Металлургия меди, никеля и кобальта (стр. 1 )

Министерство образования и науки

Республики Казахстан

Восточно-Казахстанский государственный технический

университет им. Д. Серикбаева

,

МЕТАЛЛУРГИЯ МЕДИ, НИКЕЛЯ И КОБАЛЬТА

Учебное пособие

Усть-Каменогорск

2010

УДК 669.2 (075.8)

ББК 34.31я73

Ж 14

Рецензенты:

Доктор технических наук, профессор ВКГТУ им. Д. Серикбаева

Кандидат технических наук

Рекомендовано к изданию УМО МОН РК по специальности и направлению подготовки «Металлургия»

Протокол г.

Ж 14	Металлургия меди, никеля и кобальта: Учеб. пособие / , . – Усть-Каме­но­горск: ВКГТУ, 2010. – 150 с. ISBN 978-601-208-153-4

Учебное пособие составлено на основе учебной программы дисциплины «Металлургия меди, никеля и кобальта». Включает в себя разделы по получению меди, никеля и кобальта из медных, медно-никелевых и кобальтовых руд и промпродуктов. В разделах достаточно подробно изложен механизм процессов, протекающих в металлургических агрегатах, состав и свойства продуктов плавок и описано оборудование, его устройство и принципы работы по получению меди, никеля и кобальта.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 050709 «Металлургия».

УДК 669.2 (075.8)

ББК 34.31я73

Учебное издание

МЕТАЛЛУРГИЯ МЕДИ, НИКЕЛЯ И КОБАЛЬТА

Учебное пособие

Книга опубликована в авторской редакции

Ответственный за выпуск

Технический редактор

Подписано в печать 01.11.2010.	Формат 60х80 /16.	Бумага офсетная.
Усл. печ. л. 8,72. Уч.-изд. л. 10,09.	Тираж 300. Заказ № 000-10.	Цена договорная.

Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева

070010, г. Усть-Каменогорск, .

ISBN 978-601-208-153-4

ВКГТУ, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 5

1 Металлургия меди 6

1.1 Руды и минералы 6

1.2 Подготовка медных руд и концентратов к металлургической

переработке 8

1.3 Обжиг сульфидных медных концентратов 14

1.4 Плавка сульфидных медьсодержащих материалов на штейн 20

1.5 Автогенные процессы плавки медных руд и концентратов 32

1.6 Конвертирование медных штейнов 58

1.7 Огневое рафинирование меди 62

1.8 Электролитическое рафинирование меди 67

1.9 Гидрометаллургия меди 73

2 Металлургия никеля 78

2.1 Руды и минералы 78

2.2 Некоторые особенности переработки окисленных никелевых

и сульфидных медно – никелевых руд 79

2.3 Подготовка никелевых руд к плавке на штейн 83

2.4 Плавка окисленных никелевых руд на штейн 85

2.5 Конвертирование никелевых штейнов 91

2.6 Окислительный обжиг файнштейна 93

2.7 Восстановительная плавка 95

2.8 Плавка на ферроникель 97

2.9 Кричный процесс 100

2.10 Подготовка сульфидных медно – никелевых руд к плавке

на штейн 100

2.11 Плавка на штейн сульфидных медно-никелевых концентратов

в шахтной печи 103

2.12 Отражательная плавка 105

2.13 Плавка на штейн сульфидных никелевых руд и

концентратов на штейн в электрической 105

2.14 Конвертирование медно-никелевых штейнов 108

2.15 Флотационное разделение медно-никелевого файнштейна 109

2.16 Карбонильный способ разделения медно-никелевого

файнштейна 111

2.17 Получение чернового никеля из богатых никелевых

концентратов 115

2.18 Электролитическое рафинирование никеля 116

2.19 Гидрометаллургия никеля 122

3 Металлургия кобальта 130

3.1 Руды и минералы 130

3.2 Гидрометаллургическая переработка огарков

сульфатизирующего обжига и окисленных концентратов 132

3.3 Современные способы извлечения кобальта из комплексных

никелевых кобальтсодержащих руд 135

3.4 Извлечение кобальта из конвертерных шлаков

конвертированием 138

3.5 Извлечение кобальта из конвертерных шлаков в электропечах 143

3.6 Переработка металлизированных кобальтовых штейнов 144

3.7 Выделение кобальта из сульфатных растворов 146

3.8 Получение металлического кобальта 148

Список литературы 150

ВВЕДЕНИЕ

Медь, никель и кобальт условно относятся к тяжёлым цветным металлам. Их исходным сырьём являются сульфидные медные и медно – никелевые руды и окисленные никелевые руды. Переработка таких руд осуществляется как пирометаллургическими, так и гидрометаллургическими методами. Переработка сульфидных медных и медно – никелевых руд включает их предварительную подготовку к металлургическому переделу, включая обогащение, грануляцию или агломерацию. Окисленные никелевые руды плохо подвержены процессу обогащения, поэтому их подготовка к металлургической переработке включает, в основном, их окускование, которое осуществляется также путём грануляции или агломерации. Подготовленные соответствующим способом руды подвергаются плавке в металлургических агрегатах на штейн, последующая переработка которого через ряд технологических операций позволяет получить черновые металлы. Получение относительно чистых меди и никеля осуществляется с помощью электролитического рафинирования этих металлов. Развитием пирометаллургических способов переработки сульфидных медь - и никельсодержащих материалов является широкое внедрение в производство меди и никеля автогенных процессов, которые не только, позволяют сэкономить значительное количество дорогостоящего топлива, но и дают возможность наиболее комплексной переработки рудного сырья.

В производстве никеля существенное развитие получили гидрометаллургические способы переработки, которые выгодно отличаются от пирометаллургических способов высоким извлечением ценных компонентов, возможностью широкого внедрения контроля и автоматизации, безопасностью труда и экологии. Наиболее широкое распространение в гидрометаллургической переработке никельсодержащих материалов получили автоклавные методы.

В металлургии кобальта получили распространение следующие основные процессы: обеднение конверторных шлаков, автоклавное аммиачное и сернокислотное выщелачивание.

1 МЕТАЛЛУРГИЯ МЕДИ

1.1 Минералы и руды меди

Известно более 250 минералов, которые содержат медь. Промышленное значение представляют собой следующие минералы:

Минералы	Формула	Содержание меди, %	Уд. вес, г/cм3
Атакамит	CuCl2·3Cu(OH)2	59,43	3,76
Борнит	Cu5FeS4	63,3	4,9 - 5,2
Блеклые руды	3(СuAg2FeZnHg) (Sb9AsZn)2H2CuSiO2	22,57	4,4 -5,1
Медный блеск (халькозин)	Cu2S	79,9	2 - 2,2
Ковеллин	CuS	66,4	5,5 -5,8
Халькопирит	CuFeS2	34,5	4,6
Малахит	CuCO3·Cu(OH)2	57,4	3,7 - 4,1
Куприт	Cu2O	88,8	5,7 - 6,0
Тенорит	CuO	79,9	6,0
Хризокола	CuSiO2·2H2O	36,2	2 -2,2
Энаргит	Cu3AsS4	48,3	4,4 - 4,5
Азурит	Cu(CO3)∙2Cu(OH)2	55,2	3,7 - 3,9
Самородная медь	Сu	до 100	8,94

По характеру соединений меди в минералах медные руды разделяются на три основные группы: сульфидные, окисленные и самородные.

В природных месторождениях медь в основном представлена сульфидными рудами. Медь в них представлена халькопиритом и борнитом.

Окисленные руды по распространению в земной коре занимают второе место после сульфидных руд. В них медь представлена купритом, азуритом и малахитом

Месторождения самородной меди в природе встречаются довольно редко и в настоящее время не представляют промышленного интереса.

Различают следующие типы промышленных месторождений: медистые песчаники и доломиты (пластовые месторождения), медно - порфировые руды (прожилково- вкрапленные), колчеданные, медно - никелевые, кварцево - медные жилы, скарновые (контактово - месоматические), самородной меди и медно - титано - ванадиевые месторождения.

Примерный состав основных типов медных руд представлен в таблице 1.1

Таблица 1.1- Химический состав медных руд

Руды	Содержание компонентов в руде, %
Cu	Fe	S	SiO2	Al2O3	Zn	Pb
Порфировые Колчеданные Полиметаллические Медистые песчаники	0,9 – 1,5 2-3 1,5-5 1,9-7	1 – 3 38-42 15-30 1-2	1-2 36-44 20-32 0,2-0,5	50- 80 5-10 12-30 67-75	5- 15 1-2 2-3 12-18	- - 5-8 -	- - 3-7 -

Экономически целесообразна промышленная переработка руд, содержащих не менее 0,5%Cu. Руды, содержащие менее 0,5%Cu промышленной переработке, как правило, не подлежат.

Наиболее крупные месторождения медных руд в мире: Верхняя Катанга, Северная Родезия (Африка), местрождения Браден, Чумикакта (Чили), месторождение Бингхем, Сантта Рита, Рей (США, штаты Юта, Нью - Мексико, Аризона,), месторождение Рио - Тинто (Испания), месторожление Оуткумпо (Финляндия), Садонское месторождение (Алания, Россия), Прегорья Урала (Россия), Каджаранское месторождение (Армения).