A A A

TYPOWE METODY OTRZYMYWANIA METALI

Metoda hutnicza. Po wydobyciu z ziemi ruda musi przejść przygotowanie, po którym dopiero wędruje do pieca hutniczego, skąd wychodzi jako surówka. Pierwszym elementem przygotowawczym jest suszenie rudy. Bardzo mokre rudy suszy się na powietrzu po wydobyciu ich z ko­palni, mniej mokre suszone są już w czasie prażenia w piecu. Drugą czynnością jest rozdrabnianie rud, które odbywa się w specjalnych maszynach (młynach), gdyż do wielkiego pieca mogą iść do przero­bu tylko kawałki rud mniej więcej jednakowej wielkości (wielkości pięści). Trzecią czynnością wstępną jest prażenie rudy w piecach szybowych z niewielkim dodatkiem węgla w temperaturze 650 do 1 100°C w celu usunięcia z rud wilgoci, dwutlenku węgla oraz siarki i otrzymania samych tlenków metali. gorącu c/much H surówka Wytapianie surówki żelaznej odbywa się w wielkim piecu. Jest to Piec typu szybowego, wysokości do 30 m, okrągły, średnicy ok. 6 m, zbudowany z cegły szamotowej i otoczony szczelnym pance- rzem stalowym. 1 zimne powietrze z dmuchawy gai wielkopiecowi} do celów .-- ♦ opatowuch ; ~1 g--spaliny do''komin a oraz Co motorów gazowych Rys. 1. Schemat wielkiego pieca Surówka wytapiana jest w następujący sposób: do wielkiego pieca ładuje się mechanicznie koks, rudę i topnik, które są umiesz­czone warstwami w kolejności następującej: warstwa koksu, war­stwa rudy, warstwa topnika itd. W dolnej części wielkiego pieca zachodzi całkowite spalanie węgla: węgiel tlen C + Oj = COj dwutlenek węgla Unosząc się do góry dwutlenek węgla styka się z rozżarzonym węglem i tworzy tlenek węgla: C+CCfa =- 2CO tlenek węgla (czad) Jeszcze wyżej odbywa się reakcja między tlenkiem węgla i roz­żarzoną rudą: FeoOa + 3CO = 2Fe 4- 3CQ2 f trójtlenek tlenek metaliczne dwutlenek żelaza węgla żelazo węgla (gaz) Żelazo stapia się z węglem tworząc żeliwo (surówkę wielkopie­cową), które spływa do dolnej części wielkiego pieca. Spuszcza się je specjalnym otworem. Ruda zawiera zwykle domieszki „skały płonnej" (wysokotopli-wych minerałów — kwarcu i innych), które komplikują wytapia­nie żelaza, gdyż do stapiania ich jest potrzebna bardzo wysoka temperatura. Wobec tego do rudy, podczas ładowania jej do pieca dodaje się tak zwane topniki (najczęściej wapienie). Topniki łącząc się ze skałą płonną tworzą łatwo topiące się połączenia, zwane szlaką albo żużlem. Stygnąc szlaka tworzy substancję szklistą której używa się w budownictwie do przerabiania na cement. Wydobywający się z pieca gaz nosi nazwę „wielkopiecowego". Zawiera on, oprócz azotu (z powietrza) i dwutlenku węgla, również znaczne ilości tlenku węgla. Tlenek węgla jako niedostateczny produkt spalenia węgla czyni gaz wielkopiecowy bardzo cennym paliwem gazowym. Raz uruchomiony wielki piec jest czynny przez kilka lat. Ruda, węgiel i topnik, są dodawane przez górny otwór pieca (gardziel). W wielkim piecu otrzymuje się nie czyste żelazo, lecz stop jego z węglem — żeliwo. W celu otrzymania żelaza kowalnego i stali trzeba żeliwo obrobić w celu uwolnienia go od nadmiernej ilości węgla. Osiąga się to w różny sposób. Jeden ze sposobów polega na tym, że ciekłe żeliwo zlewa się do pieca mającego kształt gruszki (Bessemera). Kosztem tlenu powietrza spala się w tym piecu za­warty w żeliwie węgiel i inne domieszki, a żeliwo przetwarza się w stal lub żelazo. Doskonalszym sposobem odbywa się wytapianie żelaza i stali w tak zwanych,,piecach martenowskich". Doprowadzając duże ilości powietrza do tych pieców wypala się ze stopionego żeliwa niepo­żądane domieszki. Można również dodawać do żeliwa różny złom żelazny, niezdatny do użytku, zardzewiałe żelazo i rudę. Tlen dodawanych tlenków żelaza zużywa się na wypalanie domieszek, a dodawane żelazo stapiając się z żeliwem obniża zawartość węgla w ogólnej masie metalu. Korzystając z tego można otrzymać stal pożądanego gatunku. Można również po prostu stapiać złom żelazny i przetwarzać go w zdatne do użytku żelazo. Ma to ogromne zna­czenie gospodarcze. Podczas produkcji stali w ten sposób można dodawać dowolne metale i otrzymywać specjalne jej gatunki. Ostatnio szczególnie duże znaczenie uzyskało wytapianie stali w piecach elektrycznych. Przebieg procesu jest podobny jak w pie­cach martenowskich z tym, że wymaganą temperaturę otrzymuje się za pomocą prądu elektrycznego. Przy wytapianiu w tych pie­cach można ze szczególną dokładnością regulować przebieg pro­cesu i dzięki temu produkować stal wysokiego gatunku. Tą drogą otrzymuje się dzisiaj stal narzędziową, chromoniklową i inne róż­ne jej gatunki. Metoda elektrolityczna. Innym sposobem otrzy­mywania metali jest metoda polegająca na użyciu stałego prądu elektrycznego. Tą metodą otrzymuje się m. in. aluminium. Pro­ces produkcji rozpada się w tej metodzie na dwa etapy. Naj­pierw drogą chemiczną otrzymuje się z boksytu czysty trójtle­nek aluminium (AI2O3), który następnie w olbrzymich wan­nach rozpuszcza się w roztopionym minerale kryolici,e. Przez uzyskany roztwór o temperaturze 1 000°C przepuszcza się stały prąd elektryczny, cp powoduje rozkład trójtlenku aluminium i wy-mio cifi dnip wanrw metalicznego aluminium. Otrzymane