yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Різні конспекти лекцій->Содержание->1.4. Виробництво кольорових металів

Металургія

1.4. Виробництво кольорових металів

1.4.1. Виробництво міді

Мідь виробляють піро- та гідрометалургійним способами. Основним є пірометалургійний. Цим способом отримують 90% міді.

Пірометалургійний спосіб виробництва міді. Спрощена схема технологічної системи пірометалургійного способу виробництва міді подана на рис. 4. Вона складається з окремих елементів, складовим яких є обладнання та технологічні операції. До обладнання належать млини, флотаційна машина, печі різного типу, горизонтальний конвертер, електролізери. В обладнанні відбуваються такі технологічні процеси як подрібнення, збагачення, випалювання, плавлення та рафінування.

Елемент 1. Руда, видобута в кар'єрі або копальні, надходить до шарового млина для подрібнення (елемент 1). У млині відбуваються фізико-механічні процеси, в наслідок яких великі куски перетворюються на малі - розміром 0,05-0,5 мм.

Елемент 2. Оскільки мідні руди містять мізерну кількість міді, то їх збагачують доводячи концентрацію міді в руді до 10-35%. Руди збагачують у флотаційних машинах (елемент 2).

Флотаційний спосіб збагачення трудомісткий і дорогий, але ці затрати покриваються в наступних процесах.

Елемент 3. Щоб зменшити вміст сірки, окислити домішки і висушити концентрат його випалюють. Випалювання проводять у багаточереневих печах та в печах з «псевдокиплячим шаром» (елемент 3). Це печі безперервної дії.

 

Вода,    Повітря         Кокс,         Повітря,  

олія                           флюси          флюси

 

 

Руда                                                                                                         червона мідь 

             1              2               3                  4                 5                  6

 

 

                       Порода        SO2           Шлак         Шлак        Домішки                                                                                                                                                                                                                            

Багаточеренева піч  - це стовбурна піч висотою до 11 м, діаметром 6,5-7,5 м. Концентрат подають на верхню черінь печі, з якої його за допомогою механічних перегрібачів, які кріпляться до обертового вала, згрібають на нижню черінь і т. д. За допомогою форсунок у піч подають паливо. Продуктивність такої печі невисока - 300т шихти за добу. З печі разом із 2 і пилом виноситься до 0,5% міді.

Випалюють концентрат і у печах із «псевдокиплячим шаром». Така піч, як і багаточеренева, працює на принципі зустрічних потоків. 

За допомогою форсунок 3 до печі подають паливо. Концентрат через отвір 1 потрапляє на черінь печі. Під тиском повітря, яке подають через отвір, концентрат з черені печі піднімається вгору і в камері печі підтримується в завислому стані. Температура в печі становить 600-700°С. Частинки концентрату ніби киплять, і кожній із них забезпечується найкращий контакт із газами, які містять кисень. Газоподібні продукти реакції після очищення від пилу у циклонах ідуть на виробництво сірчаної кислоти, а недогарок, що складається з оксидів заліза, частково міді та інших металів, - на виробництво штейну (від нім.  «stein» - камінь). Продуктивність цих печей у кілька разів більша ніж багаточереневих.

Елемент 4. Щоб відокремити сполуки із сіркою від сполук із киснем отриманий недогарок переплавляють у відбиваних печах, які за конструкцією подібні до мартенівських, або  до електричних печей (елемент 4). У полумневих печах використовують найдешевші види палива: мазут та ін. Температура в зоні плавлення становить 1450°С. Шихта складається з випаленого концентрату, коксу та флюсу (піску)

У процесі плавлення шихти на черені печі збирається штейн - розплав, який складається з 20-50% міді, 20-40% заліза, 22-25% сірки, до 8% кисню і домішок (золото, срібло, свинець, цинк тощо). Зверху штейн прикритий шаром шлаку. Отриманий штейн є сировиною для виробництва чорнової міді.

Елемент 5. Для виробництва чорнової міді необхідно мати: штейн, кварцовий пісок (флюси), повітря, кисень і обладнання - горизонтальний конвертер.

Конвертер (елемент 5) викладено вогнетривкою цеглою, його довжина - 6-10 м. Зовнішній діаметр - 3-4 м.

По твірній поверхні конвертера розташовані фурми, через які подають до конвертера повітря, збагачене киснем (тиск дорівнює 0,075-0,125 МПа). Кількість фурм може бути до 60. Для полегшення завантаження шихтою та виливання чорнової міді та шлаку конвертер нахиляють.

Отже до конвертера через отвір завантажують шихту, яку продувають повітрям. Температура розливу (1200°С) піднімають за рахунок теплоти, яка виділяється під час хімічної реакції, що відбувається в розпарі.

Штейн на чорнову мідь переплавляють у два заходи.

У першому заході окислюється сульфід заліза й офлюсовують оксид заліза:

2FеS + ЗО22FеО + 2SО2 ↑ + Q,

2FеО + SіО2  → (FеО)2 • SіО2 + Q.

                       шлак

Утворений шлак зливають.

У другому заході окислюється сульфід міді:

2Сu2S + 302 → 2Сu20 + 2S02, + Q.

Одночасно оксид міді взаємодіє із сульфідом, який ще міститься в розплаві:

Сu2S + 2Сu2О →  2Сu2О + 2S02  +Q.

Чорнова мідь містить 98,5-99,5% міді, решта - залізо, сірка, миш’як, кисень, благородні метали тощо.

Оксид сірки (S02) після очищення використовують для виробництва сірки або сірчаної кислоти.

Тривалість продування штейну повітрям залежить від кількості штейну в конвертері на вмісту в ньому міді. Так, час продування штейну масою 100 т триває до 30 год. Для його скорочення повітряне дуття замінюють на кисневе.

Елемент 6. Отриману в конвертері (елемент 5) мідь рафінують в елементі, оскільки вона містить домішки, які погіршують її властивості. Рафінування проводять вогневим і електролізним способами:

Рафінування міді.

1. Вогневе рафінування міді. За цим способом розплавленну чорнову мідь завантажують у полуменеву піч об'ємом до 400 тонн і продувають повітрям. При цьому цинк, свинець та інші домішки окисляються легше, ніж міді. Утворені оксиди (ZnO, PbO тощо) виходять разом із димовим газом. Оксиди заліза, алюмінію та інших металів переходять у шлак, благородні метали (Au, Ag) не окислюються, а залишаються в розплаві.

 

Під час повітряного дуття частково окислюються мідь:

4Cu + O2 → 2Cu2O.

Цей період називають періодом окислення.

Після періоду окиснення починається період відновлення міді з оксидів і дегазація розплаву. Для цього шлак зливають, на поверхню розплаву наносять шар деревного вугілля, щоб запобігти окисненню міді, і перемішують розплав сирими дерев'яними жердинами. Під час перемішування з розплаву виділяються водяна пара та гази. Деревне вугілля й обвуглені жердини використовують для відновлення міді:

Cu2O + С  → 2Cu + СО,

Си2О + СО → 2Си + СО2 .

Для економії деревини на деяких заводах мідь розкислюють природним газом:

4Cu2O + СН4 → 8Cu + СО2 + 2Н2О.

Мідь, рафінована вогневим способом, має чистоту 99,5-99,7%. її використовують для виготовлення сплавів (бронзи, латуней).

2. Електролізне рафінування міді. Як відомо, головними споживачами міді є електротехнічна промисловість і радіотехніка. Вони потребують дуже чистої міді (99,92-99,96% вмісту міді), яку не можна отримати вогневим рафінуванням.

Рафінують мідь в електролізерах, виготовлених із бетону або деревини, з середини викладених вініпластом, свинцем або іншим кислотостійким матеріалом. Електроліт складається із сірчанокислої міді (СиSО4) та сірчаної кислоти 24). Електроди виготовляють із міді: аноди з чорнової, катоди з електролізної. Товщина анодів дорівнює 40-50 мм, а катодів - 0,5-0,7 мм. У ванну поміщають непарну кількість електродів (наприклад, 50 анодів і 51 катод).

Під час проходження постійного електричного струму між катодом і анодом анод поступово розчиняється й мідь у вигляді позитивних іонів переходить у розчин:

Си → Си2+ + 2е .

У розчин переходять також такі метали, як цинк, нікель, залізо, стибій тощо. Золото та срібло у розчин не переходять, а випадають у вигляді шламу (від нім. «Schlamm» - мул). На катоді осідає чиста мідь:

Cu2+ +2e →Cu.

Отже, анод розчиняється і його розміри зменшуються, розміри катода, навпаки, збільшуються. Електроліт забруднюється як домішками, що перейшли у розчин, так і міддю; його періодично замінюють на свіжий.

Із шламу отримують золото та срібло. У процесі електролізного рафінування міді з 1 т чорнової міді вилучають до 7 кг срібла та 50-300 г золота, що робить мідь дешевшою.

Процес рафінування міді триває безперервно. Розчинені аноди через 20-30 діб замінюють на нові. Катоди в разі досягнення ними маси 150 кг через 10-15 діб також замінюють на нові. Після промивання водою катоди переплавляють в електричних печах.

У цеху встановлюють велику кількість ванн. Електроліт, підігрітий до температури 50-60°С циркулює через усі ванни. Напруга на ваннах витримують в межах 0,2-0,26В. Відпрацьований електроліт відновлюють (регенерують). На виробництво 1 т катодної міді витрачається 175-400 кВт∙год електроенергії. Вихід за струмом становить 90-94%.

 

5