123941 (Производство меди), страница 2

Тенорит (мелаконит) СuО 79,9

Халькантит CuSO₄ • 5Н₂О 25,5

Хризоколла CuSiO₃ • 2Н₂О 36,2

Диоптаз CuSiOs • Н₂О 40,3

Вследствие низкого содержания меди и комплексного характера медных руд в большинстве случаев их непосредственная металлургическая переработка невыгодна, поэтому их предварительно подвергают, как правило, селективному флотационному обогащению.

При обогащении медных руд основным продуктом являются медные концентраты, содержащие до 55% меди (чаще от 10 до 30%). Извлечение меди в концентраты при флотации колеблется от 80 до 95%. Кроме медных, при обогащении руд часто получают пиритные концентраты и концентраты ряда других цветных металлов (цинковый, молибденовый и т.д.). Отходами обогащения являются отвальные хвосты.

Флотационные концентраты представляют собой тонкие порошки с частицами крупностью менее 74 мкм и влажностью 8-10%.

В металлургии меди роль предварительного обогащения очень велика. От содержания ценного компонента в перерабатываемом сырье зависят производительность металлургических агрегатов, расход топлива, электроэнергии и вспомогательных материалов, трудовые затраты, потери извлекаемых компонентов и в конечном итоге себестоимость готовой продукции.

Предварительное обогащение рудного сырья, значительно более дешевое, чем непосредственная металлургическая переработка, обеспечивает:

1) снижение затрат на последующие металлургические операции и себестоимости конечного продукта в первую очередь за счет сокращения объема перерабатываемых материалов;

2) возможность переработки бедных руд, непригодных для прямой металлургической переработки, т.е. расширение запасов природного сырья;

3) в ряде случаев повышение комплексности использования исходного сырья за счет выделения ценных компонентов в отдельные концентраты, пригодные для дальнейшей самостоятельной металлургической переработки.

Медные руды и получаемые при их обогащении концентраты имеют одинаковый минералогический состав и отличаются лишь количественными соотношениями между различными минералами.

Следовательно, физико-химические основы их металлургической переработки будут совершенно одинаковы.

Способы получения меди из рудного сырья. Переработку медного сырья можно проводить с использованием как пиро-, так и гидрометаллургических процессов. В промышленной практике металлурги имеют дело фактически с комбинированными технологическими схемами, включающими обе разновидности металлургических методов, как правило, с преобладанием одной из них, что и определяет в конечном итоге наименование технологии.

За рубежом в настоящее время пирометаллургическим способом производится около 85% от общего выпуска меди.

Таким образом, переработку медного рудного сырья в основном производят пирометаллургическими процессами.

К числу пирометаллургических процессов, применяемых при производстве меди, относятся окислительный обжиг, различные виды плавок (на штейн, восстановительные, рафинировочные), конвертирование штейнов и в ряде случаев возгоночные процессы. Типичными гидрометаллургическими процессами являются выщелачивание, очистка растворов от примесей, осаждение металлов из растворов (цементация, электролиз и др.), а также электролитическое рафинирование меди.

С учетом разновидностей перерабатываемых медных руд в настоящее время в промышленности используют три принципиальные пирометаллургические схемы.

Пирометаллургическую переработку сульфидных медных руд и концентратов можно вести двумя путями. Первый путь предусматривает полное окисление всей серы перерабатываемого сырья с помощью предварительного окислительного обжига (обжиг "намертво") при одновременном переводе меди и железа в оксидную форму:

4FeS₂+ 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO_{2; (}1)

2Cu₂S + 3O₂ = 2Cu₂O + 2SO_{2. (}2)

Продукт обжига (огарок) далее подвергают селективному восстановлению при полном расплавлении материала - восстановительной плавке. При этом медь восстанавливается до металлического состояния, а железо - в основном до вюстита. Оксиды железа совместно с пустой породой руды и оксидами флюсов образуют шлак, который удаляют в отвал. Процесс восстановления описывается следующими основными реакциями:

Сu₂О + СО = 2Сu - СО₂, (3)

Fe₂0₃ + СО = 2FeO + С0₂, (4)

FeO+CO=Fe+CO₂. (5)

Такой прием получения меди кажется наиболее простым и естественным. Именно поэтому он, по существу, был единственным способом переработки медных руд в XVIII и XIX вв. Однако целый ряд существенных недостатков восстановительной плавки заставил отказаться от ее применения. В настоящее время процесс, близкий к восстановительной плавке, используется лишь для переработки вторичного медного сырья.

Важнейшими недостатками этого метода являются:

1. При плавке получается очень грязная (черная) медь, содержащая до 20% железа и других примесей. Это, как известно из теории пирометаллургических процессов, объясняется облегченными условиями восстановления железа в присутствии расплавленной меди. Рафинирование черной меди от большого количества примесей является очень сложным и дорогим и связано, кроме того, с большими потерями меди.

2. Шлаки, находящиеся в равновесии с металлической медью, получаются очень богатыми, что снижает извлечение меди в товарную продукцию.

3. Плавка осуществляется с большим расходом (до 20% от массы шихты) дефицитного и дорогого кокса.

Второй путь, характерный для современной пирометаллургии меди, предусматривает на промежуточной стадии технологии плавку на штейн (сплав, главным образом, сульфидов меди и железа) с последующей его переработкой на черновую медь. Пустая порода при этом переходит в шлак. Плавку на штейн можно вести в окислительной, нейтральной или восстановительной атмосфере. В I условиях окислительной плавки можно получать штейны любого заданного состава. В этом случае преимущественно будут окисляться сульфиды железа с последующим ошлакованием его оксида кремнеземом по реакции

2FeS + ЗО₂ + SiO₂ = 2FeO • SiO₂ + 2SO₂. (6)

При плавке на штейн в нейтральной или восстановительной атмосфере регулировать степень десульфуризации невозможно и содержание меди в штейнах будет незначительно отличаться от ее содержания в исходной шихте. По этой причине для получения более богатых по содержанию меди штейнов при переработке бедных концентратов иногда целесообразно предварительно удалить часть серы путем окислительного обжига, осуществляемого без расплавления материала при 800-900 °С.

Дальнейшую переработку штейнов с целью получения из них металлургической меди осуществляют путем их окисления в жидком состоянии.

При этом вследствие большего сродства железа к кислороду сначала окисляется сульфид железа по реакции (6). После окисления всего железа и удаления получившегося шлака окисляют сульфид меди по суммарной реакции:

Cu₂S + O₂ = 2Cu + S0₂. (7)

Технология, включающая плавку на штейн, позволяет получать более чистый металл, содержащий 97,5-99,5% Сu. Такую медь называют черновой. Рафинирование черновой меди по сравнению с черной значительно упрощается и удешевляется.

В последние годы в металлургии сульфидного сырья все большее развитие получают автогенные процессы, осуществляемые за счет тепла от окисления сульфидов при использовании подогретого дутья и дутья, обогащенного кислородом. В этих процессах, являющихся окислительными плавками, в одной операции совмещаются процессы обжига и плавки на штейн.

Современная пирометаллургия меди, несмотря на принципиальную общность используемых различными предприятиями технологических схем, предусматривает несколько вариантов (1-IV) ее практического осуществления (рис).

Как следует из рис., технология получения черновой меди характеризуется многостадийностью (за исключением варианта IV, предусматривающего непосредственную плавку концентратов на черновую медь).

В каждой из последовательно проводимых технологических операций постепенно повышают концентрацию меди в основном металлсодержащем продукте за счет отделения пустой породы и сопутствующих элементов, главным образом железа и серы. На практике удаление железа и серы осуществляют за счет их окисления в три (обжиг, плавка, конвертирование), в две (плавка, конвертирование) или в одну стадию.

Наиболее распространенная до настоящего времени технология предусматривает (см. рис) обязательное использование следующих металлургических процессов: плавка на штейн, конвертирование медного штейна, огневое и электролитическое рафинирование меди. В ряде случаев перед плавкой на штейн проводят предварительный окислительный обжиг сульфидного сырья.

Плавку на штейн медных руд и концентратов - основной технологический процесс - можно проводить практически любым видом рудных плавок. В современной металлургии меди для ее осуществления используют отражательные, руднотермические (электрические) и шахтные печи, а также автогенные процессы нескольких разновидностей.

Что же касается месторождений меди на Украине, то их можно назвать очень бедными, по сколько залежей меди на территории нашей страны практически нету. Вот только незначительная часть месторождений медных руд расположена на Волыне и Подолье. Причём слой проникновения этих залежей колеблется в приделах 0,2 - 0,5 м. Поэтому сырьевая база меди мала.

2. Разработка технологического процесса получения отливки методом литья в разовые литейные формы

2.1 Для детали необходимо получить заготовку методом литья в разовую песчано-глинистую форму

В данном примере для изготовления стойки используется чугун марки СЧ 21 (серый чугун с пределом прочности σ = 210 МПа), класс точности получаемой отливки 9т, номер ряда припуска 8, производство - серийное.

2.2 Разработка чертежа модельно литейных указаний

Обрабатываемые поверхности по возможности размещают вертикально или в нижней части отливки. Для моей детали предпочтительно вертикальное положение отливки с размещением в нижней части формы.

Припуски на механическую обработку - слои металла, удаляемые в процессе механической обработки отливки с её обрабатываемых поверхностей для обеспечения заданной геометрической точности и качества поверхности. Значения припусков на механическую обработку назначают в зависимости от класса точности номинальных размеров отливки и номера ряда припусков в соответствии с ГОСТ 26645-85. По номинальным размерам обрабатываемых элементов и классу точности отливки назначаю допуски.

Допуски размеров отливки, образованные одной полуформой, устанавливают на 1-2 класса точнее заданного. Поэтому в расчётах я использую класс точности 8

По назначенному допуску и номеру ряда припуска устанавливаю значение припуска.

Отверстия небольшого диаметра усложняют технологический процесс получения отливки. На такие элементы припуски не назначают, а полностью получают механической обработкой. На чертеже на эти элементы назначают напуски. По полученным значениям припусков и номинальных размеров детали определяют размеры отливки по формуле:

L =L ±Z

где L - номинальный размер отливки, мм;

L - номинальный размер детали, мм;

Z - припуск на механическую обработку, мм.

Припуск на механическую обработку и размеры отливок.

Формовочные уклоны облегчают извлечение модели из формы. Уклоны придаются вертикальным поверхностям моделей, не имеющим конструктивных уклонов в направлении извлечения их из формы. Значения уклонов регламентированы стандартами и зависят от материала модели и высоты формообразующей поверхности.

Формовочные уклоны.

2.3 Разработка чертежа модели, стержня и стержневого ящика

Длина стержневого знака определяется исходя из диаметра и длины стержня.