Způsoby tavení 1.:

TAVENÍ jako takové

A. Tavení za vzniku sloučenin kovů

  1. koncentrační tavení
  2. srážecí tavení
  3. rozkladné tavení

procesy tavení a redukování

 

B. Tavení za vzniku kovu

  1. termické redukční pochody - aluminotermie
  2. reakční tavení
  3. redukční vytěsňovací tavení
  4. oxidační tavení – konvertorování
  5. rafinační tavení a přetavování
  6. elektrolytické tavení aj.

 

Postup při pyrometalurgické výrobě kovu:

  1. vyredukování kovu
  2. odstranění jaloviny

 

 

Tavení

 

ð ohřev nad teplotu Tm zájmového kovu a zajištění oddělení kovové složky od jaloviny,

ð dochází k fyzikálním a chemickým změnám

ð vyredukování kovu (nesmí dojít k předčasnému natavení)

ð     odstranění jaloviny

ð     zkoncentrování částeček zájmového kovu

 

Produkty tavení jsou:

  1. kov             s, l
  2. struska         s, l
  3. kamínek            l
  4. míšeň              l
  5. úlety a prachy  g, l
  6. plyny           g

 

kov

míšeň

struska

kamínek

složení vsázky v peci

 

-  oddělení na základě rozdílných fyzikálních a chemických vlastností (měrná hmotnost, teplota tavení, vzájemná nemísitelnost)

 

Účelem těchto pochodů je získat fyzikálními a hlavně chemickými pochody ze zpracovaných rudných surovin, přísad při použití paliv, vhodných a nutných pro použitou výrobní technologii (např. koks pro výrobu kovů v šachtových pecích, topný olej nebo plynná paliva pro výrobu v pecích nístějových, el. energ. V pecích el. atd.) produkt s vysokým obsahem užitkových kovů. Jako například postupného zvyšování kovnatostí lze uvést výrobu olova:

     Těžené olovněné rudy obsahují např. 3 až 5% Pb (kromě jiných doprovodných prvků, jako jsou Zn, Sb, As, Cu, Bi, Ag). Úpravou a obohacováním rud se získá sulfidický olovněný koncentrát s obsahem 40 až 70% Pb. Pražením a aglomerací koncentrátu se získá aglomerát, který obsahuje již jen malé množství síry, a ten se zpracuje redukčním tavením na surové olovo s obsahem nad 90% Pb.

     Vlastní pochod koncentračního tavení zahrnuje hlavně dva pochody:

-       vyredukování kovu ze vsázky do surového kovu

-       odstranění jaloviny (oxidů Ca, Si, Fe, Al, Mg, atd.) do strusky

Při tom některé doprovodné prvky přecházejí do surového kovu, kde se jejich obsahy upraví tak, že je hospodárné je při dalších operacích získávat. Jde hlavně o kovy ušlechtilé (Au, Ag) prvky stopové (In, Ge, atd.).Získávání těchto doprovodných prvků může mít velmi příznivý vliv na ekonomiku výroby základního kovu.

     Složení a charakter vznikající strusky musí být přizpůsoben vlastnímu redukčnímu pochodu. Zahřívá-li se vsázka v peci (rudná vsázka, přísady a palivo), začnou probíhat různé pochody fyzikální (odstarnění zbytků vlhkosti, rozpad kusů atd.) a chemické (rozklad sloučenin, redukce sloučenin). Při zvyšujících se teplotách materiál měkne a přechází do těstovitého stavu, částice vsázky se slepují a při dosažení teplot tavení se vsázka začíná tavit. Jednotlivé složky hmoty chemicky reagují nebo se navzájem rozpouštějí a vznikají tak produkty, které mají určité vlastnosti (teplota tavení, hustota, chemická aktivita atd.).Tak dochází k vzniku kovů, strusek, popř. dalších produktů, jako jsou kamínek, míšeň atd.

     Hutní plyny, jež vykonaly svůj redukční úkol, opouštějí pecní agregát a strhávají s sebou i jemné částice vsázky, popř. páry lehce těkajících kovů. Z důvodů ekonomických i ekologických se tyto částice za pecemi zachytávají a podle charakteru úletů se buď vrátí po vhodné úpravě do tavícího pochodu, nebo se zpracují odděleně, např. hydrometalurgicky. Často se v úletech koncentrují některé cenné složky (např. stopové prvky).

 

 

A.    Tavení za vzniku sloučenin

 

  1. Koncentrační tavení 

 

Þ    zkoncentrování kovu ve formě jeho sloučenin v meziproduktu (jako že to pokračuje další reakcí) pro další zpracování

Př.:

-         těžké NŽ kovy s ↑ afinitou k S se koncentrují do sulfidického meziproduktu – kamínek

      Cu, Ni, Pb, Sn – společná složka FeS + malé množství O2 v FeO (Cu2S + FeS; Ni3S2 + FeS aj.)

MeO + MS = MeS + MO

Cu2O + FeS = Cu2S + FeO

 

-         NŽ kovy s ↑ afinitou k Sb antimonu nebo As arzenu se koncentrují do meziproduktu, tvořené antimonidy a arsenidy – míšeň 

      Ni3As2, Ni5As2, Ni5Sb2; vznik většinou nežádoucí

 

  1. Srážecí tavení

 

Þ    působením činidla se vyloučí z taveniny určitá složka

-         Kroll-Bettertonova metoda – odstranění např. Bi z olova

Ca + PbBi(tav) = Pb + Bi3Ca  (Pb3Ca)

-         Jollivetova metoda -

(Mg, K) = Bi7Mg6K9

-         Parkesova metoda – odstranění Ag a Au z olova

Zn + PbAuAg(tav) = Ag2Zn3, Ag2Zn5

AuZn, Au3Zn5, AuZn3

-         ↑Tm, ↓ρ, vzájemná nemísitelnost – stěry na povrchu lázně

 

  1. Rozkladné tavení 

 

Þ    po přidání pomocných látek – tavidel – dochází ke změně skupenství a ke změně chemického složení rud a koncentrátů

Þ    předběžné zpracování rud pro hydrometalurgické procesy – převod nerozpustného minerálu kovu na rozpustné a vyluhovatelné sloučeniny

Þ    podle charakteru tavidla rozlišujeme tavení kyselé a alkalické.

   

kyselá tavidla: Na2SO4, K2SO4, NaHSO4, KHSO4

 

    alkalická tavidla: NaOH, KOH, Na2CO3, K2CO3

 

Př. (FeMn)WO4 +  NaOH   =   Na2WO4 + Fe2O3 + Mn3O4

 

 

B. Tavení za vzniku kovu

 

 

  1. Termické redukční procesy – redukční tavení

 

ð     využívají redukčních prostředků k získání kovu, probíhají za ↑T

ð     redukce většinou z oxidů kovů (Fe, Sn, W, Ta, Ni, Mn, Cr), halogenidů (Ti, Zr, výše)

ð      sulfidické rudy se nejprve převádí na oxidy (Pb, Zn, Mo), pak redukce na kov

             

Redukovadlo: všechny látky schopné odejmout oxidu kyslík

 

MeO + RO(g) = Me + RO2

MeO + R(s) = Me + RO

 

plynné – H2, CO, metan; pevné – C, CaC a další kovy s vyšší elektronegativitou než mají redukované kovy ke O2

 

Disociace oxidů jako redukční proces

 

rozklad – disociace oxidů:

2 MeO Û 2 Me + O2

rovnovážná konstanta reakce:

 

                                             disociační napětí

 

 

standardní změna volné entalpie reakce:

 

                       DG0 = - RT ln Kp = - RT ln p02

 

 

  1.   disociace na Me
  2.   stabilita MeO

 

T

 

II.

I.

Tdis


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-         disociační teplota Tdis: teplota kdy pO2= 101325 Pa (atmosférický tlak)

-         stálost oxidů mírou ušlechtilosti kovů, ↑disociační tlak = ušlechtilý kov (Au, Ag, Pt)

-         tvorba více oxidů – princip postupného termického rozkladu

 

MeO2 → Me2O3 → Me3O4 → MeO → Me

 

Chemická redukce

 

ð     vazba uvolněného kyslíku se provádí redukčními látkami, které mají větší afinitu ke kyslíku než redukující se kov

Ellinghamův diagram: závislost DG – T vzniku oxidů

-         schopnost látek vázat na sebe kyslík lze hodnotit pomocí DG vzniku oxidů při různých teplotách Þ čím zápornější je hodnota DG reakce, tím stabilnější je oxid

-         tvoří-li prvek několik oxidů jsou vždy nejnižší oxidy nejstálejší.

 

                                       Např. (Fe) ® FeO ® Fe3O4 ® Fe2O3

                                                                      ß 

                                                       obtížně redukovatelný

 

Redukce plynnými redukovadly

 

Obecný tvar reakce redukce kovů plynnými redukovadly CO, H2:

MeO(s) + H2 nebo (CO)(g) Û Me(s) + 2 H2O (CO2)(g)

 

Rovnovážná konstanta reakce:

 

 

Redukce plynem Þ současně probíhající procesy disociace oxidu kovu a vzájemného působení redukčního plynu s kyslíkem:    

2 MeO Û 2 Me + O2 + D G1

2 H2O Û 2 H2 + O2 + D G2  nebo

2 CO2 Û 2 CO + O2

____________________________________

2 MeO+ 2 H2 (CO) Û 2 Me + 2 H2O (CO2) + D G

 

 

Podmínky redukce: D G < 0; D G2 > D G1; pO2(g)  < pO2(MeO)

Podmínky oxidace: D G > 0; D G1 > D G2; pO2(g)  > pO2(MeO)

Rovnovážné podmínky: D G = 0; D G1 = D G2; pO2(g)  = pO2(MeO)

 

 

Rychlost redukce oxidů závisí na:

 

a)  charakteru vsázkových materiálů, tj. na jejich mineralogickém složení a fyzikálních vlastnostech např. kusovost, stupeň pórovitosti rudy, rovnoměrnost rozmístění oxidů kovu

b)  teplotě procesu

c)  složení redukčních plynů (směsi plynů)

d)  rychlosti – prudkosti průniku plynné směsi procházející vsázkou a unášející při redukci vytvořený CO2 nebo jiné plynné produkty

 

CO Þ  redukce sloučenin Ni, Cr, (Fe) a dalších sl. (karbonyl  Ni ® práškový Ni)

 

  H Þ  redukce čistých oxidů kovů – W, Mo, Re;           výroba práškových kovů Fe, Ni, Co, Bi aj.

 

Redukce CH4:

              CH4 = C + H2

              CH4 + H2O = CO + 3 H2

MexOy + H2 = MexOy-1 + H2O

MexOy + CO = MexOy-1 + CO2

 

Termická disociace při T = 600 – 900 °C

 

Charakteristika složení rovnovážných produktů redukce (složení soustavy) – nutno zadat dva ze tří parametrů:

 

  1. pS = S pi
  2. teplota T,
  3. parametr n, vázaný na složení plynné fáze s parciálními tlaky jednotlivých plynů

 parametr n:

 

 

 

Redukce oxidů kovů uhlíkem

 

Přímá redukce – reakce mezi tuhými oxidy kovů MeO a    uhlíkem:

 

                      MeO(s) + C(s) = Me(s) + CO (g)     ­ T

2 MeO(s) + C(s) = 2 Me(s) + CO2(g)

 

Neřímá redukce – redukce plynným redukovadlem CO;

         probíhá mnohem rychleji než redukce tuhým uhlíkem, protože plyn obaluje částice a současně vniká i do jejich póru

         spotřebovává se CO za vzniku CO2

         CO se regeneruje z CO2 přídavkem pevného redukovadla (uhlík, koks apod.) – Boudouardova reakce

         kinetiku této reakce určuje buď rychlost chemické reakce(¯ T) nebo rychlost difuze (­ T)

      

Termické pochody redukce sloučenin kovů

 

ð     redukční pochody výroby kovů a jejich slitin, které k redukci používají pevných redukčních činidel a probíhají za vysokých teplot

ð     z hlediska přívodu a spotřeby tepla se rozlišují autotermické (vlastní reakční teplo) a elektrotermické (elektrické pece) pochody

ð     Z hlediska redukčních činidel lze termické pochody rozdělit na:

ð     Karbotermické pochody – redukční činidlo C ve formě kokosu, uhlí, grafitu nebo čistých sazí

ð     Metalotermické pochody – redukční činidlo pro redukci sloučenin kovů (oxidů, halogenidů) jiný kovový prvek:

      Al - aluminotermie, Mg – magneziotermie, Si - silikotermie, Ca - kalciotermie, Na – natriotermie aj.

 

 

A. Karbotermické pochody

 

ð     redukce těžkoredukovatelných oxidů kovů uhlíkem při vysoké teplotě

 

MeO + C Û Me + CO

 

Rovnovážná konstanta reakce:

 

D G = RT ln K

 

Rovnovážný stav reakce lze změnit:

 

  1. změnou teploty - D G je teplotně závislé
  2. změnou rovnovážné aktivity pomocí

-         zúčastěných látek

-         dalších látek (Cl, F)

 

Změnou rovnovážné redukční atmosféry (snížení obsahu CO, např. vakuováním), může dojít k úplnému průběhu karbotermické reakce

Þ pCO < prov.

Vznik karbidů získávaných kovů při redukce Þ aktivita výchozích látek se velmi snižuje; k úplnému průběhu reakce je nutné zvýšení teploty nebo snížení pCO.

Aplikace:

-         příprava kovového Nb, příp. V a Mo

-         příprava Ti a Zr slitin nebo předslitin s dalšími přechodovými kovy

-         výroba feroslitin - FeCr, FeMn, FeW, FeSiCr

-         příprava předslitin přechodových kovů redukcí ze směsi oxidů – Ta-V, Ta-W, V-Cr, Nb-V aj.

-         využití ve spojení s chlorací – výroba Ti, Zr

TiO2 + 2C + 2Cl2 = TiCl4(l) + 2CO

Použitím karbidů místo čistého uhlíku (sazí) se dosáhne vyšších reakčních rychlostí Þ KARBIDOTERMIE

Nb2O5 + 5 NbC Û 7 Nb + 5 CO

 

B. Metalotermie – redukce sloučenin kovů kovy

 

 + + +

     Hutnický pochod, kterým měníme kov (obecně označený Me) ve sloučeninu (třeba jinou než s kyslíkem), je ve své elektrochemické podstatě oxidace, a obrácený pochod, při němž se mění sloučenina v kov, je redukce

 

  oxidace

 

  redukce

 

     Za redukci považujeme i vyloučení kovu z roztoku (např. elektrickým proudem).

     V hutnictví se získává kov redukcí z kysličníků a sirníků. Redukci můžeme obecně vyjádřit rovnicemi:

 

MeO + R = Me + RO

MeO + XO= Me + XO2

 

     Písmeny R a XO jsou označena redukční činidla (redukovala), tj. látky, které jsou sochány odejmout kysličníku kyslík.

     Kysličníky nejsou stejně stálé. Jejich stálost určuje afinita (příbuznost) prvků ke kyslíku a ta je u ušlechtilých kovů menší, u elektronegativnějších kovů větší. K prvkům s vysokou afinitou ke kyslíku patří také uhlík.

     Nejjednodušším způsobem oddělení kyslíku od kovu je rozklad kysličníku (disociace). Stálost kysličníku proti disociaci závisí na velikosti rozkladného tlaku.                               

    Vetší tlak mají kysličníky kovů s menší afinitou ke kyslíku – snadněji se rozloží – a naopak. V průmyslových podmínkách se nedá u většiny kovů disociace použít k jeich výrobě. Rozklad kysličníků je nutno urychlit přítomností prvku, který má větší afinitu ke kyslíku než kov, jehož kysličník chceme redukovat. Takový prvek – redukovalo – způsobí, že kyslík zruší méně pevnou vazbu s kovem a připoutá se k redukovadlu. Křivky na obrázku ukazují závislost mezi disociačními tlaky různých kysličníků a teplotou. Čím výše je křivka (Ag2O, CuO), tím snadněji se kysličník rozkládá (a tedy redukuje) a naopak, čím níže krívka leží (MgO, CaO), tím obtížněji se kysličník redukuje. Pokud nepůsobí jiné vlivy, může níže ležící kov redukovat výše položený z jeho kysličníků. Redukční schopnost mají i nižší kysličníky (např. CO).

     V praxi se ujalo je několik druhů redukovadel. Největší význam v hutnictví má uhlík, kterého se používá v podobě koksu. Je laciný, a snadno dostupný, vyrábí se ve velkém množství, bezpečně a snadno se sním manipuluje a má další jiné přednosti. Méně často se používá vodíku a různých plynů obsahujících vodík a uhlovodíky, dále hliníku, křemíku, hořčíku a vápníku.

     Vysvětlíme si nyní chemismus redukce koksem:

     Při dostatečně vysoké teplotě je kysličník uhelnatý (CO) schopen odejmout z kysličníku kovu (MeO) kyslík podle reakce

 

MeO + CO = Me + CO2

 

Z touto notoricky známou reakcí jsme se už setkali u redukčního pražení. Je vratná, a proto by se její průběh brzy zastavil, čimž bychom nedosáhli potřebného výtěžku kovu, kdybychom nerušili její rovnovážný stav. V technickém měřítku se rovnovážný stav nejsnáze ruší likvidací kysličníku uhličitého:

 

CO2 + C= 2CO

 

Uvedená reakce je v hutnictví rekcí základní, umožňuje totiž redukční pochody ve velkých pecích. Vztahy mezi uhlíkem a kysličníky uhlíku zobrazuje Boudouarův diagram.

                          

     Z diagramu je patrné, že při teplotě 700°C je nad uhlíkem plyn obsahující 60% CO a 40% CO2 a při teplotách nad 1000°C už není CO2 schopen existence ve styku s uhlíkem. Praktické hodnoty se sice veskutečnosti odlišují od čísel uvedených v ideálním Boudouardově diagramu (záleží např. na druhu koksu), ale v podstatě platí pravidlo, že kysličník uhličitý ve styku se žhavým koksem při vysokých teplotách přechází v kysličník uhelnatý. Tímto způsobe se odstraňuje kysličník uhličitý, který vzniká při redukci, a místo něj vzniká kysličník uhelnatý a redukce stále pokračuje.Někdy se redukce uhlíkem vyjadřuje souhrnnou rovnicí MeO + C = Me + CO v niž je vynechán mezi stupeň tvorby CO2. Podle této rovnice je redukovadlem tuhý uhlík. Ve skutečnosti však redukce probíhá působením kysličníku uhelnatého.

     Je ovšem možná i přímá redukce uhlíkem, přesně podle uvedené rovnice, ale ty má při výrobě kovů podružný význam, protože je možná jen v místě, kde se stýkají tuhé látky  (kousky rudy a koksu).

     V hutnické praxi se někdy používá k redukci kysličníků kovů i kovů s větší afinitou ke kyslíku, než má redukovaný kov (hliník, křemík, hořčík aj). Tento způsob redukce se nazývá metalotermie. Nejznámější je redukce hliníkem, aluminotermie; její průběh se dá vyjádřit rovnicí

 

Me2O3 + 2 Al = Al2O3 + 2Me + teplo

 

Silikotermie používá jako redukovala křemík

 

2MeO + Si = SiO2 + 2Me + teplo

 

Množství tepla, které se při metalotermických reakcích uvolní, je tak velké, že i těžko tavitelné kovy se roztaví.

     Suroviny obsahující sirníky kovů se zpracovávají tzv. srážením, které je založeno na různé příbuznosti kovů k síře. Kovem me s větší afinitou k síře (jeho sirník má nižší disociační tlak), Můžeme odejmout síru ze sloučeniny s kovem Me, který má k síře menší příbuznost:

 

MeS + me = Me + meS

 

Reakce probíhá při vyšších teplotách, v roztaveném stavu a používá se jí při výrobě některých kovů (antimon, olovo).

+ + +

 

ð     redukčním činidlem sloučenin kovů je další kov s vyšší afinitou k danému prvku sloučeniny (O2, Cl2, S)

Metalotermické pochody:

  1. metalotermická redukce oxidů – kovové redukovadlo Ca, Mg, Na, Si, Al:

 

 

 

 

Vytvořený oxid redukovadla je zásaditý (CaO, MgO, Na2O)

Pokud vzniká amfoterní oxid (Al2O3, SiO2), bude reagovat se zásaditým oxidem redukovaného kovu podle reakce:

MemOn + RrOs = MemOn.RrOs

 

S.R.

Pro zvýšení výtěžnosti kovu se v tomto případě přidává do vsázky oxid zásaditější než oxid redukovaného kovu např. CaO:

 

 

  1. metalotermická redukce halogenidů – získávání kovů, které nelze z oxidů redukovat nebo jen těžce. Suroviny jsou ve formě chloridů nebo fluoridů. Dochází k vytěsňování kovu Me z jeho chloridu (fluoridu) jiným kovem R, která má vyšší afinitu k chloru (fluoru) než kov Me  (Mg, Na, K, Ca):

 

 

 

 

 

Př.               TiCl4 + 2Mg = Ti + 2 MgCl

 

  1. vytěsňovací tavení – ze sloučenin kovů (sulfidů, chloridů), těžkých NŹ kovů (ZnS, PbS, HgS) se vytěsňuje příslušný kov pomocí kovu (levného, snadno dostupného – např. Fe)

 

 

 

Aluminotermie

 

ð     vysoké reakční teplo aluminotermické reakce je dostatečné k redukci většiny oxidů až na kov:

3 MeO + 2Al ® 3 Me + Al2O3 + Q

ð     vlivem toho lze při tomto procesu pracovat bez přídavného zdroje tepla

Aplikace:

-         příprava V a Nb se zbytkovým O2 (do 0,2 %) a Al (do 15%)

-         příprava feroslitin Si-Al, Fe-Si-Al, Fe-Si-Al-Mn, které se používají jako dezoxidovadla v ocelářství

 

Magneziotermie

 

ð     používá se především pro redukci halogenidů – fluoridů a chloridů, méně pro redukci oxidů

Aplikace:

-         příprava Be, Ti, Zr, Hf, U, Sk, Th aj.

         čistý Mg pro magneziotermii se získává elektrolýzou nebo silikotermickou redukcí.

         oproti Na a Ca má hořčík poměrně nízké reakční teplo, které nemusí být někdy dostatečné a musí se dodávat

Magneziotermická redukce se provádí v ocelolitinových tlakových nádobách s vyzdívkou fluoridové strusky, do nichž je vsázka s potřebným množstvím Mg prachu nebo třísek upěchována. Celé nádoby jsou zahřáty nad 600 °C a směs zapálena.

 

Kalciotermie

 

ð     Ca je silný redukční prostředek a metalotermicky redukuje všechny halogenidy a četné oxidy na kovy

Aplikace:

-         redukce oxidů V, U, Cr, Ti, Th, Pu

-         redukce halogenidů U, Th, Pu, Sk, dy, Nd, Ga, La, Z, Ce

-         Ca pro metalotermickou redukci se připravuje elektrolýzou solných tavenin, vakuovou destilací

-         Ca má vysokou teplotu varu, proto je možné pracovat bez přetlaku

-         s doprovodnými prvky netvoří téměř žádné nebo jen málo stabilní sloučeniny

-         vzhledem k vysokému reakčnímu teplu není nutné předehřívání a je možné přímé zapálení směsi

 

Natriotermie

 

ð     Uplatňuje se při metalotermické redukci chloridů a fluoridů přechodových vysokotavitelných kovů Ti, Ta, V, Zr, Hf a Th, příp. některých jejich podvojných fluoridových solí. Vzhledem k nízké DG mohou být oxidy redukovány natriotermicky jen omezeně.

Aplikace:

-         redukce K2TaF7 – vznikající fluorid sodný je snadno odstranitelný vodou a promytím tantalového prášku kyselinou

-         Sodík pro natriotermii se získává elektrolýzou solné taveniny

-         Je velmi reaktivní, nutno pracovat v ochranné atmosféře nebo pod ochrannou kapalinou

 

Silikotermie

 

ð     Redukce oxidů kovů křemíkem nebo ferosiliciem

ð     kovový Si o čistotě 97 – 99 % (Tm = 1412 °C) je připravován karotermickou redukcí z čistého křemičitého písku koksem v ele. obloukové peci

ð     v metalotermii je ekonomicky výhodnější než Al

ð     nevýhoda: Si tvoří nestabilní křemičitany s vysokou teplotou varu (2600 °C), které se nedají odpařit

Aplikace:

-         redukce oxidů chromu, příprava ferochromu

-         příprava feroslitin a předslitin (4-20 %Si) – Fe-Zr-Si, Si-Mn, Si-Cr, Fe-Nb, Fe-Nb-Ta

Tavení surovin a přísad se provádí ele. oblouku; reakce mezi taveninou obsahující MeO a Si je exotermní.

Do silikotermie lze zařadit např. výrobu Mg ve formě kondenzačních par ze směsi dolomitů a magnezitů pomocí ferosilicia – Pidgeonový způsob

 

Redukce kovů ze sulfidů reakčním tavením

 

Nejčastěji se získávají NŽ kovy těmito způsoby:

  1. Oxidační pražení – sulfidy kovů se mění na oxidy, z nichž se dále redukuje surový kov (výroba Zn, Pb)
  2. Tavení sulfidických rud a koncentrátu na tzv. kamínky, tj. taveninu sulfidů kovů s velkou afinitou k síře. V průběhu tavení kamínku se v rudě či koncentrátu přítomné oxidy vážou do strusky. Kamínek se od strusky odděluje na základě různých měrných hmotností

 

Reakční tavení

 

ð     Při výrobě některých NŽ kovů (Cu, Ni, Pb) mají značný význam reakce mezi sulfidy a oxidy, buď stejného kovu nebo různých kovů, které se vyskytovaly v rudách, koncentrátech a jsou součástí kamínků. Odstraňují se postupně v průběhu reakcí vedoucích k redukci kovu.

 

Při reakčním taveni spolu reagují dvě sloučeniny kovu při teplotě nad teplotou tavení tak, že jedním z produktů reakce je kov:

 

MeS + 2 MeO = 3 Me + SO2

 

Reakce je možná, je-li při teplotě reakce parciální tlak vznikajícího SO2 větší než vnější tlak v okolí:

 

pSO2 > pvnější

 

Tlak SO2 v průběhu reakce vzrůstá se zvyšující se teplotou. Pro každý kov existuje teplota, při níž je reakce možná

Oxid kovu se vytváří v průběhu tavení oxidací části sulfidu nebo výměnnou reakcí mezi sulfidem jednoho kovu Me a oxidem druhého kovu M podle reakce:

 

MeS + MO = MeO + MS  (DG < 0)

 

 

Vytěsňovací tavení

 

Při zpracování sulfidů (např. ZnS, PbS, HgS) dochází k vytěsňování kovu železem nebo jiným kovem podle reakce:

 

MeS + M = Me + MS

 

Podmínkou této reakce je větší stabilita sulfidu MS než MeS