Технологическая схема электролитического рафинирования меди

Порядок выполнения работы

4. Ознакомится с теоретической частью данного методического указания.

5. Составить принципиальную технологическую схему процесса производства меди.

6. Составить технологические схемы основных переделов согласно варианта задания с описанием основных процессов используемого оборудования и параметров на этих переделах .

7. Доложите преподавателю о проделанной работе

Практические задания.

1. Разработать технологическую схему обжига медного концентрата

2. Разработать технологическую схему плавки на штейн

3. Разработать технологическую схему конвертирования штейнов

4. Разработать технологическую схему огневого рафинирования

5. Разработать технологическую схему электролитического рафинирования

Рекомендуемая литература

1. Н. И. УТКИН ПРОИЗВОДСТВО ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ2-е издание

Москва «Интермет Инжиниринг» 2004

2. Е.И. Елисеев, А.И. Вольхин, Г.Г. Михайлов, Б.Н. Смирнов

РАСЧЕТЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА МЕДИ

Учебное пособие .Челябинск Издательский центр ЮУрГУ 2012

Практическая работа №4.

Тема: Расчет материальных потоков металлургических процессах

Цель работы: Освоить методы расчетов материальных потоков

Теоретическая часть.

Расчет расхода воздуха и количества дымовых газов при горении природного газа.

Расчет ведем согласно законам стехиометрии.

Пример1 . Расчет ведем на 100 м³ природного газа следующего состава, % (объемн.): 83,4 CH₄, 15,8 C₂H₄ и 0,8 N₂.

При расчете пользуемся законом Авогадро, согласно которому в равных объемах всех газов содержится равное число молекул, что позволяет сразу подсчитать объем потребного кислорода:

CH₄+2O₂→CO₂+2H₂O; C₂H₄+3O₂→2CO₂+2H₂O.

Потребуется кислорода, м³:

Для сгорания CH₄……….……………..83,4∙2=166,8

Для сгорания C₂H₄…………….………….....15,8∙3=47,4

Всего……………………………………………..…..214,2

С кислородом поступит азота .В воздухе содержится 79% азота и 21% кислорода.

Тогда содержание азота получаем.

214,2:21∙79=805,8 м³.

Теоретическая потребность в воздухе

214,2+805,8=1020 м³.

Теоретически в продукты сгорания переходит:

м³	% (объемн.)
CO₂…………….……83,4+15,8∙2=115	10,25
H₂O……………..83,4∙2+15,8∙2=198,4	17,75
N₂………………………...805,8+0,8=806,6	72,00
Всего…………………………………..1120	100,0

Дли расчета фактического расхода воздуха и выхода продуктов сгорания необходимо учесть избыток воздуха, при котором ведется сжигание топлива, и его подсос за счет неполной герметизации аппаратуры.

Варианты заданий

% (объемн.) CH₄	% (объемн.) C₂H₄	% (объемн.) N₂
82,5	17,2	0,3
82,5	17,1	0,4
	16,5	0,5
83,5	16,2	0,6
83,5	15,8	0,7
83,2	16,1	0,7
	16,4	0,6
83,4	16,1	0,5
	17,6	0,4
81,9	17,8	0,3

№2.Расчет состава и количества медного штейна.

Пример Предположим, что плавке подвергается 100 кг медного концентрата

состава, %: Си 12; Zn 1,5; Fe 35,5; S 43,5; Si02 5; СаО 1; прочие 1,5. Требуется рассчитать состав и количество получающегося штейна при плавке в нейтральной атмосфере (вариант 1) и в окислительных условиях (вариант 2).

Вариант 1. Плавка в нейтральной атмосфере. Д ля расчета принимаем: десульфу-

ризация при плавке равна 55 %, извлечение меди в штейн 96 %, цинка 40 %, содержание в штейне прочих 1 %.

При десульфуризации 55 % в штейн перейдет 45 % серы, содержащейся в концентрате, т.е. 43,5 • 0,45 = 19,575 кг.

Тогда из 100 кг концентрата при среднем содержании серы в медных штейнах,

равном 25 % (правило Мостовича), получится 19,575 : 0,25 = 78,3 кг штейна.

В штейн перейдет меди 12 • 0,96 = 1 1,52 кг (содержание в штейне 14,7 %), цинка1.5 • 0,4 = 0.6 кг, кислорода 78,3 • 0,065 = 5,1 кг (штейн, содержащий ~ 15 % меди, содержит - 6,5 % кислорода), прочих 78,3 *0,01 = 0,78 кг. железа (по разности) 78.3 - (11.52 + 19,58 + 0.6 + 5.1 + 0,78) = 40.72 кг

Результаты расчета с целью сравнения сведем в табл. 1 после выполнения расче

тов по 2-му варианту плавки.

Вариант 2. Плавка в окислительных условиях. Для расчета принимаем; получающийся штейн должен содержать 40% меди, извлечение меди в штейн 95%, цинка 60 %, содержание в штейне прочих 1 %, кислорода 3 % (при содержании меди в штейне, равном 40 %).

Количество меди, перешедшей в штейн составит: 12 • 0,95 = 11,4 кг.

Общее количество штейна с учетом 40 %-ного содержания меди будет:

(11,4 • 100)/40 = 28,5 кг.

В этом количестве штейна по правилу Мостовича будет содержаться серы:

28,5*0,25 = 7,12 кг.

Степень десульфуризации в этом случае составит:

[(43,5 — 7,12)/43,51]*100 = 83,6 %.

В штейн перейдет: цинка 1,5 • 0,6 = 0,9 кг, кислорода 28,5 * 0,03 = 0,85 кг, прочих 28.5 • 0,01 = 0,28 кг. железа 28,5 - (1 1,4 + 7,12 + 0,9 + 0,85 + 0,28)= 7,95 кг

При сопоставлении результатов расчетов двух вариантов плавки концентрата

одного и того же состава в нейтральной атмосфере и в окислительных условиях, приведенных в табл. 1, можно видеть, что ,во втором случае увеличение содержания меди в штейне в 2,7 раза (40 14,7) за счет увеличения десульфуризации до 83.6 % ведет к уменьшению во столько же раз его выхода. При этом штейн по сравнению с исходным концентратом в первом случае обогашается всего в 1,2 раза, а во втором стёпень его обогащения возрастает до 3,3 раза.

Из этого следует, что для получения более богатых штейнов из одного и того же концентрата, необходимо любым способом повышать степень десульфуризации.

В заключение следует обратить внимание на то, что в примере расчеты состава и количества штейна были выполнены двумя возможными способами — по заданной степени десульфуризации (вариант 1) и по заданному содержанию меди в получающемся штейне. Оба способа расчета штейнов являются равноценными.

T a б л и ц a . 1 Расчетный состав и количество штейна при плавке медного концентрата в нейтральной (вариант I) и окислительной (вариант II) атмосферах

Компоненты	Количество штейна
Вариант 1(кг/%)	Вариант 2(кг/%)
Сu	11,52	14,7	11,4	40,0
Zn	0,6	0,8	0,9	3,1
Fe	40,72	52,0	7,95	27,9
S	19,58	25,0	7,12	25,0
O₂	5,1	6,5	0,85	3,0
Прочие	0,78	1,0	0,28	1,0
Всего	78,3		28,5

Варианты заданий

Cu	Zn	Fe	S	SiO₂	CaO	Прочие
	1,1	33,5	39,4	4,5		1,5
	1,2	34,1	39,8	4,4		1,5
	1,3	34,5	33,9	4,8		1,5
	1,4	34,8	40,7	4,6		1,5
	1,5	35,8	40,5	4,7		1,5
	1,7	36,5	40,1	5,2		1,5
	1,6	37,2	40,4	5,3		1,5
	1,4	36,0	40,3	4,8		1,5
	1,8	36,6	40,5	4,6		1,5
	1,7	38,0	40,3	4,5		1,5

3. Расчет выхода и состава огарка.

Пример Примем, что обжигу подвергается 100 кг концентрата состава, %: Cu – 12; Zn – 1,5; Fe – 35,5; S – 43,5; SiO₂– 5; CaO – 1; прочие–1,5.

Исходные данные для расчета: степень десульфуризации 80 % окисляется ¹/₃ цинка; в огарке остается ²/₃ прочих; потерями меди при обжиге пренебрегаем. Тогда количество серы, остающейся в огарке, составит:

43,5∙(100 - 80)/100 = 8,7 кг.

Количество серы в оставшемся сульфиде цинка

(1,5∙²/₃∙32)/65,4 = 0,24 кг.

Количество потребленного кислорода для окисления цинка в ZnO

(1,5∙¹/₃∙16)/65,4 = 0,06 кг.

Количество серы, связанной с медью в Cu₂S:

12∙32/(2∙63,55) =3 кг.

Количество неокислившейся серы, связанной с железом:

8,7 - (0,24 + 3) =5,46 кг,

тогда количество оставшегося в сульфидной форме железа составит

5,46×55,85/32 = 9,53 кг,

а железа, перешедшего в оксидную форму: 35,5—9,53=25,97 кг.

Для окисления железа до Fе₂О₃ потребуется кислорода:

25,97(3∙16)/(2∙55,85) = 11,16 кг.

Всего для окисления железа и цинка потребуется 11,16 + 0,06 = 11,22 кг кислорода. Тогда в огарке будет содержаться, кг: 12 Cu; 1,5 Zn; 35,5 Fe; 8,7 S; 11,2 O₂; 5 SiO₂; 1 CaO ;

1,0—прочие.

Общая масса огарка будет равна 70,4 кг, т. е. выход огарка от массы исходного концентрата составит 70,4 %. Состав огарка будет следующим, .%: 17 Cu; 2,1 Zn; 50,5 Fe; 12,4 S; 15,9 O₂; 2,1 —прочие.

Как видно из расчета, степень обогащения огарка медью по сравнению с исходным концентратом невелика и составляет всего 17,07:12 =1.4.

Варианты заданий

Cu	Zn	Fe	S	SiO₂	CaO	Прочие
	1,1	33,5	39,4	4,5		1,5
	1,2	34,1	39,8	4,4		1,5
	1,3	34,5	33,9	4,8		1,5
	1,4	34,8	40,7	4,6		1,5
	1,5	35,8	40,5	4,7		1,5
	1,7	36,5	40,1	5,2		1,5
	1,6	37,2	40,4	5,3		1,5
	1,4	36,0	40,3	4,8		1,5
	1,8	36,6	40,5	4,6		1,5
	1,7	38,0	40,3	4,5		1,5