Металлургия цветных металлов

Раздел ГРНТИ: Производство цветных металлов и сплавов
Уткин Н.И.
Металлургия, 1985 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Металлургия цветных металлов

В современных условиях используют промышленную классификацию металлов, которая отражает исторически сложившуюся структуру металлургической промышленности и, как следствие этого, структуру подготовки инженер¬но-технических кадров в вузах и техникумах нашей страны. Согласно промышленной классификации все металлы делятся на две группы: черные и цветные. К черным металлам относятся железо и его сплавы, марганец, и хром, производство которых тесно связано с металлургией чугуна и стали. Все остальные металлы относятся к цветным. Название «цветные металлы» довольно условно, так как фактически только золото и медь имеют ярко выраженную окраску. Все остальные металлы, включая черные, имеют серый цвет с различными оттенками - от светло-серого до темно-серого. Цветные металлы условно делятся на пять групп: 1. Основные тяжелые металлы: медь, никель, свинец, цинк и олово. Свое название они получили из-за больших масштабов производства и потребления, большого («тяжелого») удельного веса в народном хозяйстве. 2. Малые тяжелые металлы: висмут, мышьяк, сурьма, кадмий, ртуть и кобальт. Они являются природными спутниками основных тяжелых металлов. Обычно их получают попутно, но производят в значительно меньших количеств 3. Легкие металлы: алюминий, магний, титан, натрий, калий, барий, кальций, стронций. металлы этой группы имеют самую низкую среди других металлов плотность (удельную массу). 4. Благородные металлы: золото, серебро, платина и платиноиды (палладий, родий, рутений, осмий и иридий). Эти металлы обладают высокой стойкостью к воздействию окружающей среды и агрессивных сред. 5. Редкие металлы. По промышленной классификации редкие металлы подразделяются на следующие подгруппы: а) тугоплавкие металлы: вольфрам, молибден, тантал, ниобий, цирконий и ванадий; б) легкие редкие металлы: литий, бериллий, рубидий и цезий; в) рассеянные металлы: галлий, индий, таллий, германий, гафний, рений, селен и теллур; г) редкоземельные металлы: скандий, иттрий, лантан и лантаноиды; д) радиоактивные металлы: радий, уран, торий, актиний и трансурановые элементы. Приведенная выше промышленная классификация металлов не может быть в настоящее время признана однозначной. В ней нет даже единого принципа в выборе названий групп металлов. По мере роста производства и потребления того или иного металла его положение в соответствующей группе вступает в противоречие с принципами построения промышленной классификации. Так, еще в конце прошлого столетия алюминий считался редким металлом, а сейчас по производству и потреблению он занимает первое место среди цветных металлов.

 

§ 1. Общие сведения о редких металлах
 
Редкие металлы — исторически сложившееся название большой группы элементов периодической системы элемен­тов Д. И. Менделеева. В эту группу входит более полови­ны всех известных в настоящее время элементов; 41 изних выпускается современной металлургической промышленно­стью и находят применение во многих областях техники.
Применение редких металлов в значительной степени определяет развитие таких областей современной техники, как электроника, полупроводниковая электротехника, атом­ная энергетика, ракетостроение, производство специальных сталей, твердых, жаропрочных и антикоррозионных спла­вов.
Редкие металлы в периодической системе элементов располагаются почти во всех группах и периодах. По этой причине они, вполне естественно, сильно различаются по своим физическим и химическим свойствам. Важнейшие обобщающие характеристики или свойства редких метал­лов заключены в названиях подгрупп этих металлов по промышленной квалификации: тугоплавкие, легкие редкие, рассеянные, редкоземельные и радиоактивные.
Общепризнанное в настоящее время название «редкие металлы» эти металлы получили из-за того, что до начала XX в. они не находили применения. В начале текущего сто­летия был начат промышленный выпуск только двух ред­ких металлов'—вольфрама и молибдена. Толчком этому послужило бурное развитие производства высоколегирован­ных сталей. Освоение редких металлов наиболее интенсив­но шло в 30—50-х годах и продолжается до сего времени.
Для редких металлов характерны следующие особенно­сти:
1.Сравнительно небольшие масштабы производства и потребления. Самый «распространенный» редкий металл — молибден — производится примерно в 130 раз в меньших количествах, чем алюминий.
2.Малая распространенность в земной коре. Кларк на­иболее распространенного в природе редкого элемента — рубидия — равен 0,031. Радиоактивные металлы содержат­ся в земной коре в количествах менее 1*10-9 %.
3. Большинство редких металлов не образует самостоя­тельных минералов и находится в рессеянном состоянии в кристаллических решетках других минералов. Многие из них являются природными спутниками тяжелых и легких цветных металлов.
4. Очень низкое содержание в рудах и очень сложный состав такого сырья.
5. Ни один редкий металл не получают непосредствен­ным восстановлением из сырья. Первоначально сырье пе­рерабатывают на химические соединения.
6. Все редкометаллические руды перед металлургичес­кой переработкой подвергают предварительному обогаще­нию. Помимо рудного сырья, источниками получения ред­ких металлов могут быть промышленные отходы цветной и черной металлургии и химических производств.
Технологические методы получения всех редких метал­лов включают три последовательно проводимые основные стадии: разложение рудного концентрата, получение чистых химических соединений (оксидов, солей) и выделение ме­талла из полученного соединения.
В первой стадии производят отделение извлекаемого ме­талла от основной массы перерабатываемого сырья и кон­центрирование его в растворе, осадке или пыли. Эта цель может быть достигнута пирометаллургическим путем (об­жиг, сплавление, дистилляция и др.) или выщелачиванием растворами кислот, щелочей или солей.
Вторая стадия включает выделение и очистку химичес­кого соединения с использованием гидрометаллургических (осаждение из раствора, кристаллизация, сорбция, экстрак­ция и др.) или пирометаллургических процессов (дистил­ляция или ректификация).
Цель третьей стадии — получение чистых редких метал­лов — может быть достигнута цементацией или электроли­зом (из водных растворов), восстановлением оксидов или солей водородом, оксидом углерода. (СО) или углеродом при повышенных температурах, а также их восстановлени­ем металлотермическим способом или электролизом рас­плавленных солей.