Металлургия цветных металлов

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…………………………………………………..3

2. Описание технологии получения катодной меди………4

3. Выбор технологии плавки на штейне…………………...8

4. Теоретические основы процесса Ванюкова…………….10

5. Расчет материального и теплового баланса…………….13

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 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