Основы металлургии (стр. 4 )

Расплавление жидкой меди продолжается до 10 часов.

Окисление проводят при температуре 1470 К воздухом, подаваемым через стальные трубки, погруженные в расплав. Окисление Al Zn Fe Sn протекает:

Cu2O+Me=2Cu+MeO

Оксиды металлопримесей вместе с Cu2O и SiO2 образуют шлак. Выход шлака 1-2% от массы меди. Процесс окисления 1,5-2 ч.

Восстановление избыточных оксидов меди проводят древесиной, мазутом или природным газом. Ванна активно барбатируется, что обеспечивает удаление газа из расплава - это пары H2O, SO2, CO2.

Cu2O+H2=2Cu+H2O

Cu2O+CO=2Cu+CO2

4Cu2O+CH4=8Cu+2H2O+CO2

Продолжительность дразнения 2-3 ч. Плотную медь разливают в аноды на машинах карусельного типа.

Состав анодов в процентах: 99,3-99,7 Cu, 0,1-0,5 Ni, 0,2 As+Sb, 0,1-0,2 O2, 0,015 S, по 0,02 Pb, Se, Te, 0,005 Zn, 100-300 г/т Au 1-3 кг/т Ag.

Состав шлаков 40-45 Cu, 20-40 SiO2, 5-7 Fe, они используются как холодные присадки при конвертировании.

Состав газов %:0,1-0,2 SO2, 16-17 CO2, 1-2 O2, t=1470-1500 К

На стадии огневого рафинирования удаляются 96-98 % Zn, S, Fe, Pb, 70-80 Sn, 30-40 As Sb Ni Bi. Расход топлива 7-15 % от массы меди. Воздуха 50-60 м3/т., прямое извлечение меди 97-98 %.

1.7  Сущность и назначение электролетического рафинирования меди. Привести составы продуктов рафинирования

Анодная медь содержит 99,4... 99,6 % Си; остальное прихо­дится на долю оставшихся после огневого рафинирования при­месей, включая золото, серебро, селен и теллур. В среднем в 1 т анодной меди содержится 30... 100 г золота и до 1000 г серебра. Такую медь обязательно подвергают рафинированию методом, электролиза.

В процессе электролитического рафинирования меди решаются две основные задачи: глубокая очистка от вредных примесей и попутное извлечение сопутствующих меди ценных компонен­тов. Согласно ГОСТ 859-66 высшая марка товарной электролитной меди М00 должна содержать не менее 99,99 % Си, т. е. суммарное содержание примесей, включая девять элементов с регламенти­рованными предельными концентрациями, не должно превы­шать 0,01 %.

Сущность электролитического рафинирования меди заключа­ется в том, что литые аноды и тонкие матрицы из электролитной меди - катоды попеременно завешивают в электролитную ван­ну, заполненную электролитом, и через эту систему пропускают постоянный ток.

Электролит - водный раствор сульфата меди (160... 200 г/л) и серной кислоты (135... 200 г/л) с примесями и коллоидными добавками, расход которых составляет 50... 60 г/т Си. Чаще всего в качестве коллоидных добавок используют столярный клей и тиомочевину. Они вводятся для улучшения качества (струк­туры) катодных осадков.

Механизм электролитического рафинирования меди вклю­чает следующие элементарные стадии:

1) электрохимическое растворение меди на аноде с отрывом электронов и образованием катиона: Сu-2е=Сu2+;

2) перенос катиона через слой электролита к поверхности катода;

3) электрохимическое восстановление катиона меди на като­де: Cu2+ + 2e-Cu;

4) внедрение образовавшегося атома меди в кристаллическую решетку катода (рост катодного осадка).

При электролитическом рафинировании меди чаще всего рабо­тают при катодной плотности тока 240... 300 А/м2.

Для электролитического рафинирования применяют железобе­тонные ванны ящичного типа, имеющие в плане удлиненное прямоугольное сечение. Для повышения коррозионной стойкости ванн против воздействия сернокислого электролита внутреннюю часть ванн облицовывают винипластом, стеклопластиком, поли­пропиленом, кислотоупорным бетоном и другими кислотостойкими материалами.

Первичными катодами служат тонкие (0,4... 0,6 мм) листы из электролитной меди - катодные основы. Их заготавливают электролитическим путем на матрицах из холоднокатаных меди или титана. К содранным с матрицы листам после обрезки кромок приклепывают ушки, обеспечивающие в дальнейшем контакт катода с токоподводящей штангой.

Время наращивания полновесного катода в товарных ваннах на различных заводах колеблется от 6 до 15сут. Ко времени выг­рузки масса катода достигает 60... 140 кг. После тщательной промывки готовые катоды направляют потребителю или пере­плавляют в слитки.

Растворение анода обычно длится 20..30сут и зависит от его толщины и режима электролиза. Анодные остатки, состав­ляющие 12... 18 % от первоначальной массы, переплавляют в анодных печах в новые аноды. За время работы анодов производят 2... 3 съема катодов.

В процессе электролиза электролит загрязняется примесями и обогащается медью. Накопление меди происходит главным образом за счет того, что анодный выход по току меди больше катодного выхода вследствие образования на аноде некоторого количества ионов Си+. Обогащению электролита медью способ­ствует также химическое растворение в нем катодной и анодной меди и содержащихся в анодах ее оксидов.

Для предупреждения накопления примесей и удаления избытка меди электролит подвергают обновлению (регенерации). Для ре­генерации часть электролита выводят из ванн. Количество вы­водимого электролита рассчитывают по предельно допустимой концентрации ведущей примеси, накопление которой идет наибо­лее быстро. Обычно такой примесью является никель, реже мышьяк.

Регенерацию электролита с целью его обезмеживания можно проводить несколькими способами. В настоящее время распрост­ранено выделение меди электролизом с нерастворимыми (свин­цовыми) анодами.

При электролитическом способе медь осаждается из раство­ра на катоде, а на свинцовых анодах выделяется кислород:

Сu2+ + 2е = Сu;

Н2О-2е = 2Н+ + 1/2О2.

В результате этих двух реакций раствор обедняется медью и обогащается свободной серной кислотой. После частичного обед­нения медью такой электролит можно возвратить в основной электролиз. Осаждение меди электролизом с нерастворимыми анодами характеризуется повышенным расходом электроэнергии на 1 т меди (до 3000... 3500 кВт • ч) вследствие высокого напря­жения на ванне, которое составляет 2... 2,5 В и слагается из по­тенциалов образования меди и кислорода из ионов. Этот способ прост, но дорог.

1.8 Автогенные процессы в металлургии меди. Сравнительная характеристика основных параметров и показателей процесса

Автогенными в металлургическом производстве называют технологические процессы, которые осуществляются за счет внутренних энергетических ресурсов без затрат посторонних источников теплоты. При переработке сульфидного сырья автогенность пирометаллургического процесса достигается за счет теплоты экзотермических реакций горения (окисления) сульфидов перерабатываемой шихты и реакций шлакообразования. В качестве окислительного реагента может использоваться воздух, обогащенное кислородом дутье или технологический кислород (95 ... 98 % О2).

Принцип автогенности хорошо известен современным металлургам. Теплота сгорания сульфидов уже почти 100 лет используется при окислительном обжиге многих сульфидных материалов и при конвертировании штейнов. Еще в конце прошлого и начале текущего столетий плавка сплошных сульфидных руд осуществлялась практически полностью за счет теплоты реакций окисления сульфидов железа. Этот вид рудной плавки, получивший, как уже отмечалось ранее, название пиритная плавка, являлся типичным автогенным процессом. К сожалению, до последнего времени это важное качество сульфидного сырья использовалось лишь частично.

Идея использования принципа автогенности для переработки мелких флотационных концентратов плавкой на штейн возникла и впервые была опробована в начале 30-х годов в нашей стрг. не и получила в дальнейшем достаточно широкое развитие во всем мире. В настоящее время можно перечислить не менее двух десятков освоенных промышленностью, внедряемых или разрабатываемых автогенных процессов плавки сульфидного рудного сырья.

В основе любого автогенного способа плавки сульфидных медных, медно-цинковых, медно-никелевых и других концентратов и руд лежат экзотермические реакции окисления сульфидов перерабатываемой шихты, и в первую очередь сульфидов железа. Реакция лежащая в основе многих окислительных процессов и описываемая уравнением 2FeS + 3О2 + SiO2 = 2FeO∙SiO2 + 2SO2 + 1030290 кДж, суммирует основные химические процессы автогенной плавки. Экзотермические реакции: 3FeS + 5О2 = Fe3О4 + 3SO2; 6FeO + О2 = 2Fe3O4.

Таким образом, любая автогенная плавка является окислительным процессом. При ее осуществлении степень десульфуризации можно менять в любых заданных пределах, изменяя соотношение между количествами перерабатываемого сульфидного материала и подаваемого в печь с дутьем кислорода. Это позволяет в широком диапазоне варьировать составом получающихся штейнов вплоть до получения черновой меди.

Все автогенные плавки являются совмещенными процессами. Они объединяют в одном металлургическом аппарате процессы обжига, плавки и частично или полностью конвертирования. Это позволяет наиболее рационально и концентрированно (в одном месте) переводить серу шихты в газы. При этом в зависимости от содержания кислорода в дутье можно получать газы с различным содержанием SO2 вплоть до чистого сернистого ангидрида.

Применительно к флотационным концентратам автогенные металлургические процессы могут быть организованы по-разному как технологически, так и аппаратурно. С технологической точки зрения такие процессы в первую очередь различаются методом сжигания сульфидов, которое может быть проведено в факеле или в расплаве.

При сжигании сульфидов в факеле мелкий хорошо высушенный концентрат вдувается в разогретое до высоких температур плавильное пространство вместе с кислородсодержащим дутьем. Сульфидные частицы, находясь во взвешенном состоянии, окисляются кислородом дутья и в зависимости от температуры частично или полностью расплавляются. мире. В настоящее время можно перечислить не менее двух десятков освоенных промышленностью, внедряемых или разрабатываемых автогенных процессов плавки сульфидного рудного сырья.

В основе любого автогенного способа плавки сульфидных медных, медно-цинковых, медно-никелевых и других концентратов и руд лежат экзотермические реакции окисления сульфидов перерабатываемой шихты, и в первую очередь сульфидов железа. Реакция (18), лежащая в основе многих окислительных процессов и описываемая уравнением 2FeS + ЗО2 + SiO2 = 2FeO • SiO2 •*■ + 2SO2 + 1030290 кДж, суммирует основные химические процессы автогенной плавки. Составными частями этой суммарной реакции являются реакции (16), (17) и (12), а также экзотермические реакции: