Fiziki fakultet Univerzitet u Beogradu
Predmet:
Industrijska hemija
Tema: PREGLED METALURKIH PROCESA
Profesor: Goran Rogli
student: Jelena Popovi EH6970003
Beograd, februar 2012
Sadraj: 1.Uvod1.1 Pirometalurki procesi 1.2 Hidrometalurki procesi
2.Dobijanje gvodja i elika2.1 Proizvodnja koksa 2.2 Sinterovanje rude gvodja 2.3 Dobijanje gvodja u visokim peima 2.4 Hemijski procesi u visokoj pei 2.5 Zgura kao proizvod visoke pei 2.6 Gas visoke pei 2.7 Gvodje visoke pei 2.8 Dobijanje elika
3.Dobijanje bakra3.1 Pirometalurki postupci 3.2 Hidrometalurki postupci
4 Dobijanje aluminijuma 5. Dobijanje silicijuma 6.Zakljuak 7.Koriena literatura
1. UvodMetali se u prirodi najee nalaze u obliku svojih jedinjenja koja esto ne omoguavaju isplativo dobijanje metala direktno od njih. Ova jedinjenja je neophodno prevesti u pogodniji oblik iz koga se moe dobiti metal i u tu svrhu se primenjuju pirometalurki procesi i hidrometalurki procesi. Pirometalurki procesi ukljuuju: prenje materijala kod koga se jedinjenje prevodi u odgoviarajui oblik zagrevanjem na temperaturi ispod take kljuanja . topljenje materijala u kome se sastavni delovi smee zagrevaju do temperature topljenja,pri emu se izdvajaju dva sloja( jedan sadri metal u odgovarajuem obliku, a drugi neistoe).
Hidrometalurki procesi se zasnivaju na: natapanju pri emu se metalno jedinjenje selektivno rastvara iz rude dejstvom vodenog rastvora ili mikroorganizama elektroodvajanju pri emu se metalni joni selekivno taloe na elektrodi prilikom proputanja struje kroz rastvor.
1.1 Pirometalurki procesiPrema prirodi reakcije ovi procesi se mogu podeliti na: Oksidacione (u kojima se ova jedinjenja prevode reakcijom sa kiseonikom u odgovarajue metalne okside iz kojih se kasnije moe dobiti metal) Redukcione (kojima se metalni oksidi redukuju pomou redukujueg agensa, najee ugljenika, do metala).
Postupci prenja Oksidaciona prenja uklanjaju sumpor iz sulfidnih ruda i prevode ih u odgovarajue okside Sulfatizirajua prenja prevode metalne sulfide do sulfata Redukciona prenja redukuju oksid do metala Hlonirajua prenja metalne okside prevode u hloride zagrevanjem sa izvorom hlora (HCl,NaCl ..) Kalcinacija u kojoj se iz vrstog materijala uklanja CO2 ili hemijski vezana voda.
Ovi postupci izvode se u peima sa fluidizovanim slojem,etanim, rotacionim,flash peima i mainama za sinterovanje. Postupci topljenja Redukciono topljenje se najee izvodi u visokim peima i primenjuje u postupcima dobijanja Fe, Pb i Zn.Kao redukciono sredstvo koristi se ugljenik koji pri oksidaciji daje CO koji redukuje metalne okside. Elektrolitiko topljenje se zasniva na topljenju metalnih hlorida ( kod Mg) ili metalnih oksida u istopljenom elektrolitu (kod Al) i proputanju struje kroz ove rastope pri emu se na katodi izdvajaju metali.
1.2Hidrometalurki procesiHidrometaluruki postupci koriste se kada je sadraj metala u rudi isuvie mali da bi se primenili pirometalurki postupci ili kada je potrebno odvojiti metal od ostalih sastojaka rude. Hidrometalurki postupci se zasnivaju na ekstrakciji metala iz rude u obliku soli rastvorne u vodi. Ekstrakcija se moe vriti na obinoj temperaturi i atm pritisku ili na povienoj temperaturi i povienom pritisku (u autoklavu).
Kao ekstrakciona sredstva se koriste: Sumporna kiselina ili smea sumporne i azotne kis. (za prevodjenje metalnih oksida u rastvorne sulfate,npr.Cu) Amonijak (za Cu) NaOH za prevodjenje oksida u rastvorni oblik ( npr. Al) Rastvori cijanida ( za plemenite metale)
Poseban oblik hidrometalurgije je biohidrometalurgija kod koje se metali prevode u rastvorni oblik dejstvom mikroorganizama. Nakon hidrometalurkih postupaka potrebno je vratiti metal iz rastvora u vrsti oblik. Postupci koji se koriste su: Elektrolitiko taloenje na katodi Ekstrakcija rastvaraem u kojoj se metal iz razblaenih rastvora estrahuje u nekom rastvarau koji se ne mea sa vodom,iz koga se zatim regenerie.
Preiavanje
Koriste se preiavanja: Oksidaciona zasnovana na tome da se neistoe lake oksiduju nego sam metal i da se u takvom obliku lake odvajaju od metala. Elektrolitika kod kojih se dobijeni metal koristi kao anoda, a isti metal kao katoda
2.Dobijanje gvodja i elika
Gvodje je najvaniji i najjeftiniji tehniki metal. Oksidi gvodja se lako redukuju na viim temperaturama.Gvodje ima veliki afinitet prema ugljeniku.Ono je sklono oksidaciji (rdjanju) na vlanom vazduhu. Najvanije fizike osobine gvodja su: mehanika otpornost, magnetizam i tvrdoa koja se postie obradom. Osobine gvodja se mogu menjati te gvodje i neke njegove legure mogu biti medju najotpornijima ili najneotpornijim, tvrdi ili meki proizvodi, magnetini ili nemagnetini, a to se postie promenom sadraja drugih metala ili nemetala u gvodju za manje od 5% ili termikom obradom. Hemijski isto gvodje nema osobine potrebne za tehniku primenu pa se to postie legiranjem gvodja sa ugljenikom i drugim elementima. Sirovine za dobijanje sirovog gvodja i za preradu sirovog gvodja u elik i druge proizvode su uglavnom rude koje sadre 30~65% gvodja. Najvanije gvozdene rude su:
siderit FeCO3
pirit FeS2
Rude gvodja sadre i primese ( SiO2,Al2O3,CaO,MgO,jedinjenja sumpora, jedinjenja fosfora i dr.).Ako su siromane rude gvodja se obogauju. Proizvodnja gvodja iz oksidnih ruda u visokim peima zasniva se na redukciji metalurukim koksom (odnosno CO koji od njega postaje). Koks ima trostruku ulogu: kao redukciono sredstvo, kao gorivo i ugljenik iz koksa hemijski se vezuje za gvoe i utie na osobine sirovog gvodja. Metaluruki koks mora da ima max sadraj pepela 6~15%, vlage 4%, sumpora 1%; treba da je tvrd tj. otporan prema pritisku i reaktivan. Poto rude sadre primese, dodaju se i topitelji koji sa primesama daju topljivu zguru koja se lako odvaja od gvodja. Ako su primese SiO2 i Al2O3 kao bazni topitelji dodaju se krenjak dolomit.Krenjakim rudama dodaju se kiseli topitelji : silikati, glina, pesak, kvarc. Proces pripreme punjenja visoke pei ili
2.1 Proizvodnja koksa
Ugalj je stena organskog porekla koju ine 50~90% C, 6% H2, 30% O2 i ostalo su S,P, neorganski materijal. Koks se dobija zagrevanjem uglja u peima na 1100 C u odsustvu vazduha. Ugalj se ispira, melje i seje pre koksovanja.Da bi se dobio kvalitetniji koks esto se mea sa nekoliko vrsta ugljeva. Prilikom zagrevanja uglja u pei promene se odvijaju u temperature: tri faze sa porastom
I faza: Nakon suenja na temperaturi od 375~475C ugalj omeka i pretvara se u plastinu masu. Ovo je posledica nastajanja tenih proizvoda (termobitumena i njihovog razlaganja). U ovoj fazi odlazi deo isprljivih sastojaka. II faza: Na temperaturi od 450~600 C dolazi do izdvajanja katrana i aromatinih ugljovodonika, a ugalj ovrava i prelazi u polukoks.
III faza: Povienjem temperature do 1100C poinje stabilizacija koksa.Dolazi do kontrakcije koksa i izdvajanja vodonika.Koks se povlai prema sredini pei i iz njega odlaze gasovi.Na taj nain se dobija poroznost koksa. Toplota se generie sagorevanjem gasova koji se oslobadjaju u postupku pravljenja koksa. Po zavrenom koksovanju uareni koks se potiskuje iz pei u odgovarajue vagonete i odvodi na kvenovanje (gaenje). Gaenje moe biti suvo ili mokro. Suvo gaenje se vri inertnim gasom i tako se dobija koks boljeg kvaliteta. Mokro gaenje se vri vodom pri emu se koks ohladi sa 1100 na 80C .Voda kvasi samo povrinski sloj pa je sadraj vode u koksu mali.
Gas iz procesa koksovanja
Pri proizvodnji 1t koksa oslobadja se 330 000 l gasa. Gas se prvo odvodi u skruber gde se ispira sa vodom i na taj nain hladi sa 1100C na 80C. U ovoj fazi se kondenzuje katran.Katran se u obliku aerosola odvaja uelektrostatikim precipitatorima. Nakon toga se odvaja amonijak koji se ispira sumpornom kiselinom pri emu nastaje amonijum~sulfat koji se koristi kao vetako djubrivo. Daljim hladjenjem se odvaja naftalen, a zatim se gas provodi kroz adsorber ispunjen lakim uljem u kome se odvajaju aromati. U poslednjoj fazi se vri desulfurizacija odnosno uklanjanje vodonik~sulfida adsorpcijom u odgovarajuem adsorbentu (monoetanol ~amin, amonijak ili kalijum ~ karbonat). Nakon desorbcije vodonik~sulfid se moe koristiti u Klausovom postupku za dobijanje sumpora.
2.2Sinterovanje rude gvodja
Ruda se mea sa otpadnim ugljem iz procesa koksovanja i dodaje se krenjak kao topitelj.Smea se zapali i visoka temperatura se odrava zahvaljujui ventilatoru koji provlai vazduh. Fine estice rude se stapaju i prave sinterovani materijal koji se zatim drobi i proputa kroz sita. Sitnije estice se vraaju nazad na sinterovanje, a ostali sinterovani materijal odlazi u visoku pe.
2.3 Dobijanje gvodja u visokim peimaVisoka pe se arira sa koksom, sinterovanom rudom i dodaje se topitelj.Sirovine se dodaju naizmenino.Transportuju se pomou pokretne trake ili puastim transporterom.
Visoka pe se sastoji od: 1.zvono za ariranje;2.usta pei;3.srednji deo pei; 4. trbuh pei;5. donji deo pei; 6. dno pei; 7. slavine za gas;8.voda za hladjenje;9.izlaz gasova.
2.4 Hemijski procesi u visokoj pei
U pei se formira vie zona: Na vrhu na temperaturi oko 400C sirovine se sue i prethodno zagrevaju. U sledeoj zoni (400~900C) redukuju se oksidi gvodja pomou CO. Ove reakcije vre se u tri stupnja: 3Fe2O3 + CO > 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO> 2FeO + CO2 FeO + CO > Fe + CO2 Prva reakcija se odvija ve na 400 C ako ima i malo CO.Za drugu je potrebno da je koncentracija CO 40%, a za treu oko 60%. Ugljen monoksida uvek ima, jer se ugljendioksid nastao sagorevanjem koksa, oksidacijom ugljenmonoksida i raspadanjem karbonata na visokoj temperaturi redukuje ugljenikom: CO2 + C > 2CO
Ve na temperaturama oko 850 900 C raspadne se najvei deo krenjaka na kalcijum oksid i ugljen dioksid CaCO3> CaO + CO2 Tada se raspadaju i drugi karbonati Fe, Mn i Mg. Stvoreni CO2 se redukuje u CO i dalje uestvuje u redukcionom procesu, a CaO reaguje sa silicijumovom kiselinom dajui kalcijum silikat koji se stapa u zguru. Na viim temperaturama oko 1000 C primese i topitelji dalje reaguju stapajui se u zguru. Zaostali oksidi gvodja redukuju se neposredno ugljenikom iz koksa prema reakcijama: Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO Fe3O4 + 4C = 3Fe + 4CO FeO + C = Fe + CO Fosforna jedinjenja se redukuju na 1100C , a na 1400 ~1600C i preko redukuju se oksidi mangana i silicijuma. Sumpor veim delom prelazi u zguru : FeS + CaO + C = CaS + Fe + CO U prisustvu mangana i silicijuma sumpor se lake odstranjuje, zahvaljujui reakcijama kojima se sumpor vezuje za mangan: CaO + MnO + 2FeS + 2C = CaS MnS + 2Fe + 2CO Mn + FeS = MnS + Fe 2FeS + 2CO + Si = 2Fe+ 2CaS + SiO2 Na najvioj temperaturi u pei vri se i karbonifikacija gvodja: teno gvodje reaguje sa CO ili sa C dajui cementit koji se rastvara u gvodju:
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 3Fe + C = Fe3C
Na mestu gde se uduvava vazduh ugljenik najpre sagori ugljen ~ dioksid, visoka temperatura od 1900C se postie, jer je vazduh prethodno zagrejan.CO2 se brzo redukuje u CO. Na visokoj temperaturi u pei i gvodje i zgura su teni, gvodje je tee tako da zgura na njemu pliva i titi ga od oksidacije. Celokupan proces u pei je jako endoterman. Glavni proizvod visoke pei je sirovo gvodje, a sporedni zgura i gas.
2.5 Zgura kao proizvod visoke peiZguru ine :CaO, SiO2,Al2O3,MgO, S, oksidi gvodja (FeO i Fe2O),MnO. Zgura se nakon izlivanja moe hladiti vazduhom u sudovima u koje se izliva i ovako dobijena zgura se kasnije moe koristiti kao tucanik u izgradnji puteva i industriji cementa. Izlivanjem zgure u jame koje sadre malo vode dobija se porozna penasta zgura koja se koristi kao toplotna i zvuna izolacija i u proizvodnji betona. Zgura koja sadri mnogo SiO2 se pretapa i izliva u struji vazduha dajui kapljice.Kapi se produuju u vlakna i tako se dobija mineralna vuna koja se koristi za termoizolaciju.
2.6 Gas visoke peiGas visoke pei sastoji se od : 52~60% azota, 10~17% ugljen~dioksida, 25~30% ugljen~monoksida, 0,5~4% vodonika, 0,3~3% metana. Deo gasa odlazi u tornjeve (Kaupere), a deo se koristi za druge potrebe. Temperatura gasa na izlasku iz pei je izmedju 200~300C.Gas prolazi kroz sistem za odvajanje praine i kroz skruber gde se hladi.
2.7 Gvodje visoke peiVariranjem temperature pei menja se sastav gvodja.Sivo gvodje ima vie silicijuma, a manje ugljenika i nastaje na viim temperaturama.Belo gvodje ima vie mangana.
Gvodje iz visoke pei je krto i kao takvo se ne koristi.Deo gvodja se pretapa sa otpacima elika i nakon toga izliva.Liveno gvodje se koristi za izradu delova maina.Ovo gvodje sadri preko 1,8% C. Najvei deo gvodja se prevodi u elik, a elik je gvodje koje se moe kovati i sadri manje od 1,8% C .
2.8 Dobijanje elikaelici se dobijaju razliitim postupcima. Najznaajniji postupci su: Besamerov postupak Bazni kiseonini postupak Simens~Martenov postupak Elektrolune pei
Besamerov postupak
Konvertor se puni istopljenim gvodjem i zatim se kroz dno produvava vazduh.Ovaj postupak je pogodan kod gvodja sa visokim sadrajem silicijuma, a niskim fosfora.Topitelji potiu od silikatne obloge. Po zavrenoj oksidaciji ugljenika, mangana i silicijuma koji odlaze u zguru, odnosno kao gasovi(ugljenik), dodaju se dezoksidatori (fero~mangan, fero~silicijum) koji imaju zadatak da redukuju oksid gvodja koji je nestao pri produvavanju vazduha. Poto ugljenik potpuno sagori dodaje se kontrolisana koliina koksa koja se rastvara u gvodju kako bi se dobio elik sa eljenom koliinom ugljenika. Kod gvodja koje ima visok sadraj fosfora i sumpora primenjuje se Tomasov postpak (modifikacija Besamerovog postupka). Modifikacija se zasniva na tome da se postupak izvodi u konvertoru sa dolomitnom oblogom i da se u gvodje dodaje CaO tako da oksidacioni proizvodi sumpora i fosfora prelaze u zguru. Ovde se zgura mora odstraniti pre dezoksidacije, jer bi se redukovani fosfor ponovo rastvorio u gvodju.
Bazni kiseonini postupak Umesto vazduha u ovom postupku se koristi kiseonik.Konverzija se izvodi u sudu koji ima oblogu od MgO koja se troi u toku rada na formiranje zgure sa baznim sastojcima ( S i P).U gvodje se dodaju i bazni topitelji (CaO i dolomit).Postupak traje 50 min. I prekida se kada se koliina ugljenika smanji na eljeni nivo.
Procesi u konvertoru: Si + 2FeO = SiO2 + 2Fe Mn + FeO = MnO + Fe 4P + 5O2 = P4O10 P4O10 + 6CaO = 2Ca3(PO4)2 C + O2 = CO2 Simens~Martenov postupak
Princip rada Simens~Martenovih pei zasniva se na oksidaciji neistoa zagrejanim vazduhom.
Vazduh se proputa kroz zagrejane cigle i mea se sa prirodnim gasom.Usled toplote sagorevanja viak vazduha se zagreva i oksiduje neistoe u gvodju. Zagrejani gas izlazi preko cigala koje se na taj nain zagrevaju.Istopljeno gvodje se isputa iz pei, a zatim odvaja od zgure. Nakon toga se vri izmena pravca vazduha i vazduh se proputa u suprotnom smeru pri emu se sada prirodni gas proputa na ulazu.
Elektrolune pei
Za razliku od prethodnih postupaka u ovom se pe arira sa vrstim materijalom: staro gvodje, izliveno sirovo gvodje iz visoke pei. Materijal se arira pomou krana i rasporedjuje u pei tako da mogu da se smeste elektrode.Postavlja se poklopac na kome se nalaze grafitne elektrode koje se postavljaju iznad gvodja.Proputanjem struje generie se varnica koja radijacijom poinje da topi gvodje.Slino kao kod prethodnih postupaka i ovde se uvodi kiseonik i dodaju topitelji koji imaju zadatak da nagrade ljaku. Kada se prva ara istopi dodaje se nova. Po zavrenoj redukciji pe se naginje i isputa teni elik.U njega se mogu dodati dezoksidatori i drugi metali ukoliko se eli elik legirati.
3. Dobijanje bakra
Rude bakra su:
halkopirit CuFeS2
kovelin CuS
halkozin Cu2S
Pre prerade rude se obogauju,najee flotacijom.Flotacija je mehaniko razdvajanje sitnog materijala koje se zasniva na razliitom ponaanju pojedinih sastojaka prema vodi i flotacionim reagensima.
Bakarna ruda se u obliku mulja mea sa krenim mlekom ( radi podeavanja ph); dodaje se borovo ulje (kao penuavac); alkohol (kao stabilizator pene) i kalijum~amil~ksantat (kao kolektor). Ugljovodonini niz se vezuje za penuavac, a anjonski deo ditiokarbonata je na povrini uljaste kapi.Ditiokarbonatni anjon za sebe vezuje halkopirit, a ne vezuje ostale estice iz rude.I tako se koncentracija bakra poveava sa 1~2% na 28%.Pena se skuplja sa vrha flotacione elije. Iz halkopirita se sirovi bakar dobija, uopteno govorei, u tri faze: 1. delimino prenje rude 2. dobijanje bakarnog kamena 3. prerada bakarnog kamena u sirovi bakar U prvoj fazi se selektivno oksiduju sulfidi gvodja u prisustvu bakarnog sulfida. Bakar prvenstveno ostaje vezan kao bakar sulfid Cu2S, a sulfidi gvodja FeS i Fe2S se delimino oksiduju i u drugoj fazi, pri topljenju, i prelaze u zguru u obliku silikata.U prve dve faze se ne sme odstraniti sav gvodje sulfid, jer onda moze doi do oksidacije bakar sulfida i time gubitka bakra kroz zguru.Gvodje sulfid ustvari titi bakar sulfid od oksidacije. Tek u poslednjoj fazi se i ostatak gvodje~ sulfida prevodi u zguru: 2FeS + 3O2=2FeO + 2SO2 2FeO + SiO2 = Fe2SiO4 Pri tome se oksiduje i bakar sulfid: 2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2 a dobijeni oksid reaguje sa neoksidovanim sulfidom prema zavrnoj reakciji: Cu2S + 2Cu2O = 6Cu+ SO2 I faza: Prenjem rude se smanjuje sadraj sumpora i pri tome se odnos Cu i S tako podeava da se u sledeoj fazi, topljenja, lako dobije bakarni kamen. Ali prenje je faza koja nije neophodna za sve rude, jer se mnoge rude obogauju flotacijom i time se poveava sadraj bakra, a smanjuje koliina sumpora to je pogodno za direktno dobijanje bakarnog kamena.
II faza: Dobijanje bakarnog kamena U ovoj fazi se ruda (obogaena ili przena) topi sa koksom i dodacima pri emu sav bakar ostaje u kamenu u obliku bakar sulfida, a oksidacioni proizvodi i primese prelaze u zguru kao silikati. Bakarni kamen sastoji se uglavnom od bakar sulfida i gvodje sulfida sa malom koliinim plemenitih metala i neto Ni,Te i Se.Zgura se sastoji od silikata Fe, Ca i Al. Za topljenje bakarnog kamena koriste se : plamene pei flash pei
PLAMENA PE
1.ulaz vazduha;2.gorionik;3.gorivo;4.ulaz sirovina;5bakarni kamen;6.zgura;7.traka za ariranje,8cevi za ariranje;9odvod otpadnih gasova.
U plamenim peima dodaju se silikatni topitelji.Temperatura u pei je 1500C.Stabilni bakar sulfid i gvodje sulfid grade bakarni kamen sa oko 50% Cu.Viak sumpora odlazi kao sumpor~dioksid.Zgura i bakarni kamen se periodino odvajaju iz pei.
FLASH PE
1.ulaz sirovina;2.ulaz kiseonika;3izlaz bakarnog kamena;4izlaz zgure;5izlaz otpadnih gasova Flash pei kombinuju prenje i topljenje.Suvi koncentrat bakarne rude i topitelji se dodaju zajedno sa kiseonikom i pregrejanim vazduhom.Temperatura u ovim peima je oko 1000C.Zgura ima vei sadrzaj bakra nego u plamenim peima pa se vraa nazad u pe gde se zagreva sa koksom i gvodje~sulfidom.Bakar iz zgure u kojoj je u obliku bakar~ oksida se prevodi u bakar~sulfid i odvaja kao bakarni kamen.Sadraj bakra u ovom bakarnom kamenu je vei neko kod onog iz plamenih pei. III faza: Dobijanje sirovog bakra Bakar se danas dobija u specijalnom konvertoru produvavanjem vazduha kroz stopljeni bakarni kamen. PIERCE~SMITH ~OV KONVERTOR
1.ulaz kiseonika;2.silikatni topitelj;3.otpadni gasovi;4.poklopac za ventilaciju;5.probija
Pored bakarnog kamena u konvertor se dodaje i topitelj i ovaj deo procesa se odigrava u dve faze.U prvoj se oksiduje gvodje sulfid i sa dodacima vezuje u zguru koja se nakon toga odliva i vraa na preradu u bakarni kamen. U konvertoru zaostaje skoro ist bakar sulfid tj.beli bakarni kamen.A zatim se u drugoj fazi oksiduje deo bakar sulfida i nastali oksid reaguje sa neoksidovanim bakar sulfidom i nastaje sirovi bakar tj.blister bakar koji sadri 97~99% Cu. Dalje preiavanje blister bakra dobijenog u konvertoru se vri u anodnim peima. Zaostali sumpor se udaljava produvavanjem vazduha kroz stopljeni blister bakar u peima.Sadraj sumpora se sniava na 0.001%.Kiseonik se onda udaljava produvavanjem prirodnog gasa.Stopljeni bakar se onda izliva u krune kalupe.Anode se hlade vodom i istoa bakra je 99,5%. Taloenje na katodi Nakon dobijanja anodnog bakra dalje preiavanje se vri elektrolitiki.Anoda je od anodnog bakra, a katoda od istog bakarnog lima.Elektrolit je isti rastvor bakar(II)sulfata koncentracije 30 do 35 g/l Cu.Napon je 0,2~0,3 v, a gustina struje je 200~300 A /m2.Elektroliza se vri na 60. Anodni bakar se rastvara, a elektrolitiki taloi na katodi i tako se dobija bakar istoe 99,98%. 3.2 HIDROMETALURKI POSTUPCI Ekstrakcija se koristi kod ruda siromanih u sadraju bakra, a primenjuju se: Rastvaranje bakra u sumpornoj kis. Biohidrometaluruki postupci
Rastvaranje bakra u sumpornoj kis. sastoji se u polivanju nagomilane rude koja se nalazi na nekoj nepropusnoj podlozi, pri emu dolazi do rastvaranja rude i prevodjenja bakra u bakar sulfat.
Biohidrometalurki postupak Bakterija (Thiobacillus ferrooxidans) oksiduje gvodje sulfid do sulfata, a ovaj bakar sulfid do rastvornog bakar sulfata.
Ovako dobijeni rastvori se preiavaju: Cementacijom ~ u rastvor se dodaju otpatci gvodja;gvodje se rastvara i prelazi u rastvor, a bakar se taloi i kao takav se onda ispira i alje na topljenje i dalje preiavanje. Ekstrakcijom rastvaraem~rastvor se ekstrahuje meanjem sa kerozinom u kome su rastvoreni hidroksioksiomi koji selektivno prevode bakar u organsku fazu i ta faza se odvaja i mea sa rastvorom sumporne kis.
Elektroliza Nakon ekstrakcije rastvaraem elektrolitiki.Koncentracija rastvora se izmedju 40~55 g/l Cu.Temperatura se legura, a kao katoda ist bakar.Katode ispiraju. dobijeni rastvor se dalje razlae podeava tako da koncentracija bakra bude podesi na 42 C.Kao anoda se koristi olovna ostaju u rastvoru elektrolita i onda se vade i
4. Dobijanje aluminijuma
Metalni aluminijum se danas dobija od aluminijum ~ oksida, a glavna polazna sirovina za dobijanje istog je BOKSIT.
Boksit je najee smea aluminijumovih minerala: gibsita, boemita i dijaspora.
Dobijanje aluminijum oksida ~ Bajerov postupakBoksitna ruda se drobi i melje tako da se dobija suspenzija u vodi.Dodaje se rastvor NaOH i suspenzija prenosi u elini autoklav gde se zagreva na 140C za gibsit, 200C za boemit i 300C ako je u pitanju dijaspor. Reakcija rastvaranja se vri na povienom pritisku (35 atm) u trajanju od 6 do 8 sati. Aluminijum iz boksita se rastvara i prelazi u rastvorni natrijum~aluminat : Al2O3 x H2O + 2NaOH > 2NaAlO2 + (x+1) H2O Deo NaOH prelazi u karbonat i zato se dodaje kre koji reaguje sa Na 2CO3 dajui natrijum ~ hidroksid i calcijum karbonat: Na2CO3 + Ca(OH)2 > 2NaOH + CaCO3 Kalcijum karbonat ostaje u nerastvornom delu gde takodje ostaju i oksidi gvodja, SiO 2, TiO2, V2 O5 koji su obino sastojci boksita.
Po zavrenom rastvaranju topao rastvor se prenosi i odlazi na odvajanje koje se vri na povienoj temperaturi i u viku alkalija.Primenjuju se metode dekantovanja, zgnuavanja i flokulacije. Prilikom cedjenja i taloenja zaostaje tzv. crveni mulj kome boja potie od gvodja. Nakon cedjenja rastvor se hladi i odvodi u talonike. Taloenje se postie razblaivanjem usled hidrolize natrijum~ aluminata.Radi ubrzanja taloenja dodaje se mala koliina aluminijum hidroksida za pelcovanje.Taloenje traje 25 do 30 sati. Nakon taloenja vri se odvajanje staloenog hidroksida. Krupnije estice odlaze na kalcinaciju, a finije se vraaju u talonike radi inicijacije. Odvojeni aluminijum hidroksid se alje na kalcinaciju, a ona ima za cilj odvajanj slobodne ili hemijski vezane vode.Izvodi se u rotacionim peima ili peima sa fluidizovanim slojem.Temperatura u pei je 1100C . Na ovaj nain se aluminijum hidroksid prevodi u aluminijum oksid: 2Al(OH)3 > Al2O3 + 3H2O Elektroliza Aluminijum se dobija elektrolizom rastvora Al2O3 u rastopu kriolita ( natrijum ~ aluminijum~ fluorid). Elektroliza se vri na 960 C. Kriolitu koji se topi na 1012C dodaju se fluoridi kalcijuma,aluminijuma ili litijuma koji mu sniavaju taku topljenja. Aluminijum ~ oksid se raspruje u elektrolit gde se rastvara.Struja se uvodi preko anode, prolazi kroz elektrolit, a zatim kroz stopljeni aluminijum i izlazi preko elinih ipki uronjenih u ugljenik. Pozitivni joni aluminijuma kreu se ka katodi gde primaju elektrone i prelaze u aluminijum.Kiseonini joni odlaze na anodu gde otputaju elektrone dajui ugljen ~ dioksid koji se odvodi iz elije. 2Al2O3 + 3C > 4Al + 3CO2
5. Dobijanje silicijuma kao komponenta legura u obliku fero~ silicijuma kao metaluruki silicijum Si 98 i Si 99 poluprovodniki silicijum sa istoom oko100%
Ferosilikon i metaluruki silicijum se dobijaju redukcijom kvarca sa koksom u elektrolunim peima (karbotermalna redukcija). U toku karbotermalne redukcije odvijaju se sledee reakcije: SiO2 + 3C > SiC + 2CO SiO + 2C > SiC + CO kiseonika kroz istopljeni silicijum udaljavaju se Ca i Al koji se oksiduju do odgovarajuih oksida.Na taj nain se istoa Si poveava na 99,6%. Poluprovodniki silicijum Metaluruki silicijum ne pokazuje svojstva poluprovodnika, pa ga je potrebno dodatno preistiti i za to se primenjuje Simensov postupak. Polazni materijal je metaluruki silicijum koji u reaktoru sa fluidizovanim slojem reaguje sa HCl i na taj nain se prevodi u trihlorsilan.Reakcija se odvija na temperaturi od 300C, a nastali proizvod se destiluje iz smee ( t,klj. 31,8 C). Si+3HCl> SiHCl3 +H2 Prinos ove reakcije je 80%. Dobijeni trihlorsilan se zatim redukuje pomou vodonika do polikristalnog silicijuma.Reakcija se moe odvijati u reaktoru sa fluidizovanim slojem, a mogu se dodati i dopanti ( bor ~trihlorid, fosfin, arsin...). Redukcija se izvodi na 1000C SiHCl3 + H2 > H2 + 3HCl
Union carbide corporation postupak je baziran na reakciji silicijum ~tetrahlorida sa metalurukim silicijumom u prisustvu vodonika. U tom postupku u prisustvu bakarnog katalizatora na 500C nastaje trihlorsilan: 3SiCl4+Si+H2>4SiHCl3 Trihlorsilan podlee ravnotenim reakcijama: 2SiHCl3 = SiH2Cl2+SiCl4 2SiH2Cl2=SiH3Cl+SiHCl3 2SiH3Cl=SiH4+SiH2Cl2 Komponente smee se razdvajaju destilacijom i ostatak se vraa nazad u prethodnu destilacionu jedinicu.Otpadni gasovi se provode kroz rastvor kalcijum ~ hidroksida.Nakon destilacije silan se razlae u reaktoru sa fluidizovanim slojem pri emu nastaje silicijum i vodonik.Vodonik se vraa u prvu fazu hidrogenizacije silicijum~ tetrahlorida. Prinos ove reakcije je oko 96%.
Silicijum za proizvodnju solarnih elija dobija se redukcijom preienog kvarca.Kvarc se preiava flotacijom i tretiranjem sa vruom koncentrovanom HCl.Zatim se pesak prevodi u vodeno staklo topljenjem sa natrijum karbonatom. Tretiranjem sa kiselinom taloi se silicijum~dioksid istoe 99,99% i redukcijom ovako dobijenog silicijum~dioksida sa preienim ugljem u zatvorenim peima dobija se Si visoke istoe.
6.Zakljuak
ovek lako prihvata ono to je novo, a korisno. Kako se razvijala ovekova svest tako su se razvijali i novi industrijski (tehnoloki) procesi koji su mu omoguili iroku primenu nastalih proizvoda i manji gubitak vremena; a vreme je za oveka dragoceno kao voda koju pije, kao vazduh koji udie. ivotni vek koliki god da je svakom je pojedincu prekratak; kako bismo omoguili lagodan i zdrav ivot buduim naratajima potrebno je da ovek vie razvije ekoloku svest.
7. Koriena literatura
Hemijska tehnologija; dr. Dragomir Vitorovi Mainski materijali;dr. Dragan Adamovi Predavanja prof.dr.Gorana Roglia internet
