Добывающая металлургия цветных металлов - Non-ferrous extractive metallurgy

Электровиннинг меди

Добывающая металлургия цветных металлов это одна из двух ветвей добывающая металлургия который относится к процессам восстановления ценных металлов, не содержащих железа, из руды или сырье.[1][2][3] Такие металлы, как цинк, медь, вести, алюминий а также редкие и благородные металлы представляют особый интерес в этой области,[4] в то время как более обычный металл, утюг, считается основной примесью.[5][6] Как и добыча черных металлов, добыча цветных металлов в первую очередь ориентирована на экономические оптимизация процессов экстракции при отделении качественно и количественно товарных металлов от их примеси (порода ).[7]

Любой процесс экстракции будет включать последовательность шагов или единичные процессы для отделения особо чистых металлов от нежелательных в экономически эффективной системе. Модульные процессы обычно делятся на три категории: пирометаллургия, гидрометаллургия, и электрометаллургия. В пирометаллургии на первом месте находится металлическая руда. окисленный через жарка или плавка. Целевой металл дополнительно очищается при высоких температурах и восстанавливается до чистой формы. В гидрометаллургии металл объекта сначала отделяется от других материалов с помощью химическая реакция, который затем извлекается в чистом виде с использованием электролиз или атмосферные осадки. Наконец, электрометаллургия обычно включает электролитические или электротермическая обработка. Металлическая руда перегоняется в электролит или кислота раствор, затем магнитно нанесенный на катод тарелка (электролитическая); или плавить, а затем плавить с помощью электрической дуги или плазменная дуговая печь (электротермический реактор).[8]

Еще одно важное отличие в добыче цветных металлов - больший упор на минимизацию потерь металла в шлак. Во многом это связано с исключительной редкостью и экономической ценностью некоторых цветных металлов, которые в некоторой степени неизбежно выбрасываются в процессе добычи.[9] Таким образом, материал дефицит ресурсов и нехватка имеют большое значение для цветной металлургии. Последние достижения в области цветной металлургии подчеркивают переработка и переработка отходов редких и цветных металлов из вторичного сырья (лом ) нашел в свалки.[10][11]

История

Предыстория цветной металлургии.

В общем, доисторическое извлечение металлов, особенно меди, включало два основных этапа: во-первых, плавка медной руды при температурах, превышающих 700 ° C, необходима для отделения пустой породы от меди; во-вторых, плавление меди, для чего требуются температуры, превышающие ее точку плавления 1080 ° C.[12] Учитывая доступные в то время технологии, достижение таких экстремальных температур представляло серьезную проблему. Ранние плавильные печи разработали способы эффективного повышения температуры плавки за счет подпитки огня принудительными потоками кислород.[13]

В частности, добыча меди представляет большой интерес в археометаллургический исследований, поскольку он доминировал над другими металлами в Месопотамия с самого начала Энеолит до середины-конца шестого века до нашей эры.[14][15] Среди археометаллургов нет единого мнения о происхождении цветной металлургии. Некоторые ученые полагают, что добывающая металлургия могла одновременно или независимо обнаруженный в нескольких частях мира. Самое раннее известное использование пирометаллургического извлечения меди произошло в Беловодье, восточная Сербия, с конца шестого по начало пятого тысячелетия до нашей эры.[16] Однако есть также свидетельства плавки меди в Тал-и-Иблис, юго-восток Иран, который датируется примерно тем же периодом.[17] В этот период медеплавильные заводы использовали большие заросшие ямы, заполненные углем, или тигли для извлечения меди, но к четвертому тысячелетию до нашей эры эта практика начала постепенно сокращаться в пользу плавильной печи, которая имела большую производственную мощность. Начиная с третьего тысячелетия, изобретение плавильной печи многократного использования имело решающее значение для успеха крупномасштабного производства меди и устойчивого расширения производства меди. сделка сквозь Бронзовый век.[18]

Самые ранние серебряные предметы начали появляться в конце четвертого тысячелетия до нашей эры. Анатолия, индюк. Доисторический добыча серебра прочно связан с добычей менее ценного металла, вести; хотя доказательства технологии извлечения свинца предшествуют серебру как минимум на 3 тысячелетия.[19][20] Извлечение серебра и свинца также связано с тем, что серебристый (серебряные) руды, используемые в процессе, часто содержат оба элемента.

В общем, доисторическое извлечение серебра было разбито на три этапа: во-первых, свинцово-серебряная руда обжигается для отделения серебра и свинца от пустой породы. Затем металлы плавятся при высокой температуре (выше 1100 ° C) в тигле, при этом над расплавленным металлом (купелирование ). Наконец, свинец окисляется с образованием оксид свинца (PbO) или поглощается стенками тигля, оставляя очищенное серебро.

Метод серебряно-свинцового купелирования был впервые использован в Месопотамии между 4000 и 3500 годами до нашей эры. Серебряный артефакты, датируемые приблизительно 3600 годом до нашей эры, были обнаружены в Накаде, Египет. Некоторые из этих серебряных изделий содержали менее 0,5% свинца, что явно указывает на купелирование.[21]

Ранняя и поздняя англосаксонская купеляция

Средневековый плавильный завод

Купелирование также использовалось в некоторых частях Европа для добычи золота, серебра, цинка и олова к концу девятого - десятого века нашей эры. Здесь один из самых ранних примеров интегрированного единичного процесса для извлечения более одного драгоценного металла был впервые представлен Теофил примерно в двенадцатом веке. Сначала в тигле плавится золотосеребряная руда, но с избыточным количеством свинца. Затем сильное тепло окисляет свинец, который быстро реагирует и связывает с примесями в золото-серебряной руде. Поскольку и золото, и серебро имеют низкая реактивность вместе с примесями они остаются после удаления шлака. Последний этап включает разделение, на котором серебро отделяется от золота. Сначала золото-серебро сплав разбивается на тонкие листы и помещается в сосуд. Затем листы были покрыты моча, который содержит хлорид натрия (NaCl). Затем сосуд закрывают и нагревают в течение нескольких часов, пока хлориды не свяжутся с серебром, создавая хлорид серебра (AgCl). Наконец, порошок хлорида серебра затем удаляется и плавится для извлечения серебра, в то время как чистое золото остается нетронутым.[22]

Гидрометаллургия в китайской древности

В течение Династия Сун, Китайский добыча меди на внутреннем рынке снижалась, и возникший в результате дефицит заставил горняков искать альтернативные методы добычи меди. Открытие нового «мокрого процесса» извлечения меди из шахтной воды было введено между одиннадцатым и двенадцатым веками, что помогло уменьшить их потерю. поставка.

Подобно англосаксонскому методу купелирования, китайцы использовали основной металл для извлечения целевого металла из его примесей. Сначала на тонкие листы забивают основной металл - железо. Затем листы помещают в желоб, наполненный «купоросной водой», то есть водой для добычи меди, которую затем оставляют настаиваться в течение нескольких дней. Шахтная вода содержит соли меди в виде сульфат меди CuSO
4. Затем железо вступает в реакцию с медью, вытеснение это от ионов сульфата, в результате чего медь осадок на листы железа, образуя «влажный» порошок. Наконец, осажденная медь собирается и далее очищается традиционным способом плавки. Это первое крупномасштабное использование гидрометаллургического процесса.[23]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Гош, А., и Х.С. Рэй. Принципы добывающей металлургии. 2-е изд. Нью Дели: Нью Эйдж Интернэшнл Лтд., 1991. С. 1-10.
  2. ^ Рирдон, Артур К. Металлургия для неметаллургов. 2-е изд. США: ASM International, 2011. Стр. 11.
  3. ^ Хабаши, Ф. (2005). Горное дело, металлургия и промышленная революция Часть 3. Бюллетень ЦИМ, 98 (1091), 81-82.
  4. ^ Гош, А., и Х.С. Рэй. Принципы добывающей металлургии. 2-е изд. Нью Дели: Нью Эйдж Интернэшнл Лтд., 1991. С. 1-10.
  5. ^ Поттс, Д.Т. Компаньон археологии древнего Ближнего Востока. Vol. 1. Wiley-Blackwell, 2012. 300. Web. 22 апреля 2013 г., с. 300-302
  6. ^ Накамура, Т. (2007). Современное состояние и проблемы цветной металлургии. Журнал MMIJ, 123 (12), 570-574. Полученное из http://search.proquest.com/docview/33106898
  7. ^ Васеда, Йошио. Структура и свойства оксидных расплавов: применение фундаментальной науки в металлургической обработке. Сингапур: World Scientific Publishing, 1998. Стр. 174.
  8. ^ Матур, В.Н.С. "Управление отходами в горнодобывающей промышленности - некоторые соображения". Предшествие Международной конференции по экологическому менеджменту в металлургической промышленности: EMMI 2000. Под ред. R.C. Гупта. Нью-Дели: Allied Publisher Ltd., 2000. 87. Интернет. 21 апреля 2013 г.
  9. ^ Васеда, Йошио. Структура и свойства оксидных расплавов: применение фундаментальной науки в металлургической обработке. Сингапур: World Scientific Publishing, 1998. Стр. 174.
  10. ^ Запасы металлов и устойчивость. R. B. Gordon, M. Bertram и T. E. Graedel Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Vol. 103, No. 5 (31 января 2006 г.), pp. 1209-1214.
  11. ^ Джокич, С., и Джокич, Б. (2005). Стратегия переработки вторичного металлического сырья в сербии Получено из http://search.proquest.com/docview/28530773
  12. ^ Миляна Радивоевич, Тило Рехрен, Эрнст Перницка, Душан Шливар, Майкл Браунс, Душан Борич, О происхождении добывающей металлургии: новые свидетельства из Европы, Журнал археологической науки, том 37, выпуск 11, ноябрь 2010 г., страницы 2775-2787.
  13. ^ Поттс, Д.Т. Компаньон археологии древнего Ближнего Востока. Vol. 1. Wiley-Blackwell, 2012. 300. Web. 22 апреля 2013 г., с. 300-302.
  14. ^ Каир - Кейп: распространение металлургии через восточную и южную часть Африки Дэвид Киллик. Журнал мировой предыстории, Vol. 22, No. 4, Modeling Early Metallurgy II (декабрь 2009 г.), стр. 399-414.
  15. ^ Форбс, Р.Дж. Исследования в области древних технологий: том 4 серии исследований в области древних технологий. Том 9. Нидерланды: Брилл, 1964. 84-104.
  16. ^ Миляна Радивоевич, Тило Рехрен, Эрнст Перницка, Душан Шливар, Майкл Браунс, Душан Борич, О происхождении добывающей металлургии: новые свидетельства из Европы, Журнал археологической науки, том 37, выпуск 11, ноябрь 2010 г., страницы 2775-2787.
  17. ^ ОТЧЕТ О ПЕРВОЙ ИРАНСКОЙ ДОИСТОРИЧЕСКОЙ ШЛАКОВОЙ МАСТЕРСКОЙ. C.P. Торнтон и Т. Ререн, Иран, Vol. 45, (2007), стр. 315-318.
  18. ^ Поттс, Д.Т. Компаньон археологии древнего Ближнего Востока. Vol. 1. Wiley-Blackwell, 2012. 300. Web. 22 апреля 2013 г., с. 300-302.
  19. ^ Кикладский свинец и серебряная металлургия. Н. Х. Гейл и З. А. Стос-Гейл. Ежегодник Британской школы в Афинах, Vol. 76, (1981), стр. 169-224.
  20. ^ Йенер, К.А., и Х. Озбал. «Исследование Болкардагского горного округа по серебру и свинцу в Древней Анатолии». Труды 24-го Международного симпозиума по археометрии, (1986), стр. 309-317, опубликовано: The Smithsonian Institution Press.
  21. ^ Кикладский свинец и серебряная металлургия. Н. Х. Гейл и З. А. Стос-Гейл. Ежегодник Британской школы в Афинах, Vol. 76, (1981), стр. 169-224.
  22. ^ Накамура, Т. (2007). Современное состояние и проблемы цветной металлургии. Журнал MMIJ, 123 (12), 570-574. Полученное из http://search.proquest.com/docview/33106898
  23. ^ Нидхэм, Джозеф и Питер Дж. Голас. Наука и цивилизация в Китае. Vol. 13. Кембридж: Издательство Кембриджского университета, 1999, стр. 88,378-382. ISBN  978-0521580007