Проектировать участок огневого рафинирования с годовой производительностью 123000 тонн анодов в год в условиях ПО «БЦМ»

                          

ВВЕДЕНИЕ

        

       Медь один из основных тяжелых цветных металлов.

       Медь – мягкий, ковкий и вязкий металл красного  цвета. Она легко прокатывается в тонкие листы и вытягивается в проволоку. По электропроводности медь уступает только серебру. Температуры плавления меди составляет 10830С, а кипения – 26000С. В химическом отношении медь малоактивный металл, хотя она в определенных условиях может непосредственно соединяться с кислородом, серой, галогенами и некоторыми другими металлами. В ряду напряжений медь более электроположительна, чем водород. Поэтому в кислотах, одновременно являющихся окислителями, медь растворяется легко. Медь способна сплавляться со многими другими металлами, образуя многочисленные сплавы.

         Основными  потребителями меди и ее соединений являются: электротехника и электроника (45-55%); машиностроение (10-15%); транспорт (5-10%);

строительные материалы (8-10%); химическая промышленность (3-6%); изделия и приборы  бытового назначения,  сельское хозяйство (до 10%).

         Для получения металлов достаточно высокой чистоты из сложного полиметаллического сырья с высокой степенью комплексности его использования недостаточно применения одной  металлургической операции или одного металлургического агрегата. Эта задача может быть реализована в практических условиях лишь применением нескольких последовательно проводимых процессов, обеспечивающих постепенное разделение компонентов перерабатываемого сырья.

         У нас на ПО «БЦМ» для получения  товарной меди высокой степени чистоты  применяют пирометаллургический способ:

- плавка;

- конвертирование;

- огневое рафинирование;

- электролитическое  рафинирование меди. 

         Огневое  рафинирование является одним  из основных металлургических  процессов.  

         Огневое рафинирование проводят с целью удаления части примесей, обладающих по сравнению с медью повышенным сродством к кислороду. Основное оборудование – три анодной печи. В печь загружают как расплавленную, так и твердую черновую медь. Готовая медь разливается на карусельно – разливочных машинах и поступает в цех электролиза меди. Анодная медь содержит до 99,4% меди. Так как анодные шлаки богаты по меди – 30-40%, они направляются в

качестве холодных материалов (оборотов) в конвертерный участок. Газы анодного участка не в большом объеме и не содержат ценных компонентов, поэтому их выбрасывают в атмосферу.

         В 1952 году вводится в эксплуатацию большой технологический комплекс по выплавке анодной меди, выпуску рафинированной меди и золотосеребряных шламов.

        Первая рафинированная медь в виде анодов была выдана в мае 1952 г. Металлургический цех проектировался для переработки медных концентратов собственной обогатительной фабрики. Анодный участок металлургического цеха, кроме собственной черновой меди, подвергает огневому рафинированию твердую

черновую медь, привозимую по железной дороге из Иртыша.

         Цель дипломного  проекта – запроектировать участок  огневого рафинирования с годовой производительностью   123000  тонн анодов в год в условиях ПО «БЦМ».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.2. Характеристика исходного  сырья

       

         Исходным сырьем для анодного участка является черновая медь, которая поступает с конвертерного участка, содержащая  98,8% меди и 0,1% серы.

         Кроме того, в печах переплавляется привозная твердая черновая медь в виде слитков весом 750-1200 кг, анодный возврат после электролиза и обороты анодного производства: изложницы, отслужившие свой срок, анодный брак и скрап, которые к печам доставляются на специальных вагонетках.

Таблица 1.2.1

Химический состав анодной меди

Материалы	Cu + Ag не менее	Примесей, не более
		Sb	As	Ni	Bi	Pb	S
Жидкая черновая медь
- МЧ 3	98,8	0,15	0,15	0,75	0,02	0,20	0,06
- МЧ 4	98,9	0,20	0,20	0,85	0,03	0,40	0,06
Привозная медь твердая
- МЧ 2	99,2	0,08	0,08	0,30	0,01	0,20	0,05
- МЧ 5	97,5	0,30	0,30	0,90	0,04	0,40	0,05
Анодный возврат	99,1	0,56	0,068		0,002	0,17	0,005
Обороты анодного производства (изложницы и брак плюс скрап)	99,1

 

 

 

 

 

1.2. Выбор и обоснование  технологии процесса

 

         Для непосредственного технического применения черновая медь не пригодна и поэтому ее обязательно подвергают рафинированию с целью очистки от вредных примесей  и попутного извлечения  благородных металлов, селена теллура.

        Состав и качество товарной меди, получаемый после рафинирования должны отвечать  требованиям ГОСТ 859-66.

       В настоящее  время для огневого рафинирования  черновой меди в основном применяют  стационарные отражательные печи  и наклоняющиеся печи конвертерного типа. 

         Наклоняющиеся рафинированные печи имеют ряд преимуществ перед стационарными, но пригодны только для переработки жидкой черновой меди. Загрузка через горловину (с большой высоты) массивных слитков черновой меди приводит к быстрому разрушению футеровки пода.

         Не смотря на ряд преимуществ наклоняющихся печей перед стационарными, для переработки черновой меди в условиях по «БЦМ» применяют отражательные печи, т.к. в них возможна переработка твердой черновой меди, твердые анодные остатки (анодный скрап) бракованные аноды.

         В отражательных  печах можно рафинировать как  твердую, так и жидкую медь, а в наклоняющихся – только  жидкий металл. В настоящее время  на долю отражательных печей  в мировой практике приходится  около 40%, а на долю наклоняющихся – около 55% выплавляемой анодной меди.

         Отражательная  рафинированная печь установлена  на столбчатом фундаменте, что способствует охлаждению пода снизу, повышает его стойкость и предупреждает прорыв меди наружу.

         Отличительной особенностью отражательных печей рафинирования является наличие у них форкамеры. Это обеспечивает практически полное снижение водорода, содержащегося или образующегося в факеле горюющего топлива и, следовательно, предотвращает его поступление с топочными газами в рабочее пространство печи.

 

 

 

 

 

 

1.3. Теоретические основы  процесса огневого рафинирования

 

         Чтобы получить катодную медь из медной руды, необходимо проводить последовательно несколько операций, как плавка, конвертирование, огневое и электролитическое рафинирования.

         Сущность  плавки в жидкой ванне заключается  в том, что перерабатываемое  сырье непрерывно загружается на поверхность барботитруемого окислительным газом расплава, где осуществляются с большой скоростью требуемые физико-химические превращения и генерируется тепло для поддержания необходимой температуры. Продукты процесса: медный штейн, шлак и газы. Основным оборудованием являются две печи Ванюкова.

         Задача конвертирования – дальнейшее обогащение штейна путем отделения практически всего железа и части серы в результате их окисления кислородом воздуха, процесс состоит из двух периодов.  Исходное сырье – штейн, флюсы и обороты.  Основным оборудованием конвертерного участка являются пять 80-ти тонных горизонтальных конвертеров с системой газоходов и двумя дымовыми трубами. Продукты процесса: черновая медь, конвертерный шлак и газы.        

Огневое рафинирование  проводят с целью удаления части  примесей, обладающих по сравнению с медью повышенным сродством к кислороду. Основное оборудование – три анодной печи. В печь загружают как расплавленную, так и твердую черновую медь. Готовая медь разливается на карусельно – разливочных машинах и поступает в цех электролиза меди. Анодная медь содержит до 99,4% меди. Так как анодные шлаки богаты по меди – 30-40%, они направляются в качестве холодных материалов (оборотов) в конвертерный участок. Газы анодного участка не в большом объеме и не содержат ценных компонентов, поэтому их выбрасывают в атмосферу.

         Электролитическое  рафинирование  меди  основано  на  различии ее

электрохимических свойств и содержащих в ней примесей. Этот процесс заключается в том, что литые аноды и матричные основы – катоды завешивают попеременно в ванну, заполненную электролитом, и через эту систему пропускают электрический ток. При окончании процесса получаем катодную медь (меди 99,99%), направляемую к потребителю, также шлам и отработанный электролит.

        

 

 

 

 

        

 

Рис. 1 Технологическая схема получения  меди

 

         Огневое рафинирование основано на следующих свойствах меди и ее оксида Cu₂O:

• Cu₂O хорошо растворяется (до 12%) в расплавленной меди;
• Cu₂O по отношению к неблагородным примесям является окислителем;
• Большая часть оксидов примесей, образующихся в результате окисления, в меди не растворяется;
• Легкая и быстрая восстановимость  Cu₂O после удаления окислившихся примесей.

         Стадия окисления начинается с продувания ванны расплава воздухом или воздухом, обогащенным кислородом. При этом медь постепенно насыщается кислородом и происходит окисление примесей.

         С учетом сродства к кислороду при окислительном рафинировании черновой меди первыми должны были бы окисляться неблагородные примеси. Однако вследствие их низкой концентрации в расплаве происходит, прежде всего, окисление меди по реакции

4 Cuж + О₂ = 2 Cu₂O тв.                                                                                      (1.3.1.)

         За счет растворения Cu2O расплавленная медь постепенно насыщается О₂. остаточное содержание примесей определяется равновесием реакции

Cu₂O + Ме ↔ МеО + 2 Cu.                                                                                  (1.3.2.)

         Сродство к кислороду, а следовательно, и упругость диссоциации оксидов зависит от их активности. Для обеспечения максимально полного удаления примесей необходимо, чтобы упругость диссоциации Cu2O была наибольшей, а упругость диссоциации оксидов примесей минимальной. Наиболее трудно удаляемыми огневым способом примесями являются мышьяк и сурьма. Отделение их при рафинировании происходит в основном за счет испарения летучих низших оксидов. Поэтому в начальной стадии окисления эти оксиды удаляются достаточно интенсивно. При значительном переокислении меди они переходят в нелетучие оксиды As₂O₅ и Sb₂O₅ которые растворяются в черновой меди (в том числе в виде мышьяковых, сурьмяных и свинцовых слюдок). Добиться более глубокого удаления мышьяка и сурьмы можно путем многократного чередования процессов окисления и восстановления. При восстановлении сильно окисленной меди мышьяк и сурьма вновь переходят в трехвалентное состояние и интенсивно возгоняются.

         С определенными трудностями при рафинировании сталкиваются также при удалении свинца. Свинец по сравнению с медью обладает несколько большим сродством к кислороду. Однако это различие не слишком велико. Кроме этого,

образующийся оксид свинца, обладая  большей плотностью, чем медь, не всплывает на поверхность расплава. Для устранения этих трудностей (температуре плавления меди это осуществлять) процесс рафинирования проводят в печи с кислым подом или применяют кварцевый флюс. Образующийся глет в этом случае вступает во взаимодействие с SiO2, образуя силикат:

PbO + SiO2 = PbSiO3.                                                                                   (1.3.3.)

         Образование силиката, с одной стороны, увеличивает убыль энергии Гиббса окисления свинца, а с другой – облегчает их всплывание в шлаке вследствие меньшей плотности силиката по сравнению с глетом и шлаком. Таким образом, рафинирование меди от свинца необходимо проводить с получением силикатных шлаков.

         К трудно удаляемым примесям относится также висмут. Его содержание в черновой меди, как правило, очень мало, и после огневого рафинирования он почти полностью остается в расплаве.

         Конечный результат окислительной операции огневого рафинирования меди можно охарактеризовать следующим образом. Железо, цинк, свинец и алюминий удаляются почти полностью. Никель, мышьяк и сурьма при высоком