Обжиг (металлургия) - Roasting (metallurgy)

Обжаренная золотая руда из Cripple Creek, Колорадо. Обжарка отогнала теллур из оригинала калаверит, оставляя после себя везикулярный пузыри самородного золота.

Жарка представляет собой процесс нагрева сульфидной руды до высокой температуры в присутствии воздуха. Это этап обработки определенных руды. В частности, обжарка - это металлургический процесс, включающий реакции газа и твердого тела при повышенных температурах с целью очистки металлических компонентов. Часто перед обжигом руда уже была частично очищена, например к пенная флотация. Концентрат смешивают с другими материалами для облегчения процесса. Эта технология полезна, но также является серьезным источником загрязнение воздуха.[1]

Обжиг состоит из термических реакций газ-твердое тело, которые могут включать окисление, восстановление, хлорирование, сульфатирование и пирогидролиз. При обжиге руду или рудный концентрат обрабатывают очень горячим воздухом. Этот процесс обычно применяется к сульфидные минералы. Во время обжига сульфид превращается в оксид, а сера выделяется в виде диоксид серы, газ. Для руд Cu2S (халькоцит ) и ZnS (сфалерит ) сбалансированными уравнениями обжарки являются:

2 Cu2S + 3 О2 → 2 Cu2O + 2 SO2
2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2

Газообразный продукт сульфидного обжига, диоксид серы (ТАК2) часто используется для производства серная кислота. Многие сульфидные минералы содержат другие компоненты, такие как мышьяк, которые выбрасываются в окружающую среду.

Вплоть до начала 20 века обжиг начинали сжиганием дров поверх руды. Это повысит температуру руды до точки, при которой ее сера содержимое станет его источником топлива, и процесс обжига может продолжаться без внешних источников топлива. Раннее обжигание сульфидов практиковалось таким образом в обжиговых печах с «открытым подом», которые перемешивались вручную (практика, называемая «рыхление») с использованием инструментов, похожих на грабли, для воздействия кислорода на необожженную руду по мере протекания реакции.

В результате этого процесса высвободилось большое количество кислотных, металлических и других токсичных соединений. Результатом этого являются области, которые даже спустя 60–80 лет все еще остаются в основном безжизненными, часто точно соответствующие площади жареного слоя, некоторые из которых имеют ширину в сотни метров и длину в километры. Обжарка - экзотермический процесс.[2][3]

Обжарка

Отражательная печь для обжига оловянных руд

Ниже описаны различные формы обжарки:[4]

Окислительная обжарка

Окислительный обжиг, наиболее часто применяемый процесс обжига, включает нагрев руды в избытке воздуха или кислорода для выгорания или замены примесного элемента, обычно серы, частично или полностью кислородом. Для обжига сульфидов общая реакция может быть выражена следующим образом:

2МС (с) + 3O2 (г) -> 2МО (т) + 2СО2 (грамм)

Обжиг сульфидной руды до почти полного удаления серы из руды приводит к мертвое жаркое.

Обжарка с испарением

Обжиг летучих веществ включает в себя тщательное окисление руд при повышенных температурах для удаления примесных элементов в виде их летучих оксидов. Примеры таких летучих оксидов включают As2О3, Сб2О3, ZnO и оксиды серы. Необходим тщательный контроль содержания кислорода в обжарочном аппарате, так как при чрезмерном окислении образуются нелетучие оксиды. При обжарке необходим контроль содержания кислорода.

Хлоридная обжарка

Хлорирование при обжиге превращает определенные соединения металлов в хлориды в результате окисления или восстановления. Некоторые металлы, такие как уран, титан, бериллий и немного редкие земли обрабатываются в их хлористый форма. Некоторые формы хлорированного обжига могут быть представлены общими реакциями:

2NaCl + МС + 2O2 -> Na2ТАК4 + MCl,
4NaCl + 2MO + S2 + 3O2 -> 2Na2ТАК4 + 2 мкл2

Первая реакция представляет собой хлорирование сульфидной руды с экзотермической реакцией. Вторая реакция с участием оксидной руды облегчается добавлением элементарной серы. Карбонатные руды реагируют так же, как и оксидная руда, после разложения до оксидной формы при высокой температуре.

Сульфатирующая обжарка

Сульфатирующий обжиг окисляет определенные сульфидные руды до сульфатов при контролируемой подаче воздуха, что позволяет выщелачивать сульфат для дальнейшей обработки.[нужна цитата ]

Магнитная обжарка

Магнитный обжиг включает контролируемый обжиг руды для преобразования ее в магнитную форму, что позволяет легко отделить и переработать руду на последующих этапах. Например, контролируемое снижение гематит (немагнитный Fe2О3) к магнетит (магнитное Fe3О4).

Редукционная обжарка

Частичное обжаривание уменьшает оксидная руда перед фактическим процессом плавки.

Обжиг агломерата

Обжиг агломерата включает нагрев мелкозернистой руды при высоких температурах, при котором одновременно происходит окисление и агломерация руды. Например, сульфид свинца руды подвергаются непрерывному обжигу агломерата после пенной флотации для преобразования мелкозернистых руд в пригодные для обработки агломераты для дальнейших операций плавки.

Рекомендации

  1. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  978-0-08-037941-8.
  2. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2014-01-16. Получено 2014-01-14.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  3. ^ "Фотоистория стрессовой среды Садбери". Users.vianet.ca. Получено 21 сентября 2018.
  4. ^ Ray, H.S .; и другие. (1985). Добыча цветных металлов. Аффилированная компания East-West Press Private Limited. С. 131, 132. ISBN  81-85095-63-9.