1.7 Вимоги до металургійного процесу і його структури
Технологічні процеси, які існують на підприємствах, у більшості випадків не цілком задовольняють сучасні вимоги. Ряд процесів та їх апаратурне оформлення застаріли і повинні бути замінені на нові, більш досконалі.
Сучасні металургійні процеси одержання кольорових металів і тим більше процеси найближчого майбутнього повинні задовольняти щонайменше ці основні вимоги:
1) висока питома продуктивність застосовуваних апаратів;
2) висока продуктивність праці (випуск продукції на одного робітника);
3) високий ступінь вилучення всіх цінних складових;
4) високий ступінь комплексності використання сировини;
5) мінімальні енергетичні витрати за рахунок використання зовнішніх джерел теплової енергії або електрики;
6) максимальне використання повторних енергоресурсів;
7) забезпечення можливості комплексної механізації й автоматизації всіх операцій;
8) використання простої, дешевої, довговічної і зручної в роботі, пуск, налагодження і ремонт апаратури;
9) забезпечення можливості створення безупинних, потокових, цілком автоматизованих технологічних ліній, одержання металів із частковим або повним програмним керуванням;
10) забезпечення безпечних і нешкідливих умов праці й охорони навколишнього середовища.
Удосконалення існуючих і створення нових технологій і апаратів, що максимально задовольняють вимоги сучасності, можливо, лише за умови глибокого розуміння структури металургійних процесів і можливостей керування швидкостями їх перебігу.
Будь-який металургійний процес становить складний комплекс послідовних фізико-хімічних перетворень, що проходять одночасно, і взаємодій - елементарних стадій.
За своїм характером фізико-хімічні перетворення і взаємодії в пірометалургії визначають три групи явищ:
1) перетворення, пов'язані тільки з дією високих температур. До них відносять нагрів, сушіння, термічну дисоціацію, плавлення і т.п.
2) перетворення, пов'язані з дією газової фази на тверді і рідкі речовини. Характер таких перетворень залежить від властивостей газового середовища. В окисній атмосфері, що містить кисень або інші окиснювачі, відбуваються реакції окиснювання сульфідів, металів, горіння вуглецю і т.п. Якщо середовище буде відновним, тобто коли у газовій фазі багато оксиду вуглецю або водню, то будуть проходити реакції відновлення оксидів металів, сульфатів, оксиду сірки і т.д. Нейтральна атмосфера, що не містить окиснювачів або відновлювачів у помітних кількостях, істотно не впливатиме на перероблювані матеріали.
3) хімічні взаємодії між наявними в перероблюваних матеріалах компонентами.
У гідрометалургії фізико-хімічні взаємодії проходять на межі поділу твердої і рідкої фаз, часто за участі газоподібного реагенту. В основному вони спрямовані на розчинення твердої речовини або, навпаки, на виділення твердої фази з розчину.
Кожний металургійний процес характеризується власною, що відрізняється від інших процесів, структурою. Знання структури процесу дуже важливо для металургів, тому що це дозволяє грамотно керувати процесом, намічати шляхи його подальшого удосконалення або інтенсифікації.
Різноманіття застосовуваних у кольоровій металургії процесів не дозволяє розглянути в даному розділі структуру кожного з них.
Найважливіші металургійні процеси будуть проаналізовані з цих позицій при розгляді технології одержання конкретних металів. Зупинимося лише на загальній характеристиці елементарних стадій найбільш складного за своєю структурою процесу металургійної плавки рудної сировини. Рудні плавки включають такі елементарні стадії:
1) нагрів і сушіння перероблюваних матеріалів;
2) термічну дисоціацію хитких хімічних сполук;
3) окиснювання сульфідів або відновлення оксидів (залежно від виду плавки);
4) розплавлення легкоплавких компонентів з утворенням первинних розплавів;
5) розчинення більш тугоплавких складових у первинних розплавах з утворенням штейну або чорнового металу і шлаку;
6) розподіл цінних компонентів між продуктами плавки;
7) поділ рідких продуктів плавки.
Усі перелічені стадії рудної плавки проходять послідовно або одночасно з різними швидкостями і повнотою завершення. Найповільніша з елементарних стадій в кінцевому підсумку визначатиме сумарну швидкість плавки, а отже, і кінцеву продуктивність застосовуваного агрегату.
Слід відзначити, що з елементарних стадій плавки рудної сировини найбільш повільною буде остання - поділ рідких продуктів плавки. Цю стадію, здійснювану звичайно відстоюванням, можна прискорити шляхом інтенсивного перемішування розплавів, що приведе до збільшення питомої продуктивності плавильної печі.