1.3 Продукти металургійного виробництва

                Кольорова металургія є комплексною галуззю промис­ловості. Асортимент товарної продукції підприємств ко­льорової металургії дуже широкий і різноманітний. Крім металевої продукції, металургійні заводи випускають у ве­ликих кількостях додаткову продукцію, у тому числі і про­дукцію, що не належить безпосередньо до металевих матеріалів.

                Продукцією окремих підприємств кольорової металургії можуть бути метали і сплави у вигляді зливків, катодів, порошків, прокату і т.д., різноманітна хімічна продукція, мінеральні добрива, будівельні матеріали, теплова й електрична енергії, технологічний кисень, ар­гон та інші інертні гази.

                Норми і вимоги до якості і розмірних характеристик сировини, матеріалів і виробів металургійного виробництва встановлюються Державними стандартами України (ДСТУ), державними галузеви­ми стандартами (ДГСТ) і технічними умовами (ТУ). У деяких галузях ще існує стандартизація часів СРСР (рос.): ГОСТ - государственный стандарт, ОСТ - отраслевой стандарт, ТУ - технические условия.

                Стандарти і технічні умови встановлюють на групу виробів і матеріалів або окремі види продукції і визначають повну технічну характеристику сировини або вироблюваної продукції.

                Держстандарти мають силу державного закону й обов'язкові для виконання в усіх галузях народного господарства.

                ДГСТ регламентують взаємовідносини між виробниками пев­ного виду продукції і її споживачами всередині основної галузі. При виробництві кольорових металів у нашій країні такою галуззю є ко­льорова металургія України. ДГСТ визначають вимоги до сирови­ни, до окремих видів матеріалів, напівпродуктів і продуктів металур­гійного виробництва, що споживаються тільки всередині галузі.

                ТУ затверджуються в тих випадках, коли на продукцію відсутні стандарти або коли потрібне встановлення спеціальних вимог на продукцію, що випускається. ТУ звичайно визначають взаємовідносини між вузьким колом замовників і виробників у су­ворій відповідності до узгоджених умов і термінів їхньої дії.

                Крім товарної продукції, що утворюється при переробці руд кольорових металів, на підприємствах кольорової металургії одер­жують численні відходи і напівпродукти металургійного виробниц­тва. До них відносять шлаки, пил, гази, агломерати, спіки, кеки, шлами, розчини тощо.

                Метали є основним видом продукції металургійного вироб­ництва. У кольоровій металургії розрізняють чорнові і рафіновані метали. Чорновими називаються метали, що містять у своєму складі шкідливі домішки, які погіршують споживчі якості даного металу, а також домішки цінних елементів-супутників. Чорнові метали підда­ють очищенню від домішок - рафінуванню.

                Сортамент рафінованих кольорових металів великий. Держстан­дарти встановлюють випуск до 10 і більше марок кожного металу. Деякі підприємства випускають у невеликих кількостях метали підви­щеної (особливої) чистоти. Випуск і якість надчистих металів регла­ментуються ТУ, укладеними між постачальником і замовником.

                Шлаки є другим продуктом металургійних процесів, що при­зводять до розплавлювання перероблюваних матеріалів. Вони ут­ворюються в результаті ошлакування оксидів порожньої породи і флюсів. Крім компонентів, що утворюють шлаки, реальні заводські шлаки неминуче містять деяку кількість вилучених металів.

                При відносно невеликому вмісті цінних компонентів у шлаках рудних плавок вони в більшості випадків є відвальним продуктом, тобто відходами металургійного виробництва. Проте відвальними шлаки заводів кольорової металургії можна вважати лише умовно. З розвитком металургійної техніки, зростаючими потребами народ­ного господарства у багатьох дефіцитних матеріалах і підвищен­ням вимог до охорони навколишнього середовища вони можуть і повинні стати цінною сировиною для додаткового вилучення ряду кольорових металів, а також заліза і виробництва ряду побічних продуктів - цементу, ситалів і т.д.                В окремих видах плавок, особливо в рафінувальних процесах, шлаки утворюються надмірно багатими за вмістом кольорових ме­талів. Такі шлаки не можуть бути виведені у відвал і потребують обов'язкового збіднення. У про­мисловій практиці їх використовують як оборотний мате­ріал одного з основних металургійних процесів або підда­ють особливій переробці.

                Втрати цінних металів із шлаками обумовлені ошлаку­ванням їх оксидів і часткового розчинення в жужільному розплаві продукту, що містить метал (електрохімічні втра­ти), а також неповним відстоюванням дрібних завислих у шлаку сульфідних або металевих крапель (механічні втрати).

                Вихід шлаків при плавці руд або концентратів кольорових ме­талів звичайно великий і становить 60-120% від маси рудної частини шихти. Підвищений вихід шлаків має місце при плавці дуже бідних руд із високою витратою флюсів.

                Для кожного металургійного процесу і застосовувано­го для його здійснення плавильного агрегату добирають оп­тимальний склад шлаків, що повинен задовольняти суворо визначені технологічні і економічним вимогам.

                Не завжди безпосередня плавка вихідної рудної сиро­вини забезпечує одержання оптимальних за складом шлаків. У більшості випадків склад шлаків, що утворюються, потрібно кори­гувати. Коригування складу шлаку з метою наближення його до оптимального проводять введенням у вихідну шихту відповідних флюсів - мінеральних домішок. Якщо оптимальний склад шлаків досягається без додавання флюсів, то перероблювані шихта і шлак, що утворюються, називаються самоплавкими.

                Основними компонентами шлаків кольорової металургії є SiО2, FеО і СаО. Сумарний вміст цих трьох оксидів звичайно становить від 70 до 90-95%. Концентрація СаО рідко перевищує 6-8%. Отже, у більшості випадків ми маємо справу із залізосилікатними розплава­ми. У металургійних шлаках залежно від складу перероблюва­ної сировини і застосовуваної технології можуть також бути наявними Аl2О3, МgО, Fе3О4, ZnО та деякі інші оксиди.

                До найважливіших фізико-хімічних властивос­тей жужільних розплавів, що впливають на показники пла­вки, відносять плавкість (температура плавлення), щіль­ність, розчинність у шлаках продукту, що містить метал і поверхневі властивості металургійних розплавів, що кон­тактують.

                Штейни є проміжними продуктами пірометалургійної перероб­ки мідних, нікелевих і частково свинцевих руд і концентратів. Вони являють собою сплав сульфідів важких кольорових металів (міді, нікелю, цинку, свинцю та ін.) із сульфідом заліза, у якому розчинені домішки. На практиці у кольоровій металургії одержують мідні, мідно-нікелеві, нікелеві і поліметалічні штейни. Вони утворюються в рідкому стані і практично не змішуються з рідкими шлаками, що дозволяє розділяти їх простим відстоюванням.

                Гази і пил також належать до обов'язкових продуктів пірометалургійних процесів. Як, правило, ці два продукти видалять­ся з печей разом.

                Металургійні вихідні гази можна класифікувати на техно­логічні, що утворюються за рахунок перебігу хімічних реакцій між компонентами перероблюваної сировини, і топкові, що є про­дуктами спалювання палива. Склад і кількість газів, що відходять, цілком визначаються типом перероблюваної сировини і видом зас­тосовуваного металургійного процесу.

                Основними можливими компонентами технологічних газів  ко­льорової  металургії  є сірчаний ангідрид (SО3), діоксид і оксид вуг­лецю (СО2 і СО відповідно), пари води (Н2О). В окремих металург­ійних процесах можливе виділення газоподібного хлору, хлоридів, миш'якових та інших хімічних сполук. При спалюванні палива пе­реважно утворяться СО2, СО і Н2О. Крім того, у газах обов'язково будуть наявні азот (N2) і вільний кисень (О2), які надходять із дут­тям і за рахунок підсосів повітря. У більшості випадків вихідні гази залишають металургійний агрегат нагрітими до 800-1300°С.

                Комплексна переробка вихідних газів передбачає:            

                1) використання цінних компонентів, наприклад SО3, для виробництва сірчаної кислоти, елементарної сірки або рідкого сірчаного ангідриду;

                2) використання фізичної теплоти газів для одержання пари, гарячої води, підготовки повітря (дуття) і т. ін.;

                3) використання горючих складових (СО і Н2) як під­собне паливо;

                4) знешкодження газів з метою охорони навколишньої природи. Пил, що утворюється в металургійних процесах, умовно можна класифікувати на грубий і тонкий.

                Утворення грубого пилу пов'язане з впливом газового потоку на дрібні частинки перероблюваної шихти або проду­кту металургійної переробки. Крупність частинок пилу і його кількість визначаються швидкістю газового потоку і крупністю перероблюваного матеріалу. Звичайно грубий пил має форму уламків (неправильних багатогранників); роз­міри частинок цього пилу становлять від 3-10 мкм до декіль­кох міліметрів. Хімічний склад грубого пилу у більшості випадків ідентичний складу вихідного матеріалу, з якого він утворився. Звичайно грубий пил повертають в обіг або об'єднують із продуктом даного процесу.

                Тонкий пил утворюється переважно за рахунок сублі­мації легколетких компонентів. Пари, що утворюються при цьому, несуться газовим потоком і при подальшому охоло­дженні газів конденсуються з утворенням твердих частинок або рідких крапель. Розмір частинок тонкого пилу, названого у кольоровій металургії перегоном, у момент утворення становить десяті частки мікрометра. Надалі можливе утво­рення більш великих включень за рахунок коагуляції дріб­них частинок.

                За хімічним складом перегони різко відрізняються від вихідного матеріалу - вони збагачені леткими компонента­ми, наприклад, цинком, кадмієм, свинцем, германієм, інді­єм та іншими рідкісними і розсіяними елементами. Пере­гони є цінною сировиною для вилучення цих елементів, тому повинні обов'язково піддаватися подальшій само­стійній переробці.

                Увесь пил, що утворюється в металургійних процесах, підлягає уловлюванню, що забезпечує використання цін­них компонентів, які містяться в них, і запобігає забрудненню навколишнього середовища.

                Основними продуктами гідрометалургійних процесів є розчи­ни і кеки. Розчинами називають продукти процесу вилуджування (роз­чинення), у яких розчинена речовина знаходиться у стані молеку­лярного роздрібнення. Це робить їх дуже стійкими системами, які не розділяються при тривалому стоянні.

                Найважливішою технологічною характеристикою розчинів є їх концентрація, що виражає відносну кількість будь-якого склад­ника розчину, що знаходиться в розчиненому стані. У практичній металургії концентрацію розчиненої речовини найчастіше виража­ють у відсотках за масою або відношенням її вмісту до обсягу розчи­ну у грамах на літр або кілограмах на кубічний метр.

                Кеки становлять тверді порошкоподібні матеріали. За при­родою утворення розрізняють два види кеків:

                1) нерозчинені залишки вилуженого матеріалу. Наприклад, цин­кові кеки від вилуджування обпалених цинкових концентратів роз­чинами сірчаної кислоти. Цинкові кеки містять порожню породу вихідного концентрату, нерозчинні сполуки цинку й інших цінних компонентів;

                2) продукти (осади) цементаційного, хімічного або гідролітичного осадження розчинених металів у вільному металевому стані або у формі нерозчинних хімічних сполук. До таких кеків, зокрема, відносять кадмієві кеки цинкового виробництва, що містять кадмій, цинк і мідь у вигляді металевих порошків, а також кобаль­тові кеки нікелевого виробництва, у яких кобальт знаходиться у формі гідроксиду Са(ОН)3.

                Іншими, дуже численними різновидами продуктів різноманітних металургійних процесів є окатиші, агломерати, спіки, сплави і конверторні шлаки.