Рафинирование

(от франц. raffiner -очищать) [refining] — окончат, очистка продукта от примесей в металлургич., химич. и др. отраслях пром-сти:
рафинирование металлов [metal refining] — процессы очистки первичных (черновых) металлов от нежелат. примесей или примесей, представл. самостоят, ценность. Различают 3 осн. метода р. м.: пирометаллургич., элек-тролитич. и химич.. В основе всех лежит различие физико-химич. св-в раздел, элементов: темп-р плавления, плотности, электропроводности и т.д. Для получения металлов по-выш. чистоты часто используют последоват. неск. методов р. м. Пирометаллургич. (огневое) р. м., как правило, в расплавах, имеет ряд разновидностей. Способ применяют, напр., для очистки Си, Pb, Zn, Sn, Ti. Так, при продувке расплава Си воздухом (или технич. кислородом) примеси Fe, Ni, Zn, Pb, Sb, As, Sn с большим сродством к кислороду, чем Си, образуют оксиды, всплыв, на пов-ть ванны, и удаляются. Ликвац. раздел, осн. на разности темпр плавления, плотностей компонентов, составляющих сплав, и на их малой вз. р-ри-мости. Напр., при охлаждении жид. черн. Pb из него при опред. темп-pax выдел, кристаллы Си (т.н. шликеры), к-рые вследст. меньшей плотности всплывают на пов-ть и удал, для послед, перераб. Способ примен. для очистки черн. свинца от Си, Ag, Аи, Bi, очистки черн. Zn от Fe, Си, Pb, очистки Sn и др. металлов. При ликвац. р. тж. в расплав вводят добавки, образ, с примесями соед., не р-ряющ. в рафинир. металле и переход, в шлак (напр., извлеч. Аи, Ag из Pb добавлением Zn в расплав). В основе р. м. ректификацией или дистилляцией — различие в темп-pax кипения осн. металла и примесей. Р. м. осуществляется в форме непрер. противоточ. процесса, в к-ром операции возгонки и конденсации удал, фракций многокр. повторяется. Способ используют для очистки расплавов от легкопл. примесей, напр. Zn от Cd, Pb от Zn, при разделении А1 и Mg, в металлургии Ti и др. При р. фракц. перекристаллиз. использ. различие в р-римости примесей металла в тв. и жидкой фазах. В узкой расплавл. зоне, создав. острофокусным источником нагрева -плазм., лазерным или эл-нным лучом, высокочаст, индуктором и т.п., примеси кон-центрир. в жид. фазе и постеп. перемещ. к концу заготовки по мере смещ. зоны расплавления (см. Направленная кристаллизация, Зонная плавка). Способ преимущ. примен. в про-из-ве полупроводн. материалов и для получ. металлов высокой чистоты. Примен. вакуума интенсифиц. пирометаллургич. процессы р. м. Так, для дегазации и обезутлерож. ту-гопл. металлов (W, Mb, Та и др.) примен. нагрев их в вакууме до темп-р, близких к tm рафинир. металла. Вакуум, фильтр, жид. металла через керамич. фильтры (напр., в металлургии Sn) позв. удалить взвеш. тв. примеси;

рафинирование стали [steel refining] — очистка жидкой стали от вредных и нежелат. примесей; осуществл. либо непосредст. в сталегш. агрегате на заключит, стадии плавки присадкой окислителей и восстановителей, наведением шлака определ. состава, продувкой жидкой ванны инерт. газами и др. технологич. приемами (см. Сталеплавильный процесс), либо вне агрегата, т.е. в сталеразлив. и промежут. ковшах или на спец. установках (печь-ковш, ва-кууматор и др.) (рис.). Проведение р. с. и добавки металла (обеспеч. зад. темп-ры и химич. состава) в крупных и высокопроизв. стале-плав. агрегатах весьма затрудн. в связи с уве-лич. продолжит, плавки и ухудш. ТЭП произ-ва. Поэтому такие технологич. операции р. с. как, обезуглерож., дегаз., десульфур., раскисл., модифицир. и др., в соврем, металлургии проводят вне плав, агрегатов. Широкому внедрению процессов внепечного р. с. способствует интенс. развитие непрер. разливки стали, предъявл. более жесткие требования к качву металла по содержанию серы, газов, не-металлич. включений, однородности темп-ры и химич. состава. С помощью внепечного р. с. решается ряд задач: достижение низких и сверхнизких концентраций С, S, P, O2, N2, Н2и неметаплич. включений; обеспеч. узких пределов содерж. легир. элементов и темп-ры металла; ввод в сталь труднор-римых, токсичных, летучих и легкоокисл. элементов; гло-буляриз. неметаллич. вкл. и др. Эти задачи решаются след, технологич. операциями: отсечкой шлака при выпуске металла, отделением отработ. шлака от металла; перемеш. металла (продувкой нейтр. газами, индукц. или пуль-сац. перемешиванием); ввода раскислителей и легир. (в кусках, в виде гранул, порошка, проволоки); обработкой шлаками (тв. куск. и порошкообраз., самоплавкими, жидкими); продувкой кислородом; вакуумированием (в ковше, в струе, циркуляц., порц.) и др. Одна и та же задача, как правило, может решаться разными способами. Так, низкое содержание S в стали может быть достигнуто, напр., обработкой в ковше тв. синтетич. шлаками в со-чет. с продувкой инерт. газами; продувкой порошкообраз. смесями на основе извести или SiCa, магнием, РЗМ; вводом этих реагентов в составе металлич. проволоки. Выбор способа внепечного р. и типа агрегата определяется марочным сортаментом выплавл. сталей и требованиями к кач-ву гот. проката (см. тж. Вакуумирование, Дегазация стали). Для получ. сталей и сплавов особо вые. кач-ва и наиб, ответств. назнач. за последние 25—30 лет нашли шир. примен. спец. способы рафинир. переплава: электрошлак., вакуум.-дуг., эл-нно-лучевой, плазм.-дуг., а тж. их сочетания (см. Переплав);

рафинирование ферросплавов [ferroalloys refining] — внепечной процесс очистки ферросплавов (обычно в жидком виде) от ненужных или вред, примесей, напр., от углерода — при обезуглерож. феррохрома в конвертере; от А1 (Са ) — при обработке в ковше высокопроцентным ферросилицием, окислит, смесями или др. реагентами; от S — р. высо-коуглерод. феррохрома. Применяют пироме-таллург. (напр., плазм, р.), хим. и электроли-тич. методы р. (см. Рафинирование металлов). Для р. преимущ. низкоуглеродистых ферросплавов (напр., феррохрома) от С, N2, H2 и оксидных включений применяют тж. вакуум-термич. обраб. ферросплавов в тв. виде (слиток, кусок), включ. нагрев в вакуум, электропечи сопрот. (при вакууме 10~2мм рт. ст.) до 1400—1450 °С и выдержку при этой темп-ре 20—24 ч. Обезуглерож. феррохрома (от 0,1 до 0,01-0,02 % С) идет по реакции:
[С] + [О] = СО.
Одноврем. в сплаве значит, сниж. тж. содерж. N2 и Н2;

рафинирование чугуна [hot metal treatment] — очистка чугуна от вредных (преимущ. S, Р) и нежелат. (напр., Si) компонентов; осуществляется вне доменной печи. Внепечное р. ч. ведут разными способами: в струе металла с примен. транспортир, газов и механич. мешалок, в чугуновоз, и разлив, ковшах, на спец. стендовых установках. Возможно выборочное р. с удален, одного компонента (де-сульфурация, дефосфорация, обескремнива-ние и др.) или комплексное р. с одноврем. или последоват. удалением нежелат. компонентов. Обессеривание или процессы внепечной десульфурации дифференц. по виду примен. десульфураторов, технологии подачи десуль-фуратора в обрабат. металл. В кач-ве реаген-тов-десульфураторов применяют: домен, шлак, кальцинир. соду (порошковую, грану-лир., брикетир., с активир. добавками), известь, карбид кальция, магний металлич., а тж. нек-рые компл. реагенты на осн. перечисл. вещ-в.
Десульфурация чугуна идет по реакции: [FeS] + СаО = (FeO) + (CaS),
где [FeS] — содержание S в чугуне; СаО -содерж. (расход) реагента-десульфуратора; (FeO), (CaS) — содерж. FeO и CaS в шлаке.
процесс дефосфорации чугуна сводится к окислению фосфора и связыв. Р2О5 в прочные соединения в шлаковой фазе, напр, в тет-ракальциевый фосфат 4СаО • Р2О5. Чугун де-фосфор. комплекс, реагентами, содерж. известь, плавиковый шпат, хлориды кальция и железа, соду, оксиды железа.
процесс обескремнивания идет окислением кремния соответст. реагентами (газообраз, кислородом, окалиной, железной рудой) по реакции: [Si] + FeO = (SiO2) + (FeO),
где [Si] — содержание кремния в чугуне; FeO — расход реагента-окислителя; (SiO2), (FeO) — содерж. компонентов в шлаке;

центробежное рафинирование [centrifugal refining] — очистка жидких металлов и сплавов от твердофаз. включений под действием центробеж. сил. Ц. р. осущест. в центрифугах. Разл. центрифуги осадит, и фильтр, со сплош. и с перфориров. стенками ротора соответст. Рас-простр. тж. погружные фильтры-центрифуги с ротором из двух конич. тарелок, обращ. основаниями одна к другой. Ц. р. используют напр., для очистки олова. Ротор опускают в черн. олово, вращ. набирают съемы, поднимают над расплавом, увелич. скор. вращ. для отжима металла, затем после раздвигания тарелок под действием центробежных сил сбрасывают съемы в емкость вне котла. процесс ведут при 300-500 °С. Содерж. Fe в олове сниж. до 0,01 %, As — до 0,1 %, остающ. в съемах в видетугопл. соединений. Ц. р. применяют тж. для обезмеживания черн. свинца, серебристой пены, висмутовистых дроссов и т.д.;

электролитическое рафинирование [electrolytic refining] — электролиз водных р-ров или солевых расплавов, примен. для глуб. очистки большинства цв. металлов: Al, Cu, Ni, Ti, Pb, Zn, Аи, Ag и др. Различают э. р. с р-римыми и нер-римыми анодами. Первое состоит в анод, р-рении очищ. и осаждении чистых металлов на катоде. примеси остаются в анод, шламе или р-ре. Так, при электролизе Си осаждается на катоде, благ, металлы (Ag, Аи) с большим положит, электрод, потенц., не р-рясь, оседают на дно электролит, ванны в виде шлама, а примес. Ni, Fe, Zn, Mn, Pb, Sn, Co, облад. отрицат. электродным потенц., на-каплив. в электролите, к-рый периодич. очищают. Иногда (напр., в металлургии Zn) используют электролитич. р. с нер-римыми анодами. Осн. металл находится в р-ре (в виде к.-л. химич. соединения) и в рез-те электролиза осажд. на катоде, откуда его периодич. сдирают. Электролитич. р. для получения А! высокой чистоты (99,95-99,995 %) проводят трехслойным методом, при к-ром анодом явл. расплав А1 технич. чистоты с добавками до 30-40 % Си (нижний слой), катодом — очиш. А1 (верхний слой), а м-ду ними — слой электролита из смеси ВаС12 с A1F, и NaF.
Химич. р. осн. на разной р-римости рафи-нир. металла и примесей в р-рах кислот или щелочей. Примеси, постеп. накаплив. в р-ре, выдел, из него гидролизом, цементацией, экстракцией и др. способами. Примером химич. р. может служить аффинаж благор. металлов. Р. Аи ведут в кипящей H2SO4 или HNO3. примеси Си, Ag и др. металлов р-ряются, а Аи остается в нер-римом остатке. Химич. щелочное р., напр. Pb от As, Sn и Sb, осущест. в расплавл. смеси NaOH, NaNO3 и NaCl при 420-450 °С, где примеси окисляются иперевод, соответст. в арсенаты (As2O5 • станнаты (SnO2 • Na2O) и антимонаты (SbjO, • 3Na2O) натрия, которые переходят в шлак.