» » Пирометаллургия
15.05.2015

Практикой металлургии установлено, что получение металла высокой чистоты из обычного многокомпонентного сырья не может быть осуществлено одним процессом в одном аппарате. Для решения такой задачи должна использоваться цепь металлургических процессов, постепенно разделяющих компоненты сложного сырья.
Разделение компонентов сырья в процессах металлургии основано на переводе обрабатываемого сырья в гетерогенную систему (чаще всего двухфазную), фазы которой различаются по составу и физическим свойствам. Одна из фаз полученной системы должна быть богата извлекаемым металлом и бедна примесями, другая — богата примесями и бедна извлекаемым металлом. Различие физических свойств полученных фаз должно обеспечить возможность совершенного отделения их друг от друга простейшими приемами — отстаиванием, фильтрованием.
Конечный эффект разделения компонентов в производственном процессе зависит не только от распределения компонентов между фазами системы, но и от полноты разделения фаз в процессе.
Полноту разделения компонентов между фазами системы решает физико-химическая сторона процесса, определяющая состав и количество каждой из фаз системы. Операция разделения фаз не может улучшить разделение компонентов, достигнутое при физико-химическом изменении системы от начального до конечного состояния, но может в большей или меньшей мере ухудшить достигнутый эффект, если разделение фаз выполнено несовершенно.
Металлургический процесс может иметь одно из трех назначений: 1) осуществлять перевод обрабатываемого материала в гетерогенную систему, фазы которой различаются по содержанию извлекаемого компонента и легко отделимы друг от друга; 2) осуществлять разделение фаз полученной гетерогенной системы и 3) подготавливать материал к следующему процессу.
Первые два назначения принадлежат к существенным, основным процессам металлургии, причем во многих случаях обе задачи решаются в одном процессе и аппарате. Процессы третьего назначения являются вспомогательными, подготовительными процессами — такими являются измельчение сырья, окускование мелкого сырья брикетированием или спеканием и т. п.
Рассматривая любую металлургическую схему, мы всегда будем находить процессы перевода обрабатываемого материала в гетерогенную систему с фазами, различающимися по содержанию извлекаемого металла, и процессы разделения полученных фаз самыми простыми основанными на физических явлениях приемами. Получение фаз разного состава, легко отделяющихся друг от друга, является целью металлургического процесса: чем больше эти фазы различаются по составу и физическим свойствам, тем эффективнее процесс.
Возможные комбинации характеров фаз, получающиеся при металлургических процессах, можно представить следующей схемой: г+ж; г+т; ж+ж; ж+т; т+т, где буквой г обозначается газовая фаза, буквой ж — жидкая фаза и буквой т — твердая фаза.
Здесь приведены все возможные комбинации агрегатных состояний фаз двухфазной системы, так как гетерогенная система г+г не встречается в процессах металлургии.
Разделение системы, состоящей из двух различных твердых фаз, производится приемами обогащения руд. В пирометаллургических процессах встречаются только четыре комбинации фаз: г+ж, г+т, ж+ж и ж+т.
Фазы систем г+ж и г+т легко отделяются друг от друга простым отстаиванием вследствие резкого различия плотностей газа и конденсированной фазы. Серьезные затруднения могут возникнуть, если одна из фаз — твердая — тонко диспергирована в газовой фазе. В этом случае отстаивание идет очень медленно и прибегают к особым приемам — пылеулавливанию. Система ж+ж расслаивается только отстаиванием. Системы ж+т могут разделяться отстаиванием и фильтрованием, причем, использование фильтрования тем более затруднено, чем выше температура разделяемой системы. При высоких температурах фазы системы разделяются большей частью отстаиванием, при низких температурах успешно применяется фильтрование.