В последнее время к цветным металлам относят металлы, прежде входившие в группу редких, — вольфрам и молибден.
Вольфрам — самый тугоплавкий металл. Он плавится при температуре выше 3400°. Вольфрам входит в состав нержавеющих и быстрорежущих сталей, а также сверхтвердых сплавов. Из него изготовляют нити накаливания для электроламп, детали радиоламп и рентгеновских трубок.
Температура плавления молибдена значительно ниже, чем вольфрама, — 2620°. Примеси молибдена, вводимые в состав легированных сталей, повышают их жаропрочность, кислотостойкость и твердость.
|
| Перед обогащением руду подготавливают — дробят на молотковых (а) и конусных (б) дробилках, раздавливают и истирают в порошок на мельницах. |
Как видите, цветные металлы необходимы в машиностроении, электротехнике, судостроении, измерительной технике и во многих других отраслях промышленности. Но запасы цветных металлов в земной коре по сравнению, например, с железом и алюминием ничтожны. Так, тяжелых цветных металлов содержится в земной коре лишь около 0,03% — в 400 раз меньше, чем железа и алюминия, вместе взятых.
Металлы редко встречаются в природе в самородном состоянии. Как правило, они находятся в горных породах — рудах в виде различных химических соединений. Приходится их извлекать из руд.
Для получения из руд чистых металлов необходимо сперва отделить рудные минералы от пустой породы, а затем эти минералы подвергнуть обработке — плавлению или воздействию на них водных растворов.
Содержание цветных металлов в горных породах незначительно. Например, содержание меди в рудах редко превышает 1-5%. Такие руды уже выгодно перерабатывать. Но прежде чем направить добытую руду на переплавку, ее обогащают.
|
|
|
| Сортировка руды па магнитном сепараторе. Раздробленные куски руды падают на магнитный барабан. Пустая порода не задерживается и сразу скатывается в бункер. Полумагнитная порода прилипает к поверхности барабана и только под действием центробежных сил и собственной силы тяжести падает в соседний бункер. Магнитная порода удерживается на барабане, пока ее не счистит специальное приспособление. |
При сортировке по весу через измельченную руду прогоняют воду. Частицы пустой породы легкие, они выносятся кверху потоком воды. А куски породы с металлом тяжелые, они оседают на дно.Когда-то, на заре металлургии, руды обогащали вручную. Их отделяли от пустой породы по блеску и цвету. Но ведь для руд характерны не только блеск и цвет. Есть и другие свойства: вес, электрическая и магнитная восприимчивость, смачиваемость и т. д. Оказалось, эти свойства можно использовать при обогащении.
По-разному ведут себя руды в магнитном или электрическом поле. При электростатическом методе обогащения размельченная руда проходит между заземленным металлическим барабаном и отрицательно заряженным электродом. Так как в полезных частицах руды содержится металл, они электропроводны. Проходя через электрическое поле, эти частицы получают отрицательные заряды и сразу отдают их вращающемуся металлическому барабану. Ничем не поддерживаемые, они скатываются с барабана в бункер. А частицы с пустой породой удерживают отрицательные заряды и поэтому притягиваются к барабану. Отсюда их счищают специальные щетки, и они попадают в другой бункер.
|
|
Но самый интересный и широко сейчас применяемый способ обогащения флотационный. Основан он на различной степени смачиваемости минералов. Опустите в стакан с газированной водой несколько виноградин. Сначала они утонут, а затем, когда покроются маленькими пузырьками газа, быстро снова всплывут. Это пузырьки газа поднимают их.
При флотационном способе происходит то же самое. В измельченную породу, смешанную с водой, добавляют специальные составы, которые вызывают усиленное пенообразование и прилипание частиц минералов к пузырькам воздуха. Если теперь сквозь толщу жидкости продувать воздух, то на поверхность всплывут пузырьки воздуха с частицами ценной породы. Всплывшую пену сливают, высушивают и получают концентрат — обогащенную руду.
Если при обогащении применяются механические способы, основанные на физических свойствах руд, то для получения чистых металлов обращаются к химии.
Извлекать цветные металлы из руд трудно потому, что, как правило, они находятся там в соединениях с другими металлами (одним, двумя и больше). А их тоже нельзя терять. Приходится разрабатывать комплексную технологию, в процессе которой металлы из руд получаются постепенно, один за другим.
Получают и очищают металлы при высокой температуре в металлургических печах или при обычной температуре, обрабатывая минералы водными растворами. Первый метод называется пирометаллургическим процессом, второй — гидрометаллургическим. Но при любой металлургической обработке металл максимально концентрируют в каком-либо продукте, легко отделяемом от других, содержащих примеси, продуктов.
|
|
Основа пирометаллургического процесса — плавка, обжиг, дистилляция. Их проводят соответственно в плавильных, обжиговых или дистилляционных печах.
Плавку проводят при температуре, достаточной для расплавления всей или большей массы материала. При этом масса разделяется по удельным весам на несколько слоев. Их последовательно отделяют и перерабатывают.
|
| Схема флотационного способа обогащения руд.Руда из шаровой мельницы поступает в спиральный классификатор. Измельченную в пыль руду смешивают с водой в больших баках. Здесь руды подстерегаются реагентами — веществами, способствующими прилипанию их к пузырькам воздуха. Когда сквозь толщу воды продувается воздух, на поверхность всплывают пузырьки с частицами ценной породы. Пену, содержащую руду, собирают и обезвоживают. Получается концентрат, который и направляют в плавку. |
В шахтные печи руду загружают вместе с топливом. Воздух, необходимый для горения, подают в фурмы, около которых и образуется самая высокая температура. Горячие газы поднимаются по стволу печи и, пронизывая руду, отдают ей свое тепло. Руда плавится около фурм и в жидком виде стекает в приемник — гори.
Отражательные печи отапливают распыленным жидким топливом, каменноугольной пылью или газом. Топливо горит факелом над ванной с металлом.
В дуговых электропечах тепло для плавления металла получают от электрической дуги, возникающей между угольными или графитовыми электродами. В индукционных печах плавящийся металл служит сопротивлением для электрического тока, который появляется за счет явлений индукции.
Руду обжигают для того, чтобы удалить примеси или придать ей свойства, необходимые для последующих процессов. Температура при обжиге должна быть такой, чтобы химические реакции внутри минералов или при взаимодействии их с газами протекали активно, но сами минералы не плавились.
Химические реакции, протекающие при плавлении или обжиге, могут быть окислительными, восстановительными, хлорирующими и т. д.
Но не всегда металл из руды можно получить плавлением. Некоторые металлы добывают
дистилляцией. При этом процессе металлы или их соединения превращаются в пар, а нелетучая пустая порода остается. Пары металлов или соединений металлов охлаждают и конденсируют. Так получают цинк, магний, сурьму.
Есть еще способ получения руд из минералов — гидрометаллургический. Это мокрый способ, при котором руды выщелачивают (см. ст. «Алюминий») и осаждают. При выщелачивании один из составляющих обрабатываемого минерала растворяется. Получается раствор и нерастворимый осадок. Затем руды осаждают из растворов (гидролизом, электролизом или цементацией), а пустая порода остается нерастворенной, и ее удаляют.
|