Пирометаллургия — отрасль добывающей металлургии . Он заключается в термической обработке минералов, металлургических руд и концентратов с целью осуществления физических и химических преобразований в материалах, позволяющих извлечь ценные металлы. [1] Пирометаллургическая обработка позволяет производить продукты, пригодные для продажи, такие как чистые металлы или промежуточные соединения или сплавы , пригодные в качестве сырья для дальнейшей переработки. Примеры элементов, извлекаемых пирометаллургическими процессами, включают оксиды менее реакционноспособных элементов, таких как железо , медь , цинк , хром , олово и марганец . [2]
Пирометаллургические процессы обычно группируются в одну или несколько следующих категорий: [3]
Большинство пирометаллургических процессов требуют затрат энергии для поддержания температуры, при которой происходит процесс. Энергия обычно предоставляется в виде сгорания или электрического тепла. Когда в сырье присутствует достаточно материала для поддержания температуры процесса исключительно за счет экзотермической реакции (т.е. без добавления топлива или электрического тепла), процесс называют «автогенным». При переработке некоторых сульфидных руд используется экзотермичность их сгорания.
Прокаливание – это термическое разложение материала. Примеры включают разложение гидратов, таких как гидроксид железа, до оксида железа и водяного пара, разложение карбоната кальция до оксида кальция и диоксида углерода, а также карбоната железа до оксида железа:
Процессы кальцинирования проводятся в различных печах, включая шахтные печи, вращающиеся печи и реакторы с псевдоожиженным слоем .
Обжиг состоит из термических газо-твердых реакций, которые могут включать окисление, восстановление, хлорирование, сульфатирование и пирогидролиз.
Наиболее распространенным примером обжига является окисление сульфидных руд металлов. Сульфид металла нагревают в присутствии воздуха до температуры, которая позволяет кислороду воздуха вступать в реакцию с сульфидом с образованием газообразного диоксида серы и твердого оксида металла. Твердый продукт обжига часто называют « кальцином ». При окислительном обжиге, если температура и газовые условия таковы, что сульфидное сырье полностью окисляется, этот процесс известен как « обжиг мертвым ». Иногда, как в случае предварительной обработки сырья отражательной или электроплавильной печи, процесс обжига выполняется с количеством кислорода, меньшим, чем необходимо для полного окисления сырья. В этом случае процесс называется « частичным обжигом », поскольку сера удаляется лишь частично. Наконец, если температура и газовые условия контролируются таким образом, что сульфиды в сырье реагируют с образованием сульфатов металлов вместо оксидов металлов, этот процесс известен как « сульфатационный обжиг ». Иногда температуру и газовые условия можно поддерживать так, что смешанное сульфидное сырье (например, сырье, содержащее как сульфид меди, так и сульфид железа) реагирует так, что один металл образует сульфат, а другой образует оксид. Этот процесс известен как « селективный ». обжиг » или « селективная сульфатация ».
Плавка включает термические реакции, в которых по крайней мере один продукт является расплавленной фазой.
Оксиды металлов затем можно плавить путем нагревания с коксом или древесным углем (формы углерода ), восстановителем , который высвобождает кислород в виде углекислого газа, оставляя очищенный минерал. Обеспокоенность по поводу производства углекислого газа возникла лишь недавно, после выявления усиления парникового эффекта .
Карбонатные руды также плавят с древесным углем, но иногда их необходимо предварительно прокалить . [ нужна цитата ]
Возможно, потребуется добавить другие материалы в качестве флюса , способствующие плавлению оксидных руд и образованию шлака , поскольку флюс вступает в реакцию с примесями, такими как соединения кремния . [ нужна цитата ]
Плавка обычно происходит при температуре выше точки плавления металла, но процессы значительно различаются в зависимости от используемой руды и других веществ. [ нужна цитата ]
Рафинирование – это удаление примесей из материалов термическим процессом. Это охватывает широкий спектр процессов, включающих различные виды печей или других установок.
Термин « рафинирование » также может относиться к определенным электролитическим процессам. Соответственно, некоторые виды пирометаллургического рафинирования называются « огневым рафинированием ».