рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Металлургия цветных металлов

Работа сделанна в 2000 году

Металлургия цветных металлов - Курсовая Работа, раздел Промышленность, - 2000 год - Московский Государственный Институт Стали И Сплавов (Технологический Универси...

Московский Государственный Институт Стали и Сплавов (Технологический Университет) Кафедра металлургии цветных и благородных металлов Курсовая работа на тему: Металлургия цветных металлов Выполнил: студент группы Руководитель: Комков А.А. === Москва 2000 === Содержание 1. Введение… 2. Описание технологии получения катодной меди………4 3. Выбор технологии плавки на штейне… 4. Теоретические основы процесса Ванюкова….5. Расчет материального и теплового баланса….6. Заключение….28 Введение Металлургия меди, а также других тяжелых цветных ме¬таллов является ведущим звеном отечественной цветной металлур¬гии. На долю тяжелых цветных металлов в РФ прихо¬дится значительная часть валовой продукции отрасли. Значение меди из года в год возрастает, особенно в связи с бурным развитием энергетики, электроники, машинострое¬ния, авиационной, космической и атомной техники.

Дальнейшее развитие и технический уровень медного и никелевого производств во многом определяют технический прогресс многих отраслей на¬родного хозяйства нашей страны, в том числе микропроцессорной техники.

Для получения меди используются всевозможные способы плавок, например, плавка медных концентратов в электрических, отражательных, шахтных печах, при использовании процесса конвертирования медных штейнов, благодаря автогенным плавкам во взвешенном состоянии, на штейне и др. На сегодняшний день существует несколько основных процессов автогенных плавок : процесс «Норанда», «Уоркра», «Мицубиси» и Ванюкова.

К сожалению, разработка новый конструкций печей и различных процессов требует значительных капиталовложений, а свободный средств у Российских предприятий недостаточно. В данной курсовой работе будет рассмотрена технология А.В. Ванюкова или ПЖВ. Технология получения катодной меди Электролитическое рафинирование меди преследует две цели: 1) получение меди высокой чистоты (99,90—99,99% Си), удовлетворяющей требованиям большинства потребителей; 2) извлечение попутно с рафинированием благородных и других ценных компонентов (Se, Те, Ni, Bi и др.). Следует отметить, что чем выше в исходной меди содержание благородных металлов, тем ниже будет себестоимость электролит¬ной меди. Именно поэтому при конвертировании медных штейнов стремятся использовать в качестве флюса золотосодержащие кварциты.

Для осуществления электролитического рафинирования меди аноды, отлитые после огневого рафинирования, помещают в элект¬ролизные ванны, заполненные сернокислым электролитом. Между анодами в ваннах располагаются тонкие медные листы — катод¬ные основы.

При включении ванн в сеть постоянного тока происходит элек¬трохимическое растворение меди на аноде, перенос катионов через электролит и осаждение ее на катоде. Примеси меди при этом в основном распределяются между шламом (твердым осадком на дне ванн) и электролитом. В результате электролитического рафинирования получают катодную медь; шлам, содержащий благородные металлы; селен; теллур и загрязненный электролит, часть которого иногда исполь¬зуют для получения медного и никелевого купоросов.

Кроме того, вследствие неполного электрохимического растворения анодов получают анодные остатки (анодный скрап). Электролитическое рафинирование меди основано на различии ее электрохимических свойств и содержащихся в ней примесей. В таблице приведены нормальные электродные потенциалы меди и наиболее часто встречающихся в ней примесей.

Медь относится к группе электроположительных металлов, ее нормальный потенциал +0,34 В, что позволяет осуществлять процесс электролиза в водных растворах (обычно в сернокислых). На катоде протекают те же электрохимические реакции, но в обратном направлении. Соотношение между одновалентной и двух¬валентной медью в растворе определяется равновесием реакции диспропорционирования. Следовательно, в состоянии равновесия концентрация в растворе ионов Сu+ примерно в тысячу раз меньше, чем кон¬центрация ионов Си2+. Тем не менее реакция имеет сущест¬венное значение для электролиза.

Она в частности определяет переход меди в шлам. В начальный момент вблизи анода в раст¬воре соотношение двух- и одновалентной меди соответствует кон¬станте равновесия. Однако вследствие большего заряда и меньшего ионного радиуса скорость перемещения двухвалентных ионов к катоду превышает скорость переноса ионов одновалентных. В ре¬зультате этого в прианодном слое концентрация ионов Си2+ ста¬новится выше равновесной и реакция начинает идти в сто¬рону образования тонкого порошка меди, выпадающего в шлам. Как указывалось выше, электролитическое рафинирование осу¬ществляют в сернокислых растворах.

Электроположительный потенциал меди позволяет выделить медь на катоде из кислых растворов без опасения выделения водорода.

Введение

Введение в электро¬лит наряду с медным купоросом свободной серной кислоты су¬щественно повышает электропроводность раствора. Объясняется это большей подвижностью ионов водорода по сравнению с под¬вижностью крупных катионов и сложных анионных комплексов.

Для улучшения качества катодной поверхности в электролиты для рафинирования меди на всех заводах обязательно вводят разнообразные поверхностно-активные (коллоидные) добавки: клей (чаще столярный), желатин, сульфитный щелок. В процессе электролиза на поверхности катода могут образо¬вываться дендриты, что уменьшает в данном месте расстояние между катодом и анодом. Уменьшение межэлектродного расстоя¬ния ведет к уменьшению электрического сопротивления, а следо¬вательно, к местному увеличению плотности тока. Последнее в свою очередь обусловливает ускоренное осаждение меди на дендри¬те и ускоренный его рост. Начавшийся рост дендрита в конечном итоге может привести к короткому замыканию между катодом и анодом.

При наличии дендритов сильно развитая поверхность ка¬тода удерживает большое количество электролита и плохо промы¬вается, что не только ухудшает качество товарных катодов, но и может вызвать брак катодной меди по составу.

Одно из объясне¬ний механизма действия поверхностно-активных веществ заклю¬чается в том, что они адсорбируются на наиболее активных частях поверхности и при этом вызывают местное повышение элек¬трического сопротивления, что и препятствует росту дендрита. В результате поверхность катодов получается более ровной, а катод¬ный осадок более плотным. После выравнивания катодной поверх¬ности коллоидная добавка десорбирует в электролит. Растворы коллоидных добавок непрерывно вводят в циркули¬рующий электролит.

Вид и расход поверхностно-активных веществ различны для каждого предприятия. Обычно применяют одновре¬менно две добавки. На 1 т получаемой катодной меди расходуют 15—40 г клея, 15—20 г желатина, 20—60 г сульфитных щелоков или 60—100 г тиомочевины. Основными требованиями, предъявляемыми к электролиту, явля¬ются его высокая электропроводность (низкое электрическое сопротивление) и чистота. Однако реальные электролиты, помимо сульфата меди, серной кислоты, воды и необходимых добавок, обязательно содержат растворенные примеси, содержащиеся до этого в анодной- меди. Поведение примесей анодной меди при электролитическом рафинировании определяется их положением в ряду напряжений.

По электрохимическим свойствам примеси можно разделить на четыре группы: I группа — металлы более электроотрицательные, чем медь (Ni, Fe, Zn и др.); II группа — металлы, близко стоящие в ряду напряжений к-меди (As, Sb, Bi); III группа — металлы более электроположительные, чем медь (Au, Ag и платиноиды); IV группа — электрохимически нейтральные в условиях рафи¬нирования меди химические соединения (Cu2S, Cu2Se, Cu2Te, AuTe2, Ag2Te). Примеси первой группы, обладающие наиболее электроотрица¬тельным потенциалом, практически полностью переходят в электро¬лит. Исключение составляет лишь никель, около 5% которого из анода осаждается в шлам в виде твердого раствора никеля в меди. Твердые растворы по закону Нернста становятся даже более электроположительными, чем медь, что и является причиной их перехода в шлам. Особо по сравнению с перечисленными группами примесей-ведут себя свинец и олово, которые по электрохимическим свой¬ствам относятся к примесям I группы, но по своему поведению в процессе электролиза могут быть отнесены к приме¬сям III и IV групп.

Свинец и олово образуют нерастворимые в сернокислом растворе сульфат свинца PbS04 и метаоловянную кислоту H2SnO3. Электроотрицательные примеси на катоде в условиях электро¬лиза меди практически не осаждаются и постепенно накаплива¬ются в электролите.

При большой концентрации в электролите металлов первой группы электролиз может существенно рас¬строиться. Накопление в электролите сульфатов железа, никеля и цинка снижает концентрацию в электролите сульфата меди. Кроме того, участие электроотрицательных металлов в переносе тока через электролит усиливает концентрационную поляризацию у катода.

Электроотрицательные металлы могут попадать в катодную медь в основном в виде межкристаллических включений . раство¬ра или основных солей, особенно при их значительной концентра¬ции в электролите.

В практике электролитического рафинирования меди не рекомендуется допускать их концентрацию в растворе свыше следующих значений, г/л: 20 Ni; 25 Zn; 5 Fe. Примеси II группы (As, Sb, Bi), имеющие близкие к меди электродные потенциалы, являются наиболее вредными с точки зре¬ния возможности загрязнения катода. Будучи несколько более электроотрицательными по сравнению с медью, они полностью растворяются на аноде с образованием соответствующих суль¬фатов, которые накапливаются в электролите. Однако сульфаты этих примесей неустойчивы и в значительной степени подверга¬ются гидролизу, образуя основные соли (Sb и Bi) или мышьяко¬вистую кислоту (As). Основные соли сурьмы образуют плавающие в электролите хлопья студенистых осадков («плавучий» шлам), которые захватывают частично и мышьяк.

В катодные осадки примеси мышьяка, сурьмы и висмута могут попадать как электрохимическим, так и механическим путем в результате адсорбции тонкодисперсных частичек «плавучего» шлама.

Таким образом, примеси II группы распределяются между электролитом, катодной медью и шламом. Предельно допустимые концентрации примесей II группы в электролите составляют, г/л: 9 As; 5 Sb и 1,5 Bi. Более электроположительные по сравнению с медью примеси (III группа), к которым относятся благородные металлы (главным образом, Au и Ag), в соответствии с положением в ряду напряже¬ний должны переходить в шлам в виде тонкодисперсного остатка.

Это подтверждается практикой электролитического рафинирования меди. Переход золота в шлам составляет более 99,5% от его содер¬жания в анодах, а серебра — более 98%. Несколько меньший переход серебра в шлам по сравнению с золотом связан с тем, что серебро способно в небольшом количестве растворяться в электролите и затем из раствора выделяться на катоде. Для умень¬шения растворимости серебра и перевода его в шлам в состав электролита вводят небольшое количество иона хлора.

Несмотря на практически полный переход золота и серебра в шлам, они все же в небольшом количестве попадают в катодные осадки. Объясняется это механическим захватом взмученного шлама и отчасти явлением катофореза. На механический перенос шлама на катод влияют применяемая плотность тока и взаимосвя¬занная с ней скорость циркуляции электролита. С увеличением скорости циркуляции вследствие взмучивания шлама переход золо¬та и серебра на катод возрастает.

При выборе плотности тока и способа циркуляции электролита необходимо учитывать содержание благородных металлов в анодах. В случае их повышенного содер¬жания плотность тока должна быть меньше. Снижению переноса шлама на катод способствует также наличие в ванне зоны отстаи¬вания (область от нижнего конца катода до дна ванны). На многих заводах электролит перед его возвращением в ванну в цикле цирку¬ляции подвергают фильтрованию, что уменьшает потери шлама и обеспечивает получение более чистой меди. Аналогично электроположительным примесям ведут себя при электролизе меди химические соединения (примеси IV группы). Хотя в принципе химические соединения и могут окисляться на аноде и восстанавливаться на катоде, что используют в специаль¬ных процессах, в условиях электролитического рафинирования меди анодного потенциала недостаточно для их окисления.

Поэтому при электролизе меди в электродных процессах они не участвуют и по мере растворения анода осыпаются на дно ванны. В виде селенидов и теллуридов переходят в шлам более чем 99% селена и теллура.

Таким образом, в результате электролитического рафинирования анодной меди все содержащиеся в ней примеси распределяются между катодной медью, электролитом и шламом Основными характеристиками, определяющими параметры и пока¬затели электролитического рафинирования меди, являются плот¬ность тока, выход металла по току, напряжение на ванне, удельный расход электроэнергии. Плотность тока является важнейшим параметром процесса элек¬тролиза.

Она выражается в амперах на единицу поверхности элек¬трода (D=I/S). В металлургии меди ее принято выражать в ампе¬рах на квадратный метр площади катодов. По закону Фарадея на каждый 1 А • ч электричества осаждается 1 электрохимический эквивалент металла. Для меди он равен 1,1857 г/А • ч. Следова¬тельно, с увеличением плотности тока интенсивность (производи¬тельность) процесса электролиза возрастает. Величина плотности тока, при которой проводят процесс элек¬тролитического рафинирования, определяет все его основные техни¬ко-экономические показатели: напряжение на ванне, выход по току, расход электроэнергии, а также капитальные и эксплуатационные затраты.

С увеличением плотности тока при прочих равных услови¬ях увеличивается производительность цеха, уменьшаются число потребных ванн, затраты на капитальное строительство и рабочую силу, но возрастают затраты на электроэнергию. Следует отметить, однако, что с увеличением плотности тока увеличиваются потери благородных металлов за счет большего взмучивания шлама и захвата его растущим катод¬ным осадком.

В настоящее время применение особых режимов элек¬тролиза (реверсивного тока, измененной системы циркуляции элек¬тролита и др.) позволяет довести плотность тока до 500 А/м2 и более. Электрохимический эквивалент меди составляет 1,1857 г/А • ч. Однако практически при электролизе для выделения 1 г-экв метал¬ла расходуется электричества больше. Это кажущееся противоречие объясняется тем, что часть электрического тока расходуется на побочные электрохимические процессы и утечку тока. Степень использования тока на основной электрохимический процесс назы¬вается выходом металла по току. В практике электрометаллургии цветных металлов в большин¬стве случаев приходится иметь дело с катодным выходом по току, так как масса катодного осадка определяет конечный выход товар¬ной продукции.

Преднамеренный повышенный перевод меди в электролит за счет химического растворения часто обусловливают конъюнктурными соображениями.

Избыточная медь может быть выделена из электроли¬та в виде медного купороса при его регенерации. В тех случаях, когда потребность в медном купоросе, используемом в основном для борьбы с болезнями и вредителями сельскохозяйственных растений, очень велика (например, в НРБ), допускается работа электролиз¬ных цехов с повышенной температурой электролита.

Выбор технологии плавки на штейне

Благодаря этому процессу достигается уверенное распределение 30% SiO2 ... Схема печи для плавки в жидкой ванне: 1 — шихта; 2 — дутье; 3 — штейн;... Таким образом, плавление шихты и окисление сульфидов в процессе ПЖВ ос... Дей¬ствительно, большие скорости окисления сульфидов, например при про... Изв-к 3.42 1.92 1.5 4.

Заключение

Заключение В данной курсовой работе был составлен тепловой и материальный баланс процесса плавки на штейне на примере плавки в жидкой ванне или процессе А.В.Ванюкова, который был выбран из-за своих технико-экономических показателей.

Технологический процесс А.В.Ванюкова позволил перевести в конверторный шлак 24% кварца, 3% меди, 52% железа, 17,32% кислорода; в 45%-тый медный штейн: почти 20% железа, 25% серы; в шлак после добавления кварцевого и известнякового флюсов перешло: 33% кварца и 6% оксида кальция (согласно требуемым показателям), а также 33.63% железа и около 0.6% меди. В работе также был рассчитан тепловой баланс процесса, что позволило сделать следующие выводы: тепло на нагрев конверторного шлака составило 4638,9 ккал, на реакции окисления и шлакообразования: 85720,01 ккал, на нагрев штейна, шлака и отходящих газов с учетом требуемого топлива в размере 0,694 кг угля (95% C, 5% прочих) : 10289.08 ккал, 30132,28 ккал и 20751,2 ккал соответственно.

Испарение влаги потребовало 4290,22 ккал, а потери составили 14146,15 ккал. Отходящие газы приняли окончательный вид: SO2 ~ 53,83%, CO2 ~ 7,35%, N2 ~ 12,74%. Необходимо заметить то, что объем требуемого дуться на сжигание 0,694 кг топлива составил 1,36 нм3. Таким образом, на примере данной работы, мы еще раз убедились в том, что процесс плавки по технологии А.В.Ванюкова является одним из лучших по своим технико-экономическим показателям, и, я надеюсь, что с развитием науки и появлением свободных денежных средств у предприятий, а также НИИ, позволит в будущем его усовершенст.

– Конец работы –

Используемые теги: металлургия, цветных, металлов0.044

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Металлургия цветных металлов

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Понятие о металлах. Природа металлической связи. Основные свойства металлов. Роль русских ученых в развитии науки о металлах
Газообразное жидкое и твердое состояния Термодинамическая функция энергетического состояния системы Все вещества могут находиться в трех... Кристаллизация металлов Изменение свободной энергии при кристаллизации...

Классификация металлов и сплавов (с примерами марок железоуглеродистых и цветных сплавов). Классификация и маркировка углеродистых сталей. Свойства металлов и сплавов (физические, химические, механические, технологические, служебные)
Классификация и маркировка углеродистых сталей По способу производства а мартеновская М б конверторная К в бессемеровская Б По степени... Свойства металлов и сплавов физические химические механические... Атомно кристаллическое строение металлов и сплавов Под атомно кристаллической структурой понимают взаимное...

Цветная металлургия
Кроме того, открытие новых крупных месторождений привело к инвестиционному буму в отрасли и подтолкнуло ее интенсивное развитие. Ряд крупнейших инвестиционных проектов на новых месторождениях в Чили и… Это является причиной того, что циклы переработки меди от добычи руды до получения концентрата обычно территориально…

Производство алюминия, цветных металлов
Введение различных легирующих элементов в алюминий существенно изменяет его свойства, а иногда придает ему новые специфические свойства. При различном легировании повышаются прочность, твердость, приобретается … Исключение составляет легирование марганцем, который не только не снижает коррозионную стойкость, но даже несколько…

Конъюнктура мирового рынка цветных металлов
Предметом исследования является мировой рынок цветных металлов, цветная металлургия отдельных стран, ведущие добывающие компании и производители… Тема работы очень актуальна и перспективна. Мировой рынок цветных металлов… Цветные металлы являются важным сырьём, они применяются и в авиакосмической отрасли, и в машиностроении, и в…

Состав – структура – свойства цветных металлов и сплавов, полимерных материалов
Белорусский государственный... технологический университет... Состав структура свойства цветных металлов и сплавов полимерных материалов...

Металлы. Характерные физические свойства металлов
Многие металлы широко распространены в природе Так содержание некоторых металлов в земной коре следующее алюминия железа кальция... С внешней стороны металлы как известно характеризуются прежде всего особым... Очень важным свойством металлов является их сравнительно легкая механическая деформируемость Металлы пластичны они...

Производство алюминия, цветных металлов
Крупнейшая компания – «РУСАЛ», в состав которой входят Братский (БрАЗ), Саяногорский (САЗ, оснащённый электролизёрами с предварительно обожжёнными… Однако для российской алюминиевой промышленности характерна зависимость от… На его долю приходится 5,5-6,6 мол. доли % или 8 масс. %. Главная масса его сосредоточена в алюмосиликатах.

Чёрная и цветная металлургия России
С развитием атомной энергетики в металлургии стали производить и радиоактивные металлы. С распадом СССР в российской промышленности произошл очень сильный спад… В данной работе я попытаюсь описать развитие Российской металлургии, е становление и зарождение.

Металлы. Свойства металлов
По своим свойствам металлы резко отличаются от неметаллов. Впервые это различие металлов и неметаллов определил М. В. Ломоносов. “Металлы писал он… Высокая теплопроводность и электрическая проводимость. Уменьшение… В технике часто используют так называемые легированные стали. К ним относятся стали, содержащие хром, никель,…

0.025
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам
  • Литьё цветных металлов в металлические формы - кокили Таким образом, сущность литья в кок и ли состоит в применении металлических материалов для изготовления многократно используемых литейных форм,… Кокиль рис. 2.1 обычно состоит из двух полуформ 1, плиты 2, вставок 10.… Полости и отверстия в отливке могут быть выполнены металлическими 11 или песчаными 6 стержнями, извлекаемыми из…
  • Цветная металлургия Глиноземные заводы — Бокситогорск, Волхов, Пикалево, Краснотурьинск, Каменск-Уральский, Ачинск.При производстве металлического алюминия требуется… Большинство предприятий медной промышленности ориентируется на места добычи… Получаемые концентраты уже можно перевозить, поэтому иногда в местах добычи производится только свинец или только…
  • Металлы. Свойства металлов Группы металлов. В настоящее время известно 105 химических элементов, большинство из них - металлы. Последние весьма распространены в природе и… Металлы писал он тела твердые, ковкие блестящие . Причисляя тот или иной… К первой из них относят черные металлы - железо и все его сплавы, в которых оно составляет основную часть. Этими…
  • Макроструктура металлов Форма, размеры и взаимное расположение, а также ориентировка зёрен зависят от условий их образования. Часть микроструктуры металла, имеющая однообразное строение, называемое… Металловедение - научная основа изысканий состава, способов изготовления и обработки металлических материалов с…
  • Затвердевание сплавов. Строение жидкого металла. Термодинамические стимулы и кинетические возможности процесса затвердевания. Влияние переохлаждения и примесей на процесс кристаллизации В газах межмолекульные расстояния большие, молекулы не взаимодействуют друг с другом. У газа отсутствует объём и форма. Жидкости и твёрдые тела… Жидкости характерна некоторая зависимость в расположении атомов; характерное… Твердому телу характерна стабильная, постоянная форма. 2. Термодинамические условия кристаллизации Переход металла из…