1 / 35

d -элемент ы V ІІ I В группы

d -элементы VІІІВ группы. Ферум и его соединения. d -елементы VІІІВ группы. Кобальт и никель. Платиновые металлы. d -элемент ы V ІІ I В группы. кобальт. никель. Fe. Природные руды :. Fe 2 O 3 -гематит;. FeO ·Cr 2 O 3 - хромистый железняк. FeS 2 – пирит (железный колчедан).

tex
Download Presentation

d -элемент ы V ІІ I В группы

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. d-элементы VІІІВ группы. Ферум и его соединения. d-елементы VІІІВ группы. Кобальт и никель. Платиновые металлы.

  2. d-элементыVІІIВ группы

  3. кобальт никель

  4. Fe Природные руды: Fe2O3 -гематит; FeO·Cr2O3 - хромистый железняк FeS2 – пирит (железный колчедан) CuFeS2 – халькопирит Черные металлы – это сплавы железа с другими элементами и в первую очередь с углеродом Черные металлы делятся на три группы:железо (техническое) – до 0,02 % C,сталь – 0,02-2,14 % C и чугун – 2,14-7 % C

  5. Черная металлургия – отрасль промышленности, которая занимается извлечением железа из руд и переработкой черных металлов Рудная база черной металлургии: Красные железняки – минерал –гематит – Fe2O3 Магнитные железняки – минерал- магнетит –Fe3O4 Бурые железняки – минерал – гидроксид железа – Fe2O3· nH2O Сидериты – минерал – FeCO3 Пустая порода: SiO2, Al2O3, CaO, MgO Полезные примеси: Mn, V, Cr, Ni и др. Вредные примеси: S, P, As, Zn.

  6. ПОЛУЧЕНИЕ ЖЕЛЕЗА Современное производство железа включает в себя четыре стадии: I стадия: подготовка железных руд к плавке, II стадия : доменное производство, III стадия:сталеплавильное производство, IV стадия:получение различных марок стали I стадия Подготовка железных руд к плавке включает следующие операции:дробление,измельчение,грохочение,классификация,обогащение, усреднение,окускование. Cамым распространенным способом обогащения железных руд является электромагнитное,реже гравитационное,очень редко флотация. В результате обогащения содержание железа увеличивается в 2 раза (с 33 до 65 %),а количество пустой породы уменьшается  в 5 раз.

  7. II стадия – доменное производство Доменная печь – основной агрегат для извлечения железа из железной руды. Шихта доменной печи: железорудный материал, кокс (топливо), флюс (СaCO3) Доменный процесс относится к типу противоточных: сверху вниз опускаются шихтовые материалы, а снизу вверх поднимается горячий газ, который нагревает шихту и одновременно участвует в восстановительных процессах.

  8. Доменная печь (К) – колошник; (Ш) – шахта; (Р) – распар; (З) – заплечики; (Ф) – фурменные отверстия; (Л) – летка; (Г) - горн 1 – скипы; 2 – засыпной аппарат; 3 – огнеупорный кирпич; 4 – система охлаждения; 5 – воздухопровод; 6 – шлак; 7 – чугун; 8 – чугуновозный ковш; 9 – шлаковозный ковш

  9. Химические процессы в доменной печи Главным химическим процессом является восстановлениеоксидов железа. Из трех реагентов-восстановителей: C, CO и Н2основным является СО. Процесс восстановления железа из оксидов протекает ступенчато путем перехода от высших оксидов к низшим по схеме: Fe2O3 Fe3O4  FeO  Fe (выше 570 ºС) или Fe2O3Fe3O4 Fe(ниже 570 ºС. При температурах 500 –1000ºС последовательно идут следующие реакции: 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + Q 3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O -Q Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 -Q Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O - Q FeO + CO = Fe + CO2 +Q FeO + H2 = Fe + H2O - Q При температурах 1200-1300ºС идет реакция прямого восстановления: FeO + C = Fe +CO -Q

  10. Восстановление оксидов попутных элементов: Восстановление оксида марганца:MnO + C = Mn + CO - Q Восстановление оксида фосфора: P2O5 + 5C = 2P + 5CO - Q Восстановление оксида кремния: SiO2 + 2C = Si + 2CO - Q Диссоциация карбонатных соединений:CaCO3 = CaO + CO2 - Q Образование чугуна (науглероживание железа): 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 карбид железа Cодержание углерода в чугуне в виде карбида железа и твердых частиц графита может колебаться от 2 до 7 %. Кроме углерода в чугуне содержатся другие примеси: cилициды, сульфиды, фосфиды железаи др. Чугун имеет ограниченную область применения, так как он хрупок, не обладает пластичностью, имеет низкую ударную прочность

  11. III стадия– сталеплавильное производство Для получения стали из чугуна требуется удалить из чугуна большую часть углерода, кремния, фосфор, снизить концентрацию серы. Cделать это можно путем окисления чугуна: углерод при этом переходит в газ (в виде СО), а Si, Mn, Pпереходит в шлак (в виде оксидов). Химические составы чугуна и стали Принципиальные отличия сталеплавильного производства от доменного: 1. Окислительный характер процессов. 2. Производство стали требует значительно более высоких температур, чем производство чугуна - 1580-1620 ºC 3. Периодический характер производства.

  12. Основные агрегаты производства стали:конвертер,мартеновская печь,электропечь.Характер основных химических процессов одинаковдля всех трех агрегатов. При плавлении шихты образуется жидкая металлическая ванна и покрывающий ее расплавленный шлак. Главным периодом процесса является окислительный, в ходе которого удаляется (выгорает) избыточное количество углерода.Обезуглероживание стали происходитпутем окисления карбида железа и твердого углерода (графита). Воздух или кислород подается напосредственно в металл. Основные реакции при плавлении шихты Fe3C + H2O = 3Fe + CO + H2 C +H2O = CO +H2 (800-1000ºС) 2Fe3C + O2 = 6Fe + 2CO 2С+ О2 = 2СО (600-700ºС) Fe3C + 3O2 = Fe3O4 + CO2 (600-700ºС) 2C + CO2 = 2CO C + 2H2 = CH4 (600 ºC) Fe3C +СO2 = 3Fe + 2CO Fe3C + 2H2 = 3Fe + CH4

  13. Газы (окислители), вызывающие обезуглероживание стали – Н2О, CO2, O2и Н2.Наиболее сильным обезуглероживающим воздействием обладает Н2О, а наиболее слабым – Н2. Одновременно окисляются примеси чугуна: [Si] + O2 = (SiO2) + Q; [Mn] + O2 = (MnO) + Q; [P] + O2 = (P2O5) + Q После операции плавления шихты проводится операция раскисления стали, которая служит для удаления избыточного кислорода. В качестве раскислителей служат элементы, обладающие более высоким сродством к кислороду, чем железо или углерод. Такими элементами-раскислителями могут быть:Mn; Si; Al, а такжеNi; Zr; Ca. Продуктами раскисления являются твердые частички SiO2;Mno;Al2O3, которые переходят в шлак.

  14. Для получения высококачественной стали осуществляют ее легирование, т.е. добавляют в нее в небольших количествах легирующие элементы - V; Ti; Mn; Cr; Ni. В большинстве случаев их вводят в виде ферросплавов. Легирующие добавки связывают вредные вещества (сера, фосфор и др.) и уводят их в шлак, повышая качество стали. Добавки марганца, хрома, молибдена повышают прочность стали. Стали, легированные кобальтом и никелем, называются самозакаливающимися, отличаются высокой твердостью.

  15. Основные агрегаты производства стали Мартеновская печь 1 – расплавленный металл; 2 – головка; 3 – рабочие окна; 4 – огнеупорная футеровка; 5 – летка; 6 – шлаковый ковш; 7 – шлаковики; 8 – регенераторы; 9 – кислородные фурмы; 10 – горелка (форсунка); 11 – сталеразливочный ковш

  16. Кислородно-конвертерный способ Кислородный конвертер 1 – опорный подшипник; 2 – цапфа; 3 – кожух; 4 – опорное кольцо; 5 – ведомое колесо; 6 – электродвигатель; 7 – опорная станина 8 - летка

  17. Трехфазная сталеплавильная электрическая печь: 1 – корпус печи; 2 – cъемный свод; 3 – люлька; 4 – механизм наклона печи; 5 – электроды; 6 – электродержатели; 7 – песчаный затвор; 8 – загрузочное окно; 9 – сливной желоб; 10, 11, 12 - футеровка

  18. Ni ПОЛУЧЕНИЕ НИКЕЛЯ Производство никеля относится к цветной металлургии Рудная база никеля Природные руды делятся на сульфидные игидросиликатные (окисленные). В окисленных рудах никель находится в виде силикатов типа: m(NiO;MgO)·nSiO2·pH2O. В рудах присутствуют Со; Cr и металлы платиновой группы. В пустой породе содержатся железо, алюминий, магний и др. Сульфидные руды – это комплексные руды, как правило медно-никелевые. В них содержатся минералы: халькопирит CuFeS2, магнитный колчедан FeS, пентландит состава (Fe, Ni)9S8, миллерит NiS. Также в них есть Au, Ag, Pt, Ir, Ru, Os, Te, Pb.

  19. Переработка окисленных руд 1. Плавка в шахтной печи. Цель – перевод никеля в штейн, а пустой породы в шлак. Основной процесс, протекающий в шахтной печи – это восстановительно-сульфидирующая плавка: NiSiO3 + CaS  NiS (или Ni3S2) + CaSiO3 NiSiO3 + FeS  NiS (или Ni3S2) + FeSiO3 Плавка проводится при температуре 1450-1500 ºС. Топливом служит кокс, в качестве сульфидизатора используют пирит (FeS2) или гипс (CaSO4·2H2O), которые разлагаются в печи с образованием CaS и FeS. Cплав сульфидов железа и никеля образует штейн, а окислы переходят в шлак. Cодержание никеля в штейне по сравнению исходной рудой повышается с 0,9-1,5 % до 16-20 %.

  20. 2. Конвертирование штейнов. Главной задачей конвертирования является полное удаление из штейна железа путем перевода его в шлак. Конвертирование заключается в продувке штейна воздухом при добавлении в конвертер кварца. Основными реакциями являются реакции окисления сульфида железа и перевода окислов железа в шлак: 2Fe + O2 + SiO2 = Fe2SiO4 3Fe + SO2 = 2FeO + FeS 2FeS + 3O2 + SiO2 = Fe2SiO4 + 2SO2 В результате конвертерной продувки получается белый штейн или файнштейн, который представляет собой сплав Ni3S2и Ni с небольшим количеством примесей. Cодержание никеля в файнштейне составляет около 78 %.

  21. 3. Окислительный обжиг файнштейна Ni3S2 NiO Главная задача окислительного обжига – перевести сульфид в оксид никеля или (закись никеля). Обжиг проводят в печах кипящего слоя (КС) при температуре 1000-1050 ºС при большом избытке воздуха. 4. Восстановительная плавка NiO + C = Ni + CO Для получения никеля из закиси никеля проводят восстановительную плавку в электрических печах. В качестве восстановителя используется древесный уголь или кокс. Для удаления серы и шлакования примесей в печь добавляют известь. Получающийся расплав с содержанием никеля не менее 98,3 % и меди не более 0,6 % гранулируют в воде.

  22. Переработка сульфидных медно-никелевых руд Принципиальная технологическая схема обогащение плавка конвертирование руда концентрат штейн файнштейн обжиг отделение меди восстановительная плавка Ni3S2 NiO Ni 1. Обогащение.Для отделения Cu –Ni- минералов от пустой породы руду измельчают и обогащают методом флотации. До обогащения руда содержала Ni – 0,3-1,5 % ; Cu – 0,2-2,5 %. После обогащения в полученном концентрате Ni – 3,6-6,5 % ; Cu – 3,0-6,0 %. 2.Плавка.Плавка концентрата проводится для удаления серы в виде сернистого газа. В процессе плавки сульфиды никеля и меди переходят в штейн, железо переходит в шлак. Плавка проводится в шахтных, отражательных или электродуговых печах. Содержание меди и никеля в штейне достигает 15-25 %.

  23. 3. Конвертирование.Плавка на файнштейн, осуществляется в конвертере. Продувая воздух через расплав, выжигают и переводят в шлак большую часть примесей, главным образом легкоокисляющееся железо. Содержание сульфидов в файнштейне достигает 80 %. 4. Отделение меди от никеля. Существует несколько способов, например разделение флотацией. В результате получают медный концентрат, содержащий Сu – 70-73 % , и никелевый концентрат с содержанием Ni - 75-78 % . Медный концентрат перерабатывается на получение меди. 5. Обжиг и восстановительная плавка. 2Ni3S2 + 7O2 = 6NiO + 4SO2 2NiO + CO +H2 = 2Ni + CO2 + H2O t = 350 ºC

  24. Основные агрегаты производства никеля Отражательная печь для выплавки никелевых концентратов 1 – окна для горелок; 3 – загрузочные окна; 4 – шлаковое окно; 5 – боров для отвода газов; 7 – летки для выпуска штейна; 8 - фундамент 1 – колошник; 2 – шахта; 3 – внутренний горн; 4 – наружный горн (отстойник); 5 - гарнисаж Схема шахтной печи

  25. Со Производство кобальта, также как и никеля , относится к цветной металлургии. Рудная база кобальта Кобальт присутствует обычно как примесь в минералах никеля. Это серо- или мышьякосодержащие минералы - пентландит (Fe,Ni)9S8; никелин NiAs. Cобственные минералы кобальта: кобальтин – СоАsS; смальтит - СоAs Металлический кобальт получают путем пирометаллургического передела с последующей гидрометаллургической переработкой.

  26. обжиг обработка HCl очистка от Fe руда CoO р-р CoCl2 р-р CoCl2 кокс окисление СоIIдо CoIII прокалка восстановление Co(OH)3 Co3O4 Co хлорная известь кокс Принципиальная схема производства кобальта I стадия – обжиг – сульфид кобальта переходит в оксид (с примесью оксидов других металлов). Примеси мышьяка и серы улетучиваются в форме As2O3и SO2. II стадия – смесь оксидов обрабатывают соляной кислотой, чтобы перевестикобальт и сопутствующие элементы-металлы в раствор в виде хлоридов.

  27. IIIстадия – очистка раствора от железа – через раствор пропускают Сl2чтобы окислитьFeIIдо FeIII, а затем нейтрализуют его карбонатом кальция. В результате гидролиза солей железа (III) выпадает осадок гидроксида и основных хлоридов железа(III), который отделяют фильтрованием. IV стадия – окисление СоIIдо СоIIIпутем добавления белильной (хлорной) извести. Кобальт (III) образует осадок малорастворимого гидроксида Со(ОН)3: 2CoCl2 + CaOCl2 + 2 Ca(OH)2 + H2O = 2Co(OH)3 + 3CaCl2 белильная известь

  28. t V стадия – прокалка Co(OH)3:Co(OH)3 Co3O4 + H2O VI стадия – восстановление кобальта коксом или древесным углем: Co3O4 + 4C = 3Co + 4CO Образующийся порошкообразный металлический кобальт прессуют и сплавляют в электропечи для получения монолита.

  29. Железная колонна Катуб Минар около Дели

  30. “Сендвичные” соединения

  31. Гемоглобин

  32. Витамин В12 (цианокобаламин)

More Related