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 металлов является

ведущим звеном отечественной цветной металлургии. На долю тяжелых цветных

металлов в РФ приходится значительная часть валовой продукции отрасли.

Значение меди из года в год возрастает, особенно в связи с бурным

развитием энергетики, электроники, машиностроения, авиационной, космической

и атомной техники. Дальнейшее развитие и технический уровень медного и

никелевого производств во многом определяют технический прогресс многих

отраслей народного 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 электролитной 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 электролизные ванны, заполненные

сернокислым электролитом. Между анодами в ваннах располагаются тонкие

медные листы — катодные основы.

При включении ванн в сеть постоянного тока происходит электрохимическое

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 используют 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 двухвалентной медью в

растворе определяется равновесием реакции диспропорционирования.

Следовательно, в состоянии равновесия концентрация в растворе ионов Сu+

примерно в тысячу раз меньше, чем концентрация ионов Си2+. Тем не менее

реакция имеет существенное значение для электролиза. Она в частности

определяет переход меди в шлам. В начальный момент вблизи анода в растворе

соотношение двух- и одновалентной меди соответствует константе равновесия.

Однако вследствие большего заряда и меньшего ионного радиуса скорость

перемещения двухвалентных ионов к катоду превышает скорость переноса ионов

одновалентных. В результате этого в прианодном слое концентрация ионов Си2+

становится выше равновесной и реакция начинает идти в сторону образования

тонкого порошка меди, выпадающего в шлам.

Как указывалось выше, электролитическое рафинирование осуществляют в

сернокислых растворах. Электроположительный потенциал меди позволяет

выделить медь на катоде из кислых растворов без опасения выделения

водорода. Введение в электролит наряду с медным купоросом свободной серной

кислоты существенно повышает электропроводность раствора. Объясняется это

большей подвижностью ионов водорода по сравнению с подвижностью 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 образовываться дендриты, что уменьшает в данном

месте расстояние между катодом и анодом. Уменьшение межэлектродного

расстояния ведет к уменьшению электрического сопротивления, а

следовательно, к местному увеличению плотности тока. Последнее в свою

очередь обусловливает ускоренное осаждение меди на дендрите 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 катода удерживает большое количество электролита и

плохо промывается, что не только ухудшает качество товарных катодов, но и

может вызвать брак катодной меди по составу. Одно из объяснений механизма

действия поверхностно-активных веществ заключается в том, что они

адсорбируются на наиболее активных частях поверхности и при этом вызывают

местное повышение электрического сопротивления, что и препятствует росту

дендрита. В результате поверхность катодов получается более ровной, а

катодный осадок более плотным. После выравнивания катодной поверхности

коллоидная добавка десорбирует в электролит.

Растворы коллоидных добавок непрерывно вводят в циркулирующий электролит.

Вид и расход поверхностно-активных веществ различны для каждого

предприятия. Обычно применяют одновременно 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, являются 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 рафинирования меди

химические соединения (Cu2S, Cu2Se, Cu2Te, AuTe2, Ag2Te).

Примеси первой группы, обладающие наиболее электроотрицательным

потенциалом, практически полностью переходят в электролит. 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 свойствам относятся к примесям I

группы, но по своему поведению в процессе электролиза могут быть отнесены к

примесям 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 электролиза меди

практически не осаждаются и постепенно накапливаются в электролите. При

большой концентрации в электролите металлов первой группы электролиз может

существенно расстроиться.

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 . раствора или основных солей, особенно

при их значительной концентрации 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 зрения возможности

загрязнения катода. Будучи несколько более электроотрицательными по

сравнению с медью, они полностью растворяются на аноде с образованием

соответствующих сульфатов, которые накапливаются в электролите. Однако

сульфаты этих примесей неустойчивы и в значительной степени подвергаются

гидролизу, образуя основные соли (Sb и Bi) или мышьяковистую 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 напряжений должны переходить в шлам в виде

тонкодисперсного остатка. Это подтверждается практикой электролитического

рафинирования меди.

Переход золота в шлам составляет более 99,5% от его содержания 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

уменьшения 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

взаимосвязанная с ней скорость циркуляции электролита. С увеличением

скорости циркуляции вследствие взмучивания шлама переход золота и серебра

на катод возрастает. При выборе плотности тока и способа циркуляции

Страницы: 1, 2, 3