Огневое рафинирование черновой меди

Теоретические процессы огневого рафинирования меди. Расчеты сырья, технико-экономические показатели. Выбор состава черновой меди. Физико-химические принципы и реакции процесса плавки. Термодинамические закономерности процесса окислительного рафинирования.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

34

Размещено на

Огневое рафинирование черновой меди

Содержание

• 1.Теоретические процессы огневого рафинирования меди
• 2. Огневое рафинирование черновой меди и его технико-экономические показатели
• 3.Выбор состава черновой меди
• 4. Физико-химические закономерности процесса
• 4.1 Реакции, протекающие при обжиге концентрата.
• 4.2 Термодинамика процесса окислительного рафинирования
• 5 Технологический расчет
• 5.1 Процесс окисления (выгорания) железа при рафинировании
• 5.2 Влияние температуры на предельное содержание Fе
• 5.3 Влияние природы примеси
• 5.4 Влияние концентрации образующегося окисла
• 6. Расчет необходимого количества воздуха для окисления примесей
• 6.1 Период окисления
• 6.2 Период восстановления
• 7. Список используемой литературы

1.Теоретические процессы огневого рафинирования меди

Основной целью огневого рафинирования черновой меди является получение плотных анодов для последующего электролитического рафинирования и удаление примесей, присутствие которых в анодах отрицательно влияет на процесс электролиза.

Огневое или окислительное рафинирование меди основано на преимущественной по сравнению с основным металлом склонности ряда примесей к окислению с последующим выделением их в виде нерастворимых в основном металле окислов в самостоятельную шлаковую фазу или частично в виде возгонов в газовую фазу. Склонность примесей к окислению определяется их сродством к кислороду или точнее величиной убыли энергии Гиббса реакций образования окислов данных компонентов.

При продувке ванны черновой меди воздухом реакции окисления протекают на поверхности пузырей, всплывающих в жидком металле. Так как скорость окисления компонентов расплава пропорциональна их концентрации, то с наибольшей скоростью происходит окисление меди по реакции

2Сu+0,5O₂ = Сu₂О+166,6 кДж.

Образующаяся Сu₂О растворяется в меди

Сu₂О_тв --> [Сu₂О]



(рис.1)

и за счет конвекции и диффузии распространяется в объеме ванны. Окисление примесей при этом осуществляется главным образом за счет кислорода, содержащегося в ванне металла. Если пренебречь другими примесями и рассматривать образующийся расплав как бинарную систему Сu--Сu₂О, то из диаграммы состояния следует, что растворимость Сu₂0 в жидкой меди будет возрастать с повышением температуры следующим образом:

Температура, °С ... 1100 1150 1200Растворимость, % ... 5,0 8,3 12,4

Окисление серы. Сера присутствует в черновой меди в основном в виде Си₂S, некоторое количество ее может поглощаться при рафинировании из дымовых газов. Полусернистая медь при пирометаллургическом рафинировании вначале окисляется медленно, но по мере окисления железа к концу окислительного периода наблюдается интенсивное выделение 80 ₂ по реакции:

Сu₂S + 2 Сu₂O = 6Сu + SO₂

При взаимодействии чистых веществ расчетное значение />до_г, достигаемое в соответствии с этой реакцией, при 1100° С составляет >80 кгс/см². Но в ванне рафинировочной печи концентрация Сu₂O и особенно Сu₂S невелика, при таких условиях P_SO2 будет значительно ниже.

Из диаграммы непосредственно следуют два вывода:

Для достижения концентрации серы ниже 0, 01% необходимо, чтобы в равновесных условиях содержание кислорода в меди было не менее 0,1%. Известно, что при приближении системы к равновесному состоянию скорость реакции резко снижается. Поэтому для обеспечения необходимой скорости процесса концентрацию кислорода в жидкой меди увеличивают до 0,9%.

Если газы над жидкой медью содержат 80 ₂, то полного даления серы достичь трудно. Обычно содержание серы в анодах пределяется тысячными долями процента и редко бывает выше ,015%, а для вайербарсов, согласно ГОСТу, содержание серы должно быть ниже 0,005%. Отсюда следует, что печи огневого рафинирования, предназначенные для получения анодов и тем более вайербарсов, нельзя отапливать высокосернистым топливом во время доводки металла.

Восстановление Си₂О. После проведения операции окисления меди ванна металла почти насыщена кислородом (обычно до 0,9%). В меди остается небольшое количество трудноудаляемых примесей (в основном Ni, As, Sb и Вi) и практически все золото и серебро исходной шихты. Для получения плотных анодов из расплава системы Сu--Сu₂O необходимо удалить кислород до остаточной концентрации 0,03--0,2%, зависящей от содержания никеля.

Восстановление окисленной меди производят древесиной, пылевидным углем, мазутом или сырым неподготовленным и конверсированным природным газом. В настоящее время более широко применяют последние три вида восстановителей. Продукты сухой перегонки дерева, пылевидного угля, мазута и природного газа содержат углеводороды, термически неустойчивые при высоких температурах. Так, основной компонент природного газа СН₄ уже при 600° С начинает диссоциировать на водород и сажистый углерод, процесс почти полностью заканчивается при 1100° С. Следовательно, при всех способах восстановления меди собственно процесс восстановления сводится в основном к взаимодействию закиси меди с тремя воссстановительными агентами -- водородом, окисью углерода и твердым углеродом, причем в последнем случае должно, по-видимому, превалировать косвенное восстановление окисью углерода, образующейся по реакции газификации углерода С + СO₂ = 2СО.

2. Огневое рафинирование черновой меди и его технико-экономические показатели

На огневое рафинирование поступает черновая медь различного состава в твердом и жидком состоянии.

Следует отметить, что территориальное расположение предприятий, производящих выплавку и электролитическое рафинирование меди, по ряду соображений, в основном экономического характера, очень часто не совпадает. Однако как показала практика, на крупных медеплавильных заводах экономически целесообразна организация пирометаллургического рафинирования черновой меди и отгрузка на медеэлектролитные заводы готовых анодов, а не слитков черновой меди.

(Рис.2) Размещение оборудования в анодном переделе:

1 -- мостовой кран грузоподъемностью 5 т; 2 -- дымовая труба; 3 -- мостовой кран грузоподъемностью 75 т;

4 -- напыльник с газоходом; 5 -- анодная печь; в -- разливочный желоб; 7 -- кран-укосина;

8 -- разливочный ковш; 9 -- разливочная машина; 10 -- трубопровод кондиционированного воздуха;

11 -- анодносъемочная машина; 12 -- ванна для охлаждения анодов; 13 -- вентилятор пароудаления.

В настоящее время для огневого рафинирования меди используют стационарные отражательные печи, наклоняющиеся печи типа конвертера и вращающиеся печи. Стационарные печи применяют на крупных медеэлектролитных заводах для рафинирования главным образом твердой черновой меди. Современные печи этого типа имеют емкость ванны до 400 т и глубину ванны 965 мм. Для переплавки катодов стационарные печи заменяют электропечами с непрерывной загрузкой и отливкой медных слитков или печами шахтного типа специальной конструкции. На небольших заводах устанавливают вращающиеся печи барабанного типа, а на медеплавильных заводах для огневого рафинирования жидкой черновой меди, как правило, используют цилиндрические наклоняющиеся печя.

Наклоняющиеся печи, аналогичные в основном по конструкции горизонтальным конвертерам, получили большое распространение благодаря следующим преимуществам по сравнению со стационарными печами. Заливка черновой меди в эти печи более удобна и менее продолжительна; наклоняющаяся печь может служить миксером и обеспечить большую маневренность в работе; продолжительность периода окисления меди резко сокращается; расположение оборудования более компактно; меньше капитальные затраты, печи удобно располагаются в конвертерном пролете. Кроме того, при работе на наклоняющихся печах исключены случаи самопроизвольного выпуска металла -- медь может быть перелита в другую печь или емкость; сокращается удельный расход огнеупоров. Недостатками наклоняющихся печей являются меньшая герметичность системы отвода газов и связанные с ней трудности утилизации тепла отходящих газов. Наиболее распространены печи, имеющие размеры 3,96 X 9,14 м и емкость 160-- 220 т. В наклоняющихся печах отечественных заводов отвод отходящих газов двоякий: через горловину или через торец агрегата.

Современная практика огневого рафинирования черновой меди показывает, что удаление небольших количеств примесей не требует применения специальных методов рафинирования. При повышенных концентрациях примесей в процессе огневого рафинирования приходится использовать дополнительные технологические приемы.

Для ошлакования окиси свинца в печах с основной футеровкой обычно добавляют кварцевый флюс. Английские исследователи показали, что для удаления свинца можно использовать фосфатные и боратные шлаки. Применение этих шлаков позволяет быстро удалять свинец с большой полнотой (остаточное содержание около 0,005%) при очень незначительных потерях меди.

При повышенном со...