A | B | C | D | E | F | G | H | CH | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
A színesfémkohászat a „nemvasfémek” közül a 4,5 kg/dm³-nél nagyobb sűrűségű fémek metallurgiájával foglalkozik (az ettől könnyebb fémekével a könnyűfémkohászat). Jelen szócikk a réz, a nikkel, az ólom és a cink előállítását ismerteti.
Rézkohászat
A rézércek túlnyomórészt szulfidos összetételűek, ezekből állítják elő a világ réztermelésének mintegy 80%-át. Az oxidos rézércek elsősorban Afrikában fordulnak elő. A szulfidos ércekben a leggyakoribb ásvány a kalkopirit (CuFeS2), de általában tartalmaznak még piritet (FeS2), galenitet (PbS) és szfaleritet (ZnS). A réztermelés jelentős hányadát, kb. 85%-ot, tűzi úton (pirometallurgiai módszerrel) állítják elő, csekély mértékben hidrometallurgiai módszereket is használnak.
Pirometallurgiai módszer
A kohászati gyakorlatban a nyersréz előállításának számos módszere alakult ki. Ezek mind a következő alapeljárásokat tartalmazzák:
- Dúsítás. A dúsítás célja a nagyobb rézkoncentrációjú termék előállítása a további feldolgozás számára. Ehhez az ércet finom porrá aprítják, majd flotálással elválasztják az érc jól és rosszul nedvesedő ásványait, azaz az ércet a meddőtől. Az ércet vízzel keverik össze és habképző anyagot adnak hozzá. A zagyon alulról levegőt buborékoltatnak át, így a nem nedvesedő fázis hab formájában felemelkedik, amit könnyen el lehet távolítani. A nedvesedő rész a zagyban marad. A flotáláskor kapott rézben dús anyagot rézszínpornak nevezik (kalkopirites ércek dúsításkor 20% körüli Cu-tartalommal).
- Pörkölés. A pörkölés során a színpor kéntartalmát csökkentik úgy, hogy a szulfidot oxiddá, esetleg szulfáttá alakítják. A műveletet fluidizáló pörköléssel vagy zsugorítószalag alkalmazásával végzik. A számos kémiai reakció közül a legjellemzőbbek:
- 2CuFeS2 + 6,5O2 = 2CuO + Fe2O3 + 4SO2,
- CuFeS2 + 4O2 = CuSO4 + FeSO4.
A kémiai reakciók exotermek (hőtermelők), így a pörkölés folyamata önfenntartó. Az eljárás sebessége a hőmérséklettől és az oxigén-koncentrációtól függ.
- Kéneskő előállítása. A kéneskő a réz előállításának dúsított középterméke: Cu2S·FeS. Pörkölék esetén a művelet olvasztással történik, amelynek során a fölösleges vasat és más elemeket salakba viszik. A kéneskőre olvasztást lángkemencében, ritkábban elektromos vagy aknás kemencében végzik. A por alakú színporokat röptében olvasztással dolgozzák fel.
- Nyersréz előállítása. A kéneskő-olvadékból a réz oxidációval nyerhető ki, ugyanis a kén oxigén iránti affinitása nagyobb, mint a rézé. A műveletet fekvő dobkonverterben végzik. A fő reakció:
- 3Cu2S + 3O2 = 6Cu + 3SO2.
- Vannak olyan eljárások, amelyekkel a színporból közvetlenül nyersrezet lehet előállítani.
- Raffinálás. A 98,5–99,5% tisztaságú nyersrezet (bliszterrezet) az oxigén, a kén és más szennyezők eltávolítása céljából finomítani, tisztítani kell. Ezt általában elektrolitos módszerrel végzik, de alkalmazzák a tűzi raffinálást is. Az elektrolitos raffinálást oldható anódos eljárással végzik, egyenáramú vagy pólusváltásos módszerrel. Az anódot a tisztítandó rézből öntött lemezből készítik, a szennyezőktől mentes réz egy vékony, már tisztított rézkatódon válik ki. Elektrolitként kénsavas réz-szulfát vizes oldatát használják. Az így előállított tiszta rezet katódréznek vagy elektrolitréznek nevezik. Különlegesen nagy tisztaságú réz zónás átolvasztással állítható elő.
Hidrometallurgiai módszer
A világ réztermelésében a tűzi eljárások alkalmazása a leggyakoribb, a nedves eljárások részaránya mindössze 15% körüli. Főleg a kis réztartalmú oxidos, szulfidos és kevert érceket dolgozzák fel ezzel a módszerrel. A művelet lényege a lúgzás, amelynek során az ércet valamilyen, az érc összetételétől függő lúgzószerben feloldják. A lúgzás megtévesztő elnevezésnek tűnhet, mert a gyakorlatban a lúgzószerek savas kémhatású vegyületek. Az oxidos érceket általában kénsavban oldják, majd az oldatból a rezet valamilyen módszerrel (cementálással vagy anódos elektrolízissel) kiejtik. A szulfidos ércek lúgzása változatosabb lúgzószerekkel történik (például vas(III)-szulfát, sósav, ammónia stb.).
Nikkelkohászat
A világ nikkeltermelésének nagyobbik része szulfidos ércekből (pentlandit, millerit) vagy arzenides ércekből (nikkelin, rammelsbergit) származik, az oxidos ércekre (garnierit, laterit) mintegy 40% jut. A szulfidos ércek nikkeltartalma nagyobb, ezért gazdaságosabb a feldolgozásuk. A nikkelérceknek általában számottevő a kobalttartalma, ezért – elsősorban hidrometallurgiai módszerek esetén – elválasztják a nikkeltől.
A nikkel tűzi kohászata
A nikkel szulfidos ércekből való előállításának részfolyamatai emlékeztetnek a réz tűzi kohászatára.
- Dúsítás. Az alapércet rendszerint a bánya területén dúsítják, hogy a feldolgozó üzembe csak a meddőtől megszabadított alapanyagot szállíthassák. A dúsítás aprításból és flotálásból áll. A szelektív flotálás során nemcsak a nikkelszínport, hanem a mindig jelenlévő rézszínport is elkülönítik.
- Pörkölés. A pörkölés során a színpor kéntartalmának 50–70%-át eltávolítják. A pörkölékben a nikkel NiS és Ni3S2, a réz Cu2S, a vas pedig különböző vasoxidok formájában lesz jelen, miközben SO2 keletkezik.
- 'Nyers rezes nikkeleskéneskő előállítása. A művelet eszköze aknás kemence, lángkemence, elektromos kemence vagy fluidizációs kemence lehet. Az eljárás során létrejön a nikkel, réz és vasszulfidokat tartalmazó kéneskő, ami 25–35% nikkelt, 5–8% rezet és 0,8–1,5% kobaltot, 35–45% vasat és ként tartalmaz.
- Finom rezes nikkeleskéneskő előállítása és továbbfeldolgozása. Az előző fázisban előállított kéneskövet konverterbe adagolják, és oxidációs művelettel eltávolítják belőle annak meglehetősen nagy vastartalmát. A finom rezes nikkeleskéneskő továbbfeldolgozási módszere a céltól függ. Konverterezéssel vagy pörköléssel Cu-Ni ötvözet, szegregációs eljárással NiO, esetleg redukáló olvasztással fém nikkel állítható elő.
- Raffinálás. Mivel a nyersnikkel szennyezett, azt meg kell tisztítani. Különösen a kén eltávolítása fontos, mert ez törékennyé teszi a nikkelt. A raffinálás piro- és hidrometallurgiai módszerekkel valósítható meg. A pirometallurgiai raffinálást oxidáló olvasztással valósítják meg, aminek során a szennyezők oxidálódnak és salakba mennek. Elektrolitos módszerrel is raffinálnak nikkelt.
A nikkel nedves kohászata
A hidrometallurgiai eljárások előnye az, hogy – a pirometallurgiával szemben – lehetővé teszi az értékes kobalt elkülönítését is. A nedves kohászati technológiák részfolyamatai a lúgzás, a fém kinyerése (szinítés) és a raffinálás (a körfolyamat része még a lúgtisztítás és visszajáratás is).
A szulfidos színporokat és kénesköveket autoklávokban 70–80 °C-on ammóniával lúgozzák, miközben a nikkel aminkomplex (Ni(NH3)6SO4) formájában kerül oldatba. A keverékből kifőzik az ammóniát, a réz CuS alakban kiválik. A nikkelt hidrogénes redukcióval ejtik ki. Egy másik eljárás szerint a lúgzószer H2SO4, HCl vagy FeCl3. Van kidolgozott módszer elektrolitos szinítésre is.
Ólomkohászat
Az ólom meglehetősen ritkán előforduló elem a természetben, ennek ellenére már régóta használja az emberiség. Ismerték az ókori egyiptomiak és görögök, a rómaiak vízvezetékcsöveket készítettek belőle. Az ólom legfontosabb ásványa a galenit (PbS). Feldolgozása három lépésből áll: dúsítás, nyersólom előállítása és raffinálás. Ez a technológiai sor a tűzi feldolgozásra igaz, a nedves kohászati eljárások nem igazán terjedtek el.
- Dúsítás. A dúsítás megvalósítható flotálással és tűzi úton. A flotálást minden esetben megelőzi az aprítás. A szelektív flotálás során a galenit mellett jelenlévő szfaleritet választják el, amihez oldható cinksókat és alkáli-cianidokat használhatnak. Egységes módszer nincs, minden ércféleségre speciális eljárást választanak. Tűzi úton végzett dúsítással az oxidos érceket dolgozzák fel. Az ércet kokszdarával keverve adagolják be a forgódobos kemence felső végén, a betét a kemence forgása közben lefelé hömpölyög (innen az eljárás neve: hömpölyögtető pörkölés). A szén és a szén-monoxid redukálja az ólmot.
- Nyersólom előállítása. Az eljárás során a flotálásból származó színport oxidáló pörköléssel kezelik. A műveletet átszívásos vagy átfúvásos pörkölő szalagos berendezésen végzik. Az ezt követő redukáló olvasztással állítják elő a nyersólmot a PbO + CO = Pb + CO2 kémiai reakció szerint. Az alkalmazott berendezés általában aknás kemence.
- Raffinálás. Mivel a szennyezők az ólmot rideggé, keménnyé teszik, a felhasználás előtt mindenképpen meg kell tisztítani. Ráadásul az ólom szempontjából szennyezőnek számító elemek más szempontból értékesek, kinyerésük ezért is fontos. A raffinálásra szolgáló eljárások igen változatosak, alkalmazzák a tűzi módszereket, az elektrolízist, a frakcionált desztillációt és kristályosítást stb.
Cinkkohászat
Az egyik legfontosabb cinkásvány a szfalerit (ZnS), ami többnyire keverten fordul elő, más ásványokkal alkot közös ércet. A cinkérc nagyobbik hányadát hidrometallurgiai úton dolgozzák fel, a többit pirometallurgiai módszerekkel. a feldolgozás menete hasonló a többi színesféméhez: dúsítás, nyerscink előállítása, raffinálás.
- Dúsítás. A szulfidos érceket – aprítás után – flotálással dúsítják. Mivel a cink és az ólom majdnem mindig együtt fordul elő, szelektív flotálást kell alkalmazni. Hogy az eljárás gazdaságosabb legyen, alkalmazzák a kollektív flotálást is, amely komplex színporokat eredményez. A flotálást oxidáló pörkölés követi, amelynek során a szfaleritet oxiddá alakítják. Az cink-oxid azért kedvező kiinduló anyag a színfém előállításához, mert szénnel jól redukálható, illetve kénsavban is jól oldódik. A cinkszínporok pörkölése során a mindig jelenlévő kén és vas oxidációs hője fedezi a folyamat hőszükségletét. A műveletet fluidizáló pörkölő kemencékben, a zsugorító pörkölést szalagon végzik.
- Nyerscink előállítása.
- Pirometallurgiai módszerrel: a cinket a cink-oxid alakban tartalmazó színpor redukciójával állítják elő. Redukálásra szenet használnak, de a redukció csak a cink forráspontjánál nagyobb hőmérsékleten megy végbe. A nyerscink előállításának első lépése a redukáló illósítás, második lépés a kondenzáltatás. A redukálást ferde tokokban vagy függőleges retortában végezhetik. Egy másik eljárás az elektrotermikus desztillálás, amelynek a hőszükségletét a betét ellenállásának felhasználásával biztosítják. A berendezésből távozó cinkgőzt külön álló kondenzátorban csapatják le. A jellemző reakció:
- ZnO + 0,5(1+x)C = Zn + xCO + 0,5(1–x)CO2.
- Hidrometallurgiai módszerel: a kiinduló anyag oxidos cinkszínport kénsavban oldják. A kénsavas lúgzás során ZnSO4 keletkezik, az oldat vastartalmát pedig kiejtik. A cink-szulfát oldatból a cinket ezután oldhatatlan anódos elektrolízissel választják ki. Az elektrolízis bruttó reakciója:
- ZnSO4 + H2O = Zn + H2SO4 + 0,5O2.
- Raffinálás. A tűzi kohászati módszerekkel előállított nyerscink 1–5% szennyezőt tartalmaz, ezért az így gyártott cinket meg kell tisztítani. Erre a csurgató olvasztásos eljárást, vagy a frakcionált desztillálást használják.
Források
- Pásztor Gedeon – Szepessy Andrásné – Kékesi Tamás: Színesfémek metallurgiája. Budapest: Tankönyvkiadó. 1990.
Kapcsolódó szócikkek
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.
Analóg multiméterek túlterhelés elleni védelme
Egyenáram
Egyenáram mérése
Egyenirányítós lengőtekercses műszer
Elektromágnes (fizika)
Elektromos feszültség
Elektromos térerősség
Fáziseltolódás
Fázismutató
Fajlagos ellenállás
Feszültséggenerátor
Feszültségváltó
Forgó mágneses tér
Háromfázisú hálózat
Hőelektromosság
Hatásos ellenállás
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.