矿石回收
矿石回收是一系列旨在回收化学元素的方法和过程,或者更准确地说,是获取不由任何化合物组成的元素,例如氧化物、硫化物等。该行业的技术和方法范围非常广泛,包括许多取决于所回收元素及其所需纯度的规范。
通常,矿石中的元素以化合物的形式存在,即以特定化合物特有的化学状态存在。这些主要为氧化物和硫化物。
对于氧化物状态的还原,通常使用基于与氢相互作用的化学反应,例如:
CuO + H2 --- > Cu + H20
3Fe2O2 + H2 --- > 2Fe3O4 + H2O
此外,氧化物的还原可以通过与一氧化碳相互作用的反应来利用:
Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2
这种反应通常发生在高温下,低于被还原金属的熔点。
还原硫化物中的金属也采用类似的方法,但需要根据被还原的金属,即其性质,选择合适的还原剂。不过,所有还原过程的基本方案都是相同的。
MoS2 + 2H2 --- > 钼 + 2H2S
Ag2S + O2 --- > 2Ag + SO2
因此,为了理解基本概念,让我们考虑还原一种元素——铁的过程。人类使用的大部分铁都是从铁矿石中经过还原阶段得到的。还原铁的主要和最经济的方法是碳热还原矿石中的铁,其主要反应是:
FeXOY + C --- > Fe + CO2
用这种方法获得铁的主要方法是高炉法获得铁(铸铁),其中铁矿石与焦炭碳发生化学反应。该过程的产物是铸铁,其中含有高达 3% 的碳。然而,铸铁非常脆,进一步从碳中提纯是一个非常劳动密集的过程。碳热法的其中一种是利用天然气从矿石中回收铁的过程。发生以下反应:
CH4+H2O=CO+H2(天然气转化)
FeХOY +CO=Fe+CO2
FeХOY +H2=Fe+H2O
通过该工艺,可获得直接还原铁,该铁不含碳,碳含量不超过 1%。但是,该产品也不适合用其制造金属零件,只能用作钢铁生产过程中的原料。因此,结构钢和其他钢的生产需要进一步浓缩所得的铁。世界上还使用各种气体来还原铁,但最主要和最常见的是天然气。