea zincului. Zincul are o culoare alb-albstruie i greutatea specific = 7,13daN/dm3. Are

o turnabilitate bun, ns datorit proprietilor mecanice reduse i fragilitii, se utilizeazn tehnic sub form de aliaje. Aliajele pe baz de zinc pot fi: aliaje de turntorie, aliajelaminabile, aliaje de antifriciune i aliaje de lipit.

Fiind un metal autoprotector, se utilizeaz la scar larg n galvanotehnic pentruacoperiri anticorozive (zincare).

Se mai utilizeaz n industria poligrafic pentru obinerea clieelor de tipar prinzincografie i pentru fabricarea bateriilor uscate.


5/7

Metalurgia Aluminiului

Din categoria metalelor uoare, aluminiul are cea mai larg utilizare n industrie.Aluminiul este metalul cel mai rspndit din scoara terestr ( el reprezint cca. 7,5%, fade 4,7% ct reprezint fierul).

Dei aluminiul se gsete aproape n toate rocile sub form de compui chimici,

pentru elaborarea lui se utilizeaz doar bauxitele coninnd aluminiul sub form de oxidhidratat (Al2O3.nH2O) impurificat de o serie de oxizi (Fe2O3, TiO2, SiO2, etc.). Laelaborare se mai utilizeaz i criolita (AlF3.3NaF), care se obine doar pe cale artificial,deoarece n stare natural se gsete doar n Groenlanda.

Elaborarea alumin iu lu i din minereuri se realizeaz foarte dificil, datorit afinitiifoarte mari a aluminiului fa de oxigen. Datorit acestui fapt, extragerea aluminiului serealizeaz n dou etape: n prima faz scopul este obinerea unei alumine (Al 2O3) ct mai

pure, iar faza a doua const n electroliza ignee a aluminei. - obinerea aluminei este faza hidrometalurgic a elaborrii i de obicei se utilizeaz

procedeul Bayer (metoda alcalin) n cazul bauxitelor care conin cantiti reduse de silice. Bauxita este sfrmat, calcinat la aprox. 7000C n cuptoare rotative i n final este

mcinat fin.

Minereul mcinat se trateaz n recipieninchii ermetic (autoclave) cu NaOHconcentrat, la temperatura de 160...1700C, la presiunea de 5...7 daN/cm2, timp de 4...6 h. Se

formeaz aluminatul de sodiu (NaAlO2), solubil n ap:

Al2O3.nH2O + 2NaOH 2NaAlO2 + (n+1)H2O

Astfel prin filtrare se pot ndeprta impuritile, iar aluminatul de sodiu se trateaz cuap n recipieni deschii pentru formarea hidroxidului de Al:


6/7

NaAlO2 + 2H2O Al(OH)3 + NaOH

Hidroxidul de aluminiu se filtreaz, se spal i se calcineaz la aprox. 10000C ntr-uncuptor rotativ, n vederea obinerii aluminei:

2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O

- electroloza ignee a aluminei se realizeaz n cuve de electroliz (Fig.2.20.), la otemperatur de circa 9500C. Datorit faptului c alumina are o temperatur de topire foarteridicat (peste 20500C), electrolitul este format din alumin n proporie de 80%, dizolvatn criolit sintetic topit, mpreun cu fondani (astfel scade temperatura de topire sub10000C).

Prin trecerea curentului de mare intensitate (10....50.000 A), alumina se descompune

rezultnd Al metalic, care avnd o greutate specific mai ridicat se depune la fundul celuleide electroliz. Oxigenul migreaz spre anozii de grafit i formeaz CO i CO 2, conducndla un consum mare de electrod

(aprox. 0,5...0,7t electrozi/ t Al).

Al brut obinut are o puritate de 99...99,85%, coninnd impuriti cum ar fi: alumin,carburi, Ca, Na, etc.

Rafinarea aluminiului se poate realiza prin dou metode: - prin retopire n cuptoare cu flacr sau n cuptoare electrice cu creuzet. Prin

trecerea unui curent de clor prin Al topit se elimin impuritile nemetalice i cele gazoase.- prin rafinare electrolitic se obine un aluminiu de puritate ridicat (99,99%).

Numai prin aceast metod se elimin impuritile metalice. Electrolitul uti lizat este pe bazde criolit, iar anozii sunt turnai din aluminiu brut.

Pentru a obine 1 t de Al se utilizeaz aproximativ: 2 t alumin, 600...700kgelectrozi, 80...90kg criolit i 18...20.000 kWh energie electric.

Proprietile i utilizarea aluminiului. Al este un metal alb-argintiu, avnd greutatea

specific = 2,7 daN/dm3 i Ttop = 6600C. Al are duritate redus, este maleabil, ductil iforjabil.

Sub form de Al electrolitic se utilizeaz la fabricarea conductoarelor electrice, iar nchimie i metalurgie ca dezoxidant. Al are proprieti mecanice slabe i datorit acestui faptn industrie se utilizeaz sub form de aliaje. Astfel putem aminti aliajele turnabile (aliajeleAl-Si, Al-Cu, Al-Mg, etc.) i aliajele deformabile (dintre care cel mai impotant esteduraluminiul - Al-Cu-Mg-Mn).

Metalurgia Magneziului

Magneziul este un metal ultrauor. In natur se gsete sub form de compui chimicintr-o proporie de aproximativ 1,44%.

Cele mai importante minereuri de magneziu ar fi:

- magnezita - MgCO3 (conine 28,8% Mg)- dolomita - MgCO3CaCO3 (conine 13,2% Mg)-clorura de magneziu - MgCl2, care se gsete n apa mrilor i oceanelor

(aprox. jumtate din cantitatea de Mg se gsete dizolvata n apele mrilor). Extr agerea magneziu lui se poate realiza prin procedee electrolitice i procedee

pirometalurgice.

- Procedeele electrilitice sunt cele mai utilizate i se bazeaz pe electroliza ignee aclorurii de magneziu. Principalele etape ale procedeului sunt:

- obinerea srurilor pure i anhidre;


7/7

- electroliza srurilor n stare topit; - rafinarea magneziului.

Clorura de magneziu se obine prin prjirea magnezitei sau a dolomitei, urmat declorurarea acesteia:

Electroliza ignee a clorurei de magneziu se realizeaz n cuva de electrolizprezentat n fig.2.21. Anodul este format din grafit, iar catozii din oel. Electrolitul este otopitur (la aprox. 7200C) de cloruri: MgCl2, CaCl2, NaCl, KCl, etc. Magneziul se separ lacatozi i fiind mai uor dect electrolitul, plutete la suprafaa acestuia i este evacuat

periodic. Spaiul anodic este separat de spaiul catodic printr-o diafragm (de porelan),pentru a evita recombinarea magneziului cu clorul. Capacul (5) are rolul de a evita oxidarea

Mg n celula de electroliz. Pentru elaborarea unei t de Mg brut sunt necesare aproximativ: 4,5 t MgCl2,

20...30kg electrozi i 18.000 kWh energie electric. Rafinarea magneziului se poaterealiza prin sublimare n vid.Magneziul brut nclzit la cca. 600 0C n vid, trece direct nstare de vapori, iar vaporii condensai dau un produs cu o puritate de 99,9%.

Proprietile i utilizarea Mg. Magneziul este cel mai uor dintre metalele uzuale,avnd o greutate specific =1,745daN/dm3 i are o culoare alb- argintie.Este maleabil i ductil, se poate lamina i forja. Este avid fa de oxigen i nu rezist laageni chimici i atmosferici. In mediu umed se aprinde prin explozie.

Magneziul are o turnabilitate destul de bun, ns datorit fapt ului c exist pericolulde aprindere, turnarea se realizeaz sub form de aliaje, sub zgur protectoare sau sub vid.

Aliajele magneziului sunt ultrauoare ( 1,8daN/dm3). Cel mai important estealiajul electron ( Mg-Al-Mn-Cu-Zn ) care se utilizeaz n tehnologiile de vrf.

Magneziul este utilizat n metalurgie ca dezoxidant i la modificarea fontelor cugrafit nodular.

METALURGIA METALELOR NEFEROASE

Documents

Transcript of METALURGIA METALELOR NEFEROASE