Введение

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Металлургия меди» предусматривают практическое изучение металлургических процессов протекающих в агрегатах цветной металлургии; освоение методов расчета шихты, интенсификации технологических процессов и управления плавкой.

Не менее важной задачей является приобретение навыков лабораторного эксперимента, который является первым этапом в развитии новых и в совершенствовании существующих приемов в металлургии, а также умения оценивать технологические показатели процесса.

Во время лабораторных занятий студенты должны самостоятельно выполнить лабораторные работы с использованием различных металлургических процессов. Это позволит студентам получить навыки самостоятельного подхода к решению конкретных задач, касающихся инженеров металлургов-технологов, а также к проведению научно-исследовательской работы. Описанные условия проведения лабораторных работ максимально приближены к производственным режимам.

Методические указания охватывают содержание всего курса «Металлургия меди» и содержат 6 лабораторных работ, каждая из которых включает цель работы и задачи, краткие теоретические сведения, описание оборудования, технических и инструментальных средств, описание установки, методику выполнения работы, порядок расчета технологических показателей процесса и контрольные вопросы и задание. Лабораторные работы выполняются бригадами по 3-4 человека. Перед выполнением работы студентам необходимо получить допуск к лабораторной работе. После выполнения работы каждый студент оформляет и защищает отчет по лабораторной работе. Отчет по работе должен содержать: краткое описание теоретической сущности и химизм процесса; аппаратурное оформление процесса в промышленных условиях; изложение методики проведения работы в лаборатории; необходимые расчеты; результаты работы с их критическим разбросом.

Методические указания составлены на основании требований, предъявляемых к выпускникам высших учебных заведений по специальности 5В070900 - Металлургия.

Лабораторная работа №1 влияние концентрации кислорода в дутье на показатели окислительного обжига сульфидного медного концентрата

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучение влияния содержания кислорода в дутье на кинетику процесса окисления сульфидных концентратов и степень удаления серы.

2. Краткие теоретические сведения

Для удаления серы медные и никелевые концентраты подвергают предварительному обжигу. Обжиг сопровождается следующими химическими реакциями. При невысоких температурах 100 – 300⁰С происходит образование сульфатов:

CuS + 2O₂ = CuSO₄ при 100 – 300⁰С (1)

FeS₂ + 3O₂ = FeSO₄ + SO₂ при 200 – 250⁰С (2)

С повышением температуры последовательно протекают реакции образования элементарной серы

2CuS = Cu₂S+0,5S₂ при 400 – 450⁰С (3)

2FeS₂ = FeS+S₂ при 575⁰С (4)

2СuFeS₂ = Cu₂S+2FeS+0,5S₂ при 700 – 800⁰С (5)

При достаточном расходе воздуха и нормальном тепловом состоянии основными реакциями являются реакции горения как продуктов диссоциации, так и природных сульфидов с образованием конечного продукта в виде SO₂.

CuS + 1,5O₂ = CuO + SO₂ при 350⁰С (6)

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe ₂O₃ + 8SO₂ при 400⁰С (7)

3FeS₂ + 8O₂ = Fe₃O₄ + 6SO₂ при 570⁰С (8)

2FeS + 3,5O₂ = Fe₂O₃ + 2SO₂ при 600 – 700⁰С (9)

Упругость диссоциации сульфатов железа (FeSO₄) и меди (CuSO₄) с парциальным давлением газа 1 ат. достигается соответственно при 700⁰С и 820⁰С. Сульфат меди в смеси с CuS разлагается при еще меньшей температуре – 400⁰С. Поэтому в процессе обжига сульфаты практически полностью разлагаются. А процесс обжига ведут при максимально возможной температуре, при которой начинается размягчение и спекание рудных частичек. Для большинства руд цветных металлов температура начала размягчения находится на уровне 900⁰С. При этой температуре, например, для сульфидных медных концентратов в равновесии остаются низшие сульфиды Cu₂S, FeS и оксиды CuO, Fe₂O₃, Fe₃O₄.

При обжиге концентрата достигается в среднем степень выгорания серы на уровне 50 – 60 %. Степень удаления серы зависит от удельного расхода окислителя – воздуха, который на практике регулируют в пределах 0.7 – 0.9 м³/кг концентрата.

В лабораторной работе №3 Вы изучали как влияет газодинамика на скорость химических процессов. Однако на кинетику окисления влияет не только газодинамика, но концентрация кислорода в газе-окислителе в соответствии с законом действующих масс. Увеличение доли кислорода приводит к тому что снижается скорость газа при которой реакция переходит в кинетическую область. Это дает возможность увеличить диаметр печи обжига, т.е. увеличить количество обжигаемого материала не снижая при этом скорости реакций. Следовательно увеличится производительность печи. С другой стороны, применение воздуха, обогащенного кислородом способствует возникновению местных перегревов в печи и спеканию шихты. Если происходит спекание и оплавление шихты печь не может работать нормально, т.к. шихта не сможет выходить из печи после обжига, а воздух не сможет пройти через газонепроницаемую спекшуюся шихту. Такое состояние печи называют закозлением. В этой работе Ваша цель найти для нескольких концентраций кислорода в дутье скорость газа при которой реакция перейдет в кинетический режим, а также установить спечется ли шихта в при этой концентрации кислорода. И если спечется, то в какой степени. Образец такой зависимости представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Зависимость скорости реакции от скорости газа

На рисунке 1 представлена зависимость скорости реакции от скорости газового потока при различных концентрациях кислорода в воздухе О1, О2, О3. Причем О1 < O2 < O3. Как видно из графика чем выше содержание кислорода в дутье, тем при меньшей скорости газа будет достигнута кинетическая область протекания процессов окисления.