Добывающая металлургия цветных металлов - Non-ferrous extractive metallurgy

Электролитическое извлечение меди

Добывающая металлургия цветных металлов - одна из двух отраслей добывающей металлургии, которая относится к процессам восстановления ценных металлов, не содержащих железо, из руд или сырья . Металлы, такие как цинк , медь , свинец , алюминий, а также редкие и благородные металлы, представляют особый интерес в этой области, в то время как более распространенный металл, железо , считается основной примесью. Как и добыча черных металлов, добыча цветных металлов в первую очередь направлена ​​на экономическую оптимизацию процессов экстракции при качественном и количественном отделении товарных металлов от их примесей ( пустой породы ).

Любой процесс экстракции будет включать последовательность этапов или единичных процессов для отделения высокочистых металлов от нежелательных в экономически эффективной системе. Установочные процессы обычно делятся на три категории: пирометаллургия , гидрометаллургия и электрометаллургия . В пирометаллургии металлическую руду сначала окисляют путем обжига или плавки . Целевой металл дополнительно очищается при высоких температурах и восстанавливается до чистой формы. В гидрометаллургии металл объекта сначала диссоциируют от других материалов с помощью химической реакции , а затем извлекают в чистом виде с помощью электролиза или осаждения . Наконец, электрометаллургия обычно включает электролитическую или электротермическую обработку . Металлическая руда перегоняется в растворе электролита или кислоты , затем магнитным способом осаждается на катодной пластине (электролитическое извлечение); или плавить, а затем плавить с использованием электродуговой или плазменно-дуговой печи (электротермический реактор).

Еще одно важное отличие в извлечении цветных металлов - больший упор на минимизацию потерь металла в шлаке . В основном это связано с исключительной редкостью и экономической ценностью некоторых цветных металлов, которые в некоторой степени неизбежно выбрасываются в процессе добычи. Таким образом, нехватка и нехватка материальных ресурсов вызывают серьезную озабоченность в цветной металлургии. Недавние разработки в области цветной металлургии теперь делают упор на переработку и переработку редких и цветных металлов из вторичного сырья ( лома ), находящегося на свалках .

История

Предыстория цветной металлургии.

В общем, доисторическое извлечение металлов, особенно меди, включало два основных этапа: во-первых, плавка медной руды при температурах, превышающих 700 ° C, необходима для отделения пустой породы от меди; во-вторых, плавление меди, для чего требуются температуры, превышающие ее температуру плавления 1080 ° C. Учитывая доступные в то время технологии, достижение таких экстремальных температур представляло собой серьезную проблему. Первые плавильные печи разработали способы эффективного повышения температуры плавки за счет подпитки огня принудительными потоками кислорода .

Добыча меди, в частности, представляет большой интерес для археометаллургических исследований, поскольку она доминировала над другими металлами в Месопотамии с раннего энеолита до середины-конца шестого века до нашей эры. Среди археометаллургов нет единого мнения о происхождении цветной металлургии. Некоторые ученые считают, что добывающая металлургия могла быть одновременно или независимо открыта в нескольких частях мира. Самое раннее известное использование пирометаллургического извлечения меди произошло в Беловоде , восточная Сербия , с конца шестого до начала пятого тысячелетия до нашей эры. Однако есть свидетельства плавки меди в Тал-и-Иблисе на юго-востоке Ирана , которая датируется примерно тем же периодом. В течение этого периода медеплавильные заводы использовали большие заросшие ямы, заполненные углем, или тигли для извлечения меди, но к четвертому тысячелетию до нашей эры эта практика начала постепенно сокращаться в пользу плавильных печей, у которых была большая производственная мощность. Начиная с третьего тысячелетия, изобретение многоразовой плавильной печи имело решающее значение для успеха крупномасштабного производства меди и активного расширения торговли медью на протяжении всего бронзового века .

Самые ранние серебряные предметы начали появляться в конце четвертого тысячелетия до нашей эры в Анатолии , Турция . Доисторическая добыча серебра тесно связана с добычей менее ценного металла, свинца ; хотя свидетельства того, что технология извлечения свинца появилась раньше, чем серебро, по крайней мере, на 3 тысячелетия. Извлечение серебра и свинца также связано с тем, что железистые (серебросодержащие) руды, используемые в процессе, часто содержат оба элемента.

В общем, доисторическое извлечение серебра было разбито на три этапа. Во-первых, свинцово-серебряная руда обжигается для отделения серебра и свинца от пустой породы. Затем металлы плавятся при высокой температуре (выше 1100 ° C) в тигле, в то время как воздух обдувается расплавленным металлом ( купелирование ). Наконец, свинец окисляется с образованием монооксида свинца (PbO) или абсорбируется стенками тигля, оставляя очищенное серебро.

Метод серебряно-свинцового купелирования был впервые использован в Месопотамии между 4000 и 3500 годами до нашей эры. Серебряные артефакты , датируемые примерно 3600 годом до нашей эры, были обнаружены в Накаде, Египет . Некоторые из этих серебряных изделий содержали менее 0,5% свинца, что явно указывает на купелирование.

Ранняя и поздняя англосаксонская купеляция

Средневековый плавильный завод

Купелирование также использовалось в некоторых частях Европы для извлечения золота, серебра, цинка и олова с конца девятого по десятый век нашей эры. Здесь один из самых ранних примеров интегрированного единичного процесса для извлечения более чем одного драгоценного металла был впервые представлен Теофилом примерно в двенадцатом веке. Сначала в тигле плавится золотосеребряная руда, но с избыточным количеством свинца. Затем сильное тепло окисляет свинец, который быстро вступает в реакцию и связывается с примесями в золото-серебряной руде. Поскольку и золото, и серебро обладают низкой реакционной способностью по отношению к примесям, они остаются после удаления шлака. Последний этап включает разделение, на котором серебро отделяется от золота. Сначала сплав золота с серебром забивают на тонкие листы и помещают в сосуд. Затем простыни были покрыты мочой , содержащей хлорид натрия (NaCl). Затем сосуд закрывают крышкой и нагревают в течение нескольких часов, пока хлориды не свяжутся с серебром, образуя хлорид серебра (AgCl). Наконец, порошок хлорида серебра затем удаляется и плавится для извлечения серебра, в то время как чистое золото остается нетронутым.

Гидрометаллургия в китайской древности

Во время династии Сун , китайский выход меди из внутренней добычи был в состоянии упадка и в результате дефицит вызвал шахтеров искать альтернативные методы для извлечения меди. Открытие нового «мокрого процесса» для извлечения меди из шахтной воды было введено в период между одиннадцатым и двенадцатым веками, что помогло уменьшить их потери в поставках .

Подобно англосаксонскому методу купелирования, китайцы использовали основной металл для извлечения целевого металла из его примесей. Сначала в тонкие листы забивают основной металл - железо. Затем листы помещают в желоб, наполненный «купоросной водой», то есть водой для добычи меди, которую затем оставляют настаиваться в течение нескольких дней. Горнорудная вода содержит соли меди в виде сульфата меди CuSO.
4. Затем железо вступает в реакцию с медью, вытесняя ее из сульфат-ионов, в результате чего медь осаждается на листах железа, образуя «влажный» порошок. Наконец, осажденная медь собирается и дополнительно очищается с помощью традиционного процесса плавки. Это первое крупномасштабное использование гидрометаллургического процесса.

Смотрите также

использованная литература