Elméleti kohászattan

Tartalom

Előszó 13
Bevezetés 15
1. Módszerek a kohászati folyamatok egyensúlyának és kinetikájának vizsgálatára 17
1.1 Termodinamikai alapfogalmak 17
1.11 Bevezetés 17
1.12 Az entalpia változása a hőmérséklettel 18
1.13 Az entrópia változása a hőmérséklettel 19
1.14 A szabadentalpia változása a hőmérséklettel 20
1.15 A (moláris) normál szabadentalpia felhasználásának lehetőségei 20
1.16 A szabadentalpia változása a koncentrációval 42
1.17 A kémiai potenciál és felhasználásának lehetőségei 48
1.171 A reakció kezdő (határ-) hőmérsékletének változása a koncentrációval 49
1.172 A stabilitásterületek meghatározása a kémiai potenciálokból 57
1.173 A stabilitásterületek meghatározása konstans hőmérsékleten a gázösszetételből 61
1.18 Az elektródpotenciál és felhasználásának lehetőségei 63
1.181 Cementálásnál és elektrolízisnél lejátszódó folyamatok vizsgálata 63
1.182 A stabilitásterületek meghatározása elektródpotenciálokból 66
1.2 Reakciókinetikai alapfogalmak 70
1.21 Bevezetés 70
1.22 A reakció sebessége a meghatározó 71
1.221 A koncentráció változása az idővel 71
1.222 A reakció rendűségének meghatározása 72
1.222.1 Egy hevítési görbéből 72
1.222.2 c - /(0-görbéből 73
1.222.3 R = /(0-görbéből 74
1.222.4 m = /(0-görbéből 74
1.223 Az aktiválási szabadentalpia meghatározása 74
1.223.1 Egy hevítési görbéből 74
1.223.2 Koncentrációfüggvényből 74
1.223.3 Nulladrendű reakciónál és a reakció közben megváltozó sűrűségű anyag
esetén 75
1.23 A diffúzió sebessége a meghatározó
1.231 Fick II. törvénye 77
1.232 Fick I. törvénye 78
1.233 A diffúzió aktiválási szabadentalpiájának meghatározása nagy sugarú gömbben
való diffúzió esetén 79
1.234 A diffúzió aktiválási szabadentalpiájának a meghatározása a tömegváltozásból, illetőleg az átalakulás mértékéből 80
1.24 Az effektív sebességi állandó és a diffúziókoefficiens változása a hőmérséklettel 82
1.3 Többfokozatú ellenáramú folyamatok vizsgálata 83
2. Az érc fizikai előkészítése 89
2.1 Feltárás 90
2.11 Feltárás mechanikai úton 90
2.111 Durvára aprítás 90
2.112 Közepes aprítás 91
2.113 Finomra aprítás vagy őrlés 92
2.12 Feltárás hőenergiával 93
2.2 Osztályozás 93
2.21 Osztályozás szitákkal 94
2.211 Síksziták 94
2.212 Dobsziták 95
2.22 Osztályozás áramkészülékekben 96
2.221 Süllyedési végsebesség meghatározása 96
2.222 Áramkészülékek 98
2.3 Dúsítás 99
2.31 Dúsítás sűrűség szerint 99
2.311 Nehézszüszpenziós eljárás 100
2.312 Ülepítés 100
2.313 Szérelés 101
2.314 Ciklonmosó 102
2.32 Dúsítás mágneses és elektromos tulajdonságok alapján 103
2.321 Kis térerősségű szeparátorok 104
2.322 Nagy térerősségű szeparátor 105
2.323 Koercitív erők különbözőségén működő szeparátor 105
2.324 Elektrosztatikus szeparátor 106
2.33 Felületi tulajdonságok szerinti dúsítás. Flotálás 106
2.331 Pótlékok 108
2.332 Berendezések 108
2.4 Az ércelőkészítés értékelése 109
2.41 A szemcseeloszlási függvény 109
2.42 A dúsítási függvények 112
2.421 A tömegkihozatal 112
2.422 Az alkotórész-kihozatal 113
2.423 A dúsítás hatásfoka 113
2.424 Az ércelőkészítési görbék 115
2.424.1 Az alapgörbe 115
2.424.2 A termékek fémtartalmának változása 116
2.424.3 A fémkihozatal változása 119
2.424.4 A dúsítás hatásfokának változása 121
2.43 A gazdaságos tömegkihozatal meghatározása 122
3. Pirometallurgiai eljárások 125
3.1 Pirometallurgiai előkészítő (dúsító) eljárások 125
3.11 Égetés 126
3.111 Az égetésnél lejátszódó folyamatok egyensúlya 126
3.112 Az égetési folyamatok sebessége 129
3.12 Pörkölés 131
3.121 Oxidáló és szulfatizáló pörkölés 131
3.121.1 Fémszulfidok oxidáló és szulfatizáló pörkölése 132
3.121.11 A pörkölésnél lejátszódó reakciók egyensúlya 132
3.121.12 Fémszulfidok oxidáló pörkölése során keletkező fémvegyületek 137
3.121.13 A pörkölési reakciók sebessége 138
3.121.14 Egyen- és ellenáramú munkamód összehasonlítása 142
3.121.2 Fémarzenidek és-antimonátok oxidáló pörkölése 142
3.121.3 Tioarzenátok és -antimonátok oxidáló pörkölése 143
3.122 Klórozó pörkölés 144
3.123 Mágnesező pörkölés 147

3.124 A pörkölés termékei 147
3.13 Redukálás szilárd halmazállapotban 148
3.131 Fémoxidok redukciójának egyensúlya 148
3.131.1 A redukáló anyagok és oxidjaik közötti egyensúly vizsgálata 152
3.131.2 Fémoxidok redukciója szénnel 158
3.132 Fémoxidok redukciójának sebessége 160
3.132.1 A Boudouard-reakció sebessége 160
3.132.11 A Boudouard-reakció effektív sebességi állandójának és aktiválási
szabadentalpiájának meghatározása 163
3.14 Tűzi feltárás 165
3.15 Fémvegyületek előállítása olvasztással 166
3.151 A pótlék gázhalmazállapotú elem 166
3.152 A pótlék kondenzált fázisban levő vegyület 172
3.153 Az olvasztás termékei 172
3.16 A tűzi előkészítés főbb berendezései 174
3.161 Darabos ércek hevítése 174
3.162 Por alakú ércek hevítése 174
3.162.1 A termék por alakú 175
3.162.2 A termék darabos 179
3.2 Fémek előállítása pirometallurgiai úton 181
3.21 A fémelőállítás egyensúlyi feltételei 184
3.211 Az egyensúly vizsgálata szabadentalpia-függvénnyel 185
3.212 Az egyensúly vizsgálata kémiai potenciálfüggvénnyel 186
3.22 Fémoxidok redukciója szén közreműködésével 188
3.23 Metallotermikus redukció 190
3.24 Az illósítás 190
3.25 Reagáló olvasztás 192
3.26 Fémek előállításának kinetikai feltételei 193
3.3. Fémek finomítása pirometallurgiai úton 195
3.31 Oxidáló, kénező, klórozó olvasztás 196
3.32 Csurogtató olvasztás 199
3.33 Fémeket feloldó olvasztás és olvadékextrakció 202
3.331 Fémeket feloldó olvasztás 202
3.332 Olvadékextrakció 205
3.34 Zónás olvasztás 206
3.35 Frakcionált kristályosítás 210
3.36 Elektrotranszport szilárd fémekben 211
3.361 Az elektrotranszport elvi alapja 211
3.362 Fémraffinálás lehetősége elektrotranszporttal 212
3.37 Elsalakító olvasztás 213
3.371 Dezoxidálás 213
3.372 Kéntelenítés 214
3.373 Elektrosalakos olvasztás 215
3.374 Üstmetallurgiai eljárások 215
3.38 Lepárlás, desztillálás 216
3.381 Az egyik alkotó illan 216
3.381.1 Elpárologtatás 216
3.381.2 Kondenzálás 219
3.382 Frakcionált desztillálás 221
3.39 Finomítás vákuumban 222
3.391 A kisebb forráspontú szennyező eltávolítása 223
3.392 Gáztalanítás és dezoxidálás 223
3.393 Raffinálás halogén-vegyületek közreműködésével 225
3.394 Egyéb fontosabb műveletek vákuumban 226
3.394.1 Ötvözetek előállítása 226
3.394.2 Zsugorítás, izzítás (hőkezelés) 226
3.4 A fémek pirometallurgiai előállításának és raffinálásának termékei 227
3.41 A fém 227
3.42 A salak 227
3.421 A salakok osztályozása 228
3.422 Szilikátsalakok szerkezete 229
3.423 A salakokkal szemben támasztott követelmények 230
3.423.1 A salak előállítási költségét befolyásoló tényezők 230
3.423.2 A salak értékes fémtartalma 232
3.423.3 A salakok összetétele 233
3.43 Tapadék 235
3.44 Kohófüst 235
3.5 Folyékony fémek (fémvegyületek) előállítására és raffinálására használt kemencetípusok 236
3.51 Egy-egy műveletre használt kemencék 237
3.511 Aknás kemence 237
3.512 Lángkemence 239
3.513 Forgódobos kemence 240
3.514 Konverter 240
3.52 Egyidejűleg többféle műveletre alkalmas berendezések 243
3.521 Röptében olvasztó kemence 243
3.522 Contop-kemence 244
3.53 Desztilláló berendezések 245
3.531 Fémek előállítására használt berendezések 245
3.532 Fémek raffinálására használt berendezések 246
3.533 Kondenzáló berendezések 246
3.54 Elektromos kemencék 247
3.541 Ellenállásfűtésű kemencék 247
3.542 ívkemencék 248
3.543 Indukciós kemencék 249
3.544 Elektronsugaras kemencék 250
3.6. Plazmametallurgia 251
3.61 A plazma energiatartalma 251
3.62 Plazma felhasználásának lehetőségei a metallurgiában 253
4. Hidrometallurgiai eljárások 256
4.1 Előkészítés 259
4.2 Lúgzás 260
4.21 Oldhatóság 260
4.22 Lúgzószerek 261
4.23 A lúgzás kinetikája 262
4.24 Lúgzás légköri nyomáson 266
4.241 Átszüremkedő lúgzás 266
4.241.1 Lúgzás kádakban 266
4.241.2 Lúgzás halomban 267
4.241.3 Lúgzás a lelőhelyen (in situ lúgzás) 268
4.242 Kavaró lúgzás 270
4.242.1 Mechanizmussal kavaró berendezések 270
4.242.2 Levegővel kavaró berendezések 270
4.242.3 Mechanizmussal és levegővel kavaró berendezések 271
4.242.4 Áramló oldattal lúgzó berendezések 271
4.243 Baktériumos lúgzás 273
4.25 Nyomás alatti lúgzás 277
4.251 Lúgzás híg kénsavas oldattal 277
4.252 Lúgzás lúgos oldattal 279
4.252.1 Lúgzás ammóniás ammónium-szulfát oldattal 279
4.252.2 Lúgzás ammóniás ammónium-karbonát oldattal 279
4.252.3 Lúgzás nátrium-hidroxid-oldattal 280
4.253 Lúgzó berendezések 280
4.253.1 Autoklávok 280
4.253.2 Csőreaktor 281
4.26 Foncsorítás 282
4.3 Az oldat és a lúgzási maradvány elkülönítése 283
4.31 Dekantálás 283
4.32 Szűrés 284
4.321 Szűrőprések 285
4.321.1 Keretes szűrőprés 285
4.321.2 Lemezes szűrőprés 285
4.321.3 Szalagos szűrőprés 285
4.321.4 Hengeres szűrőprés 287
4.321.5 Önürítő szűrőprés 287
4.322 Vákuumszűrők 289
4.322.1 Dobszűrők 289
4.322.2 Tárcsás szűrő 289
4.322.3 Szalagos szűrő 290
4.33 Centrifugák 291
4.331 Szakaszos üzemű centrifugák 291
4.332 Folyamatos üzemű centrifugák 291
4.34 Számítási módszerek 292
4.341 Egyszerű lúgzás, mosás 292
4.342 Gyakorlati egyensúlyi görbetípusok 296
4.342.1 Az oldhatóság korlátlan, szelektív adszorpció nincs 296
4.342.2 Az oldhatóság korlátlan, az oldható anyag szelektíven adszorbeálódik 297
4.342.3 Korlátozott oldhatóság, szelektív adszorpció nincs 298
4.342.4 Korlátozott oldhatóság, az oldószer szelektíven adszorbeálódik 298
4.343 Egyfokozatú lúgzás 300
4.344 Többfokozatú keresztáramú lúgzás 300
4.345 Többfokozatú ellenáramú lúgzás 301
4.4 Az oldat tisztítása 303
4.41 Ioncsere 304
4.411 Ioncserélő anyagok 304
4.412 Az ioncsere-folyamatok egyensúlya 305
4.413 Az ioncsere-folyamatok kinetikája 307
4.414 Az ioncsere gyakorlata 308
4.414.1 Sztatikus módszer 309
4.414.2 Nyugvóréteges ioncsere (dinamikus módszer) 311
4.414.3 Többfokozatú szakaszos és folyamatos ellenáramú ioncsere 312
4.42 Oldószeres extrakció 314
4.421 Extrakciós folyamatok 315
4.422 Az extrakciós folyamatok számítása
4.422.1 Egyfokozatú extrakció 316
4.422.2 Többfokozatú extrakció 318
4.423 Extraháló berendezések 320
4.5 Fémkiejtés 321
4.51 Fém kiejtése elemi alakban 321
4.511 Cementálás 321
4.511.1 Cementáló berendezések 324
4.512 Nyomás alatti redukció 325
4.513 Elektrolízis 326
4.52 Fém kiejtése vegyület alakban 326
4.521 Fémkiejtés oldódó só alakban 326
4.521.1 Fémkiejtés hidroxid alakban 328
4.521.11 Fémkiejtés hidrolízissel 328
4.521.12 Fémkiejtés nátrium-, ill. kálium-hidroxiddal 330
4.521.13 Fémkiejtés főzéssel 330
4.521.2 Fémkiejtés szulfid alakban 330
4.521.3 Fémkiejtés karbonát alakban 331
4.521.4 Fémkiejtés normálsó alakjában 331
4.521.5 Fémkiejtés bázikus só alakjában 331
4.521.6 Fémkiejtés kettős só alakjában 331
4.522 Fémkiejtés adszorpcióval 331
4.523 Fémkiejtés kristályosítással 332
4.523.1 Telítettségi koncentráció számítása 333
4.523.2 A kristályosodó fémsó mennyisége 334
4.523.3 Egyszerű kristályosítás 335
4.523.4 Frakcionált kristályosítás 336
5. Elektrometallurgiai eljárások 337
5.1 Az elektrolízis elmélete 337
5.11 Kémiai energia átalakítása elektromos energiává 338
5.12 Kémiai munka végzése elektromos energiával 341
5.121 Elektrolízis oldható anóddal 342
5.122 Elektrolízis oldhatatlan anóddal 343
5.122.1 Elektródpotenciálok 345
5.122.11 Fémelektród elektródpotenciálja 345
5.122.12 Hidrogénelektród elektródpotenciálja 346
5.122.13 Oxigénelektród elektródpotenciálja 347
5.122.14 Klórelektród elektródpotenciálja 348
5.122.15 Amalgámelektród elektródpotenciálja 348
5.122.2 Maradékáram, határáram 348
5.123 A fémelválasztás feltételei 350
5.123.1 A fémleválás mechanizmusa 350
5.123.2 Negatív normál elektródpotenciálú fém leválasztásának lehetőségei 350
5.123.21 Fémion-koncentráció növelése 351
5.123.22 Hidrogén elektródpotenciáljának csökkentése 351
5.123.23 Hidrogén-túlfeszültség növelése 352
5.123.24 Diafragma használata 355
5.123.25 Amalgámkatód használata 356
5.123.26 Olvadékelektrolízis 357
5.13 A fajlagos energiafelhasználást befolyásoló tényezők vizsgálata 357
5.131 Az elektrolizáló feszültség vizsgálata 358
5.131.1 Bomlásfeszültség 359
5.131.11 Bomlásfeszültség oldható anód esetén 359
5.131.12 Bomlásfeszültség oldhatatlan anód esetén 360
5.131.121 Elektrolízis szulfátos elektrolitból 360
5.131.122 Elektrolízis kloridos elektrolitból 362
5.131.123 Elektrolízis oxidos elektrolitból 362
5.131.2 Túlfeszültség 364
5.131.3 Elektrolit ellenállásán fellépő feszültségesés 364
5.131.4 A vezetékek, kontaktusok ellenállásán fellépő feszültségesés 366
5.131.5 Anódeffektus okozta átlagos feszültségnövekedés 367
5.131.6 A kádfeszültség meghatározása 369
5.132 Az áramhatásfok vizsgálata 370
5.132.1 Lorencz-Drossbach-féle áramhatásfok-egyenlet 372
5.132.2 Abramov-féle áramhatásfok-egyenlet 373
5.14 A minimális fajlagos energiafelhasználás meghatározása 373
5.15 A hőegyensúly meghatározása 375
5.151 Hőegyensúly feltétele a hőmérleg alapján 375
5.152 Hőegyensúly feltétele az energiamérleg alapján 378
5.16 A gazdaságos áramsűrűség meghatározása 381
5.161 Az önköltség egyenlete 381
5.162 A gazdaságos áramsűrűség 383
5.2 Vizes oldatok elektrolízise 383
5.21 Fémek elektrolitos finomítása 384
5.211 Elektrolit 384
5.211.1 Pótlékok 384
5.211.2 Szennyező elemek 386
5.211.3 Diafragma 387
5.211.4 Hőmérséklet 388
5.211.5 Elektrolit áramoltatása a kádak között 388
5.211.51 Hidraulikus soros kapcsolás 388
5.211.52 Hidraulikus párhuzamos kapcsolás 389
5.211.53 Elektrolit áramoltatása a kádon belül 389
5.212 Áramsűrűség 390
5.213 Elektródok 391
5.214 Kádak elektromos kapcsolása 391
5.214.1 Multiplex-rendszer 391
5.214.2 Series-rendszer 393
5.215 Elektrolizáló kádak 394
5.22 Fémek elektrolitos kiejtése 395
5.221 Elektródok 395
5.221.1 Anód 395
5.221.2 Katód 396
5.222 Elektrolit 396
5.223 Pótlékok 396
5.224 Elektrolízis 396
5.225 Az elektrolit tisztítása 397
5.23 Fémporok előállítása 397
5.24 Fémsók előállítása 398
5.25 Bevonatok készítése 399
5.251 Fémes bevonat készítése (galvanosztégia) 399
5.252 Nemfémes bevonat készítése (eloxálás) 400
5.26 Domborművek reprodukciójának előállítása (galvanoplasztika) 401
5.3 Elektrolízis olvadékból 401
5.31 Az áramhatásfok vizsgálata 402
5.311 Áramhatásfok a fajlagos karbonfogyás alapján 402
5.312 Áramhatásfok a gázösszetétel alapján 403
5.313 Az áramhatásfok általános levezetése 403
5.32 Az elektrolízis karbonenergia-mérlege 405
5.321 Az energiabevétel 406
5.322 Az energiakiadás 407
5.322.1 A fémvegyület bontásának energiaszükséglete 407
5.322.2 A szén-monoxid elégéséből származó energia 407
5.322.3 A gázzal elvitt rejtett (kémiai) energia 408
5.322.4 A szénsalak kémiai energiája 408
5.323 Az olvadékelektrolízis teljes energiamérlege 409
5.33 Olvadékelektrolízis gyakorlata 409
5.331 Elektrolit 409
5.332 Pótlékok 410
5.333 Elektródok 410
5.334 Hőmérséklet 410
5.335 Áramsűrűség 410
5.336 Elektrolizáló kádak 411
5.337 Háromréteges olvadékelektrolízis 412
Irodalomjegyzék 413
Név- és tárgymutató 416

Témakörök