Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

CHEMIE

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "CHEMIE"— Transkript prezentace:

1 CHEMIE

2 VÝROBA KOVŮ  Průmyslové získávání kovů lze rozdělit do čtyř částí:  Těžba rud a jejich úprava  Chemické zpracování a příprava suroviny  Vlastní chemický děj k získání surového kovu  Rafinace vyrobeného kovu

3 Výroba kovů 2. Hliník 1. Železo 3. Měď

4 obohacování aglomer ace ruda metalurgické zpracování pražení pyrometalurgiehydrometalurgie

5  Obohacení o čistou složkou  Zbavení balastních materiálů (hlušiny)  Mechanické, fyzikálně-chem. postupy: Úprava rud flotace sedimentace magnetická separace

6 Chemické zpracování  Převedení základní suroviny většinou na oxidy, event. chloridy (vhodnější k vlastní výrobě):  Oxidační pražení: zahřívání za přístupu vzduchu (vznik oxidu kovu a SO 2 ) 2 ZnS + 3 O 2 = 2 ZnO + 2 SO 2  Redukční chlorace: pomocí uhlíku event. za přítomnosti chloru TiO C + 2 Cl 2 = TiCl CO

7  Spékaní směsi práškové rudy + paliva (  5% uhlí) na vzduchu  Vzniklý aglomerát se rozemele  Uplatnění hlavně u železných rud  Snížení obsahu: S, Zn, Pb, Cd  Nešetrný vůči životnímu prostředí Aglomerace

8 obohacování aglomer ace ruda metalurgické zpracování pražení pyrometalurgiehydrometalurgie

9 cementace čistý kov rafinace výluh elektrolýza

10  Vyluhování - selektivní loužení iontů kovů z rud chem. činidlem - vznik rozpustné sloučeniny vyráběného kovu (např. kyanidové loužení Au a Ag) - použití: Zn, Au, Pt, U, W, Cu, Ni, Co, Al  Vytěsňování (tzv. cementace) ušlechtilého kovu kovem neušlechtilým: HgS + Fe = Hg + FeS CuSO 4 + Fe = Cu + FeSO 4 2Au Zn = 2Au + 3Zn 2+  Elektrolýza - z vodných roztoků: ušlechtilé a některé neušlechtilé kovy (E 0 > – 0,4 V) Cu, Ag, Au, Ni, Pb, Sn, Zn aj. - z tavenin (halogenidů, oxidů nebo hydroxidů): velmi neušlechtilé kovy a polokovy Al, Na, Mg, Si, B, Ti aj.

11 Elektrolýza  Oxidace a redukce probíhají odděleně na elektrodách  Na katodě (redukce):  Na anodě (oxidace):  Elektrolyt: tavenina, vodný roztok  Výroba kovů: Na, Ca, Mg, Al  Rafinace kovů: Cu, Ni  Výroba hydroxidů alkalických kovů Ox1 + ze - = Red1 Red2 - ze - = Ox2

12 Princip elektrolýzy oxidace redukce

13 Elektrolýza roztoku NaCl Red: 2H + + 2e - = H 2 Ox: 2Cl - - 2e - = Cl 2 NaCl + H 2 O = H 2 + NaOH + Cl 2

14 pyrometalurgie redukce čistý kov rafinace termický rozkladelektrolýza tavenin

15  Termický rozklad: např. halogenidů, hydridů nebo karbonylů TiI 4 = Ti + 2 I 2 (g) 2 AsH 3 = 2 As + 3 H 2 Použití pro přípravu malých množství kovu o vysoké čistotě nebo k rafinaci.  Redukce (pro oxidickou sloučeninu): uhlíkem NiO + C = Ni + CO vodíkem MoO H 2 = Mo + 3 H 2 O neušlechtilým kovemCr 2 O Al = 2 Cr + Al 2 O 3 polokovem2 BaO + Si = 2 Ba + SiO 2 Redukce neušlechtilým kovem nebo polokovem: metalotermie (např. při použití hliníku aluminotermie). Tyto reakce jsou většinou silně exotermické a vyredukovaný kov vzniká v kapalném skupenství

16 Aluminotermická reakce  Silně exotermní reakce  Práškový hliník jako redukční činidlo: Fe 2 O Al → Al 2 O Fe  Využití: svařování kolejnic (dříve), dále získávání některých kovů z jejich oxidů  Velký nedostatek: nízká čistota produktu

17 Elektrolýza taveniny NaCl

18 bauxit Al 2 O 3 Al(OH) 3 Na[Al(OH) 4 ] NaOH (konc.) Fe 2 O 3 +SiO 2 NaOH 250  C 100  C 80  C 1200  C

19 Tavná elektrolýza Al 2 O 3 Red: 4Al e - = 4AlOx: 6O II- - 12e - = 3O 2 2 Al 2 O 3 = 4 Al + 3 O 2

20 Rafinace kovů  Zonální přetavování: pomalý, opakovaný průchod ingotu surového kovu úzkou zónou s teplotou blízkou jeho teplotě varu - Nečistoty se hromadí na konci ingotu - Nerozpustné příměsi jsou koncentrovány v jeho přední části - Čistý kov je uprostřed ingotu  Elektrolýza: surový kov je zapojen jako anoda, katodou je plíšek velmi čistého vyráběného kovu. - Nečistoty se hromadí v anodovém prostoru (tzv. anodové kaly) - Čistý kov je vyredukován na katodě

21 Rafinace mědi Anodové kaly: Ag, Au, Pt, Pd..

22 obohacování aglomer ace Železná ruda metalurgické zpracování pražení pyrometalurgie Surové železo Ocel, litina

23 Železné rudy Magnetit Fe 3 O 4 (55-70%) Hematit Fe 2 O 3 (50-60%) Siderit FeCO 3 (30-40%) Limonit Fe 2 O 3.nH 2 O (25-35%) Pyrit FeS 2 (<40%)

24  Vysokopecním hutnickým způsobem  Principem je redukce oxidických rud železa uhlíkem (koksem), resp. oxidem uhelnatým  Surové železo obsahuje 5 – 10% příměsí, zejména nekovů  Vedlejší produkt: struska (rafinační a ochranná funkce)  Rafinací vznikají tzv. technická železa: ocel a litina  Zkujňování spočívá v oxidaci a následném odstranění nekovů (C, Si, P) Výroba železa

25  kovonosná surovina + palivo + struskotvorné přísady Výroba železa-vsázka železná ruda koksvápenec+ +

26 Schéma vysoké pece

27  Horní část: upravená ruda, koks a vápenec  Spodní část: předehřátý vzduch, často obohacený kyslíkem  Vzduch reaguje s koksem: C + O 2 = CO 2  Reakce je exotermní (  teploty ve spodní části pece až na 2000 °C)  Při postupu vzhůru reaguje CO 2 s koksem podle Boudouardovy rovnice C + CO 2 = 2 CO Vysoká pec-reakce pal iva

28  Směrem nahoru  teplota až na 150°C  Ve střední části (500 – 800°C) probíhá nepřímá redukce: 3 Fe 2 O 3 + CO = 2 Fe 3 O 4 + CO 2 Fe 3 O 4 + CO = 3 FeO + CO 2 FeO + CO = Fe + CO 2  Ve spodní části při 2000 °C probíhá i přímá redukce: FeO + C = Fe + CO  Současně se rozkládá vápenec a váže se na křemičitany obsažené v rudě: CaCO 3 = CaO + CO CaO + SiO 2 = CaSiO 3  Vzniklá struska klesá s vyredukovaným železem do spodní části pece  Struska vytváří ochrannou vrstvu železa  Je vedlejším produktem a druhotnou surovinou: výroba žáruvzdorných vláken, cementu, hnojiv, apod.  Vedlejším produktem je také vysokopecní plyn (využití k topným účelům)  Surové železo je roztok obsahující nežádoucí příměsi Vysoká pec-reakce rudy, vápence

29 prvekCSiMnPS w [%] cca 4,20,2-0,70,2-0,80,10,03 Obsahy doprovodných prvků v železe

30  Ocelárenské pochody: zkujňování surového železa  Účelem: odstranění nebo snížení obsahu nežádoucích prvků  Princip zkujňování: oxidační reakce za vysokých teplot a vznik oxidů vázaných na strusku (Si, Mn, P) nebo odváděny v plynné formě (C)  V konvertorech, martinských, tandemových nebo elektrických pecích  Oxidačním činidlem je vzduch, kyslík nebo struska  Zkujňování v elektrických pecích: nejdražší, výhoda: kvalita oceli  Vznik technického železa: litina, ocel  Další zlepšení vlastností oceli: legování pomocí legur Rafinace surového železa

31 Technická železa-doprovodné prvky

32 Technická železa Dělí se podle obsahu uhlíku Litiny (> 2 %) Oceli (< 2 %)

33 vlastnost CSiCrNiWVPSMnMo pevnost tvrdost pružnost kujnost++-++ žárovzdornost korozivzdornost++++ svařitelnost houževnatost magnetičnost-+-+ obrobitelnost Vliv legur na vlastnosti technických želez

34 Metalurgické strusky  Vedlejší produkt výroby surového železa  CaO-MgO-MnO-FeO-Fe 2 O 3 -Al 2 O 3 -SiO 2 -P 2 O 5 štěpí polymerní tvoří dlouhé křemičitany a polymerní fosforečnany řetězce  Bazicita (V) strusky: w(CaO) / w(SiO 2 )  V > 1,8…zásadité strusky

35 Klasifikace metalurgických strusek  Vysokopecní: nízký obsah oxidů železa, ºC, převažují CaO- SiO 2 - Al 2 O 3 -MgO  Ocelářské oxidační:  obsah oxidů železa, bazicita, teploty odlévání o 100ºC, hlavní složky CaO-FeO x -SiO 2  Mimopecní rafinační: vysoká bazicita, odlévají se při 1400ºC, obsahují hlavně CaO-Al 2 O 3

36 Přehled dalších technicky důležitých silikátových materiálů  Materiály na bázi křemičitanů  Podobné složení jako strusky  Významné vlastnosti: chemická odolnost, žáruvzdornost, plasticita  Patří sem: skla, keramika, žáruvzdorné materiály, anorganická pojiva

37 Skla (křemičitá)  Amorfní ztuhlé taveniny přebytku SiO 2 (event. P 2 O 5 nebo B 2 O 3 ) a zásaditých oxidů Na 2 O nebo K 2 O, CaO, MgO  Nepravidelná struktura křemičitanových tetraedrů  Nemají bod tání, ale teplotní interval tání  Výchozí suroviny: křemenný písek nebo mletý křemen, uhličitan a síran sodný nebo draselný a mletý vápenec  Promíchaná směs tzv. sklářský kmen se roztaví a zpracovává se: lisováním odlévánímfoukáním

38 Druh sklaSloženíVlastnosti KřemennéSiO 2 Odolné teplotním rázům; kyselinám Užitkové SiO 2 -Na 2 O-CaO Měkne při  C; neodolává louhům Křišťálové SiO 2 -K 2 O-PbOVysoký index lomu; brousí se, leptá, rytí Tepelně a chem. odolné SiO 2 -Na 2 O-B 2 O 3 Malá tepelná roztažnost; odolné chemikáliím, teplotě VodníSiO 2 -Na 2 ORozpustné ve vodě; jeví zásaditou reakci

39 Keramika  Porézní na bázi jílových minerálů  Má heterogenní strukturu: krystalická a skelná fáze  Rozdělení: porézní (cihlářské zboží) a hutná (porcelán, kamenina)  Porcelán: bílé barvy, průsvitný; výchozí suroviny jsou kaolin, živec a křemen; výrobky se suší a vypalují při 900°C, pak se glazurují sklovinou a znovu vypalují při 1450°C  Kamenina: tvrdá, hutná a také dobře odolná chemickým vlivům Zbarvena žlutě až hnědě dle použitých jílů  Cihlářské zboží: z nejméně hodnotných jílů; velmi pórovité vzhledem k nízké teplotě výpalu zbarveny červeně Fe 2 O 3

40 Žáruvzdorné materiály a staviva  Materiály odolávající teplotám alespoň 1600°C  Hlavní složky: SiO 2 a Al 2 O 3 v různých poměrech  Dinas: přes 90% SiO 2, kyselý, špatně odolává prudkým změnám teploty  Šamot: kyselý i zásaditý  Silimanit: vysoce žáruvzdorný, větší odolnost proti korozi struskou  Korundová keramika: až 95% Al 2 O 3, odolnost vůči změnám teploty  Ostatní (magnezit, dolomit): hlavní složky MgO, CaO; zásadité

41 Anorganická pojiva  Samovolně se zpevňují (tuhnou) a spojují zrnité soustavy na vzduchu resp. v přítomnosti CO 2 Malta  Směs písku, „hašeného vápna“ a vody  Tuhnutí malty: Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 (s) + H 2 O

42 Cementy  Tuhnou pomocí vody  Soustava CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 -Fe 2 O 3  Hlavní suroviny: vápenec, jíly a železná ruda  Zahřátí na cca 1450°C a rozemletý slínek se smíchá s vodou  Podstata tuhnutí: vznik krystalických hydratovaných křemičitanů a hlinitanů Beton  Směs cementu, písku a drobného štěrku  Tuhne po smíchání s vodou Sádra  Pojivo odlišného typu  Vyroba: zahříváním sádrovce CaSO 4.2 H 2 O na 160°C  Vzniká tzv. hemihydrát CaSO 4.1/2H 2 O  Tuhne smícháním s vodou: zpětná reakce za vzniku dihydrátu

43 Uhlí  Hořlavá hornina  Vznik: z rostlinné hmoty pravěkých rostlin tvořené především celulózou (C 6 H 10 O 5 ) n  Obsah uhlíku a výhřevnost: dle prouhelnění (antracit > černé a hnědé uhlí > rašelina)  Zpracování: nejvíce jako palivo, efektivnější je však chemické Hnědé uhlí Černé uhlí

44 Karbonizace uhlí  Nejpoužívanější zpracování: zahřívání bez přístupu vzduchu  Vzniká: koks, dehet, čpavková voda a koksárenský plyn (svítiplyn) Nízkoteplotní karbonizace (při 600°C) – zpracovává hnědé uhlí – hlavní produkt: dehet (hlavně benzen, toluen, anthracen) – k výrobě pohonných hmot Vysokoteplotní karbonizace (při 1000 – 1300°C) – zpracovává černé uhlí – hlavní produkt: koks nebo svítiplyn – koks jako redukční činidlo a palivo

45 Ropa  Hnědá až nazelenalá hořlavá kapalina  Nazývá se též surová nafta, černé zlato  Složení: směs uhlovodíků převažují alkany  Vznik: z odumřelých mikroorganismů, písku, hlíny a Ca-nerostů  Výskyt: až 8 km pod povrchem spolu se zemním plynem  Těžba: z vrtu samovolně vyvěrá nebo se čerpá  1 barel=158,97 litrů  Zpracování: palivářsky nebo petrochemicky

46 Palivářské zpracování ropy  Výroba pohonných hmot frakční destilací (atmosférická, vakuová) na základě rozdílné teploty varu (s délkou řetězce  teplota varu)  Za atmosférického tlaku v rozsahu 50 – 360°C oddestilují plynné uhlovodíky (C 1 – C 4 ) benzíny (C 5 – C 11 ) petroleje (C 12 – C 15 ) nafta a LTO (C 16 – C 19 ) zbytek (mazut-TTO)  Za  tlaku ve vakuu (teploty varu o 150  C  ) se získají mazací oleje vazelíny parafín tuhý zbytek (asfalt)

47 Petrochemické zpracování ropy  Používá se frakce surových benzínů (nafta): C 16 – C 19  Krakováním: zkracování (roztržení) uhlíkatého řetězce  V přítomnosti vodní páry při  C nebo katalytickou hydrogenací  Vznikají alkeny (ethylen, propen, C 4 -frakce), aromáty (benzen, toluen, xylen), H 2 a CH 4  Konečné produkty: PE, PS, PES, PU, silon, butadien

48 Zemní plyn  Současně s ropou a zpravidla ji doprovází  Tvořen směsí alkanů v dutinách pod tlakem  MPa  Hlavní složky: methan (80 – 99%) a ethan (až 10%)  Využití: hlavně jako palivo, dále k výrobě vodíku, acetylenu a sazí  Vlastnosti: vysoká výhřevnost, neobsahuje jedovatý CO jako svítiplyn  Bez zápachu, nutno odorizovat: ethyl-merkaptan  Dolní a horní meze výbušnosti: 4,3-15%  Ekologické palivo: nejmenší emise CO 2 při spalování

49 Průmyslové plyny  Vznikají zplyňováním tuhých paliv (koks, antracit, černé uhlí) v generátorech  Obsahují oxidy uhlíku, především CO  Složení závisí na druhu tuhého paliva a složení plynu vháněného do generátoru  Slouží jako paliva a jako suroviny pro výrobu amoniaku, methanolu, benzínu, plastických hmot

50 Přehled nejdůležitějších průmyslových plynů druh plynuprůměrné složení suchého plynu [obj. %] COCO 2 H2H2 N2N2 CH 4 generátorový254< 170< 1 vodní405505< 1 smíšený < 1 syntézní405503< 2 vysokopecní < 1 koksárenský svítiplyn


Stáhnout ppt "CHEMIE"

Podobné prezentace


Reklamy Google