Лекция №15
Конвертирование медных штейнов
Организационно процесс конвертирования медных штейнов делится на два
периода:
первый период — набор сульфидной массы
второй период — получение черновой меди
Первый период конвертирования медных штейнов
В основе его лежит процесс окисления сульфидов железа и перевод образующихся при этом его оксидов в шлак.
Основные реакции первого периода конвертирования: |
|
2FeS + 3О2 + SiО2 = 2FeO∙SiО2 + 2SО2 + 1030290 кДж. |
(1) |
2FeS + 3О2 = 3FeO + SО2 + 937340 кДж, |
(2) |
2FeO + SiО2 = 2FeO∙SiО2 + 92950 кДж. |
(3) |
6FeO + О2 - 2Fe3О4 + 635560 кДж |
(4) |
3Fe3О4 + FeS + 5SiО2 = 5(2FeO∙ SiО2) + SО2 – 19930 кДж. |
(5) |
.
Первый период процесса конвертирования носит циклический характер.
Продолжительность первого периода определяется в основном содержанием меди в штейне.
Содержание меди в штейне, % |
Продолжительность периода, ч |
35-45 |
6-9 |
20-25 |
16-24 |
Второй период конвертирования медных штейнов
Второй период — получение черновой меди за счет окисления ее сульфида по
суммарной реакции:
Cu2S+ О2 = 2Cu +SO2 –215000 кДж
2
.
Горизонтальные конвертеры
Для конвертирования штейнов используют горизонтальные конвертеры.
Конвертер представляет собой железный сварной кожух с торцовыми днищами, футеро ванный хромомагнезитовым кирпичом.
В современной практике медной промышленности используют горизонтальные конвертеры вместимостью по меди 40, 75, 80 и 100 т.
3
.
Горизонтальные конвертеры — аппараты периодического действия. Основными рабочими положениями конвертера в зависимости от угла его поворота вокруг горизонтальной оси являются:
заливка штейна
продувка штейна (фурмы погружены в расплав)
слив шлака
слив черновой меди
При использовании конвертеров с боковым отводом газов полностью устраняются подсосы воздуха и предотвращается выброс газов в окружающую атмосферу.
4
.
Рафинирование черновой меди
Рафинирование черновой меди (очистка меди от ряда примесей) по экономическим соображениям проводят в две стадии:
1)огневое (окислительное) рафинирование,
2)электролитическое рафинирование.
Огневое рафинирование черновой меди
При огневом рафинировании из расплавленной меди стремятся максимально удалить:
Кислород |
|
Серу |
|
Железо |
|
Никель |
|
Цинк |
|
Свинец |
|
Мышьяк |
|
Сурьму |
|
Растворенные газы |
5 |
|
.
Стадии огневого рафинирования меди :
1)подготовка и загрузка печи,
2)плавление и разогрев меди (перегрев расплава),
3)окислительная обработка расплава,
4)съем шлака,
5)восстановительная обработка (дразнение),
6
6) разливка готовой меди.
Подготовка рафинировочной печи сводится к ее осмотру, заделке изъянов в футеровке и заправке выпускной летки. Далее производят загрузку печи.
Расплавление твердой меди занимает до 10 ч. Использование жидкой меди и небольшого количества твердых материалов, значительно сокращют длительность этой стадии.
Стадия окислительной продувки меди начинается после разогрева ванны до температуры около 1200°С. Расплавленную медь окисляют воздухом, который вдувают в ванну с помощью погружаемых в расплав стальных трубок, покрытых снаружи огнеупорной обмазкой.
Наиболее полно окисляются и удаляются в шлак примеси с наибольшим сродством к кислороду:
Алюминий
Цинк
Железо
Олово. |
7 |
|
Дразнение можно производить свежесрубленной древесиной (бревнами), мазутом или природным газом.
Протекают такие восстановительные реакции как: Cu2О + Н2 = 2Cu + Н2О
Cu2О + СО = 2Cu + СО2
4Cu2О + СН4 = 8Cu + СО2 + 2Н2О и т. д
Продолжительность периода дразнения достигает 2,5— 3 ч и определяется степенью насыщения продутой ранее меди кислородом.
Для разливки применяют изложницы, установленные на горизонтальных разливочных машинах карусельного типа. Разливка анодов из печи емкостью 200—250 т продолжается до 5—6 ч.
Общая продолжительность огневого рафинирования при переработке твердой меди составляет около 24 ч.
8
Электролитическое рафинирование меди
Сущность электролитического рафинирования меди заключается в том, что литые аноды и тонкие матрицы из электролитной меди — катоды попеременно завешивают в электролитную ванну, заполненную электролитом, и через эту систему пропускают постоянный ток.
Электролит — водный раствор сульфата меди и серной кислоты с примесями и коллоидными добавками
9
Электролитическое рафинирование меди включает стадии:
1) электрохимическое растворение меди на аноде с отрывом электронов и образованием катиона: Cu-2e → Cu2+;
2)перенос катиона через слой электролита к поверхности катода;
3)электрохимическое восстановление катиона меди на катоде: Cu2++2e → Cu;
4)внедрение образовавшегося атома меди в кристаллическую решетку катода (рост катодного осадка) .
Для количественной оценки интенсивности процесса электролиза на практике поль зуются величиной плотности тока (D), которая выражается отношением силы тока (I) к единице поверхности электрода (F):
D=I/F А/м2
10
.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!
11