Металлургия цветных металлов. Практикум

Пирометаллургическая технология получения меди предусматривает обязательное использование следующих процессов: плавка на штейн, конвертирование медного штейна, огневое рафинирование черновой и электролитическое – анодной меди. В ряде случаев перед плавкой на штейн сульфидное сырье подвергают окислительному обжигу.

Плавку на штейн можно вести несколькими способами, различающимися как технологической сущностью, так и аппаратурным оформлением. До настоящего времени сохраняют практическое значение отражательная, рудно-термическая (электрическая) и шахтная плавки. Однако по большинству технологических параметров они уже не удовлетворяют современным требованиям, поэтому происходит их замена на новые прогрессивные процессы, основанные на применении окислительных автогенных методов со значительными технико-эко- номическими и экологическими преимуществами.

Внедрение новых, более современных и более экономичных технологических схем на базе автогенных процессов позволяет упростить технологию, повысить комплексность использования перерабатываемого сырья, исключить или значительно сократить расход посторонних источников тепловой энергии, снизить капитальные и эксплуатационные затраты, загрязнение окружающей среды вредными выбросами, улучшить многие технико-экономические показатели.

При осуществлении автогенной плавки степень десульфуризации можно изменять в любых заданных пределах, варьируя соотношение между количествами перерабатываемого сульфидного материала и подаваемого в печь дутья. Это позволяет в широком диапазоне изменять составы получающихся штейнов, вплоть до черновой меди. Все автогенные плавки являются совмещенными процессами. Они объединяют в одном металлургическом агрегате обжиг, плавку на штейн и частично или полностью конвертирование. Это, в частности, позволяет наиболее рационально и концентрированно переводить серу из исходной шихты в газы. При этом в зависимости от содержания кислорода в дутье можно получать газы с раз-

71

личным содержанием SO2, вплоть до чистого сернистого ангидрида. Автогенные плавки как технологически, так и аппаратурно могут быть организованы по-разному. Технологически такие процессы различаются методом сжигания сульфидов, которое может проводиться в факеле (во взвешенном состоянии) или в расплаве.

Принцип окислительного плавления сульфидного сырья в расплавах следует признать наиболее перспективным направлением развития автогенных процессов. К настоящему времени предложено много различных вариантов технологического и аппаратурного оформления плавок в расплавах. Одной из самых передовых и эффективных технологий является процесс Ванюкова (ПВ), широко используемый в России, а также в Казахстане и Узбекистане.

Дальнейшую переработку медного штейна на черновую медь осуществляют окислением расплавленного штейна

вконвертерах. На конвертирование кроме штейна поступают богатые медью оборотные материалы, кварцевый флюс (часто золотосодержащий) и другие добавки. Организационно процесс конвертирования состоит из двух периодов. Сначала,

впервом периоде, окисляется сульфид железа с переводом образующегося оксида в шлак, далее, во втором периоде, сульфид меди взаимодействует с кислородом с получением черновой меди.

Рассмотренная технология получения черновой меди из рудного сырья позволяет получать металл, содержащий до 4 % примесей. Такая медь непригодна для практического использования и обязательно подлежит огневому, а затем и электролитическому рафинированию. При огневом рафинировании получают анодную медь, содержащую менее 1 % примесей, а при электролитическом – катодную (менее 0,1 % примесей).

Контрольные вопросы

1  Рентабельный минимум для медных руд в настоящее время составляет, %:

1)  1,0…1,5;

72

2)  0,3…0,4;

3)  3…4;

4)  0,01;

5)  менее 0,1.

2  Содержание меди в концентрате после обогащения может составлять, %:

1)  1;

2)  5;

3)  15;

4)  20;

5)  50.

3  Температура плавления металлической меди, °С: 1)  660; 2)  1445; 3)  788; 4)  2050; 5)  1083.

4  Большая часть меди используется в области: 1)  автомобильной промышленности; 2)  машиностроения; 3)  электротехники; 4)  ювелирных изделий; 5)  строительства.

5  Наиболее известными сплавами на медной основе являются:

1)  латунь;

2)  баббит;

3)  жаростойкие сплавы;

4)  бронза;

5)  нихром.

6  Медьвосновномпроизводитсяизследующеготипаруд: 1)  окисленные;

73

2)  сульфидные;

3)  смешанные;

4)  сульфидно-металлические;

5)  самородные.

7  Ценные минералы сырья для производства меди – это: 1)  халькопирит; 2)  халькозин; 3)  пирит; 4)  боксит; 5)  нефелин.

8  Минералы, входящие в состав медных сульфидных руд: 1)  малахит; 2)  халькозин; 3)  куприт;

4)  халькопирит;

5)  пирит.

9  Минералы, входящие в состав медных окисленных руд: 1)  пирротин; 2)  халькозин; 3)  куприт; 4)  халькопирит; 5)  малахит.

10  Формулы минералов, входящих в состав медных сульфидных руд:

1)  CuSO4;

2)  Cu2S;

3)  CuS2;

4)  CuS;

5)  CuFeS2.

11  Содержание серы, характерное для промышленных медных штейнов составляет примерно, %:

1)  15;

74

2)  25;

3)  35;

4)  50;

5)  1.

12  В состав медного штейна могут входить соедине-

ния:

1)  Fe-Ni;

2)  Сu2S;

3)  Fе3О4;

4)  FеS;

5)  FеS2.

13  Наименьшей будет плотность штейна c содержанием меди, %:

1)  25;

2)  45;

3)  60;

4)  75;

5)  90.

14  Ускорению процесса разделения шлака и штейна способствует увеличение:

1)  плотности шлака;

2)  межфазного натяжения;

3)  плотности штейна;

4)  вязкости штейна;

5)  вязкости шлака.

15  Расположите процессы в порядке возрастания концентрации меди в получаемом продукте:

1)  конвертирование;

2)  обжиг;

3)  плавка;

4)  окислительное рафинирование;

5)  электролиз.

75

16  В технологическую схему переработки медного сульфидного сырья входят процессы:

1)  дистилляция;

2)  металлотермическая плавка;

3)  плавка на штейн;

4)  электролитическое рафинирование;

5)  конвертирование.

17  В металлургии меди для плавки на штейн исполь-

зуют:

1)  традиционные виды плавок;

2)  обогатительные процессы;

3)  доменную плавку;

4)  автогенные процессы;

5)  дистилляцию.

18  К операциям рафинирования черновой меди отно-

сятся:

1)  электролиз расплавленных солей;

2)  огневое рафинирование;

3)  конвертирование;

4)  электролитическое рафинирование;

5)  сульфидирующее рафинирование.

19  Расположите материалы в порядке возрастания в них концентрации меди:

1)  штейн;

2)  черновая медь;

3)  концентрат;

4)  огарок;

5)  руда.

20  При производстве меди в качестве флюсующих добавок используют:

1)  пирит;

2)  магнетит;

76

3)  соду;

4)  известняк;

5)  кварц.

21  В производстве меди используется обжиг: 1)  восстановительный; 2)  окислительный; 3)  агломерирующий; 4)  кальцинирующий; 5)  хлорирующий.

22  Основная цель процесса окислительного обжига в металлургии меди:

1)  окисление содержащейся в концентрате меди;

2)  окисление всей содержащейся в концентрате серы с целью получения H2SO4;

3)  перевод сульфидных соединений меди в сульфаты; 4)  удаление части серы с целью перевода железа в окис-

ленную форму; 5)  нагрев и удаление влаги из сырья.

23  Выберите реакции, характерные для окислительного обжига медных концентратов:

1)  FeS2 = FeS + 1/2S2;

2)  3Fe3O4 + FeS = 10FeO + SO2; 3)  2CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + 1/2S2;

4)  3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2;

5)  CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O.

24  Нагрев медного концентрата при обжиге в печах кипящего слоя происходит:

1)  с помощью электронагрева;

2)  за счет введения в шихту угольной пыли;

3)  за счет сжигания кокса; 4)  за счет тепла от окисления серы и сульфидов;

5)  за счет сжигания природного газа.

77

25  Концентрация SO2 в отходящих газах печей кипящего слоя для обжига медного концентрата составляет, %:

1)  1,0…1,5;

2)  2…5;

3)  10…15;

4)  25…35;

5)  40…50.

26  Как правило, отходящие газы печей кипящего слоя для обжига медных концентратов:

1)  используют в других металлургических процессах;

2)  перерабатывают на серную кислоту;

3)  используют для сульфидирующего рафинирования;

4)  после охлаждения и очистки от пыли выбрасывают в атмосферу;

5)  используют для получения медного купороса.

27  Оптимальный интервал температур при обжиге медных концентратов, °С:

1)  450…550;

2)  650…700;

3)  800…900;

4)  950…1100;

5)  1100…1200.

28  Топливо, используемое при окислительном обжиге медных концентратов:

1)  природный газ;

2)  керосин;

3)  уголь;

4)  топливо не используется;

5)  мазут.

29  Медь и железо в огарке находятся преимущественно в соединениях:

1)  FeS2;

2)  Cu2S;

78

3)  Fe2O3;

4)  Cu2O;

5)  Fe3O4.

30  При нагревании в печах КС для обжига медных концентратов будут подвергаться диссоциации соединения:

1)  FeS;

2)  CuS;

3)  FeS2;

4)  Cu2S;

5)  CuFeS2.

31  В первую очередь при обжиге медного сульфидного сырья окисляется сульфид:

1)  Cu2S;

2)  FeS;

3)  CuS;

4)  ZnS;

5)  NiS.

32  Основная цель отражательной плавки медного сы-

рья:

1)  перевод меди в штейн и ошлакование пустой по­

роды;

2)  выплавление из шихты сульфидов; 3)  удаление части серы с целью ее использования для

производства серной кислоты; 4)  расплавление шихты перед заливкой расплава в кон-

вертер; 5)  нет правильного ответа.

33  При плавке медных концентратов кремний переходит в шлак, а медь – в штейн, потому что:

1)  кремний в исходной шихте в сульфидной, а медь в оксидной форме;

2)  кремний легче, чем медь, и потому концентрируется в верхнем более легком продукте;

79

3)  при плавке кремний окисляется, а медь сульфидируется;

4)  кремний в исходной шихте в оксидной, а медь в сульфидной форме;

5)  нет правильного ответа.

34  Удельная производительность отражательных печей в сутки составляет, т/м2:

1)  80…100;

2)  3…8;

3)  1…3;

4)  100…150;

5)  15…20.

35  Выберите эндотермические реакции: 1)  FeS2 = FeS + 1/2S2;

2)  1/2S2 + O2 = SO2;

3)  2CuS = Cu2S + 1/2S2;

4)  3/2O2 + FeS = FeO + SO2;

5)  2CuFeS2 = Cu2S + FeS + 1/2S2.

36  Выберите экзотермические реакции: 1)  FeS2 = FeS + 1/2S2;

2)  1/2S2 + O2 = SO2;

3)  2CuS = Cu2S + 1/2S2;

4)  3/2O2 + FeS = FeO + SO2;

5)  2CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + 1/2S2.

37  Шихта в отражательной печи нагревается главным образом за счет:

1)  лучеиспускания от факела и стен печи;

2)  барботажа газов расплава топочными газами;

3)  нагрева подины печи;

4)  тепла реакций диссоциации высокосернистых сульфидов;

5)  прямого нагрева от тепла реакций окисления сульфидов.

80