Сборник методических указаний для проведения практических работ

КОМИТЕТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Волгоградский колледж управления и новых технологий»

(ГБПОУ ВКУиНТ)

Сборник методических указаний для проведения практических работ

По МДК 01.01. Металлургия цветных металлов

Для специальности 22.02.02

Металлургия цветных металлов

Г . Волгоград 2017г

Организация- разработчик:

Государственное бюджетное професииональное образовательное учреждение «Волгоградский колледж управления и новых технологий»

ГБПОУ ВКУиНТ

Разработчик:______________ Сагадинов М.О

Рассмотрено на заседании ЦПК №10 Профессионального цикла специальностей технологии материалов. . Протокол № ____ от «___»_______20__г. Председатель ЦПК __________________ ( подпись)
Согласовано:ведущий специалист по охране труда ГБОУ СПО ВКУиНТ ____________ Горожанкин Виктор Михайлович
Утверждена Методическим советом ГБОУ СПО ВКУиНТ Протокол Методического совета №____ от «____»____________20__ г.

Содержание

Введение 4

Практическая работа №1

.Изучение физических и химических свойств цветных металлов 5

Практическая работа №2.

Выбор сырьевых металлов на основании их свойств, их расчет 8

Практическая работа №3

Технологические схемы металлургических процессов 16

Практическая работа №4.

Расчет материального баланса металлургических процессов 47

Практическая работа №5.

Расчет материальных потоков металлургических процессов 54

Введение

Сборник методических указаний для выполнения практических работ по МДК01.01 «Металлургия цветных металлов» содержит необходимые теоретические сведения и практические расчеты, предназначенные для студентов специальности 22.02.02 « Металлургия цветных металлов».МДК01.01«Металлургия цветных металлов» входит в ПМ01«Подготовка и ведение технологического процесса производства цветных металлов и сплавов» и изучается в течении одного семестра. В ходе изучения МДК01.01 рассматриваются вопросы физико-химические свойства металлов, теоретические основы процессов, сырье и материалы, используемые в процессе требования к ним, конструкции основного оборудования, ведение процессов, технико- экономические показатели процессов, экологические требования к процессам.

На изучение МДК01.01 отводится 114часа, из них 52 часов на практические работы.

Сборник включает методические указания для выполнения практических работ. Состоит из 5-ти практических работ:

-Практическая работа №1.Тема: Изучение физических и химических свойств цветных металлов.

-Практическая работа №2.Тема: Выбор сырьевых материалов на основе их свойств , их расчет.

-Практическая работа №3.Тема. Технологические схемы металлургических процессов

- Практическая работа №4.Тема: Расчет материальных потоков металлургических процессах

-Практическая работа №5.Тема: Расчет материального баланса металлургического процесса

Каждая практическая работа содержит, теоретическую часть, контрольные вопросы ,практические задания.

Цель методических указаний – предоставление необходимой информации для выполнения практической работы по МДК 01.01 , в ходе которых происходит получение и закрепление полученных знаний и получение умений. Приобретенные знания и умения помогут студентам в дальнейшем для формирования ПК .

Практическая работа №1.

Тема: Изучение физических и химических свойств цветных металлов.

Цель работы: Научиться давать оценку цветным металлам по их свойствам.

Теоретическая часть.

Свойства меди.

Медь совместно с никелем, свинцом, цинком и оловом образует группу основных тяжелых цветных металлов. Из этой группы только никель является "молодым” металлом, промышленное производство которого началось лишь в конце XIX в. Остальные металлы этой группы, включая медь, служат человеку на протяжении почти всей истории развития человеческого общества. Значение меди для современного общества трудно переоценить.

В периодической системе элементов Д.И.Менделеева медь расположена в I груп­

пе 4-го периода, порядковый номер ее 29. Как элемент первой группы медь одновалентна. В этом состоянии она наиболее широко представлена в рудных минералах, штейнах, шлаках и других продуктах пирометаллургии. В продуктах их окисления в природе и в технологических процессах более устойчивым является двухвалентное состояние.

При температуре плавления (1084,5 °С) давление паров меди очень мало и сос­

тавляет 1,596 Па. Практически нелетучими являются оксиды и сульфиды меда.

Медь - мягкий, вязкий и ковкий металл красного цвета. Она легко прокатывается в тонкие листы и вытягивается в проволоку. По электропроводности медь уступает только серебру. Важнейшие свойства медн приведены в табл. 1

В химическом отношении медь малоактивный металл, хотя она в определен­

ных условиях может непосредственно соединяться с кислородом, серой, галогенами и некоторыми другими элементами.

При обычной температуре сухой воздух и влага в отдельности не действуют

на медь, но во влажном воздухе, содержащем СО₂, медь окисляется и покрывается зеленой пленкой основного карбоната (CuC0₃-Cu(0H)₂), вляющегося ядовитым веществом.

В ряду напряжений медь более электроположительна, чем водород. Поэтому в

растворах таких кислот, как соляная и серная, в отсутствие окислителя медь не растворяется. В кислотах, одновременно являющихся окислителями (например, азотная или горячая концентрированная серная кислота), медь растворяется легко.В присутствии кислорода и при нагреве медь хорошо растворяется в аммиаке.При тшпературах красного каления медь окисляется, образуя CuO.

При температурах выше 800 вС образуется Си₂0 . При нагреве CuO разлагается по реакции

4СиО →2Си ₂О + О₂

Оба оксида меди легко восстанавливаются при температурах около 450 °С н малой концентрации восстановителя

С серой медь образует два сульфида: сернистую (CuS) и полусернистую (Cu₂S)

медь. Сернистая медь при температурах выше 400- 450 ⁰С разлагается на полу-

сернистую медь и элементарную серу:

4CuS → 2Cu₂S + S₂.

Таким образом, в пирометаллургических процессах, идущих при высоких температурах,из оксидов и сульфидов фактически могут существовать только Си₂О и Cu₂S, в которых медь одновалентна.Медь и ее сульфид являются хорошими коллекторами (растворителями) золота

и серебра, что делает возможным их высокое попутное извлечение при производстве

меди.

Кроме благородных металлов медь способна сплавляться со многими металлами.

Наиболее известными сплавами на медной основе являются бронзы, латуни, мель­

хиор, нейзильбер и константан.

Описанные характерные свойства меди обусловливают многочисленные области ее применения. Основными потребителями меди и ее соединений являются:

1) электротехника и электроника (провода, кабели, обмотки электродвигателей,

токоподводящие шины, детали радиоэлектронных приборов, фольга для печатных

схем и др.);

2) машиностроение (теплообменники, опреснительные установки и др.);

3) транспорт (детали и узлы железнодорожных вагонов, автомобилей, самолетов,

морских и речных судов, тракторов и т.д.);

4) строительные материалы (кровельные листы, детали декоративных архитек­

турных украшений);

5) химическая промышленность (производство солей, красок, катализаторов);

6). изделия и приборы бытового назначения (детали часов, посуда, скобяные из­

делия, детали холодильников, стиральных машин и бытовых электроприборов,

декоративные изделия и украшения и др.);

7) сельское хозяйство (ядохимикаты — медный купорос).

Соотношение между количествами потребляемой меди отдельными областями техники зависит от уровня социально-экономического развития отдельных стран. В промышленно развитых странах до 4 5 . . . 55 % общего производства меди расходуется на нужды электротехники и электроники.Наиболее крупными производителями меди являются США, Япония, Чили, Замбия, Бельгия, ФРГ и Канада. Основными потребителями меди до сего времени остаются промышленно развитые страны. Однако в последние годы все в большей степени проявляется тенденция увеличения доли потребляемой меди в развивающихся

странах.

Металл	Атом­ ный номер	Атом­ ная масса	tПЛ с	tКИП с	d20 кг/м3	dпл кг/м3	p*104 Ом*м
Медь		63,546	1084,5				1.78
Никель		58,70					11.8
Свинец		207,2	327,4				20.8
Цинк		65,38	419,5				6.1

Примечание: d₂₀ и dt — плотность при 20 "С и при плавлении соответственно, p -удельное электросопротивление при18⁰С

Порядок выполнения работы

1. Ознакомится с теоретической частью данного методического указания.

2. Ответить на поставленные вопросы в письменном виде.

3. Доложите преподавателю о проделанной работе

Контрольные вопросы.

1. Температура плавления меди

2. Температура плавления никеля

3. Температура плавления свинца и цинка

4. Температура кипения меди и никеля

5. Плотность меди и свинца при температуре 20⁰С

6. Плотность свинца и никеля при температуре плавления

7. Электро сопративление седи и свинца

8. Основные потребители меди

9. Какие соединения с серой образует медь

10. При какой температуре получается сера и сульфида серы

11. Си₂0 .при какой температуре получается это соединение

12. Как ведет медь во влажной температуре в присутствии СО₂, и какое образуется соединение.

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 №2.

Тема: Выбор сырьевых материалов на основе их свойств , их расчет.

Цель работы: Научиться производить подбор сырья для производства цветных металлов, научиться определять количество компонентов входящих в состав сырья

Теоретическая часть

К черным металлам относятся железо и его сплавы, марганец и хром, производство которых тесно связано с металлургией чугуна и стали. Все остальные металлы относятся к цветным. Название "цветные металлы” довольно условно, так как фактически только золото и медь имеют ярко выраженную окраску. Все остальные металлы, включая черные, имеют серый цвет с различными опенками — от светло серого до темно-серого.

Цветные металлы условно делят на пять групп:

1. Основные тяжелые металлы: медь, никель, свинец, цинк и олово. Эти металлы являются наиболее важными среди цветных металлов по своему значению и объему производства.

2. Малые тяжелые металлы: висмут, мышьяк, сурьма, кадмий, ртуть и кобальт.Они являются природными спутниками основных тяжелых металлов. Обычно их получают попутно, но производят в значительно меньших количествах.

3. Легкие металлы: алюминий, магний, титан, натрий, калий, барий, кальций,

стронций. Металлы этой группы имеют самую низкую плотность (удельную массу) по сравнению с другими металлами.

4. Благородные металлы: золото, серебро, платина и платиноиды (палладий,

родий, рутений, осмий и иридий). Эти металлы обладают высокой стойкостью к воздействию окружающей среды и агрессивных сред.

5. Редкие металлы подразделяются на следующие подгруппы:

а) тугоплавкие металлы; вольфрам, молибден, тантал, ниобий, цирконий и

ванадий;

б) легкие редкие металлы: литий, бериллий, рубидий и цезий;

в) рассеянные металлы: галлий, индий, таллий, германий, гафний, рений, селен

и теллур;

г) редкоземельные металлы; скандий, иттрий, лантан и лантаноиды;

д) радиоактивные металлы: радий, уран, торий, актиний и трансурановые элементы.

По виду присутствующих металлсодержащих минералов руды цветных метал­

лов делят на следующие основные группы:

1 ) сульфидные, содержащие металлы в форме соединений с серой - сульфидов.

К таким рудам в основном относятся медные, медно-цинковые, медно-молибде­

новые, медно-никелевые и свинцово-цинковые (полиметаллические) руды;

2 ) окисленные, в которых металлы содержатся в форме различных кислород­

содержащих соединений: оксидов, карбонатов, гидроксидов и т.д. Примером таких руд служат алюминиевые, окисленные никелевые, оловянные, некоторые разновидности медных руд;

3) самородные, содержащие металлы в свободном (металлическом) состоянии.

В самородном состоянии в природе встречаются золото, серебро, медь, платина, висмут и ртуть;

4) сделанные, в которых металлы могут одновременно присутствовать в суль­

фидной и окисленной формах, а иногда и в самородном состоянии (медные руды);

5) хлоридные, содержащие металлы в форме солей хлористоводородной кислоты

. Из таких руд, в частности, извлекают магний, а также ряд других легких и ред­

ких металлов.

Сульфидные руды по характеру минерализации делятся, в свою очередь, на

сплошные, состоящие почти полностью из сульфидов, и вкрапленные, в которых

сульфиды в виде включений размешены в пустой породе.

Руды цветных металлов во многих случаях очень бедные и содержат чаще всего

несколько процентов и даже доли проценте основного металла. Концентрация со­

путствующих основному металлу ценных элементов-спутников обычно во много

раз меньше. Однако многие сопутствующие элементы по ценности сравнимы, а

иногда и превосходят основные компоненты руды, для извлечения которых она и

добывается. К числу ценных составляющих следует относить и железо, содержание

которого в рудах некоторых цветных металлов иногда достигает 40... 50 % (по массе) и более.

Рентабельный минимум, т.е. то минимальное содержание основного металла,

которое определяет возможность и целесообразность металлургической переработки

данной руды, постоянно снижается. Так, если в конце XIX в. к категории медных

руд относили горные породы с содержанием меди не менее 1,5%, то сейчас эта ве­

личине снизилась до 0,4 ... 0,5 %.

Распространенность в земной коре некоторых металлов характеризуется следующими данными, %:

Алюминий . . . . 8,05 Вольфрам . . . . 7 • 10°

Железо .......... ..4,65 Молибден . . . . 1 • 10°

Кальций ........ ..2,96 Свинец .............8 • 10‘4

Натрий .......... ..2,50 Олово ............. ..6 • 10'4

Калий ............ ..2,50 Уран ............... ..5 • 10'4

Магний .......... ..1,87 Селен ............. ..8 • 10~5

Титан ............ ..0,45 Платина • ......... ..2 • 10'5

Медь.............. ..0,01 Серебро........... ..4 • 10“6

Цинк ............ ..0,02 Золото ........... ..5 • 10'7

Никель .......... ..0,018 Рений ............. ..1 • 10*7

Помимо рудных источников для получения многих цветных металлов (алюминия,

меди, цинка, свинца, благородных и ряда других металлов) используют Вторичное сырье

К вторичному сырью относят отходы металлообрабатывающей промышленности,

бракованные и отслужившие свой срок металлические детали и изделия, различный

металлический лом, бытовой утиль и т.д.

В наибольших количествах в настоящее время из вторичного сырья производят

алюминий и основные тяжелые цветные металлы. Так, доля вторичных алюминия,

меди, свинца, цинка и олова в общем балансе производства составляет соответ­

ственно 20... 25, 30... 40, 35... 50, 25... 30 и 20... 25 %. Исключительно большое

значение для современной экономики имеет производство вторичных драгоценных

металлов.

Вовлечение вторичного сырья в цикл металлургического производства позволяет

экономнее расходовать природные рудные ресурсы, получать металлы более прос­

тыми и дешевыми металлургическими приемами, дополнительно увеличивать

выпуск металлической продукции.

В перспективе вторичное сырье должно стать основным источником получения

некоторых цветных металлов, а за счет переработки рудного сырья будет покры­

ваться лишь дефицит баланса между потреблением и производством данного металла.

Цветная металлургия является одной из наиболее материалоемких, а также топли­

во- и энергоемких отраслей промышленности. В себестоимости продукции в среднем

по цветной металлургии звтраты на сырье, основные и вспомогательные материалы

составляют ~ 6 1 . . . 62%, на топливо и энергию ~ 1 1 . . . 12%. Таким образом, на

долю этих статей себестоимости приходится ~ 75 % общих затрат.

Наиболее материалоемкими подотраслями цветной металлургии являются твердо­

сплавная (~ 80 % от общих затрат), медная (~ 70 %) и свинцово-цинковая (~ 64 %),

а самой энергоемкой — алюминиевая (~ 40 %).

По этой причине качественная подготовка исходного сырья к металлургической

переработке оказывает решающее влияние на конечные технико-экономические

показатели металлургического передела.

В металлургическую переработку, как правило, поступает не один конкретный

металлсодержащий материал, а смесь разных сортов рудного сырья с флюсами и

оборотами. Смесь поступивших в переработку материалов (без топлива) называется

шихтой.

Общие требования к качеству металлургических шихт сводятся к следующему:

1) постоянство химического состава;

2) однородность по химическому, минералогическому и гранулометрическому

составам;

3) оптимальная крупность компонентов шихты;

4) оптимальная влажность.

Различают две группы подготовительных операций: механическую и химическую

подготовку.

К механической подготовке относятся:

1) складирование и хранение шихтовых материалов;

2) дробление и измельчение исходных материалов (руд, флюсов, кусковых обо­

ротов);

3) сортировка материалов по крупности;

4) обезвоживание исходных материалов сгущением, фильтрованием и сушкой

(иногда, наоборот, увлажнение);

5) окускование мелких материалов (концентратов, рудной мелочи);

6) приготовление шихты путем смешивания ее компонентов.

Химическая подготовка сводится к обжигу или агломерации (спеканию) исходных рудных материалов.

Необходимость в ряде случаев предварительного окускования (укрупнения)

исходных сырьевых материалов обусловлена тем, что на металлургические пред­

приятия в настоящее время в основном поступают тонкоизмельченные концентраты.

Кроме того, при непосредственной переработке руд приходится иметь дело со значительным количеством мелочи или малой прочностью самих руд. Пирометаллургическая переработка мелких материалов либо невозможна по условиям технологии (например, в шахтных печах), либо сопровождается большим пылевыносом, что и вызывает необходимость их укрупнения. Окусковывание мелких материалов осуществляют методами окатывания, брикетирования, агломерации (спекания) или комбинацией этих методов.

Сырье для получения меди

Источниками получения меди являются руды, продукты их обогащения концентраты и вторичное сырье. На долю вторичного сырья в настоящее время приходится ~ 40 % от общего выпуска меди.

Медные руды практически полностью относятся к полиметаллическим. Монометаллических руд меди в природе нет. Ценными спутниками меди в рудном сырье являются ~ 30 элементов. Важнейшие из них: цинк, свинец, никель, кобальт, золото, серебро, металлы платиновой группы, сера, селен, теллур, кадмий, германий, рений, индий, таллий, молибден, железо.

В тех случаях, когда медьсодержащие руды содержат заметные количества других металлов-спутников, соизмеримые с содержанием меди, их соответственно называют медно-никелевыми, медно-цинковыми и т.д.

В медном производстве используют все типы руд: сульфидные (сплошные и вкрапленные), окисленные, смешанные и самородные. Однако основным медным сырьем являются сульфидные вкрапленники, запасы которых в недрах являются наибольшими. Из сульфидных руд в настоящее время выплавляют 8 5 . . . 90 % всей

первичной меди.Известно более 250 медных минералов. Большинство из них

встречается редко. Наибольшее промышленное значение для производства меди имеет небольшая группа минералов, содержащих медь в количестве, %:

Халькопирит CuFeS₃,.............................................. ...34,5

Ковеллин CuS......................................................... ...66,4

Халькозин Cu₂S ...................................................... ...79,8

Борнит Cu₅FeS₄ ..........................................................63,3

Малахит СиСО_3· Си(ОН)₂ .......................................57,4

Азурит CuC0₃-2Cu(0H)a₃..................................... ...55,1

Куприт CuO............................................................. ...88,8

Хризоколла CuSi0₃-2H₂0 ..................................36,2

Самородная медь Си, Au, Ag, Fe, Bi и др. . . До 100 %

В современной практике обычно разрабатывают руды с содержанием 0,8 . . . 1,5 % Си, а иногда и выше. Однако для крупных месторождений вкрапленных руд минимальное содержание меди, пригодное для разработки в современных условиях, составляет 0,4 . . . 0,5 %.

Халькопирит, ковеллин, борнит и пирит относятся к так называемым высшим сульфидам. Они содержат избыток серы сверх стехиометрического содержания, соответствующего валентным соотношениям. При нагреве высшие сульфиды диссоциируют с образованием низших (Cu₂S и FeS) и выделением паров элемен-

тарной серы. Так, пирит термически разлагается по реакции

FeS₂ → FeS + 1/2S₂

что соответствует 50 %-ному удалению серы в газовую фазу. В цветной металлургии степень (доля) удаления серы в технологических процессах называется степенью десульфуризации.

Кроме рудных минералов в медных рудах содержится пустая порода в виде кремнезема, глинозема, кальцита, различных силикатов и др. В практике медного производства встречаются кислые руды, в пустой породе которых преобладает кремнезем Si02, и основные руды со значительными количествами извест­

няка и других минералов.

Вследствие низкого содержания меди и комплексного характера руд в большинстве случаев непосредственная металлургическая переработка их невыгодна, поэтому они предварительно подвергаются флотационному обогащению.

При обогащении медных руд основным продуктом являются медные концентраты, содержащие до 55 % Си (чаще 1 0 . . . 30%).Извлечение меди в концентраты при флотации колеблется от 80до 95 %. Кроме медных, при обогащении руд получают пиритные концентраты и иногда концентраты ряда других цветных металлов

(цинковый, молибденовый и др.). Отходами обогащения являются отвальные хвосты.

Для практических целей знания химического состава часто бывает недостаточным. Необходимо знать вид присутствующих в сырье минералов и распределение между минералами всех компонентов перерабатываемого сырья. Знание этих составов позволит предсказать поведение всех компонентов данного сырья при металлургической переработке, выбрать наиболее рациональную технологию и наиболее правильно выполнить металлургические расчеты в целом.

Пример 1. Химический состав руды, %: 4Cu, 36Fe; 5Zn, 43,7S; 7SiO₂, 2CaO; 2,3 – прочие.

В руде присутствуют минералы: халькопирит (CuFeS₂), пирит (FeS₂), сфалерит (ZnS), кварц (SiO₂) и известняк (CaCO₃).

Расчет фазового состава, как и другие металлургические расчеты, удобно вести на 100 единиц массы исходного материала (100 г, 100 кг, или 100 т). Следует отметить, что все расчеты проводят обычно по законам стехиометрии, т.е. по химическим формулам и уравнениям химических реакций.

В данном случае расчет можно начинать с любого материала, кроме пирита, так как железо содержится в двух материалах, а его распределение между ними пока неизвестно. Начнем расчет с определения количеств халькопирита и содержащихся в нем элементов. Количество халькопирита и содержащихся в нем элементов.

Количество халькопирита определяем по атомным и молекулярным массам компонентов, входящих в состав данного минерала: 63,6Cu входит в 183,4 CuFeS₂, тогда 4 кг Cu в руде входят в x кг CuFeS₂:

x=(183,4∙4)/63,6=11,53 кг.

В 11,53 кг халькопирита содержится железа и серы:

(55,8∙11,53)/183,4=3,51 кг;

(64∙11,53)/183,4=4,02.

Определяем количество железа, связанного в пирите:

36–3,51=32,49 кг.

Количество серы в пирите:

(32,49∙64)/55,8=37,2 кг.

Количество пирита:

32,49+37,2=69,69 кг.

Количество серы в сфалерите определяем по разности между исходным содержанием в руде и ее суммарным содержанием в халькопирите и пирите:

43,7–(37,2+4,02)=2,48 кг.

Для проверки правильности заданных исходных данных определяем потребное количество серы, теоретически необходимое для связывания присутствующего в руде цинка в сфалерите:

(32∙5)/65,4=2,45 кг.

Теоретическое содержание серы отличается от рассчитанного на 0,03 кг, что составляет 0,03 % от 100 кг исходной руды. Такая точность расчета вполне допустима. Отклонение можно объяснить ошибками исходного химического анализа или неточностью выполненных расчетов. При больших отклонениях (более 2 %) следует уточнить химический и минералогический составы руды или проверить расчеты.

Шлакообразующие оксиды при расчете фазового состава обычно на элементы не разлагают. Тогда количество кремнезема в 100 кг руды будет численно равно его процентному содержанию по химическому анализу, т.е. составит 7 кг.

В заключение расчета нужно определить количество известняка и оксида углерода (CO₂) в нем.

Количество CO₂ в CaCO₃ равно:

(44,2)∙2/56=1,57 кг.

а количество CaCO₃:

2+1,57=3,57 кг.

Количество остальных составляющих руды (прочих), не определяемых при химическом анализе, находим по разности

2,3–1,57=0,73 кг.

Результаты представлены в таблице.

Фазовый состав медной руды

Компонент	Минералы	Всего
CuFeS2	FeS2	ZnS	пустая порода
Cu		–	–	–
Fe	3,51	32,49	–	–
Zn	–	–		–
S	4,02	37,20	2,48	–	43,7
SiO2	–	–	–
CaO	–	–	–
CO2	–	–	–	1,57	1,57
Прочие	–	–	–	–	0,73
Итого:	11,53	69,69	7,48	10,57

Порядок выполнения работы

1. Ознакомится с теоретической частью данного методического указания.

2. Ответить на поставленные вопросы в письменном

3. Провести расчет согласно варианта задания

4. Доложите преподавателю о проделанной работе

Контрольные вопросы.

1.Перечислить группы цветных металлов

2.Перечислить группы цветных металлов по виду минералов

3. Наиболее распространенный металл в земной коре , % содержание.

4. Что такое вторичное сырье для производства цветных металлов?

5. Наиболее материалоемкая подотрасль цветной металлургии

6.Наиболее энергоемкая подотрасль цветной металлургии

7. Требования к шихтам

8. Основной вид сырья для производства меди

9. Содержание меди в рудах используемых в производстве меди

10. Что такое дисульфуризация?

Практическое задание

Варианты заданий

	Cu, %	Fe, %	Zn, %	S, %	SiO2, %	CaO, %	Прочие
	3,8		4,0	45,7		2,5
	3,6		4,1	47,8		2,5
	3,4		4,2	46,9		2,5
	3,2		4,3			2,5
	3,0		4,4	48,1		2,5
	2,8		4,5	46,2		2,5
	2,6		4,6	45,3		2,5
	2,4		4,7	42,7		2,8
	2,2		4,8	43,2		2,8
	2,0		4,9	45,3		2,8
	2,1		4,8		3,5	2,9
	2,2		4,7		3,5	2,9
	2,1		4,9		3,6	2,8
	2,0		4,9		3,5	2,9	3,1
	2,1		4,8		3,4	2,8

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 №3.

Тема. Технологические схемы металлургических процессов

Цель работы: Освоить последовательность операций при производстве цветных металлов, основное оборудование используемое при производстве.

Теоретическая часть.

Степенью десульфуризации называют отношение массы окисленной серы к массе серы в исходном материале .

Извлечением называют отношение массы компонента, со-

держащегося в конечном продукте к массе его в исходном сырье .

Клинкер- спеченный остаток после выщелачивания при гидрометаллургическом производстве.

Принципиальная технологическая схема переработки сульфидного медьсодержащего сырья

Плавка на штейн

Конвертирование штейнов

Независимо от способа, которым выплавлен штейн из руды или концентрата, дальнейшая переработка его одинакова. Штейны имеют состав, %: 16…25 Cu; 36…49 Fe; 1…2 SiO2; 0,5…1,0 CaO и отличаются главным образом концентрацией меди и железа.

Переработка штейнов осуществляется в конвертерах горизонтального типа диаметром до 4 м, длиной до 10 м, вместимостью до 100 т меди (выплавляется за 1 технологическую операцию). Конвертер футерован хромо-магнезитовым кирпичом. Механическая передача обеспечивает возможность поворачивания конвертера в обе стороны на 1 оборот .

. Конвертер в рабочем положении: 1 – штейн; 2 – шлак; 3 – фурма; 4 – горелка;

5 – бандаж; 6 – горловина; 7 – воздухопровод; 8 – опора; 9 – венцовая шестерня; а – сжатый воздух; б – шихта (флюсы); в – газы

На корпусе укреплены бандажи – опорные и ведущий, находящийся в зацеплении с шестерней редуктора электродвигателя, которым конвертор может поворачиваться в обе стороны на 360°. На боковой поверхности имеется горловина, через которую заливают штейн, скачивают шлак, разливают медь и отводят газы. В рабочем положении она направлена вверх и помещается под напыльником, соединенным с отводящими газоходами. Края напыльника плотно примыкают к корпусу конвертера, предупреждая

разбавление газов атмосферным воздухом. По одной из образующих корпуса установлены фурмы, соединенные с коллектором сжатого воздуха (2,0…1,5 атм). Фурма имеет шаровой клапан, стальной шарик которого в рабочем положении перекрывает выход воздуха наружу, а при прочистке ломиком отходит в гнездо. Газы через напыльник поступают в сборный газоход, из него – в пылевую камеру, электрофильтр, а затем – на производство серной кислоты. Штейн в конвертор подают ковшом через горловину, предварительно повернув бочку, чтобы не залить фурмы.

Продувка штейна в конвертере состоит из двух периодов. Содержание первого периода конвертирования: окисление сульфида железа, ошлакование образующейся закиси железа добавляемым кварцем с получением белого штейна (белого матта) и шлака.

Воздух, вдуваемый через фурмы в жидкий штейн, энергично его перемешивает. На поверхности воздушных пузырьков протекают реакции окисления FeS и Cu₂ S:

Возникающий при этом оксид меди сульфидируется по реакции:

Cu ₂O+ FeS= Cu ₂S+ FeO

а FeO связывается в силикат Fe ₂SiO₄ кварцем:

2FeO+ SiO₂=2FeO∙ SiO₂

Загрузку кварца (крупностью 6…20 мм) начинают с продувки расплава.

Желательно применять золотосодержащие или медистые кварциты, чтобы

извлечь дополнительно медь и золото, однако содержащие не менее 80 %

SiO₂ , чтобы не повышать выход шлака.

Таким образом, в первом периоде в результате продувки воздуха может

окислиться лишь сульфид железа; только после окисления всего сульфида

железа образуется оксид меди Cu₂O. Поэтому в первом периоде из медно-

го штейна удаляют сернистое железо, а медь в виде сульфида концентри-

руется в штейне. Суммарная реакция окисления FeS в присутствии кварца

в этом периоде:

служит основным источником тепла и накопления его в конвертере для вто-

рого периода плавки. Шлак сливают через горловину, наклоняя конвертор.

Вследствие переокисления сульфида железа при недостатке кварца

у фурм (в области интенсивной продувки):

получаемые шлаки обогащены магнетитом Fe₃ O₄ , который ограниченно

растворим в расплавленной массе и образует на футеровке тугоплавкие на-

стыли. Присутствие магнетита в шлаке увеличивает его вязкость и, следо-

вательно, механические потери меди с ним. В связи с повышенной концен-

трацией в шлаке меди он вовлекается в переработку в предыдущей плавке

на штейн непосредственно или после флотационного обогащения. Равно-

мерная подача измельченного кварца и достаточно высокая температура

способствуют восстановлению магнетита по реакции:

получению достаточно жидких шлаков и снижению потерь с ними меди.

Конвертерные шлаки, образующиеся в первом периоде, имеют ориентировочный состав, мас. %: Cu 1,5…2,5, SiO₂ 17…28, Fe 60…70, в том числе в виде Fe₃ O₄ до 25. В них тем меньше магнетита, чем больше кон-

центрация оксида кремния. Для доизвлечения меди из шлака его возвра-

щают в предыдущую операцию выплавки штейна или после грануляции

обогащают флотационным методом.

Температура заливаемого в конвертер штейна составляет примерно

1473⁰С и в течение первого периода она за счет интенсивного окисления

сульфида железа увеличивается и поддерживается в пределах

1523…1623 ⁰С; более высокая температура вызывает ускоренный износ фу-

теровки, а при более низкой температуре расплавы становятся вязкими.

Регулирование температуры осуществляется добавками: расплавленного