Скачать презентацию Металлургические технологии производство цветных металлов Лекция 2 Свойства Скачать презентацию Металлургические технологии производство цветных металлов Лекция 2 Свойства

Металл технологии 2.pptx

  • Количество слайдов: 17

Металлургические технологии (производство цветных металлов) Лекция 2 «Свойства меди. Сырье, объемы производства. Технологическая схема Металлургические технологии (производство цветных металлов) Лекция 2 «Свойства меди. Сырье, объемы производства. Технологическая схема получения меди»

Физические и химические свойства меди Химический символ - Cu Порядковый номер - 29 Атомная Физические и химические свойства меди Химический символ - Cu Порядковый номер - 29 Атомная масса – 63, 54 Плотность при 20 °С – 8, 96 т/м 3 Плотность в жидком состоянии - 8, 03 т/м 3 Температура плавления – 1083 °С Температура кипения – 2310 °С Медь занимает главное место в группе тяжелых цветных металлов. По объему производства и потребления медь занимает второе место в мире среди цветных металлов (после алюминия) и 3 -е место среди всех металлов (после железа и алюминия). ● Медь - мягкий металл красного цвета, достаточно вязкий и ковкий. Она легко прокатывается в тонкие листы и вытягивается в проволоку. ● По электропроводности и теплопроводности медь уступает только серебру. ● В химическом отношении медь малоактивный металл, хотя в определенных условиях может непосредственно соединяться с кислородом, серой и галогенидами. Во влажном воздухе, содержащем СО 2, медь покрывается защитной пленкой зеленого цвета Cu. CO 3·Cu(OH)2. ● Стандартный электродный потенциал меди Е° = +0, 34 В. 2

Физические и химические свойства меди ● При температурах красного каления (~800 °С) медь окисляется Физические и химические свойства меди ● При температурах красного каления (~800 °С) медь окисляется с образованием оксида Сu. О, а при более высоких температурах - до Cu 2 O. При 1000 -1100 °С оксид меди полностью разлагается по реакции 4 Cu. O = 2 Сu 2 O + O 2 Оба оксида меди легко восстанавливаются при температурах выше 450 °С. ● С серой медь образует два сульфида: сернистую (Cu. S) и полусернистую (Cu 2 S) медь. Высший сульфид меди при нагреве до 400 -450°С разлагается по реакции 4 Cu. S = 2 Cu 2 S + S 2 ● При температурах пирометаллургических процессов реально могут существовать только соединения одновалентной меди: Cu 2 O и Cu 2 S. ● Медь и ее сульфид в расплавленном состоянии являются хорошими коллекторами благородных металлов (золота, серебра и платиноидов), что делает возможным их высокое попутное извлечение при переработке медных руд и концентратов пирометаллургическими способами. ● Медь способна образовывать многочисленные сплавы со многими металлами. Наиболее известными сплавами на медной основе являются: бронзы (Sn), латуни (Zn), мельхиор (Ni), нейзильбер (Zn, Ni), константан (Ni, Mn). 3

Основные потребители меди и ее соединений • Электротехника и электроника - 50 -65 % Основные потребители меди и ее соединений • Электротехника и электроника - 50 -65 % (провода, кабели, обмотки электродвигателей, токопроводящие шины, детали радиоэлектронных приборов, печатные схемы и др. ) • Машиностроение - 10 -15 % (теплообменники, опреснительные установки и др. ) • Транспорт - 5 -10 % (детали и узлы железнодорожных вагонов, автомобилей, самолетов, морских и речных судов, тракторов и др. ) • Строительные материалы - 8 -10 % (кровельные листы, детали декоративных архитектурных украшений) • Химическая промышленность - 3 -6 % (производство солей, красок, катализаторов, ядохимикатов и др. ) 4

Мировое производство меди Ø Структура запасов меди по странам. На первом месте Чили с Мировое производство меди Ø Структура запасов меди по странам. На первом месте Чили с долей около 24% в мировых запасах, на втором - Перу с долей 14%, на третьем - Австралия с долей 13%. Россия занимает 8 место с долей в мировых запасах до 5%. Ø Ежегодное производство добываемой в мире меди составляет приблизительно 15 -16 миллионов тонн. При этом от 2 до 3 миллионов тонн ежегодно получают из вторичного сырья. Из 45 стран производящих рафинированную медь в 28 ее производят, в том числе из вторичного сырья. Добыча меди производится в 48 странах, а медеплавильные производства в 37 странах. Ø Наиболее динамично в последние годы развивается производство меди в Чили и Китае. 5

Производство меди в России По объемам разведанных запасов и добыче меди Россия относится к Производство меди в России По объемам разведанных запасов и добыче меди Россия относится к ведущим медедобывающим странам мира. Подавляющая часть добывающих и медеплавильных предприятий входит в состав крупных горно-металлургических холдингов – ГМК «Норильский никель» , ОАО «Уральская горно-металлургическая компания» и ЗАО «Русская медная компания» . Выпуск рафинированной меди осуществляют в настоящее время 6 предприятий: Заполярный филиал ОАО "ГМК "Норильский никель"; Кольская ГМК; ОАО "Уралэлектромедь"; Кыштымский медеэлектролитный завод (КМЭЗ); ЗАО "Новгородский металлургический завод" (НМЗ); ОАО "Уралгидромедь «. Компания тыс. тонн % Норильский никель 425 45 УГМК 351 37 Русская медная компания 166 18 6

Медная промышленность России 7 Медная промышленность России 7

Медное сырье Основная доля меди в мире (85 -90 %) производится из сульфидных медных Медное сырье Основная доля меди в мире (85 -90 %) производится из сульфидных медных (медноникелевых, медно-цинковых) руд. В России около 70 % всей меди производится из медно-никелевых сульфидных руд (Норильск, Кольский полуостров), 23 % из медных и медно-цинковых руд. В настоящее время в России разрабатываются свыше 30 месторождений, в промышленную эксплуатацию вовлекают руды, содержащие всего 0, 3 -0, 5 % меди (обычно 0, 8 – 1, 5 %). Наиболее крупными по запасам меди из разрабатываемых месторождений являются Талнахское и Октябрьское (Красноярский край), Ждановское (Мурманская область), Гайское (Оренбургская область), Юбилейное (Башкирия), Волковское, Сафьяновское (Свердловская область), а также Удоканское (Читинская область). Концентрация в рудах ценных элементов-спутников обычно еще меньше. Однако некоторые сопутствующие элементы по ценности даже превосходят основные компоненты руды. Важнейшими ценными спутниками меди в рудах являются золото, серебро, селен, теллур, платиноиды, никель, цинк, свинец, кадмий, таллий, висмут, сурьма, молибден, рений и др. Известно более 250 медных минералов. Важнейшими сульфидными минералами, входящими в состав медных руд, являются: • халькозин - Cu 2 S • халькопирит - Cu. Fe. S 2 • ковеллин – Cu. S • борнит – Cu 5 Fe. S 4 • кубанит – Cu. Fe 2 S 3 Минералы окисленных руд: малахит - Cu. CO 3∙Cu(OH)2, куприт - Сu 2 O В значительных количествах присутствуют: пирит – Fe. S 2, пирротин – Fe 7 S 8. 8

Металлургические технологии получения меди Технологические схемы производства меди из медьсодержащих сульфидных концентратов можно разделить Металлургические технологии получения меди Технологические схемы производства меди из медьсодержащих сульфидных концентратов можно разделить на два основных типа - пирометаллургические и гидрометаллургические. До недавнего времени доля меди, получаемой пирометаллургическими технологиями составляла более 85 %. В настоящее время получают развитие и гидрометаллургические способы. Традиционная пирометаллургическая схема переработки сульфидных медных концентратов с получением катодной меди в общем виде состоит из следующих стадий: • обогащение медных руд; • окислительный обжиг медного сульфидного концентрата (применяется для небогатых высокосернистых концентратов перед традиционными процессами плавки); • плавка (концентрата или огарка) на штейн; • конвертирование штейна с получением черновой меди; • окислительное (огневое) рафинирование черновой меди; • электролитическое рафинирование анодной меди. В этой схеме производится постепенное отделение компонентов пустой породы и серы концентрата от меди. В результате основная часть компонентов пустой породы переводится в шлак, а сера удаляется в газовую фазу в основном в виде сернистого ангидрида (SO 2). Эта схема принципиально не меняется уже много лет и на сегодняшний день она по-прежнему является наиболее распространенной на заводах, перерабатывающих медное сульфидное сырье. Внедрение новых (автогенных) процессов в практику металлургии тяжелых цветных металлов, включая прямое получение меди, позволяет упростить технологию за счет совмещения процессов обжига, плавки на штейн и конвертирования (частично или полностью) в одном технологическом цикле. 9

Принципиальная технологическая схема получения меди из рудного сырья I-IV возможные варианты переработки исходного сырья Принципиальная технологическая схема получения меди из рудного сырья I-IV возможные варианты переработки исходного сырья I – переработка богатой медной руды (>8 -10 % Cu) II – переработка медного концентрата содержащего 20 -35 % Cu III – переработка обожженного медного концентрата с повышенном содержанием серы и цинка (>7 -8 %) IV – переработка богатых медных концентратов (>35 % Cu) 10

Технологическая схема получения меди (аппараты) 11 Технологическая схема получения меди (аппараты) 11

Структура технологической схемы переработки медного рудного сырья 1. Подготовительные операции • шихтоподготовка, сушка, обжиг, Структура технологической схемы переработки медного рудного сырья 1. Подготовительные операции • шихтоподготовка, сушка, обжиг, окускование 2. Операции получения черновой меди • плавка на штейн и конвертирование • плавка на черновую медь 3. Операции рафинирования черновой меди • огневое рафинирование • электролитическое рафинирование 4. Вспомогательные операции: • • • извлечение серы из отходящих газов использование тепла отходящих газов переработка тонких пылей переработка шламов переработка богатых и отвальных шлаков (дополнительное извлечение меди, металлов-спутников, железа с получением маложелезистых шлаков) 12

Обогащение руд В связи с низким содержанием меди только незначительная часть руд пригодна для Обогащение руд В связи с низким содержанием меди только незначительная часть руд пригодна для непосредственной металлургической переработки. Богатые руды в настоящее время практически исчерпаны, поэтому бедная медная руда подвергается обогащению с целью повышения содержания меди до 15 -20 %. В основе процессов обогащения медьсодержащих сульфидных руд лежит процесс флотационного разделения ценных минералов и пустой породы. Флотация – процесс разделения мелких твердых минеральных частиц, основанный на их смачивании водой. В результате флотационного обогащения медных руд получают два продукта: медный концентрат и хвосты обогащения. Концентрат – продукт обогащения минерального сырья, в котором содержание ценного компонента значительно выше, чем в исходной руде. 13

Плавка на штейн Ø Процесс плавки медных сульфидных концентратов на штейн является центральным в Плавка на штейн Ø Процесс плавки медных сульфидных концентратов на штейн является центральным в пирометаллургической схеме получения меди. Это стадия является наиболее затратной во всей схеме и от ее показателей во многом зависят показатели всего производства. Кроме того, на этапе получения медного штейна из концентрата образуется основная масса отходов - в газовую фазу переводится основная часть всей серы, а в шлак - пустая порода. Ø Плавка рудного сырья включает следующие элементарные стадии: 1) нагрев и сушку перерабатываемых материалов; 2) термическую диссоциацию неустойчивых химических соединений; 3) окисление сульфидов или восстановление оксидов (в зависимости от характера плавки); 4) расплавление легкоплавких компонентов с образованием первичных расплавов; 5) растворение более тугоплавких составляющих в первичных расплавах с образованием штейна (или чернового металла) и шлака; 6) распределение ценных компонентов между продуктами плавки; 7) разделение жидких продуктов плавки. Ø Существует много разновидностей плавки медных руд и концентратов на штейн, отличающихся как технологическими особенностями, так и аппаратурным оформлением. В металлургии меди и никеля для ее осуществления используют традиционные виды плавок: отражательную, электрическую (руднотермическую) и шахтную, а также современные технологии - автогенные процессы нескольких разновидностей. 14

Теоретические основы плавки на штейн Цель плавки на штейн сульфидного сырья – максимальное извлечение Теоретические основы плавки на штейн Цель плавки на штейн сульфидного сырья – максимальное извлечение меди и других ценных металлов-спутников (Ni, Co, Au, Ag, Pt и др. ) в штейн, ошлакование компонентов пустой породы и оксидов железа с наиболее полным их отделением от штейна и удалением части серы в отходящие газы. Плавку на штейн можно осуществлять в восстановительной, нейтральной или окислительной среде. 1) Восстановительные условия (свободного кислорода в газовой фазе нет, избыток СО или С) 2) Нейтральные условия (в газовой фазе нет ни свободного кислорода, ни СО) Степень десульфуризации D = 20 -50 %, выход штейна от плавления высокий, [Cu] = 20 -30 %, выход шлака минимальный. Потери меди со шлаком невысокие, содержание Cu в шлаке 0, 3 -0, 5 %. Происходит практически только расплавление материалов. Управлять составом штейна в ходе плавки невозможно. 3) Окислительные условия (в газовой фазе присутствует свободный кислород) Управлять составом штейна в ходе плавки можно в широких пределах, повышая долю окисляемого Fe. S. Степень десульфуризации (D) до 90 -95%, [Cu] до 65 -70 %, выход штейна снижается до минимального, выход шлака повышается до максимального. 2 Fe. S + 3 O 2 = 2 Fe. O+ 2 SO 2 15

Условия осуществления плавки на штейн • Для осуществления плавки на штейн сульфидного медного сырья Условия осуществления плавки на штейн • Для осуществления плавки на штейн сульфидного медного сырья необходимо создать подвод тепловой энергии в систему за счет сжигания различных видов углеродистого топлива (угля, кокса, природного газа, мазута), электроэнергии или использования теплотворной способности сульфидов сырья. • Необходимый расход тепловой энергии определяется (по тепловому балансу) при выборе таких температурных условий плавки, при которых два образующихся жидких продукта – штейн и шлак, будут хорошо отделяться друг от друга простым отстаиванием за счет различия их физических свойств. • Поскольку шлак обладает более высокой температурой плавления, вязкостью и меньшей плотностью, чем штейн, он должен быть жидкотекучим, то есть перегретым на 100 -150 °С выше температуры плавления. Это значит, что температурные условия плавки на штейн определяются жидкотекучим состоянием шлака и могут достигать 1300 -1400 °С и выше. Оптимальный состав шлака (заданные свойства) получают в результате введения флюсов (кварц, известняк). 16

Гидрометаллургическая переработка медных руд и концентратов Гидрометаллургическая переработка включает: 1. Подготовительные операции 2. Стадию Гидрометаллургическая переработка медных руд и концентратов Гидрометаллургическая переработка включает: 1. Подготовительные операции 2. Стадию обработки рудного сырья растворителем (выщелачивание) 3. Стадию осаждения металла из раствора 4. Вспомогательные операции Характерные особенности гидрометаллургии меди: • Основное сырье – окисленные руды с невысоким содержанием меди и нерентабельным содержанием благородных металлов; • Получают развитие в связи с сокращением добычи руды с высоким содержанием металлов; • В некоторых случаях ( в схемах прямого выщелачивания) позволяют существенно снизить издержки производства; • Распространена в районах с жарким климатом (оборудование размещено под открытым небом или в зданиях легкого типа). 17