कई अलौह धातुओं और उनके मिश्र धातुओं में कई मूल्यवान गुण होते हैं: अच्छा लचीलापन, क्रूरता, उच्च विद्युत और तापीय चालकता, संक्षारण प्रतिरोध और अन्य फायदे। इन गुणों के कारण, अलौह धातुएँ और उनकी मिश्रधातुएँ संरचनात्मक सामग्रियों में एक महत्वपूर्ण स्थान रखती हैं।

अलौह धातुओं और मिश्र धातुओं का उत्पादन

लोहा और इसकी मिश्र धातुएँ - कच्चा लोहा और इस्पात - लौह धातुएँ कहलाती हैं। अन्य सभी धातुओं को अलौह के रूप में वर्गीकृत किया गया है, जिनमें महान धातुएँ - सोना, चाँदी, प्लैटिनम शामिल हैं।

विभिन्न प्रकार की अलौह धातुएँ और उनके उत्पादन के विभिन्न तरीकों का नेतृत्व किया।

लौह धातुओं की तरह, अलौह धातुएं अयस्क केंद्रित - पूर्व-समृद्ध अयस्क से प्राप्त की जाती हैं। लेकिन यहां संवर्द्धन प्रक्रिया अधिक जटिल है, क्योंकि कई अयस्क बहुधात्विक होते हैं और इसमें बहुत सारे मूल्यवान तत्व और हानिकारक अशुद्धियाँ होती हैं। उदाहरण के लिए, अयस्कों में तांबे की औसत सामग्री केवल 1-2% है।

तांबे के उदाहरण में अलौह धातु प्राप्त करने की जटिलता स्पष्ट रूप से दिखाई देती है।

तांबे की वसूलीअयस्कों से दो तरह से उत्पादन किया जाता है: हाइड्रोमेटालर्जिकल और पाइरोमेटालर्जिकल। अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है पाइरोमेटलर्जिकल विधि,निम्नलिखित कार्यों सहित:

• - ध्यान केंद्रित करने के लिए अयस्कों का लाभ;
• - ध्यान का भूनना;
• - कॉपर मैट-मिश्र धातु पर पिघलना;
• - ब्लिस्टर कॉपर प्राप्त करना;
• - शोधन।

संवर्धन के बाद, अयस्क सांद्रता के अधीन होते हैं फायरिंगसल्फर के आंशिक निष्कासन (50% तक) के लिए। भुना हुआ अयस्क आगे की प्रक्रिया के लिए भेजा जाता है, और परिणामस्वरूप सल्फर डाइऑक्साइड S0 2 का उपयोग सल्फ्यूरिक एसिड के उत्पादन के लिए किया जाता है।

मैट में पिघलने का काम परावर्तनी लौ भट्टियों और बिजली की भट्टियों में किया जाता है। उनके कार्यक्षेत्र में 1600 डिग्री सेल्सियस तक तापमान विकसित होता है। तरल गलाने वाले उत्पाद धीरे-धीरे भट्टी के तल पर जमा होते हैं: लावा और मैट मिश्र धातु, जिसमें मुख्य रूप से तांबा और लोहे के सल्फाइड होते हैं, साथ ही थोड़ी मात्रा में अशुद्धियाँ भी होती हैं। जैसे ही यह जमा होता है, मैट को करछुल में छोड़ दिया जाता है। पिघली हुई अवस्था में, मैट को कन्वर्टर (चित्र 29) में फीड किया जाता है ब्लिस्टर कॉपर में प्रसंस्करण।लोहे के आक्साइड को हवा से उड़ाने के दौरान स्लैगिंग के लिए क्वार्ट्ज रेत को मैट की सतह पर लोड किया जाता है। परिणामी धातुमल को निकाला जाता है और तांबे को निकालने के लिए परावर्तनी भट्टियों में पुनर्चक्रित किया जाता है। शेष मैट सफेद हो जाता है और इसमें मुख्य रूप से कॉपर सल्फाइड होते हैं। सफेद मैट में कॉपर की मात्रा लगभग 80% होती है। उसके बाद, पिघले हुए सफेद मैट को हवा से उड़ाया जाता है और प्राप्त किया जाता है काला तांबा,जिसमें लोहा, सल्फर, जस्ता, निकल, सीसा आदि की 2% तक अशुद्धियाँ होती हैं। इसे सिल्लियों में डाला जाता है और शोधन के लिए भेजा जाता है।

चावल। 29.

• 1 - एयर ब्लास्ट लांस; 2 - पंक्तिबद्ध आवरण; 3 - गियर;
• 4 - रिम; 5 - मैट डालने के लिए गर्दन; 6 - फ्लक्स लोड करने के लिए छेद;
• 7 - वायु वाहिनी; 8 - समर्थन रोलर्स; 9 - गियरबॉक्स के साथ इलेक्ट्रिक मोटर

रिफाइनिंगब्लिस्टर कॉपर आग और इलेक्ट्रोलाइटिक विधियों द्वारा किया जाता है।

फायर रिफाइनिंग के दौरान, ब्लिस्टर कॉपर को फ्लेम फर्नेस में लोड किया जाता है और पिघलने के बाद, कॉपर और उसमें घुली अशुद्धियों को ऑक्सीडाइज करने के लिए हवा के साथ उड़ाया जाता है। अशुद्धियों के परिणामी ऑक्साइड तांबे में अघुलनशील होते हैं और स्लैग में हटा दिए जाते हैं। फिर धातु को डीऑक्सीडाइज़ और मिश्रित किया जाता है प्राकृतिक गैसघुली हुई गैसों को दूर करने के लिए।

अग्नि शोधन के बाद, पिघल में 99.5-99.7% तांबा होता है। परिणामी तांबे को इलेक्ट्रोलाइटिक शोधन के लिए सिल्लियों या एनोड प्लेटों में डाला जाता है।

इलेक्ट्रोलीज़तांबे को एसिड-प्रतिरोधी सामग्री के साथ स्नान में ले जाया जाता है, उदाहरण के लिए, शीट लीड, डामर, सिरेमिक प्लेट्स। इलेक्ट्रोलाइट सल्फ्यूरिक एसिड में कॉपर सल्फेट का 15% घोल है। ब्लिस्टर कॉपर और कैथोड की एनोड प्लेटें, जो शुद्ध इलेक्ट्रोलाइटिक कॉपर की पतली शीट होती हैं, इलेक्ट्रोलाइट में डूब जाती हैं। जब प्रत्यक्ष धारा चालू की जाती है, तो एनोड की धातु घुल जाती है, और धात्विक तांबा कैथोड पर जमा हो जाता है। इलेक्ट्रोलाइटिक कॉपर में अशुद्धियों से उच्च शुद्धता होती है और इसमें 99.98% Cu तक होता है।

कैथोड कॉपर को पिघलने वाली भट्टियों में पिघलाया जाता है, सिल्लियों में डाला जाता है और चादरों, पाइपों और तारों में लुढ़कने के साथ-साथ तांबे की मिश्र धातुओं - पीतल और कांसे को गलाने के लिए भेजा जाता है।

अलौह धातु विज्ञान न केवल अलौह धातुओं (खनन, संवर्धन, धातुकर्म प्रसंस्करण, उनके आधार पर शुद्ध धातुओं और मिश्र धातुओं की ढलाई प्राप्त करने) के उत्पादन के लिए उपायों का एक जटिल है, बल्कि अलौह धातु स्क्रैप का प्रसंस्करण भी है।

वैज्ञानिक और तकनीकी प्रगति अभी भी स्थिर नहीं है, और आज गैर-लौह धातुओं का व्यापक रूप से नवीन संरचनात्मक सामग्री विकसित करने के लिए उपयोग किया जाता है। केवल घरेलू धातुकर्म उद्योग विभिन्न प्रकार के कच्चे माल का उपयोग करके लगभग 70 प्रकार के मिश्र धातुओं का उत्पादन करता है।

अयस्क और अन्य तत्वों की अशुद्धियों में आवश्यक घटक की कम सामग्री के कारण, अलौह धातु विज्ञान एक ऊर्जा-गहन उत्पादन है और इसकी एक जटिल संरचना है। तो, अयस्क में तांबे में 5% से अधिक और जस्ता और 5.5% से अधिक नहीं होता है। यूराल में खनन किया गया पाइराइट बहुघटक है और इसमें लगभग 30 रासायनिक तत्व होते हैं।

अलौह धातुओं को उनके अनुसार छह श्रेणियों में बांटा गया है भौतिक गुणऔर उद्देश्य:

1. अधिक वज़नदार। पास होना उच्च घनत्व, क्रमशः, और वजन। इनमें Cu, Ni, Pb, Zn, Sn शामिल हैं।
2. फेफड़े। वे अपने कम विशिष्ट गुरुत्व के कारण वजन में हल्के होते हैं। इनमें शामिल हैं: अल, मिलीग्राम, तिवारी, ना, का, ली।
3. छोटा: Hg, Co, Bi, Cd, As, Sb।
4. मिश्र धातु। वे मुख्य रूप से आवश्यक गुणों के साथ स्टील्स और मिश्र धातु प्राप्त करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। ये W, Mo, Ta, Nb, V हैं।
5. महान। व्यापक रूप से जाना जाता है और गहने बनाने के लिए उपयोग किया जाता है। इनमें एयू, एजी, पं.
6. दुर्लभ पृथ्वी, बिखरी हुई: से, ज़्र, गा, इन, टीएल, जीई।

उद्योग विशिष्टता

अलौह धातु अयस्क, जैसा कि ऊपर बताया गया है, में खनन तत्व की थोड़ी मात्रा होती है। इसलिए, उसी तांबे के प्रति टन 100 टन तक अयस्क की जरूरत होती है। कच्चे माल की उच्च मांग के कारण, अलौह धातु विज्ञान ज्यादातर अपने कच्चे माल के आधार के करीब स्थित है।

उनके प्रसंस्करण के लिए अलौह अयस्कों को बड़ी मात्रा में ईंधन या बिजली की आवश्यकता होती है। 1 टन धातु को गलाने से जुड़ी कुल लागत का आधा हिस्सा ऊर्जा की लागत तक पहुंच जाता है। इस संबंध में, धातुकर्म उद्यम बिजली उत्पादकों के करीब स्थित हैं।

दुर्लभ धातुओं का उत्पादन मुख्य रूप से यौगिकों से पुनर्प्राप्ति पर आधारित होता है। कच्ची सामग्री अयस्क ड्रेसिंग के मध्यवर्ती चरणों से आती है। छोटी मात्रा और उत्पादन की कठिनाई के कारण, प्रयोगशालाएँ दुर्लभ धातुओं को प्राप्त करने में लगी हुई हैं।

उद्योग संरचना

अलौह धातु विज्ञान के प्रकारों में कुछ प्रकार की धातुओं के उत्पादन से जुड़े उद्योग शामिल हैं। इस प्रकार, निम्नलिखित उद्योगों को संक्षेप में प्रस्तुत किया जा सकता है:

• तांबा उत्पादन;
• एल्यूमीनियम उत्पादन;
• निकल और कोबाल्ट का उत्पादन;
• टिन उत्पादन;
• सीसा और जस्ता का उत्पादन;
• सोने का खनन।

निकल प्राप्त करना निकल अयस्कों के निष्कर्षण के स्थान से निकटता से संबंधित है, जो कोला प्रायद्वीप और साइबेरिया के नोरिल्स्क क्षेत्र में स्थित हैं। अलौह धातु विज्ञान की कई शाखाओं को मध्यवर्ती उत्पादों के बहु-चरण धातुकर्म प्रसंस्करण की विशेषता है।

इस आधार पर, एक एकीकृत दृष्टिकोण प्रभावी है। यह अन्य संबंधित धातुओं को प्राप्त करने के लिए एक कच्चा माल है। अपशिष्ट पुनर्चक्रण के साथ न केवल भारी इंजीनियरिंग की अन्य शाखाओं में बल्कि रासायनिक और निर्माण उद्योगों में भी उपयोग की जाने वाली सामग्रियों का उत्पादन होता है।

भारी धातुओं का धातुकर्म

तांबा प्राप्त करना

शुद्ध तांबा प्राप्त करने में मुख्य चरण ब्लिस्टर कॉपर को गलाना और उसका और शोधन है। ब्लिस्टर कॉपर को अयस्कों से खनन किया जाता है, और यूराल कॉपर पाइराइट्स में तांबे की कम सांद्रता और इसकी बड़ी मात्रा उरलों से उत्पादन सुविधाओं के हस्तांतरण की अनुमति नहीं देती है। भंडार हैं: क्यूप्रस सैंडस्टोन, कॉपर-मोलिब्डेनम, कॉपर-निकल अयस्क।

तांबे का शोधन और द्वितीयक कच्चे माल की रीमेल्टिंग उन उद्यमों में की जाती है जो खनन और प्राथमिक गलाने के स्रोतों से दूर हैं। वे बिजली की कम लागत के पक्षधर हैं, क्योंकि एक टन तांबे का उत्पादन करने में प्रति घंटे 5 किलोवाट ऊर्जा लगती है।

बाद के प्रसंस्करण के साथ सल्फर डाइऑक्साइड का उपयोग सल्फ्यूरिक एसिड के उत्पादन के लिए एक शुरुआत के रूप में कार्य करता है रसायन उद्योग. एपेटाइट के अवशेषों से यह फॉस्फेट खनिज उर्वरकों का उत्पादन करता है।

सीसा और जस्ता का उत्पादन

सीसा और जस्ता जैसी अलौह धातुओं के धातु विज्ञान में एक जटिल प्रादेशिक असमानता है। अयस्क का खनन उत्तरी काकेशस, ट्रांसबाइकलिया, कुजबास और सुदूर पूर्व में किया जाता है। और संवर्धन और धातुकर्म पुनर्वितरण न केवल अयस्क निष्कर्षण के स्थानों के पास किया जाता है, बल्कि विकसित धातु विज्ञान वाले अन्य क्षेत्रों में भी किया जाता है।

सीसा और जस्ता सांद्रता रासायनिक तत्व आधार से भरपूर होते हैं। हालांकि, कच्चे माल में तत्वों का प्रतिशत अलग-अलग होता है, यही वजह है कि जस्ता और सीसा हमेशा शुद्ध रूप में प्राप्त नहीं किया जा सकता है। इसलिए, क्षेत्रों में तकनीकी प्रक्रियाएं अलग हैं:

1. ट्रांसबाइकलिया में, केवल सांद्रता प्राप्त की जाती है।
2. सुदूर पूर्व में सीसा और जस्ता सांद्रता प्राप्त की जाती है।
3. कुजबास जिंक और लेड कंसन्ट्रेट पैदा करता है।
4. उत्तरी काकेशस में वे पुनर्वितरण कर रहे हैं।
5. जिंक का उत्पादन उरलों में होता है।

हल्की धातुओं का धातुकर्म

सबसे आम प्रकाश धातु एल्यूमीनियम है। इसके आधार पर मिश्र धातुओं में संरचनात्मक और विशेष स्टील्स में निहित गुण होते हैं।

एल्युमीनियम उत्पादन के लिए बॉक्साइट, एल्युनाइट्स, नेफलाइन कच्चे माल हैं। उत्पादन दो चरणों में बांटा गया है:

1. पहले चरण में, एल्यूमिना प्राप्त होता है और बड़ी मात्रा में कच्चे माल की आवश्यकता होती है।
2. दूसरे चरण में, एल्युमीनियम का उत्पादन इलेक्ट्रोलाइटिक विधि द्वारा किया जाता है, जिसके लिए सस्ती ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इसलिए, उत्पादन के चरण विभिन्न क्षेत्रों में स्थित हैं।

एल्यूमीनियम और मिश्र धातुओं का उत्पादन औद्योगिक केंद्रों में केंद्रित है। पुनर्चक्रण के लिए यहां स्क्रैप की भी आपूर्ति की जाती है, जिससे अंततः तैयार उत्पादों की लागत कम हो जाती है।

अलौह धातुओं में केवल उन्हीं की विशेषता वाले कई गुण होते हैं, जो मैकेनिकल इंजीनियरिंग और उपकरण बनाने में उनके उपयोग को निर्धारित करते हैं, इस तथ्य के बावजूद कि वे प्रकृति में लोहे की तुलना में बहुत कम पाए जाते हैं। ये उच्च तापीय और विद्युत चालकता, अच्छा संक्षारण प्रतिरोध, कम या इसके विपरीत उच्च विशिष्ट गुरुत्व, कम या उच्च गलनांक, उच्च लचीलापन या इसके विपरीत शक्ति हैं।

गैर-लौह धातु विज्ञान के मुख्य उत्पाद लुढ़का उत्पादों और कास्टिंग, मास्टर मिश्र धातुओं (मिश्र धातु मिश्र धातुओं के उत्पादन के लिए मिश्र धातु तत्वों के साथ मिश्र धातु), इलेक्ट्रॉनिक्स और उपकरण बनाने के लिए शुद्ध और अतिरिक्त शुद्ध धातुओं के उत्पादन के लिए अलौह धातु सिल्लियां हैं।

कॉपर उत्पादन

3... विश्व में प्रतिवर्ष 5 मिलियन टन ताँबे का उत्पादन होता है। इसमें आधुनिक तकनीक के लिए महत्वपूर्ण गुण हैं, जैसे उच्च विद्युत और तापीय चालकता, लचीलापन और अच्छा संक्षारण प्रतिरोध। शुद्ध धात्विक तांबे के कुल वार्षिक उत्पादन का लगभग आधा तार, केबल, टायर और विद्युत उद्योग के अन्य प्रवाहकीय उत्पादों के निर्माण में जाता है। इसी समय, जस्ता (पीतल) और टिन (कांस्य) के साथ तांबे की मिश्र धातुओं का लंबे समय से व्यापक रूप से उपयोग किया जाता रहा है।

वर्तमान में मुख्य स्रोतकॉपर प्राप्त करने के लिए सल्फाइड अयस्कों में च्लोकोपीराइट (कॉपर पाइराइट) CuFeS 2, चेलकोसिन CuS, पाइराइट FeS 2 और जिंक, लेड, निकल और अक्सर चांदी और सोने के सल्फाइड का उपयोग किया जाता है। तांबा प्राप्त करने के लिए एक अन्य स्रोत ऑक्सीकृत तांबा अयस्क है जिसमें क्यूप्राइट Cu 2 O या अज़ुराइट 2CuCO 3 ×Cu(OH) 2 है।

ये अयस्क खराब हैं। उनमें तांबे की मात्रा नगण्य है - 1 ... 5%, इसलिए गलाने से पहले अयस्कों को समृद्ध किया जाता है। प्लवनशीलता द्वारा संवर्धन आपको 11 ... 35% तांबा, साथ ही जस्ता या पाइराइट ध्यान केंद्रित करने वाले अयस्क तांबे के ध्यान से अलग करने की अनुमति देता है।

तांबे के प्राकृतिक भंडार लगातार घट रहे हैं। इसलिए, वर्तमान में स्क्रैप धातु और तांबे युक्त अन्य औद्योगिक कचरे का उपयोग आवश्यक होता जा रहा है। सबसे बड़ा औद्योगिक विकसित देशोंअयस्कों से गलाने की तुलना में अधिक तांबा कचरे से प्राप्त किया जाता है।

अयस्कों से तांबा प्राप्त करने के लिए, आमतौर पर पाइरोमेटालर्जिकल विधि का उपयोग किया जाता है, जिसमें गलाने से लेकर मैट तक और गलाने को कम करना शामिल है, लेकिन कुछ अयस्कों को हाइड्रोमेटालर्जिकल विधि द्वारा भी सफलतापूर्वक संसाधित किया जाता है, उदाहरण के लिए, सल्फ्यूरिक एसिड के साथ लीचिंग।

सबसे आम, पाइरोमेटेलर्जिकल विधि द्वारा तांबे के उत्पादन की प्रक्रिया को निम्नलिखित चरणों में विभाजित किया जा सकता है: तांबे के अयस्कों को पीसना, उनका संवर्धन, ध्यान केंद्रित करना, कॉपर मैट प्राप्त करना, कॉपर मैट को संसाधित करना, तांबे को परिष्कृत करना (चित्र। 1.16)।

तांबे के अयस्कों का संवर्धन प्लवनशीलता विधि द्वारा किया जाता है, जो तांबे के यौगिकों के अलग-अलग गीलेपन और पानी के साथ बेकार चट्टान पर आधारित होता है। संवर्धन के लिए, एक गूदा बनता है, जिसमें कुचल अयस्क, पानी और एक प्लवनशीलता अभिकर्मक (देवदार का तेल) होता है। बाद वाले को अयस्क कणों पर फिल्म के रूप में सोख लिया जाता है जो पानी से गीला नहीं होता है। लुगदी को फूंकते समय हवा के बुलबुले इन कणों की सतह पर एकत्रित हो जाते हैं और उन्हें ऊपर की ओर ले जाते हैं, जिससे सतह पर झाग की परत बन जाती है। पानी से भीगी हुई बेकार चट्टान स्नान के तल में बैठ जाती है। स्नान की सतह से झाग एकत्र किया जाता है, सुखाया जाता है और आवश्यक तांबे की सामग्री के साथ एक ध्यान प्राप्त किया जाता है।

सांद्रण का भूनना 750 ... 850 ° C पर किया जाता है वायु वातावरणसल्फाइड के ऑक्सीकरण और सल्फर सामग्री में कमी के लिए। सबसे अधिक उत्पादक द्रवित बिस्तर में फायरिंग है। कुचला हुआ ध्यान उसके मध्य भाग में खिड़की में लोड किया जाता है, और फूस के माध्यम से नीचे से भट्ठी में हवा की आपूर्ति की जाती है। हवा का दबाव सेट किया जाता है ताकि केंद्रित कण निलंबित (उबलते) अवस्था में हों। कैलक्लाइंड कॉन्संट्रेट को सिंडर के रूप में भट्ठी की दहलीज के माध्यम से "डाला" जाता है। निकास सल्फर डाइऑक्साइड गैसों को एक चक्रवात में ठोस कणों से साफ किया जाता है और सल्फ्यूरिक एसिड उत्पादन के लिए भेजा जाता है।

कॉपर मैट प्राप्त करना। सॉलिड मैट कॉपर और आयरन सल्फाइड और जिंक, लेड, निकल सल्फाइड का मिश्र धातु है, जिसमें 20 ... 60% कॉपर, 10 ... 60% आयरन और 25% सल्फर तक होता है। लिक्विड मैट अपने आप में सोने और चांदी को अच्छी तरह से घोलते हैं, और अगर ये धातुएं अयस्क में मौजूद हैं, तो वे मैट में लगभग पूरी तरह से केंद्रित हैं। मैट गलाने का उद्देश्य तांबे और लोहे के सल्फर यौगिकों को अयस्क में निहित अशुद्धियों से अलग करना है, जो इसमें ऑक्साइड यौगिकों के रूप में मौजूद हैं।

निर्भर करना रासायनिक संरचनाअयस्क और इसकी भौतिक स्थिति, मैट या तो शाफ्ट भट्टियों में प्राप्त की जाती है, यदि कच्चा माल बहुत अधिक सल्फर युक्त गांठदार तांबे का अयस्क है, या रिवरबेरेटरी या इलेक्ट्रिक आर्क भट्टियों में, यदि पाउडर फ्लोटेशन कॉन्संट्रेट प्रारंभिक उत्पाद के रूप में काम करता है।

दीनास या मैग्नेसाइट ईंटों का उपयोग परावर्तनी भट्टियों के लिए अपवर्तक के रूप में किया जाता है। चार्ज में बुनियादी या अम्लीय ऑक्साइड की प्रबलता के आधार पर आग रोक का चयन किया जाता है, क्योंकि चार्ज और आग रोक सामग्री की संरचना के मिलान से उनके सेवा जीवन का विस्तार होता है। चिंतनशील भट्टियों को ईंधन तेल, कोयले की धूल या गैस से गर्म किया जाता है, ईंधन को नोजल से उड़ाया जाता है। भट्ठी के सिर के हिस्से में अधिकतम तापमान 1550 डिग्री सेल्सियस, पूंछ के हिस्से में - 1250 ... 1300 डिग्री सेल्सियस है। मिश्रण को इन भट्टियों में छत में छेद के माध्यम से लोड किया जाता है, जो भट्ठी के किनारे की दीवारों पर स्थित होता है। लोड करते समय, मिश्रण दीवारों के साथ ढलानों में रहता है, चिनाई को स्लैग और गैसों के सीधे संपर्क से बचाता है। जैसे ही चार्ज गर्म होता है, उच्च लोहे और तांबे के आक्साइड, सल्फर ऑक्सीकरण और स्लैग गठन की आंशिक कमी की प्रतिक्रियाएं शुरू होती हैं:

FeS + 3Fe 3 O 4 + 5SiO 2 \u003d 5 (2FeO * SiO 2) + SO 2;

2Cu 2 S + 3O 2 \u003d 2Cu 2 O + 2SO 2।

कॉपर और आयरन सल्फाइड, फ्यूज्ड, प्राइमरी मैट देते हैं, जो ढलान से नीचे बहते हुए, इसकी संरचना को बदलते हैं, लोहे में क्षीण हो जाते हैं और तांबे में समृद्ध हो जाते हैं:

2FeS + 2Cu 2 O + SiO 2 \u003d 2FeO * SiO 2 + 2Cu 2 S।

इस स्थिति में, 2FeO*SiO2 लावा में प्रवेश करता है, और 2Cu 2 S मैट में प्रवेश करता है। मैट, जिसका घनत्व लगभग 5000 किग्रा/मी3 है, भट्ठी के तल पर एकत्र किया जाता है, और लावा (लगभग 3500 किग्रा/मी3 का घनत्व) दूसरी ऊपरी तरल परत बनाता है। यह जारी किया जाता है क्योंकि यह भट्ठी के पूंछ खंड में स्थित एक धातुमल खिड़की के माध्यम से जमा होता है। मैट का विमोचन किया जाता है क्योंकि यह बनता है और बाद के कनवर्टर पुनर्वितरण में इसकी आवश्यकता होती है।

कॉपर मैट का प्रसंस्करण। पिघले हुए मैट को कनवर्टर में हवा के साथ उड़ाकर ब्लिस्टर कॉपर में संसाधित किया जाता है - 5 ... 10 की लंबाई और 3 ... 4 मीटर के व्यास के साथ शीट स्टील से बना एक क्षैतिज रूप से स्थित बेलनाकार बर्तन, मैग्नेसाइट ईंटों के साथ पंक्तिबद्ध।

प्रसंस्करण मैट दो अवधियों में आगे बढ़ता है। ढेलेदार क्वार्ट्ज को कनवर्टर में लोड किया जाता है, पिघला हुआ मैट डाला जाता है और हवा के साथ उड़ाया जाता है। हवा, सख्ती से मैट को मिलाते हुए, तांबे और लोहे के सल्फाइड का ऑक्सीकरण करती है:

2FeS + 3O 2 = 2FeO + 2SO 2 + 940 kJ;

2Cu 2 S + 3O 2 \u003d 2Cu 2 O + 2SO 2 + 775 kJ,

उसी समय, एक्सचेंज इंटरैक्शन के कारण कॉपर ऑक्साइड फिर से सल्फाइड में बदल जाता है:

Cu 2 O + FeS = Cu 2 S + FeO।

इसलिए, पहली अवधि में, केवल लोहे को व्यावहारिक रूप से ऑक्सीकृत किया जाता है, और फेरस ऑक्साइड को क्वार्ट्ज के साथ स्लैग किया जाता है:

2FeO + SiO 2 \u003d 2FeO * SiO 2।

परिणामी लावा समय-समय पर निकाला जाता है और कनवर्टर में तांबे के मैट और गांठदार क्वार्ट्ज के ताजा हिस्से जोड़े जाते हैं। डाले गए मैट का तापमान लगभग 1200 ° C होता है, लेकिन उड़ने के समय के दौरान, सल्फाइड के ऑक्सीकरण के दौरान बड़ी गर्मी निकलने के कारण तापमान 1350 ° C तक बढ़ जाता है। पहली अवधि की अवधि मैट में तांबे की मात्रा पर निर्भर करती है और 6 ... 10 घंटे होती है। वायु विस्फोट में ऑक्सीजन के अतिरिक्त कनवर्टर में तापमान बढ़ जाता है और आपको इसमें ठंडा ध्यान केंद्रित करने की अनुमति मिलती है, इसकी जगह इसके साथ कुछ पिघला हुआ मैट।

पहली अवधि समाप्त हो जाएगी जब आयरन सल्फाइड ब्लो मैट में ऑक्सीकृत हो जाएगा। उसके बाद, लावा को सावधानी से हटा दिया जाता है और मैट और क्वार्ट्ज को शामिल किए बिना फूंकना जारी रखा जाता है। हवा अब केवल Cu 2 S का ऑक्सीकरण करती है, और परिणामी क्यूप्रस ऑक्साइड प्रतिक्रिया के अनुसार कनवर्टर में धात्विक तांबे की उपस्थिति में योगदान देता है

Cu 2 S + 2Cu 2 O \u003d 6Cu + SO 2।

दूसरी अवधि तब समाप्त होती है जब सभी मैट कनवर्टर में तांबे में परिवर्तित हो जाते हैं, जिसमें आमतौर पर 2 ... 3 घंटे लगते हैं। कनवर्टर में और दूसरी अवधि में तांबे से भरपूर धातुमल की एक छोटी मात्रा बनती है, जो बाद में उसमें बनी रहती है। ब्लिस्टर कॉपर डालना और अगले चक्र में संसाधित किया जाता है।

प्रक्रिया के अंत में ब्लिस्टर कॉपर, कनवर्टर को झुकाकर, एक करछुल में छोड़ा जाता है और सांचों में डाला जाता है। परिणामी तांबे को ब्लिस्टर कहा जाता है, क्योंकि इसमें लोहा, जस्ता, निकल, आर्सेनिक, सुरमा, ऑक्सीजन और सल्फर की 1.5% तक अशुद्धियाँ होती हैं।

तांबे का शोधन। ब्लिस्टर कॉपर को उसकी गुणवत्ता को कम करने वाली अशुद्धियों को दूर करने के साथ-साथ उससे सोना और चांदी निकालने के लिए परिष्कृत किया जाता है। आधुनिक व्यवहार में, आग और इलेक्ट्रोलाइटिक रिफाइनिंग का उपयोग किया जाता है।

फायर (पाइरोमेटालर्जिकल) रिफाइनिंग में हवा के साथ ब्लिस्टर कॉपर को उड़ाने के दौरान रिवरबेरेटरी भट्टियों में अशुद्धियों का ऑक्सीकरण होता है। वायु ऑक्सीजन तांबे के साथ मिलकर ऑक्साइड Cu 2 O बनाता है, जो तब प्रतिक्रिया के अनुसार धातु की अशुद्धियों (Me) के साथ प्रतिक्रिया करता है

मी + क्यू 2 ओ \u003d मेओ + 2 सीयू।

सल्फर एक ही समय में ऑक्सीकृत होता है:

Cu 2 S + 2Cu 2 O \u003d 6Cu + SO 2।

उसके बाद, वे तांबे को डीऑक्सीडाइज़ करना शुरू करते हैं - Cu 2 O को पुनर्स्थापित करते हैं। ऐसा करने के लिए, तांबे को लकड़ी के खंभे के साथ मिलाया जाता है। जल वाष्प और हाइड्रोकार्बन की तेजी से रिहाई गैसों को हटाने और तांबे की वसूली में योगदान करती है:

4Cu 2 O + CH 4 \u003d 8Cu + 2H 2 O + CO 2।

अग्नि शोधन के बाद, तांबे की शुद्धता 99 ... 99.5% तक पहुंच जाती है।

तांबे का इलेक्ट्रोलाइटिक शोधन सल्फ्यूरिक एसिड के साथ अम्लीकृत कॉपर सल्फेट के घोल से भरे स्नान में किया जाता है। एनोड ब्लिस्टर कॉपर प्लेट्स 1x1 मीटर आकार और 50 मिमी मोटी हैं, कैथोड 0.5 मिमी मोटी शुद्ध तांबे की शीट हैं।

2 ... 3 V के वोल्टेज और 100 ... 400 A / m 2 के घनत्व के साथ एक धारा के पारित होने के साथ, एनोड घुल जाता है, तांबा विलयन के रूप में विलयन में चला जाता है, जिसे तब छुट्टी दे दी जाती है कैथोड और शुद्ध तांबे की एक परत के साथ जमा।

अधिक नकारात्मक क्षमता वाली अशुद्धियाँ (Zn, Fe, Ni, Bi, Sb, As, आदि) घोल में चली जाती हैं, लेकिन कैथोड पर अलग नहीं की जा सकती हैं यदि इसमें बड़ी मात्रा में कॉपर आयन होते हैं। सोने और चांदी समाधान में नहीं जाते हैं और तांबे के अलग-अलग टुकड़ों के साथ स्नान के तल पर बस जाते हैं, जो कीचड़ बनाने के लिए एनोड पर घुलने का समय नहीं रखते हैं। सल्फर, सेलेनियम और टेल्यूरियम यौगिक भी आपंक में मिल जाते हैं। कभी-कभी कीचड़ में 35% Ag, 6% Se, 3% Fe, 1% Au और अन्य मूल्यवान तत्व होते हैं। इसलिए, कीचड़ को आमतौर पर संसाधित किया जाता है और इन तत्वों को निकाला जाता है।

एल्यूमीनियम उत्पादन

एल्युमिनियम प्रकृति में एक काफी सामान्य धातु है। एल्यूमीनियम युक्त 250 खनिज हैं। एल्युमीनियम के मुख्य अयस्क बॉक्साइट, नेफलाइन, एल्युनाइट, काओलिन हैं। उनमें, यह हाइड्रॉक्साइड्स (AlOOH, Al (OH) 3), kaolinite (Al 2 O 3 × 2 SiO 2 × 2H 2 O), कोरंडम (Al 2 O 3) के रूप में होता है।

एल्यूमीनियम का उत्पादन करने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला मुख्य अयस्क बॉक्साइट है। एल्युमिनियम हाइड्रॉक्साइड्स अल 2 ओ 3 × एच 2 ओ और अल 2 ओ 3 × 3 एच 2 ओ के रूप में उनमें निहित है। अयस्क में कई अशुद्धियाँ हैं, हालाँकि, उत्पादन आर्थिक रूप से संभव है यदि इसमें एल्यूमिना सामग्री है कम से कम 12 ... 14%। हमारे देश में, मुख्य बॉक्साइट निक्षेप स्थित हैं लेनिनग्राद क्षेत्र, उरलों में और क्रास्नोयार्स्क क्षेत्र में।

एल्यूमीनियम उत्पादन की तकनीकी प्रक्रिया में तीन चरण होते हैं: अयस्कों से एल्यूमिना का निष्कर्षण, एल्यूमीनियम प्राप्त करने और शोधन के लिए इसका इलेक्ट्रोलिसिस। तकनीकी संचालन का क्रम अंजीर में दिखाया गया है। 1.17।

बॉक्साइट से एल्युमिना प्राप्त करने के लिए विश्व अभ्यास में सबसे आम विधि गीली क्षारीय विधि है।

तकनीकी संचालन का एक निश्चित क्रम है।

बॉक्साइट की तैयारी, जिसमें निरंतर ट्यूब भट्टियों में इसे कैल्सिन करना, क्रशर में पीसना और पीसना, स्क्रीन में आकार के अनुसार अलग करना, बाद में मिलों में पीसना और क्लासिफायर का उपयोग करके बारीक पिसे हुए अंश को अलग करना शामिल है।

बॉक्साइट की लीचिंग, जिसमें क्षार के जलीय घोल के साथ परस्पर क्रिया करने पर इसका रासायनिक अपघटन होता है। ऐसा करने के लिए, कुचल बॉक्साइट को एक आटोक्लेव में लोड किया जाता है और 200 ... 250 डिग्री सेल्सियस के तापमान और 3 एमपीए के दबाव में एक क्षार समाधान के साथ मिलाया जाता है। ऐसा करने के लिए, भाप का एक जेट नीचे आटोक्लेव के माध्यम से पारित किया जाता है, जो परिणामी लुगदी को मिलाता और गर्म करता है।

परिणामस्वरूप, लुगदी में निम्नलिखित प्रतिक्रियाएं होती हैं

अल 2 ओ 3 × एच 2 ओ + 2NaOH \u003d 2NaAlO 2 + एच 2 ओ।

सोडियम एल्युमिनेट (NaAlO2) की पर्याप्त मात्रा लगभग 4 घंटे के बाद घोल में प्राप्त होती है। बॉक्साइट के अन्य घटक (SiO2, Fe2O3, TiO2, आदि) एक अवक्षेप (लाल मिट्टी) बनाते हैं। लुगदी को आटोक्लेव से बाहर निकाला जाता है और आगे की प्रक्रिया के लिए एक पाइप के माध्यम से ले जाया जाता है।

लाल मिट्टी से एल्युमिनेट घोल को अलग करना। लुगदी को पिछले बैच की लाल मिट्टी को धोने से प्राप्त एक जलीय घोल से पतला किया जाता है, और थिकनेस (लुगदी तापमान 90 ... 100 ° C) में प्रसंस्करण के अधीन किया जाता है। इस उपचार के परिणामस्वरूप, लाल मिट्टी बैठ जाती है, जिसके बाद एल्युमिनेट घोल को निकालकर छान लिया जाता है (स्पष्ट किया जाता है)।

प्रतिक्रिया के अनुसार एल्युमिनेट घोल का अपघटन होता है

NaAlO 3 + 2H 2 O \u003d NaOH + Al (OH) 3।

अपघटन प्रक्रिया को मरोड़ना या अपघटन कहा जाता है। यह क्रिस्टलीय एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड अल (ओएच) 3 की उपस्थिति में धीमी सरगर्मी (96 ... 120 एच) एल्यूमिनेट समाधान द्वारा निर्मित होता है। प्रक्रिया 30 ... 60 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर कक्षों (डीकंपोजर) में होती है। नतीजतन, क्रिस्टलीय एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड एल्युमिनेट समाधान से जारी किया जाता है। परिणामी लुगदी को गाढ़ा किया जाता है। गाढ़े गूदे का एक हिस्सा अगले चक्र में कताई के लिए उपयोग किया जाता है, और गूदे के मुख्य भाग को छानकर धोया जाता है। नतीजतन, क्रिस्टलीय एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड 3 ... 4% नमी के साथ प्राप्त किया जाता है।

एल्युमिनियम हाइड्रॉक्साइड (कैल्सीनेशन) का निर्जलीकरण एल्युमिना उत्पादन का अंतिम चरण है। यह ट्यूबलर रोटरी भट्टों में 50 ... 70 मीटर लंबा और लगभग 4 मीटर व्यास में किया जाता है। भट्ठी एक झुकाव के साथ स्थित है। कच्चा माल भट्टी में ऊपर की ओर से प्रवेश करता है और इसकी पूरी लंबाई के साथ गुजरते हुए, इसकी ओर आने वाली फ्लू गैसों से निर्जलित हो जाता है। 40 ... 200 डिग्री सेल्सियस पर सामग्री सूख जाती है। 200 ... 1250 ° C पर, इसमें से हाइड्रेटेड पानी निकाल दिया जाता है और निर्जल एल्यूमिना बनता है।

2Al(ओएच) 3 \u003d अल 2 ओ 3 + 3 एच 2 ओ।

भट्ठी (शीतलन क्षेत्र) के अंत में, परिणामी एल्यूमिना का तापमान 60 ... 70 डिग्री सेल्सियस तक कम हो जाता है, और इसे भट्ठी से उतार दिया जाता है (कैल्सीनेशन प्रक्रिया शुरू होने के 1.5 घंटे बाद)। एल्यूमिना को इलेक्ट्रोलिसिस शॉप में भंडारण के लिए पाइपलाइन द्वारा ले जाया जाता है।

उपरोक्त तकनीक शुद्ध एल्यूमिना प्राप्त करना संभव बनाती है (अशुद्धियाँ 0.4 ... 0.66% से अधिक नहीं हैं)।

एल्यूमीनियम उत्पादन की तकनीकी प्रक्रिया में अगला कदम एल्युमिना का इलेक्ट्रोलिसिस है।

एल्युमिना का इलेक्ट्रोलिसिस एक इलेक्ट्रोलाइज़र (चित्र। 1.17) में तरल क्रायोलाइट (3NaF × AlF 3 या Na 3 AlF 6) में किया जाता है। इलेक्ट्रोलाइज़र 1 का कैथोड डिवाइस एक स्टील आवरण में स्नान है, जो कोयला ब्लॉकों के साथ अंदर से पंक्तिबद्ध है। तांबे के बसबार विद्युत प्रवाह की आपूर्ति के लिए स्नान के कोयले के तल से जुड़े होते हैं।

एनोड डिवाइस 2 एक लंबवत घुड़सवार कार्बन ब्लॉक है। इसका निचला हिस्सा इलेक्ट्रोलाइट में डूबा रहता है। इलेक्ट्रोलाइज़र को 70 ... 75 kA का प्रत्यक्ष विद्युत प्रवाह और 4 ... 4.5 V का वोल्टेज प्रदान किया जाता है। करंट का उपयोग इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया में और इलेक्ट्रोलाइट को 1000 ºС के तापमान पर गर्म करने के लिए किया जाता है।

इलेक्ट्रोलाइट में क्रायोलाइट पिघला होता है, जिसमें 8 ... 10% एल्यूमिना होता है।

ऑपरेशन के दौरान, एल्यूमिना के अपघटन के परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रोलाइट के तहत स्नान के तल पर तरल एल्यूमीनियम एकत्र किया जाता है। अशुद्धियों की उच्च सामग्री के कारण इसे कच्चा कहा जाता है।

प्रक्रिया का अंतिम चरण एल्यूमीनियम शोधन है। ऑपरेशन में क्लोरीन के साथ पिघले हुए एल्युमिनियम को फूंकना शामिल है। यह वाष्पशील एल्यूमीनियम क्लोराइड का उत्पादन करता है। परिणामी गैसों के बुलबुले उनकी सतह पर अशुद्धता परमाणुओं को अवशोषित करते हैं और उन्हें धातु के स्नान की सतह पर ले जाते हैं।

शोधन के बाद, तरल एल्यूमीनियम को व्यवस्थित किया जाता है - 30 ... 45 मिनट के लिए एक करछुल या बिजली की भट्टी में रखा जाता है। नतीजतन, एल्यूमीनियम की शुद्धता 99.5 ... 99.85% तक पहुंच जाती है। परिणामी एल्यूमीनियम को सांचों में डाला जाता है और अंत में सिल्लियां प्राप्त की जाती हैं।

ऊपर वर्णित तकनीक के लिए बड़ी मात्रा में बिजली की आवश्यकता होती है। प्रति 1 टन धातु में ऊर्जा की खपत 10,000 ... 12,000 kWh है।

मैग्नीशियम उत्पादन

लोहा, इस्पात और अलौह धातुओं के उत्पादन में धातु विज्ञान में मैग्नीशियम का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इंजीनियरिंग में, विमानन और मोटर वाहन उद्योगों में मैग्नीशियम का उपयोग मिश्र धातुओं के रूप में किया जाता है।

धातु के रूप में मैग्नीशियम प्रकृति में काफी व्यापक है। इसकी सामग्री में पृथ्वी की पपड़ीलगभग 2.3% है। मैग्नीशियम निम्नलिखित खनिजों के रूप में होता है, जो इसके उत्पादन के लिए कच्चे माल हैं: मैग्नेसाइट - प्राकृतिक मैग्नीशियम कार्बोनेट (MaCO 3), जिसमें 28.8% Mg होता है; डोलोमाइट - मैग्नीशियम और कैल्शियम का डबल कार्बोनेट (MgCO 3 ×CaCO 3), जिसमें 13.2% Mg होता है; कार्नेलाइट - मैग्नीशियम और पोटेशियम का डबल क्लोराइड (MgCl 2 × KCl × 6H 2 O), जिसमें 8.8% Mg, और बिस्कोफाइट - सिक्स-हाइड्रेट मैग्नीशियम क्लोराइड (MgCl 2 × 6H 2 O) होता है, जो समुद्र के पानी और नमक की झीलों के पानी में घुल जाता है। .

फीडस्टॉक के प्रकार के बावजूद, मैग्नीशियम प्राप्त करने की प्रक्रिया को तीन अवधियों में विभाजित किया जा सकता है: कच्चे माल की तैयारी, उससे मैग्नीशियम प्राप्त करना और शोधन। कच्चे माल के प्रकार के आधार पर मैग्नीशियम थर्मल और इलेक्ट्रोलाइटिक तरीकों से प्राप्त किया जाता है। उत्तरार्द्ध का सबसे अधिक बार उपयोग किया जाता है।

हमारे देश में मैग्नीशियम प्राप्त करने के लिए मुख्य कच्चा माल कार्नेलाइट है। मैग्नीशियम उत्पादन प्रक्रिया का क्रम इस प्रकार है (चित्र 1.18)।

कार्नेलाइट का संवर्धन। अयस्क को कुचला जाता है और फिर संसाधित किया जाता है गर्म पानी(टी = 110 ... 120 डिग्री सेल्सियस)। इस मामले में, MgCl 2 और KCl समाधान में जाते हैं, और अघुलनशील अशुद्धियों को वर्षा के बाद हटा दिया जाता है। इसके बाद, घोल को सामान्य तापमान पर वैक्यूम क्रिस्टलाइज़र में ठंडा किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप तथाकथित कृत्रिम कार्नेलाइट MgCl 2 ×KCl×6H 2 O के क्रिस्टल इससे अवक्षेपित होते हैं, जो निस्पंदन द्वारा अलग हो जाते हैं। परिणामी कार्नेलाइट की लगभग निम्नलिखित संरचना है: 32% MgCl 2; 26% KCl, 5% NaCl और 37% H 2 O।

कार्नेलाइट का निर्जलीकरण दो चरणों में किया जाता है। प्रक्रिया का पहला चरण एक द्रवित बिस्तर भट्टी में है। यह प्रक्रिया एक झुकी हुई शाफ्ट प्रकार की भट्टी में की जाती है। चूल्हा में बड़ी संख्या में छिद्रों के माध्यम से भट्टी में प्रवेश करने वाली गर्म गैस के साथ कार्नेलाइट का निर्जलीकरण होता है। पाउडर कार्नेलाइट को गैस के दबाव से सघनता से मिलाया जाता है और चूल्हे के साथ निकास खिड़की तक स्थानांतरित किया जाता है। यह आंदोलन उबलने का आभास देता है। उसी समय, कार्नेलाइट को 200 ... 210 ° C के तापमान पर गर्म किया जाता है, 3 ... 4% अवशिष्ट नमी के लिए निर्जलित किया जाता है, और फिर निर्जलीकरण के दूसरे चरण में भेजा जाता है।

इस स्तर पर, निर्जल कार्नेलाइट को एक कक्ष विद्युत पिघलने वाली भट्टी में पिघलाकर और फिर एक गर्म मिक्सर में प्राप्त किया जाता है। कक्ष विद्युत भट्ठी और मिक्सर विद्युत प्रतिरोध भट्टियां हैं जिनमें पिघला हुआ कार्नेलाइट हीटिंग तत्वों के रूप में कार्य करता है। पिघलने वाली भट्टी में, कार्नेलाइट का तापमान 520 ... 550 ° C तक पहुँच जाता है। मिक्सर में, मेल्ट का तापमान 840 ... 860 °C तक बढ़ा दिया जाता है। परिणामस्वरूप, कार्नेलाइट का पूर्ण निर्जलीकरण होता है, जबकि कुछ अशुद्धियाँ अवक्षेपित हो जाती हैं।

मैग्नीशियम का इलेक्ट्रोलाइटिक उत्पादन इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में किया जाता है। यह दुर्दम्य ईंटों से बना एक स्टील का स्नानघर है। सेल बाथ पिघले हुए इलेक्ट्रोलाइट (निर्जलित कार्नेलाइट मेल्ट और रिटर्न मैग्नीशियम क्लोराइड) से भरा होता है। इलेक्ट्रोलाइट तापमान 720 डिग्री सेल्सियस के भीतर बनाए रखा जाता है। सेल दो स्टील कैथोड के बीच स्थापित ग्रेफाइट एनोड से लैस है। ऊपर से, स्नान एक क्लोरीन जाल के साथ बंद है और वातावरण के साथ संचार से पूरी तरह से अलग है। चूँकि इलेक्ट्रोलाइट में MgCl 2, KCl, NaCl लवण और अन्य लवण और ऑक्साइड की अशुद्धियाँ होती हैं, मैग्नीशियम क्लोराइड का इलेक्ट्रोलाइटिक अपघटन आवश्यक वोल्टेज (2.7 ... 2.8 V), वर्तमान 30 ... के विद्युत प्रवाह को पारित करके सुनिश्चित किया जाता है। इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से 70 केए। जिस वोल्टेज पर इलेक्ट्रोलाइट में निहित अन्य यौगिकों का अपघटन होता है वह मैग्नीशियम क्लोराइड की तुलना में अधिक होता है।

स्थापना के संचालन के परिणामस्वरूप, एनोड पर क्लोरीन के बुलबुले बनते हैं, जो इलेक्ट्रोलाइट से निकलते हैं और तुरंत इलेक्ट्रोलाइज़र से चूस जाते हैं। धातु मैग्नीशियम की बूंदों को कैथोड की कामकाजी सतह पर छोड़ा जाता है। मैग्नीशियम इलेक्ट्रोलाइट की तुलना में हल्का होता है, इसलिए यह सतह पर तैरता है, जहां से इसे समय-समय पर वैक्यूम करछुल द्वारा हटा दिया जाता है। बाथ के तल पर मैग्नीशियम ऑक्साइड और आंशिक रूप से अपचयित आयरन युक्त कीचड़ जमा हो जाता है। कीचड़ और खर्च किए गए इलेक्ट्रोलाइट को वैक्यूम पंपों द्वारा हटा दिया जाता है। इलेक्ट्रोलिसिस के परिणामस्वरूप, कच्चा मैग्नीशियम प्राप्त होता है जिसमें 2 ... 3% अशुद्धियाँ (मैग्नीशियम ऑक्साइड, मैग्नीशियम नाइट्राइड और सिलिसाइड, आदि) होती हैं।

इलेक्ट्रोलाइट अशुद्धियों को दूर करने के लिए इलेक्ट्रोलाइज़र से निकाले गए कच्चे मैग्नीशियम का शोधन किया जाता है। रिफाइनिंग में फ्लक्स के साथ परिणामी मैग्नीशियम को फिर से पिघलाना शामिल है। ऐसा करने के लिए, मैग्नीशियम को एक स्टील क्रूसिबल में डाला जाता है और फ्लक्स (बोरिक एसिड, आदि) के साथ मिलाया जाता है। क्रूसिबल को एक विद्युत भट्टी में रखा जाता है और 710 ... 720 ° C को 0.5 ... 1 घंटे तक गर्म किया जाता है। बसने के दौरान, अशुद्धियाँ फ्लक्स में घुल जाती हैं, ऊपर तैरती हैं और स्लैग बनाती हैं। उसके बाद, मैग्नीशियम को सांचों में डाला जाता है और 99.9% की शुद्धता के साथ सिल्लियां प्राप्त की जाती हैं। निर्वात में इसके उच्च बनाने की क्रिया (उच्च बनाने की क्रिया) द्वारा मैग्नीशियम की गहरी शुद्धि की जा सकती है।

टाइटेनियम उत्पादन

टाइटेनियम को प्रकृति में व्यापक रूप से वितरित धातु माना जाता है, क्योंकि पृथ्वी की पपड़ी में इसकी सामग्री 0.6% है। टाइटेनियम और इसके मिश्र धातुओं के गुणों का अनूठा संयोजन, जैसे उच्च शक्ति, संक्षारण और रासायनिक प्रतिरोध, कम विशिष्ट गुरुत्व, उच्च गलनांक, विमान और जहाज निर्माण, अंतरिक्ष प्रौद्योगिकी, रासायनिक उद्योग, आदि में उपयोग किया जाता है।

टाइटेनियम उत्पादन के लिए कच्चे माल के रूप में काम करने वाले अयस्क वर्तमान में इल्मेनाइट FeO × TiO2 और रूटाइल TiO2 हैं।

अयस्कों से टाइटेनियम प्राप्त करने के कई तरीके हैं। सबसे आम तकनीकी प्रक्रियाओं में से एक का आरेख, जिसमें इल्मेनाइट प्रारंभिक उत्पाद है, अंजीर में दिखाया गया है। 1.19। प्रक्रिया की तकनीकी योजना में निम्नलिखित चरण शामिल हैं: अयस्क से ध्यान को अलग करना, टाइटेनियम डाइऑक्साइड का उत्पादन, टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड का उत्पादन, स्पंजी धातु प्राप्त करने के लिए टाइटेनियम की कमी, इसकी शोधन और सिल्लियों में टाइटेनियम स्पंज को फिर से पिघलाना।

अयस्कों से ध्यान निकालने से पहले, उन्हें कुचल दिया जाता है, और वांछित घटक की कम सामग्री के कारण, उन्हें समृद्ध किया जाता है। टाइटेनियम अयस्कों को प्लवनशीलता, गुरुत्वाकर्षण आदि द्वारा आसानी से समृद्ध किया जाता है। नतीजतन, एक इल्मेनाइट ध्यान प्राप्त होता है, जिसमें टाइटेनियम डाइऑक्साइड सामग्री 40 ... 45% तक होती है।

लोहे के आक्साइड और अपशिष्ट चट्टान को अलग करके केंद्रित टाइटेनियम डाइऑक्साइड प्राप्त किया जाता है, जिसकी सामग्री इल्मेनाइट ध्यान में 40% से अधिक है। ऐसा करने के लिए, सांद्र को कोयले के साथ मिश्रित किया जाता है, ज्वाला परावर्तनी या विद्युत भट्टियों में लोड किया जाता है और कच्चा लोहा (~1200 डिग्री सेल्सियस) के पिघलने बिंदु तक गरम किया जाता है। नतीजतन, लोहे को ऑक्साइड से कम किया जाता है, और कोयले के साथ कार्बराइजेशन के बाद, भट्ठी के चूल्हे पर कच्चा लोहा बनता है।

FeO × TiO 2 + C \u003d Fe + TiO 2 + CO।

टाइटेनियम ऑक्साइड स्लैग में बदल जाता है जो पिघले हुए लोहे के स्नान की सतह पर तैरता है। कच्चा लोहा और लावा को भट्टी से निकाला जाता है और अलग-अलग सांचों में डाला जाता है। टाइटेनियम स्लैग, जिसमें एक विशिष्ट सफेद रंग होता है, में 90% तक टाइटेनियम डाइऑक्साइड, साथ ही अशुद्धियाँ - आयरन, सिलिकॉन, एल्यूमीनियम, आदि के ऑक्साइड होते हैं। कच्चा लोहा प्रक्रिया का एक उप-उत्पाद है।

टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड टाइटेनियम धातुमल के क्लोरीनीकरण द्वारा प्राप्त किया जाता है। ऐसा करने के लिए, इसे कुचल दिया जाता है, कोयले, तारकोल (बांधने की मशीन) के साथ मिलाया जाता है और ब्रिकेट में दबाया जाता है। ब्रिकेट को हवा के उपयोग के बिना 800 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर कैलक्लाइंड किया जाता है, और फिर विशेष भट्टियों - शाफ्ट क्लोरीनेटर्स में क्लोरीनीकरण के अधीन किया जाता है। प्रक्रिया उच्च तापमान (800 ... 1250 डिग्री सेल्सियस) पर की जाती है। कार्बन की उपस्थिति में, क्लोरीन प्रतिक्रिया के अनुसार टाइटेनियम डाइऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करता है:

TiO 2 + 2Cl 2 + C \u003d TiCl 4 + CO 2।

टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड एक भूरे रंग का तरल है जिसका क्वथनांक 1300 डिग्री सेल्सियस है। इसके साथ, अशुद्धियों के रूप में धातुमल में शामिल तत्वों के क्लोराइड यौगिक (FeCl4, AlCl3, आदि) बनते हैं। सुधार के सिद्धांत के अनुसार क्लोराइड का पृथक्करण किया जाता है। ऐसा करने के लिए, क्लोराइड के मिश्रण की एक जोड़ी को संघनक इकाइयों की एक प्रणाली से गुजारा जाता है, जिसमें तापमान को संबंधित क्लोराइड के क्वथनांक से कम बनाए रखा जाता है।

क्लोराइड यौगिक से टाइटेनियम की कमी को अक्सर मैग्नीशियम थर्मल विधि द्वारा किया जाता है। प्रक्रिया रिएक्टरों में 950 ... 1000 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक आर्गन वातावरण में की जाती है। रिएक्टर एक स्टील का मुंहतोड़ जवाब है जिसका व्यास और कई मीटर की ऊंचाई है। मैग्नीशियम को रिएक्टर में लोड किया जाता है और टाइटेनियम टेट्राक्लोराइड खिलाया जाता है। उनकी बातचीत के परिणामस्वरूप, धात्विक टाइटेनियम बनता है, जिसके ठोस कण झरझरा स्पंज द्रव्यमान में पाप हो जाते हैं।

TiCl 4 + 2Mg \u003d Ti + 2MgCl 2।

प्रक्रिया का एक उप-उत्पाद, मैग्नीशियम क्लोराइड, समय-समय पर रिएक्टर से नल-छिद्र के माध्यम से निकाला जाता है और प्रसंस्करण (इलेक्ट्रोलिसिस) के लिए भेजा जाता है। इसके छिद्रों में परिणामी टाइटेनियम स्पंज में 35 ... 40% मैग्नीशियम और मैग्नीशियम क्लोराइड अशुद्धियों के रूप में होते हैं।

अशुद्धियों से इसे शुद्ध करने के लिए टाइटेनियम शोधन वैक्यूम डिस्टिलेशन की विधि द्वारा किया जाता है - 900 ... 950 ° C के तापमान पर वैक्यूम में (0.1 Pa के अवशिष्ट वायु दाब पर)। इस मामले में, अशुद्धियाँ या तो पिघल जाती हैं या वाष्पित हो जाती हैं।

सिल्लियों में टाइटेनियम स्पंज को फिर से पिघलाना वैक्यूम-आर्क रीमेल्टिंग द्वारा किया जाता है। ऐसा करने के लिए, स्टील रिफाइनिंग सेक्शन में पहले चर्चा की गई स्थापना के समान एक वैक्यूम में दबाकर और रीमेल्ट करके स्पंज से एक उपभोज्य इलेक्ट्रोड बनाया जाता है। प्राप्त टाइटेनियम सिल्लियों की शुद्धता 99.6 ... 99.7% है।

अनुभाग में ज्ञान के वर्तमान नियंत्रण के लिए प्रश्न

1. क्या आप मशीन और उपकरण बनाने में प्रयुक्त होने वाली सामग्री के बारे में जानते हैं?

2. लौह मिश्र धातु क्या हैं, आप कौन सी लौह मिश्र धातु जानते हैं?

3. अलौह मिश्र धातु क्या है, आप अलौह मिश्र धातुओं को क्या जानते हैं?

4. आप किस प्रकार की गैर-धातु सामग्री को जानते हैं?

5. धातुकर्म उत्पादन क्या है, इसके कार्य क्या हैं?

6. लौह धातु विज्ञान किस प्रकार के उत्पादों का उत्पादन करता है?

7. कच्चा लोहा के उत्पादन के लिए प्रारंभिक सामग्री क्या है?

8. धातुकर्म में आवेश किसे कहते हैं?

9. ब्लास्ट फर्नेस कैसे काम करती है और कैसे काम करती है?

10. ब्लास्ट फर्नेस में आयरन-कार्बन मिश्र धातुओं के उत्पादन की विधि के क्या नुकसान हैं, क्या आप जानते हैं?

11. इस्पात उत्पादन के लिए कच्चा माल क्या है?

12. स्टील बनाने वाली भट्टी में भौतिक और रासायनिक प्रतिक्रियाओं का क्रम क्या है?

13. धातुकर्म भट्टी में स्टील बनाने की तकनीकी प्रक्रिया के कौन से चरण आप जानते हैं?

14. ऑक्सीजन कन्वर्टर में स्टील बनाने की विधि का सार क्या है, ऑक्सीजन कन्वर्टर कैसे काम करता है और कैसे काम करता है?

15. ऑक्सीजन कन्वर्टर में स्टील बनाने की विधि के फायदे और नुकसान की सूची बनाएं?

16. खुले चूल्हे की भट्टी में स्टील को कैसे पिघलाया जाता है?

17. हमें बताएं कि चूल्हे की भट्टी कैसे व्यवस्थित और काम करती है?

18. खुली चूल्हा भट्टी में पिघलने की प्रक्रिया की अवधि क्या है?

19. खुली चूल्हा भट्टी के क्या फायदे और नुकसान हैं?

20. क्या आप इस्पात निर्माण के लिए डिज़ाइन की गई विद्युत भट्टियों के बारे में जानते हैं?

21. विद्युत चाप भट्टी में ऊष्मा का स्रोत क्या है?

22. स्टील गलाने के लिए इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस कैसे काम करती है?

23. इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस के क्या फायदे और नुकसान हैं?

24. प्रेरण विद्युत भट्टी में ऊष्मा का स्रोत क्या है?

25. स्टील गलाने के लिए विद्युत प्रेरण भट्टियों का संचालन किस सिद्धांत पर किया जाता है?

26. एक इंडक्शन इलेक्ट्रिक ओवन कैसे काम करता है और काम करता है?

27. इंडक्शन फर्नेस के क्या फायदे और नुकसान हैं?

28. अयस्कों से लोहे के सीधे अपचयन की कौन-सी विधियाँ आप जानते हैं?

29. ओस्कोल मैटलर्जिकल प्लांट में कार्यान्वित लोहे के उत्पादन की विधि के बारे में बताएं?

30. स्टील में अशुद्धियाँ कैसे मिलती हैं?

31. स्टील की गुणवत्ता में सुधार के कौन से तरीके आप जानते हैं?

32. स्टील को सिंथेटिक स्लैग से परिष्कृत करने की विधि क्या है?

33. स्टील के रिफाइनिंग उपचार के दौरान वैक्यूम डीगैसिंग की विधि क्या है?

34. स्टील रिफाइनिंग के दौरान इलेक्ट्रोस्लैग रीमेल्टिंग कैसे की जाती है?

35. वैक्यूम-आर्क रीमेल्टिंग की विधि का सार क्या है और यह स्टील की गुणवत्ता को कैसे प्रभावित करता है?

36. आप कौन सी स्टील कास्टिंग विधियों को जानते हैं?

37. स्टील डालने के लिए किस उपकरण का उपयोग किया जाता है?

38. ऊपर से सांचे भरते समय स्टील की ढलाई कैसे की जाती है, इस विधि के क्या फायदे और नुकसान हैं?

39. साइफन से स्टील डालने का तरीका क्या है, इसके क्या फायदे और नुकसान हैं?

40. निरंतर कास्टिंग मशीनों पर स्टील कैसे डाला जाता है, इसके क्या फायदे और नुकसान हैं?

41. आप मुख्य प्रकार के अलौह धातुकर्म उत्पादों के बारे में क्या जानते हैं?

42. ताँबे का उत्पादन वर्तमान में किस प्रकार किया जाता है?

43. एल्युमीनियम उत्पादन की तकनीकी प्रक्रिया के बारे में बताएं?

44. मैग्नीशियम के उत्पादन में किस क्रम में संचालन किया जाता है?

45. वर्तमान में टाइटेनियम उत्पादन की तकनीकी प्रक्रिया की सबसे आम योजना क्या है?

धातु उत्पादन

धातुकर्म उद्योग की एक शाखा है जो अयस्कों और अन्य कच्चे माल से धातुओं का उत्पादन करती है।

सभी धातुओं को लौह और अलौह में विभाजित किया गया है। लौह धातुओं में लोहा, मैंगनीज, क्रोमियम और उन पर आधारित मिश्र धातु शामिल हैं; रंग - बाकी सब। अलौह धातुओं को चार समूहों में बांटा गया है: 1) भारी: तांबा, सीसा, टिन, जस्ता और निकल; 2) प्रकाश: एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम, कैल्शियम, क्षार और क्षारीय पृथ्वी; 3) कीमती या महान: प्लैटिनम, इरिडियम, ऑस्मियम, पैलेडियम, रूथेनियम, रोडियम, सोना और चांदी; 4) दुर्लभ (अन्य सभी): ए) दुर्दम्य: टंगस्टन, मोलिब्डेनम, वैनेडियम, टाइटेनियम, कोबाल्ट, जिरकोनियम, इनोबियम; बी) बिखरा हुआ: जर्मेनियम, गैलियम, थैलियम, इंडियम और रेनियम; ग) विरल मृदाएँ: लैंथेनाइड्स; डी) रेडियोधर्मी: थोरियम, रेडियम, एक्टिनियम, प्रोटैक्टीनियम और यूरेनियम; ई) कृत्रिम पोलोनियम, एस्टैटिन, नेप्टुनियम, प्लूटोनियम, आदि।

अलौह और लौह धातु विज्ञान के लिए कच्चा माल. निकाली गई धातु के अनुसार अयस्कों को लोहा, तांबा, मैंगनीज, सीसा, तांबा-निकल, यूरेनियम आदि कहा जाता है। उनकी संरचना के अनुसार, उन्हें सल्फाइड, ऑक्सीकृत और देशी में विभाजित किया जाता है। सल्फाइड अयस्क ऐसी चट्टानें हैं जिनमें परिणामी धातु सल्फाइड के रूप में होती है। ये हैं तांबा, जस्ता, सीसा और बहुधात्विक अयस्क (चाल्कोपीराइट CuFeS 2, गैलेना PbS, स्फालेराइट ZnS, आदि)। यदि निकाली गई धातु ऑक्साइड या अन्य ऑक्सीजन युक्त खनिजों (सिलिकेट, कार्बोनेट) के रूप में है, तो ऐसे अयस्क ऑक्सीकृत के रूप में वर्गीकृत किया गया है। लोहा, मैंगनीज, एल्यूमीनियम अयस्क अधिक बार ऑक्सीकृत होते हैं। प्राकृतिक धातु मिश्र धातुओं वाले अयस्कों को देशी अयस्क कहा जाता है।

प्रौद्योगिकी विकास के वर्तमान स्तर पर, लौह अयस्क को कम से कम 30% Fe, जस्ता - 3% Zn और तांबे - 0.5% Cu की सामग्री के साथ संसाधित करना लाभदायक माना जाता है।

अयस्क से धातु प्राप्त करने के लिए, अपशिष्ट चट्टान को अलग करने के अलावा, धातु को उसके साथ रासायनिक रूप से जुड़े तत्वों से अलग करना आवश्यक है। इस चरण को धातुकर्म प्रक्रिया कहा जाता है। उच्च तापमान के उपयोग के साथ की जाने वाली धातुकर्म प्रक्रिया को पाइरोमेटालर्जिकल कहा जाता है, जलीय घोलों के उपयोग के साथ - हाइड्रोमेटालर्जिकल। इलेक्ट्रोमेटालर्जिकल प्रक्रियाओं को एक अलग समूह में प्रतिष्ठित किया जाता है।

उत्पादन का पहला चरण कच्चे माल का संवर्धन है। अगले चरण में क्लोरीन के साथ-साथ सल्फर ऑक्साइड (IV) या तरल अभिकर्मकों (एसिड, क्षार, कॉम्प्लेक्सिंग एजेंट) के उपचार में, रोस्टिंग द्वारा ध्यान केंद्रित करने के अपघटन में शामिल हैं। अंतिम दो विधियों से, निकाली गई धातु को एक घोल में स्थानांतरित किया जाता है, जिसमें से एक ऑक्साइड या नमक निकलता है। दुर्लभ धातुविरल रूप से घुलनशील यौगिक या क्रिस्टलीकरण के रूप में अवक्षेपण। अंतिम चरण कार्बन या हाइड्रोजन, थर्मल अपघटन, विस्थापन (सीमेंटेशन), समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस या पिघलने से शुद्ध धातु या मिश्र धातु का उत्पादन होता है।

अपवर्तक धातुओं (टंगस्टन, मोलिब्डेनम - पौधे "पोबेडिट") के उत्पादन में, पाउडर धातु विज्ञान की विधि का उपयोग किया जाता है, जिसमें पाउडर धातुओं के ऑक्साइड में कमी होती है। फिर धातु के पाउडर को उच्च दबाव में दबाया जाता है और बिजली की भट्टियों में पकाया जाता है, धातु को तरल अवस्था में स्थानांतरित किए बिना प्राप्त किया जाता है। धातु के पाउडर का सिंटरिंग तापमान आमतौर पर धातु के पिघलने के तापमान से 1/3 कम होता है।

लोहे और उसके मिश्र धातुओं का उत्पादन

मनुष्य द्वारा उपयोग की जाने वाली धातुओं में, लोहा और इसकी मिश्र धातु मात्रा और दायरे के मामले में पहले स्थान पर हैं। व्यवहार में, आमतौर पर शुद्ध लोहे का उपयोग नहीं किया जाता है, लेकिन इसकी मिश्र धातु और मुख्य रूप से कार्बन के साथ। इंजीनियरिंग में, 0.2% से कम कार्बन सामग्री वाली लौह धातु को लोहा कहा जाता है। कार्बन की मात्रा के अनुसार, सभी मिश्र धातुओं को स्टील्स और कच्चा लोहा में बांटा गया है। स्टील्स में 0.2 से 2% की कार्बन सामग्री के साथ लोहे की मिश्र धातुएं, 2% से ऊपर कार्बन सामग्री के साथ कच्चा लोहा (आमतौर पर 3.5 से 4.5% तक) शामिल हैं।

चित्र 1 लौह-कार्बन प्रणाली की चरण अवस्था का आरेख दिखाता है।

जैसा कि आरेख से निम्नानुसार है, स्टील्स के पिघलने की शुरुआत का तापमान बिंदु E तक कार्बन सामग्री बढ़ने के साथ घटता है। यह बिंदु ठोस लोहे (2% C) में कार्बन की सीमित घुलनशीलता से मेल खाता है। कच्चा लोहा के लिए, कार्बन की मात्रा की परवाह किए बिना, गलनांक स्थिर रहता है।

यदि कच्चा लोहा में कार्बन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा सीमेंटाइट Fe 3 C के रूप में होता है, तो ऐसे कच्चा लोहा को सफेद कहा जाता है। इसकी उच्च कठोरता और भंगुरता के कारण मशीन टूल्स पर प्रक्रिया करना मुश्किल होता है, इसलिए सफेद कच्चा लोहा स्टील में संसाधित होता है। इस आधार पर, उन्हें पिग आयरन नाम मिला। पिघले हुए लोहे के धीमे शीतलन के साथ, Fe 3 C का हिस्सा ग्रेफाइट के रूप में मुक्त कार्बन की रिहाई के साथ विघटित हो जाता है। ऐसे कच्चे लोहे को ग्रे या फाउंड्री कहा जाता है। यह नरम, कम भंगुर और अच्छी तरह से मशीनीकृत है।

स्टील की संरचना कार्बन और मिश्र धातु हो सकती है। कार्बन स्टील्स को स्टील्स कहा जाता है, जिसके गुण कार्बन द्वारा निर्धारित किए जाते हैं, और अन्य अशुद्धियों का कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं होता है। कार्बन सामग्री के अनुसार, इन स्टील्स को निम्न-कार्बन (0.3% C तक), मध्यम-कार्बन (0.3 से 0.65% तक) और उच्च-कार्बन (0.65 से 2% C तक) में विभाजित किया गया है। छत का लोहा, स्टील शीट, काले और सफेद टिन (व्यापक रूप से कंटेनरों के निर्माण के लिए उपयोग किया जाता है), नरम तार, आदि निम्न-कार्बन स्टील से बने होते हैं; मध्यम कार्बन स्टील्स का उपयोग रेल, पाइप, तार, मशीन भागों के उत्पादन के लिए किया जाता है; उच्च-कार्बन का उपयोग मुख्य रूप से विभिन्न प्रकार के उपकरणों के निर्माण के लिए किया जाता है।

मिश्रित स्टील्स को स्टील कहा जाता है, जिसमें कार्बन के अलावा, विशेष रूप से गुणों को बदलने के लिए पेश किए गए अन्य योजक (Cr, Mn, Ni, V, W, Mo, आदि)। 3-5% मिश्रधातु वाले तत्वों वाले स्टील को निम्न-मिश्र धातु, 5-10% मध्यम-मिश्र धातु, 10% या अधिक - उच्च-मिश्र धातु माना जाता है। निकेल स्टील को अधिक लचीलापन और कठोरता देता है, मैंगनीज - शक्ति, क्रोमियम - कठोरता और संक्षारण प्रतिरोध, मोलिब्डेनम और वैनेडियम - उच्च तापमान पर शक्ति, आदि। उदाहरण के लिए, मैंगनीज स्टील्स (8-14% Mn) में उच्च प्रभाव प्रतिरोध होता है, उनका उपयोग किया जाता है क्रशर, बॉल मिल, रेल और अन्य शॉक-स्ट्रेस्ड उत्पादों के निर्माण के लिए। क्रोम-मोलिब्डेनम और क्रोम-वैनेडियम स्टील्स का उपयोग उच्च दबाव और ऊंचे तापमान पर चलने वाले संश्लेषण स्तंभों के निर्माण के लिए किया जाता है। रासायनिक रिएक्टर, पाइपलाइन, रसोई के बर्तन, कांटे, चाकू आदि क्रोमियम-निकल या स्टेनलेस स्टील से बने होते हैं। स्टील को भी उनके उद्देश्य के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है: निर्माण (संरचनात्मक), मशीन-निर्माण, उपकरण और स्टील विशेष (विशेष) के साथ गुण। कुछ अशुद्धियाँ स्टील के गुणों को विशेष रूप से खराब कर देती हैं। तो, सल्फर स्टील को लाल भंगुरता देता है - लाल गर्मी पर भंगुरता, फास्फोरस - ठंडी भंगुरता, यानी सामान्य और कम तापमान पर भंगुरता, नाइट्रोजन और हाइड्रोजन - गैस छिद्र, भंगुरता।

लौह उत्पादन

वर्तमान में, लौह धातुओं के धातुकर्म उत्पादन की मुख्य प्रक्रिया दो चरणों वाली योजना के अनुसार की जाती है: ब्लास्ट फर्नेस में पिग आयरन का उत्पादन और स्टील में इसका रूपांतरण। कच्चा लोहा का उपयोग फ्रेम, मशीन, भारी पहिये, पाइप आदि की ढलाई के लिए भी किया जाता है। लोहे के उत्पादन के लिए मुख्य कच्चा माल लौह अयस्क, फ्लक्स और ईंधन हैं।

औद्योगिक प्रकार के लौह अयस्कों को प्रमुख अयस्क खनिज के प्रकार के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है: 1) चुंबकीय लौह अयस्कमुख्य रूप से खनिज मैग्नेटाइट Fe 3 O 4 (उच्चतम लौह सामग्री - 50-70% और कम सल्फर सामग्री के साथ) से मिलकर बनता है, जिसे बहाल करना मुश्किल है; 2) लाल लौह अयस्कखनिज हेमेटाइट के रूप में 50-70% लोहा होता है - फे 2 ओ 3, सल्फर, फास्फोरस की छोटी अशुद्धता और मैग्नेटाइट से अधिक आसानी से बहाल हो जाती है; 3) भूरा लौह अयस्क Fe 2 O 3 × pH 2 O संघटन के लौह हाइड्रॉक्साइड हैं जिनमें अधिशोषित जल की एक चर मात्रा होती है। ये अयस्क ज्यादातर लोहे की सामग्री (25 से 53% तक) में खराब होते हैं, जो अक्सर हानिकारक अशुद्धियों - सल्फर, फास्फोरस, आर्सेनिक से दूषित होते हैं। क्रोमियम-निकल ब्राउन लौह अयस्क (2% Cr और 1% Ni) प्राकृतिक रूप से मिश्रित लोहे और स्टील को गलाने के लिए उपयोग किया जाता है; चार) बल्ला लौह अयस्क 30-37% Fe, साथ ही FeCO 3 और सल्फर और फास्फोरस की मामूली अशुद्धियाँ होती हैं। फायरिंग के बाद लोहे की मात्रा 50-60% तक बढ़ जाती है। साइडराइट्स को अक्सर 1 से 10% मैंगनीज के मिश्रण की विशेषता होती है।

लौह और अलौह धातुओं के उत्पादन से निकलने वाले अपशिष्ट भी कच्चे माल के रूप में काम करते हैं, लेकिन अयस्कों की कुल खपत में उनकी हिस्सेदारी कम है। आग रोक ऑक्साइड को एक कम पिघलने वाले स्लैग में स्थानांतरित करने के लिए जो कच्चा लोहा के साथ मिश्रण नहीं करता है, ब्लास्ट-फर्नेस गलाने की प्रक्रिया में फ्लक्स का उपयोग किया जाता है - मुख्य प्रकृति की चट्टानें: चूना पत्थर या डोलोमाइट (CaCO 3, MgCO 3)। आमतौर पर 1 टन कच्चा लोहा गलाने के लिए 0.4-0.8 टन फ्लक्स की खपत होती है।

पिग आयरन के उत्पादन में ईंधन के रूप में, कोक का उपयोग 80-86% C, 2-7% H 2 O, 1.2-1.7 की सामग्री के साथ किया जाता है % एस, 15% राख और प्राकृतिक गैस तक।

ब्लास्ट फर्नेस प्रगलन के लिए लौह अयस्क की तैयारी है
क्रशिंग, स्क्रीनिंग, औसत और संवर्धन। रोस्टिंग, इलेक्ट्रोमैग्नेटिक सेपरेशन, फ्लोटेशन को कम करके अयस्क के प्रकार के आधार पर संवर्धन किया जाता है। हमारे देश में, लगभग सभी खनन अयस्कों को तैयार करने के अंतिम चरण में समूहन के अधीन किया जाता है। यह कोक ब्रीज (5-8%) और जले हुए चूना पत्थर (3-6%) के साथ एक कन्वेयर-प्रकार की सिंटरिंग मशीन में कुचले हुए अयस्क की सिंटरिंग की प्रक्रिया है। संकुलन के साथ, चूर्णित अयस्क को रोटरी भट्ठों में बाइंडर के साथ पेलेटाइज़ करने का भी उपयोग छर्रों को प्राप्त करने के लिए किया जाता है।

ब्लास्ट फर्नेस प्रक्रिया. कास्ट आयरन को ब्लास्ट फर्नेस या ब्लास्ट फर्नेस कहे जाने वाले मेटलर्जिकल शाफ्ट-प्रकार के रिएक्टरों में पिघलाया जाता है। व्याख्यान 4 में ब्लास्ट फर्नेस का विवरण दिया गया है।

चूल्हा क्षेत्र में, गहन वायु आपूर्ति के कारण, एक ऑक्सीकरण वातावरण बना रहता है और कोक कार्बन जलता है:

सी + ओ 2 \u003d सीओ 2 + 401 केजे

ब्लास्ट फर्नेस को आपूर्ति की जाने वाली हवा को पुनर्योजी एयर हीटर (कूपर) में 900-1200 डिग्री सेल्सियस (चित्र 2) तक गर्म किया जाता है।

गर्म कोक की सतह पर कार्बन मोनोऑक्साइड (IV) कार्बन मोनोऑक्साइड (II) में कम हो जाती है:

2C + CO 2 \u003d 2CO - 166 kJ

चूल्हे में बनने वाली अपचायक गैस भट्टी के ऊपर उठती है, गर्म होती है और चार्ज घटकों को कम करती है। ब्लास्ट फर्नेस के चूल्हे का उच्चतम तापमान 1800 °C है, सबसे ऊपर का तापमान 250 °C है। चूल्हा में गैस का दबाव 0.2-0.35 एमपीए है।

जैसे ही चार्ज उतरता है, निम्नलिखित प्रक्रियाएं क्रमिक रूप से आगे बढ़ती हैं: आवेश के अस्थिर घटकों का अपघटन, आयरन ऑक्साइड और अन्य यौगिकों की कमी, आयरन का कार्बराइजेशन (कार्बन का विघटन), स्लैग का निर्माण और पिघलना। चार्ज घटकों का अपघटन शीर्ष में शुरू होता है, और साथ ही (200 डिग्री सेल्सियस तक) नमी हटा दी जाती है। जब मिश्रण को 400 से 600 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, तो लोहे, मैंगनीज, मैग्नीशियम कार्बोनेट का गहन अपघटन होता है, और 800-900 डिग्री सेल्सियस पर - चूना पत्थर। कैल्सियम और मैग्नीशियम ऑक्साइड गैंग के अवयवों से अभिक्रिया करके सिलिकेट और एल्युमिनेट बनाते हैं। वाष्पशील घटकों के अवशेष कोक से निकाल दिए जाते हैं।

लोहे की कमी योजना के अनुसार उच्च से निम्न आक्साइड से प्राथमिक लोहे तक क्रमिक संक्रमण की प्रक्रिया है:

Fe 2 O 3 ® Fe 3 O 4 ® FeO® Fe

कमी की प्रक्रिया लोहे के आक्साइड के साथ कार्बन मोनोऑक्साइड की प्रतिक्रियाओं पर आधारित है:

2Fe 2 O 3 + CO \u003d 2Fe 3 O 4 + CO 2 + 63 kJ

Fe 3 O 4 + CO \u003d 3FeO + CO 2 - 22 kJ

फेहे + सीओ = फे + सीओ 2 + 13 केजे

कार्बन मोनोऑक्साइड (II) के साथ लोहे की कमी को आमतौर पर अप्रत्यक्ष (अप्रत्यक्ष) कहा जाता है, और ठोस कार्बन की मदद से - प्रत्यक्ष।

लोहे की प्रत्यक्ष कमी न केवल कोक के कार्बन के कारण होती है, बल्कि अयस्क की सतह पर कार्बन मोनोऑक्साइड (II) के थर्मल पृथक्करण के दौरान बनने वाले कार्बन से भी होती है:

2SO = सीओ 2 + सी

अतिरिक्त ईंधन के रूप में प्राकृतिक गैस का उपयोग प्रक्रिया तापमान में वृद्धि और हाइड्रोजन के साथ अयस्क की अप्रत्यक्ष कमी में योगदान देता है:

सीएच 4 + 2 ओ 2 \u003d सीओ 2 + 2 एच 2 + 803 केजे

एच 2 ओ + सी \u003d एच 2 + सीओ - 126 केजे

लोहे के अलावा, ब्लास्ट-फर्नेस प्रक्रिया की शर्तों के तहत, चार्ज के हिस्से वाले अन्य तत्व भी कम हो जाते हैं। हालांकि, मैंगनीज का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बरामद नहीं होता है और लावा में बदल जाता है।

अयस्क की विषम कमी स्पंज आयरन के उत्पादन के साथ समाप्त होती है, जिसके छिद्रों में कार्बन मोनोऑक्साइड (II) का विघटन होता है। लोहे के साथ परिणामी ब्लैक कार्बन सीमेंटाइट देता है:

3Fe + C \u003d Fe 3 C

वहीं, कार्बन के घुलने से लोहे का कार्बराइजेशन होता है। लोहे में कार्बन की मात्रा बढ़ने से उसका गलनांक कम हो जाता है। लगभग 1200 डिग्री सेल्सियस पर, कार्बराइज्ड लोहा पिघला देता है, कोक और फ्लक्स के टुकड़ों पर बहता है, अतिरिक्त रूप से कार्बन, सिलिकॉन, मैंगनीज, फास्फोरस और अन्य तत्वों को भंग कर देता है। पिघला हुआ लोहा भट्टी में जमा हो जाता है। सिलिकॉन ऑक्साइड (IV), एल्यूमीनियम ऑक्साइड, मैंगनीज के साथ कैल्शियम ऑक्साइड की परस्पर क्रिया के कारण स्लैग का निर्माण लगभग 1000 ° C के तापमान पर शुरू होता है। 1250-1350 डिग्री सेल्सियस पर, लावा पिघल जाता है और पिघले हुए कच्चा लोहा के ऊपर चूल्हा में जमा हो जाता है। स्लैग में FeO के संक्रमण को रोकने और सल्फर को हटाने के लिए, स्लैग की मूलभूतता (अतिरिक्त CaO) को बढ़ाना आवश्यक है:

FeO × SiO 2 + CaO = CaSiO 3 + FeO

फेहे + सीओ = फ़े + CO2

FeS + CaO = FeO + CaS

एमएनएस + सीएओ = एमएनओ + सीएएस

परिणामी कैल्शियम सल्फाइड लावा में घुलनशील है, लेकिन कच्चा लोहा में अघुलनशील है।

प्रक्रिया की निरंतरता सुनिश्चित करने के लिए, ब्लास्ट फर्नेस को कई एयर हीटर द्वारा परोसा जाता है। ब्लास्ट-फर्नेस प्रक्रिया में 1000-1350 डिग्री सेल्सियस की सीमा में गर्म हवा का उपयोग प्रत्येक 100 डिग्री सेल्सियस के लिए उत्पादकता में 2% की वृद्धि और समान मात्रा में कोक की खपत को कम करना संभव बनाता है।

ब्लास्ट-फर्नेस गलाने के परिणामस्वरूप, कच्चा लोहा प्राप्त होता है, जो कास्टिंग द्वारा उत्पादों के निर्माण के लिए निर्देशित होता है; रूपांतरण और विशेष कच्चा लोहा (फेरोसिलिकॉन - 10-12% Si, दर्पण - 12 - 20% Mn और फेरोमैंगनीज - 60-80% Mn), स्टील में संसाधित; ब्लास्ट-फर्नेस स्लैग, जिसमें से विभिन्न निर्माण सामग्री का उत्पादन किया जाता है: स्लैग पोर्टलैंड सीमेंट, स्लैग कंक्रीट, स्लैग वूल, सड़क निर्माण के लिए सिरेमिक ग्लास; ब्लास्ट-फर्नेस गैस (30% सीओ तक) को धूल से अलग किया जाता है और रोलिंग से पहले धातु को गर्म करने के लिए एयर हीटर, कोक ओवन में ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है।

अयस्कों से लोहे का प्रत्यक्ष उत्पादन

यह एक ऐसी धातुकर्म प्रक्रिया है जब पिग आयरन के उत्पादन के चरण को दरकिनार करते हुए अयस्क को ठोस अवस्था में कम किया जाता है। डायरेक्ट रिडक्शन द्वारा प्राप्त स्पंज आयरन को इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में स्टील में संसाधित किया जाता है। द्रवित बिस्तर रिएक्टरों में शाफ्ट और रोटरी भट्टियों में लोहे की सीधी कमी की जाती है। कच्चा माल एक उच्च लौह सामग्री, अयस्क जुर्माना के साथ छर्रों हैं, कम करने वाला एजेंट प्राकृतिक गैस, तरल और चूर्णित ठोस ईंधन है। रूस में, लेबेडिंस्कॉय जमा के आधार पर, ओस्कोल इलेक्ट्रोमेटालर्जिकल प्लांट निम्नलिखित योजना के अनुसार अयस्क से सीधे लोहे के उत्पादन के साथ काम करता है। खदान से, सूक्ष्म रूप से विभाजित और समृद्ध अयस्क को पाइप लाइन के माध्यम से संयंत्र में पानी के साथ खिलाया जाता है। यहां, अयस्क को पानी से अलग किया जाता है, बाइंडरों और चूने की एक छोटी मात्रा के साथ मिलाया जाता है, और एक निश्चित आकार के छर्रों में घूमने वाले ड्रमों में ढेर हो जाता है। छर्रों को खदान रिएक्टर के ऊपरी हिस्से (ऊंचाई - 50 मीटर, व्यास - 8 मीटर) में लगातार लोड किया जाता है, जिसमें 1000 - 1100 डिग्री सेल्सियस पर, पहले से गरम और परिवर्तित प्राकृतिक गैस (का मिश्रण) के साथ प्रतिधारा में कमी की जाती है। हाइड्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड)। रिएक्टर के निचले हिस्से से 90-95% लोहे की सामग्री के साथ कम छर्रों को लगातार छुट्टी दी जाती है। वे स्टील गलाने के लिए इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में प्रवेश करते हैं।

इस्पात उत्पादन

स्टील में कच्चा लोहा का पुनर्वितरण इसमें कार्बन (ऑक्सीकरण द्वारा) को कम करने में, धातु में सिलिकॉन, मैंगनीज और अन्य तत्वों की सामग्री को कम करने में, सल्फर और फास्फोरस को पूरी तरह से हटाने में होता है। ऑक्सीजन और आयरन ऑक्साइड का उपयोग ऑक्सीकरण एजेंटों के रूप में किया जाता है। वर्तमान में, स्टील को खुली चूल्हा भट्टियों, ऑक्सीजन कन्वर्टर्स और इलेक्ट्रिक बैच भट्टियों में पिघलाया जाता है।

खुले चूल्हे की भट्टियों में स्टील गलाना. ओपन-हेर्थ फर्नेस (चित्र 3) एक टैंक रिवरबेरेटरी फर्नेस है, जो बेकार गैस हीट रिकवरी का उपयोग करता है। इसमें एक तिजोरी होती है 3, सामने, पीछे और साइड की दीवारें 4 और पुनर्योजी 5 -8. सामने की दीवार में चार्ज लोड करने के लिए खिड़कियां हैं, पीछे स्टील और स्लैग की रिहाई के लिए एक उद्घाटन है, साइड ओपनिंग का उपयोग गैसीय ईंधन और हवा के इनपुट और दहन उत्पादों के उत्पादन के तापमान के साथ किया जाता है। 1600 डिग्री सेल्सियस। गर्मी वसूली के लिए, भट्ठी दुर्दम्य ईंटों के साथ चार कक्षों से सुसज्जित है। गर्म नलिका की एक जोड़ी के माध्यम से 7, 8 गैस और हवा को भट्ठी में निर्देशित किया जाता है, और दहन उत्पाद नोजल को गर्म करते हुए दूसरे से गुजरते हैं 5, 6. फिर धाराएं बदल जाती हैं। खुली चूल्हा प्रक्रिया के लिए प्रारंभिक सामग्री तरल या ठोस पिग आयरन, स्क्रैप मेटल (स्क्रैप), उच्च गुणवत्ता वाले लौह अयस्क और फ्लक्स हैं। चूल्हे को गैसीय ईंधन से गर्म किया जाता है। पिघलने के अंत में, तरल लोहा, स्क्रैप, फ्लक्स और अयस्कों को अत्यधिक गर्म भट्टी में लोड किया जाता है। उच्च तापमान पर, स्क्रैप धातु पिघल जाती है, वायुमंडलीय ऑक्सीजन लोहे के आक्साइड में लोहे को ऑक्सीकरण करती है, जबकि उच्च लोहे के आक्साइड लोहे से कम हो जाते हैं:

2Fe + O 2 = 2FeO + 556 kJ

Fe 2 O 3 + Fe \u003d 3FeO

आयरन ऑक्साइड (II), कच्चा लोहा में अच्छी तरह से घुलने के कारण, इसमें घुले अन्य घटकों का ऑक्सीकरण करता है:

सी + 2Feहे = SiO 2 + 2Fe + 264 kJ

Mn + FeO = MnO + Fe + 100 kJ

2P + 5FeO = P 2 O 5 + 5Fe + 199 kJ

आंशिक रूप से, ये तत्व वायुमंडलीय ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकृत होते हैं। परिणामी ऑक्साइड SiO 2, MnO, P 2 O 6 फ्लक्स के साथ परस्पर क्रिया करते हैं और लावा में बदल जाते हैं। सल्फर आंशिक रूप से लावा में गुजरता है, क्योंकि कैल्शियम सल्फाइड धातु में अघुलनशील होता है:

काओ + फ़ेएस = फेहे + कैस

धातु की सतह के ऊपर लावा की उपस्थिति के साथ, तरल धातु ऑक्सीजन की सीधी कार्रवाई से अलग हो जाती है, लेकिन ऑक्सीकरण प्रक्रिया बंद नहीं होती है, बल्कि केवल धीमी हो जाती है। स्लैग में निहित ऑक्साइड FeO को सतह पर Fe 2 O 3 में ऑक्सीकृत किया जाता है, जो स्लैग के माध्यम से धातु में फैलता है, इसे ऑक्सीकरण करता है। जैसे ही तापमान 1600 डिग्री सेल्सियस और उससे अधिक हो जाता है, कार्बन गहन रूप से ऑक्सीकरण करना शुरू कर देता है:

FeO + C \u003d ± Fe + CO - 153 kJ

तरल धातु से कार्बन मोनोऑक्साइड (II) को अलग करने की प्रक्रिया को स्टील का "उबलना" कहा जाता है। पिघल में स्थापित कार्बन सामग्री तक पहुंचने के बाद, लावा को हटा दिया जाता है और डीऑक्सीडाइज़र - फेरोसिलिकॉन या फेरोमैंगनीज - को स्टील में घुलने वाले FeO को बहाल करने के लिए स्टील में पेश किया जाता है:

2FeO + Si = 2Fe + SiO 2

FeO + Mn = Fe + MnO

यदि आवश्यक हो, मिश्र धातु तत्वों को पिघलने के अंत में पेश किया जाता है। ऑक्सीजन-कनवर्टर पद्धति का उपयोग करके कच्चा लोहा को स्टील में परिवर्तित करने के उच्च तकनीकी और आर्थिक संकेतकों के कारण, नई खुली चूल्हा भट्टियों का निर्माण बंद कर दिया गया है।

बीओएफ में इस्पात निर्माण. कच्चे लोहे को स्टील में परिवर्तित करने के लिए पहले इस्तेमाल किए गए बेसेमर और टॉमस कन्वर्टर तरीकों में महत्वपूर्ण कमियां थीं - खुले चूल्हा विधि की तुलना में इसमें वायु नाइट्रोजन के विघटन के कारण स्क्रैप धातु और स्टील की निम्न गुणवत्ता का उपयोग करने की असंभवता। ऑक्सीजन के साथ हवा के प्रतिस्थापन ने इन कमियों को खत्म करना संभव बना दिया, और वर्तमान में इस्पात उत्पादन में वृद्धि मुख्य रूप से उच्च-प्रदर्शन और किफायती बुनियादी-पंक्तिबद्ध ऑक्सीजन कन्वर्टर्स के निर्माण के कारण हुई है।

रूस में, वाटर-कूल्ड ट्यूयर के माध्यम से ऊपर से लंबवत रूप से व्यावसायिक रूप से शुद्ध ऑक्सीजन (99.5%) की शुरूआत के साथ ब्लाइंड-बॉटम कन्वर्टर्स हैं। 0.9-1.4 एमपीए के दबाव में ऑक्सीजन जेट्स धातु में प्रवेश करते हैं, जिससे यह फैलता है और लावा के साथ मिल जाता है। स्टील में कच्चा लोहा के पुनर्वितरण की ऑक्सीजन-कनवर्टर विधि के साथ, ओपन-चूल्हा विधि के समान ही प्रतिक्रियाएं होती हैं, लेकिन अधिक तीव्रता से, जो कनवर्टर में स्क्रैप धातु, अयस्क और फ्लक्स को पेश करना संभव बनाता है। कनवर्टर में पिघलने में 35-40 मिनट का समय लगता है, और उच्च गति के खुले चूल्हे के पिघलने में 6-8 घंटे लगते हैं। समान उत्पादकता के साथ, ऑक्सीजन-कनवर्टर की दुकान के निर्माण की पूंजी लागत 25-35% कम होती है, और लागत स्टील की ओपन-चूल्हा विधि की तुलना में 5-7% कम है।

बिजली की भट्टियों में स्टील गलानाइलेक्ट्रोथर्मल उद्योगों को संदर्भित करता है। विद्युत भट्टियों में लगभग किसी भी संरचना के स्टील्स को मिश्र धातु तत्वों के अतिरिक्त, कम सल्फर सामग्री के साथ, कम करने, ऑक्सीकरण या तटस्थ वातावरण के साथ-साथ वैक्यूम में पिघलाना संभव है। इलेक्ट्रिक स्टील में गैसों और गैर-धात्विक अशुद्धियों की कम मात्रा होती है।

तीन मानी गई विधियों में से किसी एक द्वारा प्राप्त स्टील की गुणवत्ता को भट्टी के बाहर शोधन द्वारा सुधारा जा सकता है। सभी तीन शोधन विधियों का उत्पादन में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है: स्टेनलेस स्टील गलाने के लिए आर्गन-ऑक्सीजन मेटल ब्लोइंग, गैर-धात्विक समावेशन और हाइड्रोजन को हटाने के लिए तरल स्टील का वैक्यूम उपचार, तरल सिंथेटिक स्लैग (53% CaO, 40% A1 2) के साथ स्टील उपचार O3, 3% तक SiO और 1% FeO तक)।

स्टील के मुख्य भाग को यांत्रिक प्रसंस्करण द्वारा उत्पादों में संसाधित किया जाता है। पारंपरिक योजना: स्टील को कच्चा लोहा के सांचों में डालना - ढालना, एक पिंड के रूप में क्रिस्टलीकरण, पिंड को ट्रिम करना और साफ करना, इनगट को स्वैगिंग मिल्स (ब्लूमिंग, स्लैबिंग) में एक बिलेट में बदलना, फिर बिलेट को उत्पादों में संसाधित किया जाता है रोलिंग, मुद्रांकन या फोर्जिंग। वर्तमान में, धातु को सीधे बिलेट में बदलने के साथ-साथ सटीक (क्रस्ट) कास्टिंग के साथ विशेष प्रतिष्ठानों में स्टील की निरंतर ढलाई को धातु विज्ञान में तेजी से पेश किया जा रहा है। पाउडर धातु विज्ञान धातु विज्ञान के विकास में एक आशाजनक दिशा बन गया है, जो नई सामग्री बनाने, धातुओं की बचत, ऊर्जा और श्रम उत्पादकता बढ़ाने के महान अवसर खोलता है।

धातु विज्ञान में शामिल हैं:
प्राकृतिक कच्चे माल और अन्य धातु युक्त उत्पादों से धातुओं का उत्पादन;
मिश्र धातु प्राप्त करना;
गर्म और ठंडे धातु प्रसंस्करण;
वेल्डिंग;
धातुओं का लेप।
धातुकर्म उद्योग में उपयोग की जाने वाली मशीनों, उपकरणों और इकाइयों का संचालन भी धातु विज्ञान के निकट है।
कोक रसायन और दुर्दम्य सामग्री का उत्पादन धातु विज्ञान से निकटता से संबंधित है।

धातु विज्ञान को लौह और अलौह में विभाजित किया गया है।

लौह धातु विज्ञान में लौह धातुओं के अयस्कों का निष्कर्षण और संवर्धन शामिल है (लौह धातुओं में लोहा शामिल है, बाकी सभी अलौह हैं), कच्चा लोहा, स्टील और लौह मिश्र धातुओं का उत्पादन। लौह धातु विज्ञान में लुढ़का हुआ लौह धातु, स्टील, कच्चा लोहा और अन्य लौह धातु उत्पादों का उत्पादन भी शामिल है।

अलौह धातु विज्ञान में खनन, अलौह धातु अयस्कों का संवर्धन, अलौह धातुओं और उनकी मिश्र धातुओं का उत्पादन शामिल है।

मुख्य तकनीकी प्रक्रिया के अनुसार, इसे पाइरोमेटालर्जी (गलाने) और हाइड्रोमेटालर्जी (रासायनिक समाधानों में धातुओं का निष्कर्षण) में विभाजित किया गया है। पाइरोमेटालर्जी का एक रूप प्लाज्मा धातु विज्ञान है।

खनन धातु विज्ञान

खनन धातु विज्ञान अयस्क से मूल्यवान धातुओं का निष्कर्षण और निकाले गए कच्चे माल को शुद्ध धातु में फिर से पिघलाना है। धातु ऑक्साइड या सल्फाइड को शुद्ध धातु में बदलने के लिए, अयस्क को भौतिक, रासायनिक या इलेक्ट्रोलाइटिक तरीकों से अलग किया जाना चाहिए।

धातुविज्ञानी तीन मुख्य घटकों के साथ काम करते हैं: कच्चा माल, सांद्र (मूल्यवान धातु ऑक्साइड या सल्फाइड) और अपशिष्ट। खनन के बाद, अयस्क के बड़े हिस्से को इस हद तक कुचल दिया जाता है कि प्रत्येक कण या तो एक मूल्यवान सांद्र या अपशिष्ट होता है।

खनन की आवश्यकता नहीं है अगर अयस्क और वातावरणलीचिंग की अनुमति दें। इस तरह, आप खनिज को भंग कर सकते हैं और खनिज-समृद्ध समाधान प्राप्त कर सकते हैं।

अक्सर, अयस्क में कई मूल्यवान धातुएँ होती हैं। ऐसे मामले में, एक प्रक्रिया के अपशिष्ट को दूसरी प्रक्रिया के लिए फीडस्टॉक के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।

लौह धातु विज्ञान

लौह धातु विज्ञान मशीन निर्माण के विकास के आधार के रूप में कार्य करता है (विस्फोट भट्टी से कच्चा धातु का एक तिहाई मशीन निर्माण में जाता है) और निर्माण (धातु का 1/4 निर्माण में जाता है)। लौह धातुओं के उत्पादन के लिए मुख्य कच्चा माल लौह अयस्क, मैंगनीज, कोकिंग कोल और मिश्र धातुओं के अयस्क हैं।

लौह धातु विज्ञान में निम्नलिखित मुख्य उप-क्षेत्र शामिल हैं:

लौह धातु अयस्कों (लोहा, क्रोमियम और मैंगनीज अयस्क) का निष्कर्षण और संवर्धन;
लौह धातु विज्ञान के लिए गैर-धात्विक कच्चे माल का निष्कर्षण और संवर्धन (प्रवाहित चूना पत्थर, दुर्दम्य मिट्टी, आदि);
लौह धातुओं का उत्पादन (कच्चा लोहा, कार्बन स्टील, रोल्ड धातु, लौह धातु पाउडर);
स्टील और कच्चा लोहा पाइप का उत्पादन;
कोकिंग उद्योग (कोक, कोक ओवन गैस, आदि का उत्पादन);
लौह धातुओं का द्वितीयक प्रसंस्करण (स्क्रैप और लौह धातुओं का अपशिष्ट काटना)।

धातुकर्म चक्र

वास्तविक धातुकर्म चक्र उत्पादन है

1) लोहा और ब्लास्ट फर्नेस उत्पादन,

2) स्टील (ओपन-चूल्हा, ऑक्सीजन-कनवर्टर और इलेक्ट्रिक स्टील-स्मेल्टिंग), (निरंतर कास्टिंग, सीसीएम),

3) रोलिंग (रोलिंग उत्पादन)।

पिग आयरन, कार्बन स्टील और रोल्ड मेटल का उत्पादन करने वाले उद्यम पूर्ण-चक्र धातुकर्म उद्यमों से संबंधित हैं।

लोहे के प्रगलन के बिना उद्यमों को तथाकथित रूपांतरण धातु विज्ञान के रूप में वर्गीकृत किया गया है। "लघु धातु विज्ञान" मशीन-निर्माण संयंत्रों में स्टील और लुढ़का उत्पादों का उत्पादन है। कंबाइन मुख्य प्रकार के लौह धातु विज्ञान उद्यम हैं।

कच्चे माल और ईंधन पूर्ण-चक्र लौह धातु विज्ञान का पता लगाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, विशेष रूप से लौह अयस्क और कोकिंग कोल के संयोजन की भूमिका।

अलौह धातु विज्ञान

अलौह धातु विज्ञान धातु विज्ञान की एक शाखा है जिसमें अलौह धातु अयस्कों का निष्कर्षण, संवर्धन और अलौह धातुओं और उनके मिश्र धातुओं को गलाना शामिल है।

भौतिक गुणों और उद्देश्य से, अलौह धातुओं को सशर्त रूप से भारी (तांबा, सीसा, जस्ता, टिन, निकल) और प्रकाश (एल्यूमीनियम, टाइटेनियम, मैग्नीशियम) में विभाजित किया जा सकता है। इस विभाजन के आधार पर, हल्की धातुओं के धातुकर्म और भारी धातुओं के धातुकर्म को प्रतिष्ठित किया जाता है।

अलौह धातु विज्ञान उद्यमों का स्थान कई आर्थिक और पर निर्भर करता है स्वाभाविक परिस्थितियां, विशेष रूप से कच्चे कारक से। कच्चे माल के अलावा, एक महत्वपूर्ण भूमिका ईंधन और ऊर्जा कारक द्वारा निभाई जाती है।

रूस के क्षेत्र में कई मुख्य अलौह धातु विज्ञान आधार बनाए गए हैं। विशेषज्ञता में उनके अंतर को प्रकाश धातुओं (एल्यूमीनियम, टाइटेनियम-मैग्नीशियम उद्योग) और भारी धातुओं (तांबा, सीसा-जिंक, टिन, निकल-कोबाल्ट उद्योग) के भूगोल में असमानता द्वारा समझाया गया है।

हैवी मेटल्स

ऊर्जा की अल्प आवश्यकता के कारण भारी अलौह धातुओं का उत्पादन कच्चे माल के निष्कर्षण के क्षेत्रों तक ही सीमित है।

तांबे के अयस्कों के भंडार, निष्कर्षण और संवर्धन के साथ-साथ तांबे के गलाने के संदर्भ में, यूराल आर्थिक क्षेत्र रूस में एक प्रमुख स्थान रखता है, जिसके क्षेत्र में Krasnouralsky, Kirovgradsky, Sredneuralsky, Mednogorsky गठबंधन हैं।

सीसा-जस्ता उद्योग समग्र रूप से उन क्षेत्रों की ओर आकर्षित होता है जहां बहुधात्विक अयस्क वितरित किए जाते हैं। इन जमाओं में सदोंस्को ( उत्तरी काकेशस), सालैर ( पश्चिमी साइबेरिया), Nerchensk (पूर्वी साइबेरिया) और Dalnegorsk (सुदूर पूर्व)।

निकल-कोबाल्ट उद्योग के केंद्र नॉरिल्स्क (पूर्वी साइबेरिया) और मोनचेगॉर्स्क (उत्तरी आर्थिक क्षेत्र) के शहर हैं, साथ ही शहरी-प्रकार की बस्ती निकेल (मरमांस्क क्षेत्र) भी हैं।

हल्की धातुएँ

हल्की धातुओं को प्राप्त करने के लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इसलिए, सस्ते ऊर्जा स्रोतों के पास हल्की धातुओं को गलाने वाले उद्यमों की एकाग्रता उनके स्थान का सबसे महत्वपूर्ण सिद्धांत है।

एल्यूमीनियम उत्पादन के लिए कच्चा माल बॉक्साइट है। उत्तर पश्चिमी क्षेत्र(बोक्सिटोगोर्स्क), यूराल (सेवरौरलस्क शहर), नेफलाइन

कोला प्रायद्वीप (किरोव्स्क) और दक्षिणी साइबेरिया (गोर्याचेगॉर्स्क)। एल्यूमीनियम ऑक्साइड - एल्यूमिना - खनन क्षेत्रों में इस एल्यूमीनियम कच्चे माल से अलग किया जाता है। इससे धात्विक एल्युमीनियम प्राप्त करने के लिए बड़ी मात्रा में बिजली की आवश्यकता होती है। इसलिए, एल्यूमीनियम संयंत्र बड़े बिजली संयंत्रों के पास बनाए जाते हैं, मुख्य रूप से पनबिजली संयंत्र (ब्रात्स्काया, क्रास्नोयार्स्क, आदि)

टाइटेनियम-मैग्नीशियम उद्योग मुख्य रूप से उरलों में स्थित है, दोनों क्षेत्रों में जहां कच्चा माल निकाला जाता है (बेरेज़्निकी टाइटेनियम-मैग्नीशियम संयंत्र) और सस्ती ऊर्जा के क्षेत्रों में (उस्ट-कामेनोगोर्स्क टाइटेनियम-मैग्नीशियम संयंत्र)। टाइटेनियम-मैग्नीशियम धातु विज्ञान का अंतिम चरण - धातुओं और उनके मिश्र धातुओं का प्रसंस्करण - अक्सर उन क्षेत्रों में स्थित होता है जहां तैयार उत्पादों की खपत होती है।

मिश्र

सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली मिश्र धातुएं एल्यूमीनियम, क्रोमियम, तांबा, लोहा, मैग्नीशियम, निकल, टाइटेनियम और जस्ता हैं। लोहे और कार्बन की मिश्र धातुओं के अध्ययन के लिए बहुत प्रयास किए गए हैं। सस्ते, उच्च शक्ति वाले उत्पाद बनाने के लिए साधारण कार्बन स्टील का उपयोग किया जाता है जहां वजन और क्षरण महत्वपूर्ण नहीं होते हैं।

संक्षारण प्रतिरोध महत्वपूर्ण होने पर स्टेनलेस या गैल्वेनाइज्ड स्टील का उपयोग किया जाता है। एल्यूमीनियम और मैग्नीशियम मिश्र धातुओं का उपयोग तब किया जाता है जब ताकत और लपट की आवश्यकता होती है।

कॉपर-निकल मिश्र धातु (जैसे मोनल धातु) का उपयोग संक्षारक वातावरण में और गैर-चुंबकीय उत्पादों के निर्माण के लिए किया जाता है। निकेल-आधारित सुपरऑलॉय (जैसे इनकोनल) का उपयोग उच्च तापमान (टर्बोचार्जर, हीट एक्सचेंजर्स, आदि) पर किया जाता है। बहुत उच्च तापमान पर, एकल क्रिस्टल मिश्र धातुओं का उपयोग किया जाता है।

मिश्र धातुओं के प्रकार

मिश्र धातुओं के निर्माण की विधि के अनुसार, कास्ट और पाउडर मिश्र धातुओं को प्रतिष्ठित किया जाता है। कास्ट मिश्र धातुओं को मिश्रित घटकों के पिघलने के क्रिस्टलीकरण द्वारा प्राप्त किया जाता है। पाउडर - चूर्ण के मिश्रण को दबाकर, उसके बाद उच्च तापमान पर सिंटरिंग करके। एक पाउडर मिश्र धातु के घटक न केवल साधारण पदार्थों के पाउडर हो सकते हैं, बल्कि पाउडर भी हो सकते हैं रासायनिक यौगिक. उदाहरण के लिए, कठिन मिश्र धातुओं के मुख्य घटक टंगस्टन या टाइटेनियम कार्बाइड हैं।

वर्कपीस (उत्पाद) प्राप्त करने की विधि के अनुसार, कास्ट (उदाहरण के लिए, कच्चा लोहा, सिलुमिन), गढ़ा (उदाहरण के लिए, स्टील्स) और पाउडर मिश्र धातु प्रतिष्ठित हैं।

एकत्रीकरण की एक ठोस अवस्था में, एक मिश्र धातु सजातीय (सजातीय, एकल-चरण - एक ही प्रकार के क्रिस्टलीय होते हैं) और विषम (गैर-समान, बहु-चरण) हो सकती है। ठोस समाधान मिश्र धातु (मैट्रिक्स चरण) का आधार है। एक विषम मिश्र धातु की चरण संरचना इसकी रासायनिक संरचना पर निर्भर करती है। मिश्र धातु में शामिल हो सकते हैं: अंतरालीय ठोस समाधान, प्रतिस्थापन ठोस समाधान, रासायनिक यौगिक (कार्बाइड, नाइट्राइड, इंटरमेटेलिक यौगिक सहित ...) और सरल पदार्थों के क्रिस्टलीय।

मिश्र धातु गुण

धातुओं और मिश्र धातुओं के गुण पूरी तरह से उनकी संरचना (चरणों और माइक्रोस्ट्रक्चर की क्रिस्टल संरचना) द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। मिश्र धातुओं के मैक्रोस्कोपिक गुण माइक्रोस्ट्रक्चर द्वारा निर्धारित किए जाते हैं और हमेशा उनके चरणों के गुणों से भिन्न होते हैं, जो केवल क्रिस्टल संरचना पर निर्भर करते हैं। धातु मैट्रिक्स में चरणों के समान वितरण के कारण मल्टीफ़ेज़ (विषम) मिश्र धातुओं की मैक्रोस्कोपिक एकरूपता प्राप्त की जाती है। मिश्र धातुओं में धात्विक गुण प्रदर्शित होते हैं, जैसे: विद्युत और तापीय चालकता, परावर्तकता (धात्विक चमक) और लचीलापन। मिश्र धातुओं की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता वेल्डेबिलिटी है।

उद्योग में प्रयुक्त मिश्र धातु

मिश्र धातु उद्देश्य से प्रतिष्ठित हैं: संरचनात्मक, उपकरण और विशेष।

संरचनात्मक मिश्र:

बनना
कच्चा लोहा
duralumin

विशेष गुणों के साथ संरचनात्मक (जैसे आंतरिक सुरक्षा, घर्षण-रोधी गुण):

कांसे
पीतल

बीयरिंग भरने के लिए:

बकवास

मापने और बिजली के हीटिंग उपकरण के लिए:

मंगनिन
निक्रोम

काटने के उपकरण बनाने के लिए:

जीतेंगे

उद्योग गर्मी प्रतिरोधी, फ्यूसिबल और संक्षारण प्रतिरोधी मिश्र धातुओं, थर्मोइलेक्ट्रिक और चुंबकीय सामग्री के साथ-साथ अनाकार मिश्र धातुओं का भी उपयोग करता है।