Металургія кольорових металів

Московський Державний Інститут Стали і Сплавов.

(Технологічний Университет).

Кафедра металургії кольорових і шляхетних металлов.

Курсова робота на тему:

Металургія кольорових металлов.

Виконав: студент группы.

Руководитель:

Комков А.А.

—-=== Москва 2000 ===—;

1.

Введение

…3.

2. Опис технології отримання катодного меди…4.

3. Вибір технології плавки на штейне…8.

4. Теоретичні основи процесу Ванюкова…10.

5. Розрахунок матеріального і теплового баланса…13.

6.

Заключение

…28.

Металургія міді, і навіть інших важких кольорових металів є провідним ланкою вітчизняної кольорової металургії. Перед важких кольорових металів до доводиться значної частини валової продукції галузі. Значення міді рік у рік зростає, особливо у з бурхливим розвитком енергетики, електроніки, машинобудування, авіаційної, космічної і атомної техніки. Подальший розвиток і технічний рівень мідного і нікелевого виробництв багато чому визначають технічний прогрес багатьох галузей народного господарства нашої країни, зокрема мікропроцесорної техніки. Для отримання міді використовуються всілякі засоби плавок, наприклад, плавка мідних концентратів в електричних, отражательных, шахтних печах, під час використання процесу конвертування мідних штейнов, завдяки автогенным плавкам в підвішеному стані, на штейне та інших. На сьогодні є кілька основних процесів автогенных плавок: процес «Норанда», «Уоркра», «Міцубісі» і Ванюкова. На жаль, розробка новий конструкцій печей і різних процесів вимагає значних капіталовкладень, а вільний коштів у Російських підприємств недостатньо. У цьому курсової роботі розглянуть технологія А. В. Ванюкова чи ПЖВ.

Технологія отримання катодного меди Электролитическое рафінування олії міді переслідує мету: 1) отримання міді високої чистоти (99,90—99,99% Сі), задовольняє вимогам більшості споживачів; 2) вилучення попутно з рафинированием шляхетних та інших цінних компонентів (Se, Ті, Ni, Bi та інших.). Слід зазначити, що вищий в вихідної міді зміст шляхетних металів, тим нижче буде собівартість электролитной міді. Саме тому при конвертировании мідних штейнов прагнуть використовувати як флюсу золотосодержащие кварцити. Для електролітичного рафінування міді аноди, відлиті після вогневого рафінування, вміщують у электролизные ванни, заповнені сернокислым електролітом. Між анодами в ваннах розташовуються тонкі мідні листи — катодні основи. При включенні ванн до мережі постійного струму відбувається електрохімічне розчинення міді на аноді, перенесення катионів через електроліт і осадження її на катоді. Домішки міді причому у основному розподіляють між шламом (твердим осадом дно якої ванн) і електролітом. Через війну електролітичного рафінування отримують катодную мідь; шлам, у якому шляхетні метали; селен; телур і забруднений електроліт, частину доходів якого іноді використовують із отримання мідного і нікелевого купоросов. З іншого боку, внаслідок неповного електрохімічного розчинення анодів отримують анодные залишки (анодный скрап).

Электролитическое рафінування олії міді грунтується на відмінності її електрохімічних властивостей і які у ній домішок. У таблиці наведено нормальні электродные потенціали міді найчастіше можна зустріти у ній домішок. Мідь належить до групи электроположительных металів, її нормальний потенціал +0,34 У, що дозволяє здійснювати процес електролізу у водних розчинах (зазвичай, у сернокислых).

На катоді протікають самі електрохімічні реакції, але у зворотному напрямі. Співвідношення між одновалентной і двухвалентной міддю в розчині визначається рівновагою реакції диспропорционирования. Отже, може рівноваги концентрація в розчині іонів Сu+ приблизно тисячу разів менше, ніж концентрація іонів Си2+. Проте реакція має важливе значення для електролізу. Вона, зокрема визначає перехід міді в шлам. У початковий момент поблизу анода в розчині співвідношення двохі одновалентной міді відповідає константі рівноваги. Проте внаслідок більшого заряду і меншого іонного радіуса швидкість переміщення двовалентних іонів до катоду перевищує швидкість перенесення іонів одновалентных. Внаслідок цього в прианодном шарі концентрація іонів Си2+ стає вище рівноважної і реакція починає у бік освіти тонкого порошку міді, выпадающего в шлам. Як зазначалося вище, электролитическое рафінування олії ведуть у сернокислых розчинах. Електропозитивний потенціал міді дозволяє виділити мідь на катоді з кислих розчинів без побоювання виділення водню. Введення ЄІАС у електроліт поруч із мідним купоросом вільної сірчаної кислоти істотно підвищує електропровідність розчину. Пояснюється це більшої рухливістю іонів водню проти рухливістю великих катионів і складних анионных комплексів. Заради покращання якості катодного поверхні в електроліти для рафінування міді усім заводах обов’язково вводять різноманітні поверхнево-активні (колоїдні) добавки: клей (частіше столярний), желатин, сульфитный щілин. У процесі електролізу на поверхні катода можуть утворюватися дендрити, що зменшує у цьому місці відстань між катодом і анодом. Зменшення межэлектродного відстані веде до зменшення електричного опору, а отже, до місцевому збільшення щільності струму. Останнє свою чергу обумовлює прискорене осадження міді на дендрите і прискорений його зростання. Розпочатий зростання дендрита зрештою можуть призвести до короткому замиканню між катодом і анодом. За наявності дендритов сильно розвинена поверхню катода утримує дуже багато електроліту і погано промивається, що українці погіршує якість товарних катодів, а й може викликати шлюб катодного міді за складом. Один із пояснень механізму дії поверхнево-активних речовин у тому, що вони адсорбуються найбільш активних частинах поверхні і є у своїй викликають місцеве підвищення електричного опору, як і перешкоджає зростанню дендрита. У результаті поверхня катодів виходить більш рівній, а катодний осад більш щільним. Після вирівнювання катодного поверхні колоїдна добавка десорбирует в электролит.

Розчини колоїдних добавок безупинно вводять у який циркулює електроліт. Вигляд і витрати поверхнево-активних речовин різні кожному за підприємства. Зазвичай застосовують одночасно дві добавки. На 1 т одержуваної катодного міді витрачають 15—40 р клею, 15—20 р желатину, 20—60 р сульфітних щолоков чи 60—100 р тиомочевины.

Основними вимогами, що висуваються до електроліту, є її висока електропровідність (низька електричне опір) і чистота. Проте реальні електроліти, крім сульфату міді, сірчаної кислоти, води та необхідних добавок, обов’язково містять розчинені домішки, що містяться у анодноюміді. Поведінка домішок анодної міді при электролитическом рафинировании диктується їхнє становище у ряду напруг. По електрохімічним властивостями домішки можна розділити на чотири группы:

I група — метали більш электроотрицательные, ніж мідь (Ni, Fe, Zn і др.);

II група — метали, близько які у ряду напруг к-меди (As, Sb, Bi);

III група — метали більш электроположительные, ніж мідь (Au, Ag і платиноиды); IV група — электрохимически нейтральні за умов рафінування міді хімічні сполуки (Cu2S, Cu2Se, Cu2Te, AuTe2, Ag2Te). Домішки першої групи, які мають найбільш электроотрицательным потенціалом, практично цілком переходить до електроліт. Виняток становить лише нікель, майже п’ять% якого з анода осаджується в шлам як твердого розчину нікелю в міді. Тверді розчини згідно із законом Нернста стають навіть більше электроположительными, ніж мідь, що є причиною їхньої переходу в шлам. Особливо проти переліченими групами примесей-ведут себе свинець і олово, котрі за електрохімічним властивостями ставляться до домішкам I групи, але з своєї поведінки у процесі електролізу можна віднести до домішкам III і IV груп. Свинець і олово утворюють нерозчинні в сернокислом розчині сульфат свинцю PbS04 і метаоловянную кислоту H2SnO3. Электроотрицательные домішки на катоді за умов електролізу міді мало глушаться та поступово накопичуються в электролите. При великий концентрації в электролите металів першої групи електроліз може істотно розбудуватися. Нагромадження в электролите сульфатів заліза, нікелю і цинку знижує концентрацію в электролите сульфату міді. З іншого боку, участь электроотрицательных металів в перенесення струму через електроліт посилює концентрационную поляризацію у катода. Электроотрицательные метали можуть потраплятимуть у катодную мідь переважно у вигляді межкристаллических включень. розчину чи основних солей, особливо за її значної концентрації в электролите. У практиці електролітичного рафінування міді категорично не рекомендується допускати їх концентрацію в розчині понад наступних значень, г/л: 20 Ni; 25 Zn; 5 Fe. Домішки II групи (As, Sb, Bi), мають близькі до міді электродные потенціали, є шкідливими з погляду можливості забруднення катода. Будучи трохи більше электроотрицательными по порівнянню з міддю, вони цілком розчиняються на аноді із заснуванням відповідних сульфатів, що накопичуються в электролите. Проте сульфати цих домішок нестійкі й у значною мірою піддаються гидролизу, створюючи основні солі (Sb і Bi) чи мышьяковистую кислоту (As). Основні солі сурми утворюють плаваючі в электролите пластівці студенистых опадів («плавучий» шлам), які захоплюють частково і миш’як. У катодні опади домішки миш’яку, сурми і вісмуту можуть потрапляти як електрохімічним, і механічним шляхом внаслідок адсорбції тонкодисперсных частинок «плавучого» шламу. Отже, домішки II групи розподіляють між електролітом, катодного міддю і шламом. Гранично допустимі концентрації домішок II групи в электролите становлять, г/л: 9 As; 5 Sb і 1,5 Bi. Більше электроположительные проти міддю домішки (III група), до яких відносяться шляхетні метали (переважно, Au і Ag), в відповідність до становище у ряду напруг повинні переходити в шлам як тонкодисперсного залишку. Про це свідчить практикою електролітичного рафінування міді. Перехід золота в шлам становить понад 99,5% з його вмісту у анодах, а срібла — більш 98%. Кілька менший перехід срібла в шлам порівняно з золотом пов’язаний із тим, що срібло здатне у кількості розчинятися в электролите і далі з розчину виділятися на катоді. Для зменшення розчинності срібла і перерахування їх у шлам у складі електроліту вводять небагато іона хлору. Попри практично повне переведення золота і срібла в шлам, вони ж у кількості потрапляють у катодні опади. Пояснюється це механічним захопленням взмученного шламу й почасти явищем катофореза. На механічне перенесення шламу на катод впливають застосовується щільність струму і взаємопов'язана із нею швидкість циркуляції електроліту. Зі збільшенням швидкості циркуляції внаслідок взмучивания шламу перехід золота і срібла на катод зростає. При виборі щільності струму і способу циркуляції електроліту необхідно враховувати зміст шляхетних металів в анодах. У випадку їхнього підвищеного змісту щільність струму мають бути менші. Зниженню перенесення шламу на катод сприяє також його присутність серед ванній зони відстоювання (область від нижнього кінця катода до дна ванни). У багатьох заводах електроліт перед його поверненням в ванну в циклі циркуляції піддають фильтрованию, що зменшує втрати шламу і відданість забезпечує отримання більш чистої міді. Аналогічно электроположительным домішкам поводяться при електролізі міді хімічні сполуки (домішки IV групи). Хоча у принципі хімічні з'єднання та можуть окисляться на аноді і відновлюватися на катоді, що використав спеціальних процесах, за умов електролітичного рафінування міді анодного потенціалу замало їх окислення. Тому, за електролізі міді в электродных процесах де вони беруть участь і з мері розчинення анода обсипаються на дно ванни. У нинішньому вигляді селенидов і теллуридов переходить до шлам більш як 99% селену і телуру. Отже, внаслідок електролітичного рафінування анодною міді все які у ній домішки розподіляють між катодного міддю, електролітом і шламом ". Основними характеристиками, визначальними параметри і отримала показники електролітичного рафінування міді, є щільність струму, вихід металу по току, напруга на ванній, питома витрата електроенергії. Щільність струму є найважливішим параметром процесу електролізу. Вона виявляється у амперах на одиницю поверхні електрода (D=I/S). У металургії міді її прийнято висловлювати в амперах на вартість квадратного метра площі катодів. За законом Фарадея за кожен 1 А • год електрики осаджується 1 електрохімічний еквівалент металу. Для міді він дорівнює 1,1857 г/А • год. Отже, зі збільшенням щільності струму інтенсивність (продуктивність) процесу електролізу зростає. Розмір щільності струму, коли він проводять процес електролітичного рафінування, визначає усі його основні техніко-економічні показники: напруга на ванній, вихід по току, витрати, і навіть капітальні і експлуатаційні витрати. Зі збільшенням щільності струму за інших рівних умовах збільшується продуктивність цеху, зменшуються число потребных ванн, видатки капітальне будівництво і робочої сили, але зростають видатки електроенергію. Слід зазначити, проте, що зі збільшенням щільності струму збільшуються втрати шляхетних металів з допомогою більшого взмучивания шламу і захоплення його зростаючим катодным осадом. У цей час застосування особливих режимів електролізу (реверсивного струму, зміненої системи циркуляції електроліту та інших.) дозволяє довести щільність струму до 500 А/м2 і более.

Електрохімічний еквівалент міді становить 1,1857 г/А • год. Проте практично при електролізі виділення 1 г-экв металу витрачається електрики більше. Це позірна протиріччя пояснюється лише тим, що коли частина електричного струму витрачається побічні електрохімічні процеси та відплив струму. Ступінь використання струму на основний електрохімічний процес називається виходом металу по току.

У практиці електрометалургії кольорових металів здебільшого має справу з катодным виходом по току, оскільки маса катодного осаду визначає кінцевий вихід товарної продукції. Навмисний підвищений переклад міді в електроліт з допомогою хімічного розчинення часто зумовлюють кон’юнктурними міркуваннями. Надлишкова мідь то, можливо виділено з електроліту як мідного купоросу за його регенерації. У групі тих випадках, коли у мідному купоросе, використовуваному переважно для боротьби із хворобами і шкідниками сільськогосподарських рослин, дуже велика (наприклад, в НРБ), допускається робота електролізних цехів з підвищеної температурою электролита.

Вибір технології плавки на штейне.

Майже століття в металургії міді близько півстоліття в металургії нікелю (у Канаді) «панує» відбивна плавка. Своє широке поширення вона отримала завдяки освоенности плавки стосовно переробці різних видів дрібних рудних матеріалів, переважно флотационных концентратів, простоті організації процесу майже будь-яких умовах металургійного виробництва. Основні причини гострої необхідності заміни отражательной плавки стали високі вимоги до запобіганню забруднення довкілля викидами оксидів сірки. У умовах отражательной плавки, яка характеризується освітою величезних кількостей дуже бідних по SO2 газів, їх знешкодження потребує великих капітальних видатків і обходиться дороге експлуатації. У зв’язку з цим, а також у із необхідністю активного використання теплотворної здібності сульфидов та інших розглянутих вище чинників були розробити й подати освоєно нові шляхи плавки мідного сировини. головним чином це — автогенні процеси, поєднують у собі випал, плавку і конвертування. У цих процесах більшість сірки перетворюється на що відходять гази з досить високою і під постійним змістом SO2. Нижче наведені порівняльні основні техніко-економічні показники що застосовуються у зараз у мідної промисловості пирометаллургических процесів. Вже стадії освоєння процесу плавки в рідкої ванній досягнуто питома продуктивність, що перевищує більш ніж 15 раз продуктивність отражательной печі при плавленні сирої шихти, й у 6—8 раз продуктивність КВП і фінської технології. Можливо широке управління складом штейну й одержання на багатих штейнах щодо бідних відвальних шлаків. Процес характеризується низьким пылеуносом та придбанням возгонов, багатих за змістом цінних компонентів. Для процесу створена надійна і довговічна апаратура. Процес не вимагає складної підготовки сировини й доречний під час переробки як кусковий руди, і концентратів різного складу. За показниками він переважає всі відомі у у світовій практиці процеси. Процес можна вважати переважно освоєним і гідною широкого та швидкого запровадження у вітчизняної мідної і нікелевої промисловості. Крім основного спрямування плавки сульфідних концентратів на штейн, плавка в рідкої ванній придатна якомога ширшої застосування. При впровадженні процесу у рідкої ванній необхідно враховувати його можливості, шляху й напрями розвитку, які здійснюватися вже у недалекому майбутньому. До перспективних напрямків ставляться передусім пряме отримання чорнової міді глибоке збіднення шлаків, пряме отримання міднонікелевого файнштейна, плавка колективних мідно-цинкових концентратів, комплексна переробка відвальних шлаків. Заслуговує на увагу також використання принципів плавки в рідкої ванній на переробку окислених нікелевих і залізних руд.

Порівняльні техніко-економічні показники деяких видів плавки сульфідних мідних концентратов.

|Показатель|ПЖВ |КФП |Финская|КИ ВЦЭТ|Норанда|Мицубис|Отражат| | | | | | | |і |ельная | | | | | | | | |плавка | | | | | | | | |сирої | | | | | | | | |шихти | |Питома |60—80| | | | | | | |проплав, | |10—13 |9—12 |3—5 |10—11 |До 20 |4—5 | |т/(м2 • | | | | | | | | |сут) | | | | | | | | |Зміст| | | | | | | | |міді, %: | | | | | | | | |в штейне |45—55|37—40 |60 |40—50 |70−75 |65 |20—30 | |в шлаку | | | | | | | | |(без обід |0,5—0| | | | | | | |нения) |, 6 |До 1,2 |1—1,5 |0,3—0,6|5 |0,5 |0,4—0,5| |Зміст| | | | | | | | |Si02 в | | | | | | | | |шлаку, % |30—32|28—34 |29—30 |30—34 |22 |30—35 |34—42 | |Вологість |6—8 |.