
926
.pdfБ. В. МАЛЬЦЕВ
« г
ИЗДАТЕЛЬСТВО* МЕТАЛЛУРГИЯ - 1 $ 65
АННОТАЦИЯ
В книге кратко изложены теоретические основы производства черновой м«еди и более подробно осве щена практика ведения производственных процессов включающая характеристику основных металлурги ческих апрегатов, их обслуживание, способы ведения
технологических процессов, методы контроля |
пра |
вила безопасности и т. д. |
’ |
Книга может быть полезна как справочное пособие для рабочих, занятых в медеплавильном производ стве. Она предназначена <в -основном для молодых рабочих, пришедших на производство после оконча ния школы или технического училища.
|
|
|
Автор |
|
|
|
|
|
МАЛЬЦЕВ |
Борис |
Васильевич |
|
|
|
|
|
|
Редактор |
А. Н. |
Попков |
|
|
|
Редактор издательства Г. А. Луцкая |
|
Технический редактор Р. Я. Гинзбург |
|||||
|
Обложка художника Ю. А. Давыдова |
|
|
|
|||
Сдано в производство 25/1 1965 г. |
б/обор. |
Подписано в |
печать |
14/V 1965 г. |
|||
Бумага |
60 X 90'/ie — 4,38 + 1 вкл. |
0,25 = 4,63 бум. л. = 8,75 |
печ. л. |
||||
Т-06049 |
Уч.-изд. л. 8,67 |
Изд. № 3595 |
Цена |
30 |
коп. |
||
Тираж |
1730 |
Заказ 1010 |
|||||
|
Сводный |
темплан по металлургии 1965 г. п. |
99 |
|
|
Издательство «Металлургия*, Москва Г-34, 2-й Обыденский пер., 14 Московская типография Ki *12 Главполиграфпрома Государственного комитета Совета Министров СССР по печати
Цветной бульвар, 30
ПРЕДИСЛОВИЕ
В .нашей стране непрерывно совершенствуется технология во всех отраслях народного хозяйства. Одновременно изменяется и состав основных рабочих 1кадров. С каждым годом на производ ство приходит все больше молодежи, закончившей среднюю шко лу или получившей техническую подготовку в специальных учи лищах.
В процессе освоения избранной профессии молодежь пере нимает большой опыт кадровых производственников, теорети чески подкрепляя его знаниями, полученными на курсах произ водственного обучения.
По медеплавильному производству до сих пор издается не много справочной литературы, которая в достаточно популярной
форме давала |
бы сведения молодым рабочим по их специаль |
ности. |
* |
В.книге «Медеплавильщик» наряду с кратким изложением теоретических основ современного производства черновой меди Дается описание практики ведения процессов подготовки шихты, обжига, отражательной и шахтной плавки, конвертирования, а также ряда новых процессов, которые внедряются или будут внедрены в ближайшее время.
Вкниге описано только получение червовой меди; вопросы технологии рафинирования меди (как огневого, так и электро литического), не освещены.
Книга имеет определенно выраженный технологический уклон»Нем значительно отличается и по содержанию и по характе ру Изложения от имеющейся справочной литературы.
Для перевода единиц прежних систем в единицы СИ перед каждой таблицей даны коэффициенты пересчета. В тексте еди
ницы Международной системы приведены в скобках рядом со значениями единиц прежних систем.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕДИ И ЕЕ ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
Медь — металл характерного 1красноватого цвета. Основные физические характеристики меди следующие:
Атомная масса |
|
|
63,57 |
|||
Атомный радиус меди, А |
|
1,28 |
||||
Ионный |
радиус меди, А |
|
0,96 |
|||
Нормальный потенциал, в |
|
0,34 |
||||
Температура, |
°С: |
|
|
|
||
плавления |
|
..................... |
1083 |
|||
кипения |
. . . |
|
2325 |
|||
Удельная теплоемкость при 25° С, кал/г |
0,0918 |
|||||
Удельная теплота плавления, кал/г |
48,9 |
|||||
Теплопроводность при 20° С, кал/см- сек-°С |
0,910 |
|||||
Удельная электропроводность при 20° С. ом~1• см~~1 |
0,594.10° |
|||||
Временное сопротивление на разрыв при удлинении |
|
|||||
15—25% |
(литая медь), |
кг/мм2 |
15-20 |
|||
Плотность, |
г/см3: |
. . . |
|
8,94 |
||
при 20° |
С . |
|
||||
при |
1083° С (твердая) |
8,32 |
||||
при |
1083° С (жидкая) |
|
7,93 |
Медь достаточно мягка, ее легко прокатывают в тонкие ли сты и вытягивают в проволоку.
Примеси марганца, олова, никеля, цинка улучшают ковкость и способность меди к прокатке, но одновременно уменьшают ее вязкость. Примеси висмута, свинца, сурьмы снижают вязкость и ковкость меди и весьма вредны .при горячей обработке.
Медь обладает высокой теплопроводностью и электропровод ностью. Наличие примесей мышьяка, сурьмы, алюминия, фосфо ра резко понижают ее электропроводность.
В расплавленном состоянии медь поглощает кислород, водо род, сернистый и другие газы. При действии влажного воздуха в присутствии углекислоты медь окисляется, покрываясь зеленым налетом окислов. Медь растворяется в серной и азотной кисло тах и аммиаке, окрашивая раствор в синий цвет.
Пластичность и высокая электропроводность меди обеспечи ли ей широкое применение в электротехнике и при изготовлении
изделий методами обработки давлением (профили, трубы, про волока).
Свойства некоторых простейших соединений меди приведены в табл. 1.
Т а б л и ц а 1
СВОЙСТВА ПРОСТЕЙШИХ СОЕДИНЕНИЙ МЕДИ |
|
|
||
Свойства |
СигО |
СиО |
CU2S |
CuS |
Температура плавления, |
°С |
1230 |
|
Энтропия при 25° С кал/град-моль |
21,7 |
||
Удельный |
вес в твердом |
состоянии, |
6,11 |
г/см3 |
молекулярная |
теплоем |
|
Истинная |
15,3 |
||
кость при 26° С, кал/град-моль |
|||
Теплота образования, кал/моль |
43000 |
Диссоции рует до плавления 9,75
ОС |
со |
со |
1 |
10,3
33020
1153 |
Диссоции |
|
рует до |
28,95 |
плавления |
15,3 |
|
5,76 |
4,68 |
18,3 |
11,89 |
31825 |
11600 |
В мировом производстве металлов медь занимает одно из пер вых мест. В 1958 г. производство меди (без СССР) составило 2 млн. 842 тыс. т, в том числе 63,2% первичной (черновой) меди было выплавлено в странах Северной и Южной Америки (около 30% в США), 24% в Африке, 5,7% в Европе, 4,8% в Азии и 2,3% в Австралии.
Медные сплавы, в которых преобладающим элементом яв ляется медь, имеют огромное и разнообразное применение в тех нике и быту.
СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЧЕРНОВОЙ МЕДИ
Основными источниками получения черновой меди являются медные 'концентраты, медные руды, лом вторичных цветных ме таллов. В подавляющем большинстве случаев в плавку поступа ют и безмедистые материалы—'кварцевые и известняковые флю сы, нужные для получения шла1ка с необходимыми физическими и химическими свойствами и для металлургической концентра ции медных минералов в одном продукте. Большое значение имеют золотосодержащие концентраты и кварцевые руды, пере работка которых обеспечивает получение дополнительного коли чества драгоценных металлов. В шихту медной плавки входят также различные медьсодержащие материалы (цементная медь, огарки золотоизвлекательных заводов и т. д.). Наконец, в соста ве любой шихты имеются так называемые оборотные материа лы — материалы, получающиеся в процессе переработки основ ного сырья и нуждающиеся в доработке для извлечения основ ных металлов (пыли, корни конвертерных шлаков, 'выломки из боровов и т. п.).
В зависимости от характера сырья применяется тот или иной метод его переработки. Для кусковых материалов (руда, брике ты, агломерат, вторичные медьсодержащие материалы) приме няется, как правило, шахтная плавка, для мелких материалов (концентраты) —'отражательная плавна, плавна ,в электропе чах, обжиг — плавка во взвешенном состоянии. Общая принци пиальная схема переработки медьсодержащего сырья приведе на на рис. 1.
МЕДНЫЕ РУДЫ
‘До открытия процесса флотационного обогащения куоковые медные руды являлись единственным источником получения ме ди. В настоящее время производство меди непосредственно из руды сильно сократилось и основное 'количество меди выплавля ют из медных концентратов.
Руда Ф люса |
Сора |
Концентраты |
Агломерация брикет ирование
:Ш ахт ная плавка
Г7
|
Пыль и газы |
Штейн |
|
t |
|
|
Грубое пыле - |
|
|
улавливание |
|
Пыль и газы |
Грубая пыль - |
|
Тонкое пы ле |
я Тонкая |
|
улавливание |
пыль |
|
Газы |
|
|
Вторичное сырье |
Коне |
Концентраты |
Флюсы |
|
|
|
Тонкое |
О б ж и г П ы л ь |
и ^Грубое пы ле-Пы ль и ^-пы леулав -^тра и / |
||
|
|
|
газы |
Газы и пыль
Грубое пы ле-, улавливание
~ |
{ |
Горячий |
Пыль и газы |
воздух |
|
|
Тонное пыле |
_ Котлы-ути- Г |
,воздухо |
|||
|
|
улавливание |
“ Газы- |
лизаторы |
' aj6/ *~подогре-- |
||
|
|
Тонная пыль |
|
|
^ у вателъ |
||
|
|
|
Пар |
Колодный Газы |
|||
|
\ |
Воздух |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||
|
Г Г |
|
|
|
воздух |
|
|
|
Конверт ирование - |
|
|
|
В ат мос |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Чернобая |
Пыль и |
Грубое пыле- |
Грубая |
феру |
|
П а специальную |
|
|
|||||
|
медь |
газы |
~~~~улавливание~~~~ пыль |
|
|||
переработку |
|
|
|
|
|
|
|
Возгонь/ |
|
Анодное |
|
Пыль и газы |
|
|
|
|
рафинирование |
. |
I |
|
|
||
\ |
|
|
|
- Газы- |
|
||
П а злектроли- |
— Аноды |
Тонная _ |
/ оннос |
пыле - |
|
||
- Возгоночная |
тичесное рафинирование |
пыль |
илавливоние |
|
|
уст ановка \
Р'ИС, 1. Схема переработки медьсодержащего сырья
Причиной этого явилась резкое сокращение запасов богатых руд, содержащих не менее 3% меди, и переход «на разработку месторождений, содержащих до 1% и даже 0,5% меди. Непо средственная переработка таких руд экономически невыгодна, поэтому их обогащают с выделением медного концентрата, со держащего 10 и более процентов меди.
Основным типом руд, из которых в настоящее время полу чают медь без предварительного обогащения, в СССР являются сульфидные руды, в которых медь связана с серой и находится в виде следующих минералов:
Халькозин |
Cu2S |
Ковеллин . |
CuS |
Халькопирит |
CuFeS2 (или CuS-FeS) |
Борнит |
(3—5) Cu2S-Fe2S3 или Cu.3FeS3 |
Энаргит |
CU3ASS4 (или 3CU2S- AS2S6) |
Окисленные руды, в которых медь связана с кислородом, в
СССР .самостоятельной металлургической переработке не под вергают, однако они могут присутствовать в шихте рудной плав ки, а также применяться в качестве флюсов (при условии высо кого содержания в них Si02) при конвертировании. Медь в окис ленных рудах находится в виде следующих минералов:
Куприт (красная медная руда) . . |
Си20 |
Мелоканит или тенорит (черная медная руда) |
СиО |
Хризоколла |
C u 0 S i0 2-2H20 |
Брошантит |
CuS04 • ЗСи(ОН)2 |
Халькантит |
CUS0 4-5H20 |
Малахит |
CuC03-Cu(0H)2 |
Азурит |
2СиС03-Си(0Н)2 |
В связи с тем, что окисленные соединения меди хорошо раст воряются в воде или слабой серной кислоте, окисленные медные руды являются одним из основных источников получения меди гидрометаллургическим способом.
За очень редким исключением, медные минералы в руде тес но связаны с целым рядом других рудных (пирит FeS2, сфалерит ZnS, пирротин FenSn+1 и др.) и нерудных (кварц, барит, сери цит и др.) 'минералов, образующих так называемую пустую по роду, которая при плавке переходит в шлак.
Основными месторождениями медных руд в СССР являются Коунрадское и Джезказганское (Казахстан), Красногвардей ское, Левихинское, Дегтярское, Кара'башское, Турьинское, Блявинское (Урал), Сибайское, Учалинское, Гайское (Башкирия), Алавердское (Армения). Характеристика наиболее распростра ненных медных руд и минералов приведена в табл. 2.
МЕДНЫЕ КОНЦЕНТРАТЫ
Поскольку руды, содержащие менее 3% Си, направлять не посредственно в металлургическую переработку экономически нецелесообразно, их обогащают. В процессе обогащения медные
9
|
М ЕД Н Ы Е МИНЕРАЛЫ |
|
|
|
|
|
|
Содержание |
Плотность |
Твердость |
|
|
Минерал |
металла |
|||
|
в чистом |
г/см3 |
по шкале |
||
|
|
минерале |
|
Мооса |
|
Азурит . . |
|
55,2о/0 Си |
3,77—3,83 |
3,5—4 |
|
Дарвиний (Cu3A s ) ................. |
71,7% |
Си |
6,7—7,8 |
3—4 |
|
Атакамит [CuCl2-3CuO-3HoO] |
59,4о/0 Си |
3,75—3,77 |
3—3,5 |
||
Борнит . |
|
55,5% |
Си |
4,9—5,2 |
3 |
Брошантит ..................... |
56,2% |
Си |
3,8—3,9 |
3,5—4 |
|
Бурнонит Cu2S-PbS*Sb2S3 |
13% Си, |
— |
— |
||
|
|
42,4% |
РЬ |
|
|
Ковеллин |
|
06,6% |
Си |
4,6 |
1 ,5 -2 |
Куприт ............................................. |
88,8% |
Си |
5,7—6,2 |
3,4 |
|
Линарит (Pb, Cu)S04-(Pb, Cu)OH2 |
16% Си |
5,3 —5,45 |
2,5 |
||
Медно-висмутовый блеск CuBiS2 |
57,1% |
РЬ |
6,3 |
2 |
|
18,9% |
Си |
||||
Малахит ' . . |
57,4% |
Си |
3 ,7 -4 ,1 |
3,5—4 |
|
Станнин Cu2FeSn4 |
29,6% |
Си |
4 ,3 - 4 ,5 |
8 |
|
Тенорит СиО |
|
26,7% |
Sn |
5 ,8 - 6 ,3 |
3—4 |
|
80% Си |
||||
Халькантит |
|
24,4% |
Си |
— |
— |
Халькопирит |
. . . . |
34,5% |
Си |
4 ,1 - 4 ,3 |
3—4 |
Халькозин |
79,8% |
Си |
5,5 —5,8 |
2—3 |
|
Штромейерит (Си, Ag)2S |
32,2% |
Си, |
6,2—6,3 |
2*—'3 |
|
Энаргит |
|
53,1% |
Ag |
4,4 —4,5 |
3 |
|
48,3% |
Си, |
|||
|
|
19,1% |
As |
|
|
минералы выделяются в концентрат, в котором содержание меди в несколько раз выше, чем в исходной руде, а количество кон центрата соответственно меньше количества руды.
Другим преимуществом обогащения является то, что оно поз воляет выделять различные минералы в отдельные концентраты. Это особенно важно при переработке сложных (полиметалличе ских руд, содержащих одновременно медь, цинк, свинец, серу. В процессе обогащения таких руд могут быть получены медный.
Т а б л и ц а 3
|
|
СОСТАВ МЕДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ, % |
|
|
|||||
|
Концентраты |
Си |
Zn |
S |
Fe |
S i0 2 |
Al2Оэ |
CaO+MgO |
|
Медный |
концентрат 25—40 0,5—1,0 |
28—32 32—36 |
3 - 5 |
1—2 |
0 ,7 - 1 ,2 |
||||
То же |
|
12— 18 6 - 8 |
. 36—42 26—38 |
6— 15 |
4 - 8 |
0 ,5 -1 |
|||
» |
» |
|
20—25 0 ,5 -1 „0 20—25 18-25 |
18—25 |
2—5 |
1—2 |
|||
» |
» |
|
10—15 |
1 ,5 -3 |
20—25 15-20 |
2 0 -32 |
5—10 |
2—3 |
|
» |
» |
|
10-20 |
10—12 |
38—40 30—35 1 ,5 -2 |
3—5 |
1—2 |
||
Коллективный мед |
|
|
|
|
|
|
|
||
ноцинковый |
концен |
|
|
|
|
|
|
|
|
трат ............................. |
8— 10 |
13-15 |
38—42 28—36 |
1— 1,5 |
2—3 |
0,2—0,5 |
цинковый, свинцовый и пиритный концентраты, которые далее перерабатывают раздельно с получением соответствующих про дуктов. Характерный состав различных медных концентратов приведен в табл. 3.
Для медных 'концентратов, получаемых пр'и переработке уральских и башкирских руд, характерно повышенное содержа ние цинка (соотношение меди и цинка в этих концентратах рав но примерно единице).
КОНЦЕНТРАТЫ, СОДЕРЖАЩИЕ ЗОЛОТО
Содержащие золото концентраты — продукт обогащения зо лотых руд. Кроме золота и серебра, они в различных количест вах содержат кремнезем (до 40%), серу (до 40%), медь (до 16%), а также железо, глинозем, мышьяк и др.
Переработка содержащих золото концентратов .в смеси с мед ными позволяет получить в черновой меди значительное количе ство драгоценных металлов. Характерный состав некоторых со держащих золото концентратов приводится в табл. 4.
Перера;ботка концентратов с повышенным содержанием крем незема не требует добавки кварцевых флюсов и, следовательно, при том же количестве шихты можно получить больше черновой меди и повышенное количество в ней драгоценных металлов.
ВТОРИЧНЫЕ МЕДЬСОДЕРЖАЩИЕ МАТЕРИАЛЫ
Вторичные медьсодержащие материалы — это различные от ходы промышленности и лом отслуживших изделий (стружка, обрезь, отработанные детали и части машин, забракованные из делия, отработанный кабель и т. п.).
Классификация этих материалов в СССР регламентируется ГОСТ 1639—48, по которому вторичные медьсодержащие мате риалы подразделяются на медь, медноцинковые сплавы, бронзы, медноникелевые сплавы и внесортные отходы.
Первая группа медного ло<ма представляет собой лом и куско вые отходы прокатной меди без полуды и пайки (медные прово да без изоляции, обрезь, высечки и др.) в бухтах, пакетах или пучках весом до 60 кг и размерами не более 0,5 X 1 м. Первый сорт этой группы не должен быть засорен другими металлами и сплавами, для второго сорта допускается засорение до 10% и вес до \60 кг.
Вторая группа медного лома представляет собой лом и ку сковые отходы луженой и паяной (меди. Первый сорт этой группы не должен иметь засоренности. Для второго сорта допускается наличие медных проводов в хлопчатобумажной и шелковой изо ляции, наличие лакированных изделий, а также засоренность другими металлами и сплавами до 10%.