Пирометаллургия — это отрасль извлекающей металлургии . Она состоит из термической обработки минералов и металлургических руд и концентратов для осуществления физических и химических преобразований в материалах, чтобы обеспечить извлечение ценных металлов. [1] Пирометаллургическая обработка может производить продукты, пригодные для продажи, такие как чистые металлы или промежуточные соединения или сплавы , пригодные в качестве сырья для дальнейшей обработки. Примерами элементов, извлекаемых пирометаллургическими процессами, являются оксиды менее реакционноспособных элементов, таких как железо , медь , цинк , хром , олово и марганец . [2]
Пирометаллургические процессы обычно группируются в одну или несколько из следующих категорий: [3]
Большинство пирометаллургических процессов требуют подачи энергии для поддержания температуры, при которой происходит процесс. Энергия обычно поступает в виде сгорания или от 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 называется «автогенным». Переработка некоторых сульфидных руд использует экзотермичность их сгорания.
Кальцинация — это термическое разложение материала. Примерами служат разложение гидратов, таких как гидроксид железа, на оксид железа и водяной пар, разложение карбоната кальция на оксид кальция и углекислый газ, а также карбоната железа на оксид железа:
Процессы обжига осуществляются в различных печах, включая шахтные печи, вращающиеся печи и реакторы с псевдоожиженным слоем .
Обжиг состоит из термических реакций газ-твердое тело, которые могут включать окисление, восстановление, хлорирование, сульфатирование и пирогидролиз.
Наиболее распространенным примером обжига является окисление руд сульфидов металлов. Сульфид металла нагревается в присутствии воздуха до температуры, которая позволяет кислороду воздуха реагировать 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, процесс известен как « мертвый обжиг ». Иногда, как в случае предварительной обработки сырья отражательной или электроплавильной печи, процесс обжига выполняется с меньшим количеством кислорода, чем требуется для полного окисления сырья. В этом случае процесс называется « частичным обжигом », потому что сера удаляется только частично. Наконец, если температура и газовые условия контролируются таким образом, что сульфиды в сырье реагируют с образованием сульфатов металлов вместо оксидов металлов, процесс известен как « сульфатный обжиг ». Иногда температурные и газовые условия можно поддерживать таким образом, что смешанное сульфидное сырье (например, сырье, содержащее как сульфид меди, так и сульфид железа) реагирует таким образом, что один металл образует сульфат, а другой — оксид; этот процесс известен как « селективный обжиг » или « селективная сульфатация ».
Плавка включает термические реакции, в которых по крайней мере один продукт представляет собой расплавленную фазу.
Затем оксиды металлов можно расплавить , нагревая их с коксом или древесным углем (формы углерода ), восстановителем , который высвобождает кислород в виде диоксида углерода, оставляя очищенный минерал. Озабоченность по поводу производства диоксида углерода возникла совсем недавно, после обнаружения усиленного парникового эффекта .
Карбонатные руды также плавят с использованием древесного угля, но иногда их необходимо сначала прокалить . [ необходима цитата ]
Возможно, потребуется добавить другие материалы в качестве флюса , способствующего плавлению оксидных руд и образованию шлака , поскольку флюс реагирует с примесями, такими как соединения кремния . [ необходима ссылка ]
Плавка обычно происходит при температуре выше точки плавления металла, но процессы значительно различаются в зависимости от используемой руды и других факторов. [ необходима цитата ]
Рафинирование — это удаление примесей из материалов термическим способом. Это охватывает широкий спектр процессов, включающих различные виды печей или других установок.
Термин « рафинирование » может также относиться к некоторым электролитическим процессам. Соответственно, некоторые виды пирометаллургического рафинирования называются « огневым рафинированием ».