冶煉基礎(chǔ)知識
冶煉基礎(chǔ)知識
冶煉是一種提煉技術(shù)，用于焙燒、熔煉、電解以及使用化學(xué)藥劑等方法把礦石中的金屬提取出來，那么你對冶煉了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于冶煉基礎(chǔ)知識的內(nèi)容，希望大家喜歡!
冶煉分為火法冶煉、濕法提取或電化學(xué)沉積
火法冶煉(Pyrometallurgy)
又稱為干式冶金，把礦石和必要的添加物一起在爐中加熱至高溫，熔化為液體，生成所需的化學(xué)反應(yīng)，從而分離出粗金屬，然后再將粗金屬精煉。
濕式冶金(Hydrometallurgy)
濕法冶金這種冶金過程是用酸、堿、鹽類的水溶液，以化學(xué)方法從礦石中提取所需金屬組分，然后用水溶液電解等各種方法制取金屬。此法主要應(yīng)用在低品位、難熔化或微粉狀的礦石?，F(xiàn)在世界上有75%的鋅和鎘是采用焙燒-浸取-水溶液電解法制成的。這種方法已大部分代替了過去的火法煉鋅。其他難于分離的金屬如鎳-鈷，鋯-鉿，鉭-鈮及稀土金屬都采用濕法冶金的技術(shù)如溶劑萃取或離子交換等新方法進行分離，取得顯著的效果。
化學(xué)反應(yīng)
利用某種溶劑，借助化學(xué)反應(yīng)(包括氧化、還原、中和、水解及絡(luò)合等反應(yīng))，對原料中的金屬進行提取和分離的冶金過程。濕法冶金包括4個主要步驟：①用溶劑將原料中有用成分轉(zhuǎn)入溶液，即浸取。②浸取溶液與殘渣分離，同時將夾帶于殘渣中的冶金溶劑和金屬離子回收。③浸取溶液的凈化和富集，常用離子交換和溶劑萃取技術(shù)或其他化學(xué)沉淀方法。④從凈化液中提取金屬或化合物。
濕法冶金在鋅、鋁、銅、鈾等工業(yè)中占有重要地位，世界上全部的氧化鋁、氧化鈾，大部分鋅和部分銅都是用濕法生產(chǎn)的。濕法冶金的優(yōu)點在于對非常低品位礦石(金、鈾)的適用性，對相似金屬(鉿與鋯)難分離情況的適用性;以及和火法冶金相比，材料的周轉(zhuǎn)比較簡單，原料中有價金屬綜合回收程度高，有利于環(huán)境保護，并且生產(chǎn)過程較易實現(xiàn)連續(xù)化和自動化。
冶煉的過程
鋼冶煉
煉鋼主要是以高爐煉成的生鐵和直接還原煉鐵法煉成的海綿鐵以及廢鋼為原料，用不同的方法煉成鋼。主要的煉鋼方法有轉(zhuǎn)爐煉鋼法、平爐煉鋼法、電弧爐煉鋼法3類(見鋼，轉(zhuǎn)爐，平爐，電弧爐)。以上3種煉鋼工藝可滿足一般用戶對鋼質(zhì)量的要求。為了滿足更高質(zhì)量、更多品種的高級鋼，便出現(xiàn)了多種鋼水爐外處理(又稱爐外精煉)的方法。如吹氬處理、真空脫氣、爐外脫硫等，對轉(zhuǎn)爐、平爐、電弧爐煉出的鋼水進行附加處理之后，都可以生產(chǎn)高級的鋼種。對某些特殊用途，要求特高質(zhì)量的鋼，用爐外處理仍達不到要求，則要用特殊煉鋼法煉制。如電渣重熔，是把轉(zhuǎn)爐、平爐、電弧爐等冶煉的鋼，鑄造或鍛壓成為電極，通過熔渣電阻熱進行二次重熔的精煉工藝;真空冶金，即在低于1個大氣壓直至超高真空條件下進行的冶金過程，包括金屬及合金的冶煉、提純、精煉、成型和處理。
鋼液在煉鋼爐中冶煉完成之后，必須經(jīng)盛鋼桶(鋼包)注入鑄模，凝固成一定形狀的鋼錠或鋼坯才能進行再加工。鋼錠澆鑄可分為上鑄法和下鑄法。上鑄鋼錠一般內(nèi)部結(jié)構(gòu)較好，夾雜物較少，操作費用低;下鑄鋼錠表面質(zhì)量良好，但因通過中注管和湯道，使鋼中夾雜物增多。在鑄錠方面出現(xiàn)了連續(xù)鑄鋼、壓力澆鑄和真空澆鑄等新技術(shù)
鐵冶煉
現(xiàn)代煉鐵絕大部分采用高爐煉鐵，個別采用直接還原煉鐵法和電爐煉鐵法。高爐煉鐵是將鐵礦石在高爐中還原，熔化煉成生鐵，此法操作簡便，能耗低，成本低廉，可大量生產(chǎn)。生鐵除部分用于鑄件外，大部分用作煉鋼原料。由于適應(yīng)高爐冶煉的優(yōu)質(zhì)焦炭煤日益短缺，相繼出現(xiàn)了不用焦炭而用其他能源的非高爐煉鐵法。直接還原煉鐵法，是將礦石在固態(tài)下用氣體或固體還原劑還原，在低于礦石熔化溫度下，煉成含有少量雜質(zhì)元素的固體或半熔融狀態(tài)的海綿鐵、金屬化球團或粒鐵，作為煉鋼原料(也可作高爐煉鐵或鑄造的原料)。電爐煉鐵法，多采用無爐身的還原電爐，可用強度較差的焦炭(或煤、木炭)作還原劑。電爐煉鐵的電加熱代替部分焦炭，并可用低級焦炭，但耗電量大，只能在電力充足、電價低廉的條件下使用。
冶煉的應(yīng)用
分析儀表應(yīng)用指南，從事自動化儀表應(yīng)用者都深有體會。尤其是在有色冶煉工業(yè)中，過程分析面對的困難與問題很多：高溫、高粉塵、高水份、負壓及結(jié)晶、腐蝕性等惡劣氣體條件;預(yù)處理裝置的有效性差;過程、預(yù)處理及分析儀等環(huán)節(jié)導(dǎo)致的大滯后;防塵、防濺、防腐、防高溫等防護的高要求;較高的自動化程度與較少的維護工作量等等。這些都對過程成分分析和環(huán)保監(jiān)測分析儀表(系統(tǒng))的應(yīng)用帶來了很多困難。
氣體成分分析
在有色冶煉工業(yè)中，最重要也是用得最多的是氣體成分的分析測量。根據(jù)氣體成分分析儀工作原理的不同，大致可分為兩種測量方式：一是直接測量方式，即將探頭安裝在過程氣體管道中直接測量(測量、變送裝置在探頭內(nèi))，如紅外線、紫外線和激光氣體分析器等;一是間接(取樣)測量方式，即將過程氣體抽出進行除塵等處理后送至分析儀表進行測量(測量、變送裝置在儀表內(nèi))。
對于采用間接分析測量的儀表來說，由于受冶煉過程氣體高溫、高粉塵、高水份、負壓及腐蝕性等惡劣氣體條件影響，面對的最大困難就是怎樣獲得適合儀表測試條件的樣氣。惟一的方法就是采用預(yù)處理裝置對樣氣進行處理。由于一些進口的分析儀本身技術(shù)的發(fā)展已比較成熟，可以滿足工業(yè)分析的需要。因此，選用(制作)能適應(yīng)工藝條件的、性能穩(wěn)定可靠的預(yù)處理裝置是解決分析儀表使用問題的要害。對于采用直接分析測量的儀表來說，由于它采用了最新光學(xué)技術(shù)，能在不影響被測氣體本身狀態(tài)的情況下進行測量，具有測量準(zhǔn)確、反應(yīng)迅速的優(yōu)點。尤其是它不需預(yù)處理裝置，省去了在自動吹掃裝置上的投資，與傳統(tǒng)的熱導(dǎo)式氣體分析儀相比有很大的優(yōu)勢。但也存在一些問題：1)價格昂貴;2)不適用于含塵粒度較大的氣體;3)對工作光波不敏感的氣體無能為力等。
儀表的應(yīng)用
韶關(guān)冶煉廠是采用密閉鼓風(fēng)爐(ISP)工藝進行鉛鋅冶煉的企業(yè)，在物料燒結(jié)制粒、制酸、密閉鼓風(fēng)爐熔煉、煤氣生產(chǎn)、余熱發(fā)電等工藝流程中使用了不少過程分析儀表，如CO、CO2、SO2氣體分析儀，H2SO4濃度計和pH計，紅外線水分計，熱值儀等。下面介紹部分分析儀的應(yīng)用情況。
紅外水分分析儀
用于測量燒結(jié)混合物料的濕度。由于物料濕度對燒結(jié)的質(zhì)量有重要影響，選用精度高、穩(wěn)定可靠的水分分析儀對實現(xiàn)物料濕度的自動精確控制極為重要。該廠早期采用的是IRS-MO-Ⅲ型紅外水分分析儀，近兩年逐步改成了OMM3000(前者的換代產(chǎn)品)。該儀表最大的優(yōu)點是取消了二次儀表，實現(xiàn)了測變一體化，與PC連接即可隨時進行校驗、標(biāo)定、設(shè)定、診斷等操作，使操作更加簡便。該儀表本身性能較好，但由于現(xiàn)場條件較差(高溫、高濕、高腐蝕)，在使用過程中還存在不少問題。為此，筆者同廠家一起，對該分析儀的使用作了以下幾項改進：1)制作不銹鋼保護箱，使用壓縮空氣隔離現(xiàn)場空氣，提高儀表的抗腐蝕性能;2)請廠家提高儀表防護等級;3)請廠家將光路套筒由硬性改為軟性，避免大塊物料對儀表及安裝支架的沖擊;4)采用新的內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)，根除冷卻氣源中的油、水對光學(xué)器件的損害;5)在現(xiàn)場儀表四周安裝遮光罩，避免日光對儀表的影響。通過以上改進，提高了該儀表的適應(yīng)性和可用性。
爐氣成分分析儀
鼓風(fēng)爐冶煉過程所產(chǎn)生的爐氣成分很復(fù)雜，主要含有SO2、SO3、CO、CO2、H2、水蒸汽、塵、鉛鋅蒸汽等，其中CO、CO2及H2的含量是衡量爐內(nèi)物料反應(yīng)狀態(tài)的重要參數(shù)，工藝要求對CO、CO2及H2進行實時測量。由于在早期還沒有成熟的能用于復(fù)雜條件下的成套分析系統(tǒng)采用的是國內(nèi)某廠的熱導(dǎo)式氣體分析儀，只分析測量CO、CO2的含量，預(yù)處理裝置是自制的兩級過濾罐。由于爐氣含塵量大、過濾裝置處理能力差和儀表本身性能差等原因，爐氣成分分析一直沒能用好，給生產(chǎn)造成極大不便。在爐氣分析方面已有幾種較成熟的分析儀表(系統(tǒng))目前正抓緊選型和考察工作，以盡快解決廠里鼓風(fēng)爐爐氣分析這個難題。
酸堿值分析儀
該廠在制酸工藝中使用了10套美國FOXBRO公司的873 pH計，用于93%、98%H2SO4冷卻器循環(huán)水的pH值測量，以便及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備漏酸事故。該儀表性能穩(wěn)定、精度高、維護量很小，在93%酸冷卻器上使用很成功。但在98%酸冷卻器上使用不太理想，傳感器非常輕易壞。經(jīng)對照93%酸冷卻器的使用條件認(rèn)真研究分析，確定了98%酸冷卻器出口循環(huán)水溫度過高，使傳感器的玻璃電極破裂，是傳感器損壞的根本原因。為此，專為傳感器設(shè)計制作了冷卻器安裝于傳感器前方，徹底解決了問題。
熱值儀
使用德國UNION的CW95 digital成套系統(tǒng)對自產(chǎn)煤氣熱值進行測量。該系統(tǒng)的預(yù)處理裝置不能說不好，因為它在鋼鐵、化工等其它行業(yè)用得還可以。但由于自產(chǎn)煤氣質(zhì)量太差，含水、焦油、煤灰等雜質(zhì)較多，使得該系統(tǒng)的預(yù)處理裝置對其無能為力。由于熱值儀使用條件惡劣，使得預(yù)處理部分經(jīng)常堵塞，過濾芯、閥易損壞，使得維護費用高(部分易耗件昂貴)、維護工作量大，嚴(yán)重影響了煤氣熱值的分析測量及液化氣的摻混調(diào)節(jié)。針對這種情況，專門成立了攻關(guān)小組對此進行攻關(guān)。經(jīng)過認(rèn)真分析研究和反復(fù)不斷的試驗，最后對原處理裝置進行了兩方面的改進：1)在原預(yù)處理裝置中增加自制的過濾器：過濾器分為兩層。下層為水洗室，裝有兩層鉆有細孔的不銹鋼板，盡可能讓煤氣在水中形成的氣泡最小，達到充分洗滌的效果，從而去除絕大部分的油及灰塵雜質(zhì);上層為玻璃纖維過濾器，用來進一步除去煤氣中的雜質(zhì)。該自制過濾器還具備自動沖洗功能，可以不斷地將水洗室中的雜質(zhì)帶出罐外，大大延長了過濾器的使用周期，減少了維護量。2)將儀表用壓縮空氣經(jīng)進一步的除塵、除水處理后，送至熱值儀底箱，隔離現(xiàn)場空氣，保證燃燒空氣的質(zhì)量。經(jīng)過改進后，在維護人員的精心維護下，該套分析系統(tǒng)已能長期正常運行。
濃度分析儀
該裝置用于監(jiān)測收塵煙氣排放SO2濃度。分析儀采用紫外線作為檢測光源，通過測量光線經(jīng)過測量管段的衰減來測量SO2的濃度，由于傳感器采用插入式安裝，不需對氣樣進行預(yù)處理，因此測量實時、準(zhǔn)確且維護量小。在使用一段時間后，又發(fā)現(xiàn)該套裝置還存在兩點不太理想的地方：1)吹掃空氣單元的效果不好，鏡片很輕易臟;2)探頭太粗笨(5 kg 以上)，給反射鏡片的清潔造成極大不便。針對以上情況采取了兩項措施：1)引入壓縮空氣，經(jīng)進一步凈化后取代原吹掃空氣單元;2)安裝方式改為伸出式，使探頭前端伸出工藝管道(測量段仍在過程管道內(nèi))，以方便反射鏡片的清潔。改進后取得了很好的效果，基本上實現(xiàn)了免維護。
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