Проект отделения конвертирования медных штейнов производительностью 300 тыс. тонн черновой меди в год

     Федеральное государственное образовательное  учреждение

     высшего профессионального образования

     «Сибирский  федеральный университет»

     ИНСТИТУТ  УПРАВЛЕНИЯ БИЗНЕС ПРОЦЕССАМИ И ЭКОНОМИКИ 

     Факультет      

     Кафедра         

     Дисциплина   Металлургия

     Группа            ПЭ-08-01 (МБ) 
 
 

     КУРСОВАЯ  РАБОТА

     Проект  отделения конвертирования медных штейнов производительностью 300 тыс. тонн черновой меди в год 
 
 
 

Руководитель работы      _____________________              А. В. Чубаров

                                                  (подпись, дата)

Разработал  студент            _____________________            Д. В. Клеменкова

                                                   (подпись, дата)   
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Красноярск 2010 
Содержание

     Введение

     1 Выбор технологической  схемы для получения  меди

1. Сырье для получения меди
2. Способы получения меди
3. Подготовка руды
4. Выплавка медного штейна
2. Теоретические основы процессы конвертирования

     2.1  Описание процесса  конвертирования

     2.2 Модель технологического  конвертирования  штейнов

     3   Расчет рационального  состава процесса  конвертирования

     Заключение

     Список  использованной литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение

     Медь  (лат.  Cuprum)  -  химический  элемент.  Один  из   семи металлов, известных с глубокой древности.  По  некоторым археологическим данным, медь была хорошо известна египтянам еще за  4000 лет до Нашей Эры. Использованию меди способствовало то, что медь встречается в свободном состоянии в виде самородков. Масса наиболее крупного из известных самородков меди составляла около 800 т. Поскольку кислородные соединения меди легко восстанавливаются, а металлическая медь имеет сравнительно невысокую температуру плавления (1083 °С), древние мастера научились плавить медь. Вероятнее всего это произошло в процессе добычи самородной меди на рудниках.

     Научились также выплавлять медь из богатых, отобранных вручную окисленных руд. Вначале  плавку проводили, загружая на раскаленные  угли куски руды. Затем стали делать кучи, складывая послойно дрова и  руду. Позднее слон дров и руды начали помещать в ямы, подавая воздух для  горения топлива по деревянным трубкам, заложенным в борта ямы. Полученный в яме слиток (крицу) меди по окончании  плавки вынимали и проковывали.

     По  мере роста потребности в металле  возникла необходимость увеличить  выплавку меди за счет увеличения производительности плавильных устройств. Для этого  начали увеличивать объем ям, выкладывая их борта из камня, а затем и  из огнеупорного кирпича. Высоту стен постепенно увеличивали, что привело  к появлению первых металлургических печей с вертикальным рабочим  пространством. Такие печи являлись прототипом шахтных печей; они получили название домниц. Домницы в отличие  от ям выдавали медь и получающийся шлак в жидком виде. Современные шахтные печи не многим отличаются от своих «предшественников».

       Медь  входит  более  чем  в  198  минералов,  из  которых для промышленности важны  только  17,  преимущественно   сульфидов,   фосфатов, силикатов,  карбонатов,  сульфатов.

     Главными  рудными  минералами  являются халькопирит  CuFeS2, ковеллин CuS, борнит Cu5FeS4, халькозин Cu2S.

     Пo объёму потребления медь занимает 2-e место в мире среди цветных  металлов (после алюминия). У меди уникальное сочетание свойств, обеспечившее ей широкое применение, - высокие  электро- и теплопроводность, хорошая  коррозионная стойкость, высокая пластичность и привлекательный естественный цвет. Более 70% всей потребляемой меди идет на электротехнические изделия, 15% - на элементы строительных конструкций, 5% - на детали машин и механизмов, 4% - на транспортные конструкции и 4% - на другие виды изделий, в том числе  на изготовление артиллерийского оружия. Строительная промышленность потребляет около 40% всей производимой меди, электротехника и электроника около 26%, общее  машиностроение - около 14%, транспортное машиностроение - около 11%, промышленность товаров широкого потребления - остальные 9%. Кабели, электротехнические шины, трансформаторные обмотки и другие электротехнические изделия изготавливаются из разных сортов меди. Медь с пониженным содержанием  кислорода обладает хорошими литьевыми  свойствами и применяется для изготовления химико-технологического оборудования, медных труб, автомобильных радиаторов, судовых конденсаторов, бытовых водопроводных труб, кровельного материала и других технических изделий. Медные сплавы - это группа распространенных сплавов, свойства которых изменяются в широких пределах. Некоторые сплавы меди, содержащие кадмий, хром, серебро или теллур, обладают высокой прочностью при высокой технологичности и хорошей электропроводности. Наиболее известными и широко применяемыми сплавами меди являются латуни (сплавы с цинком) и бронзы (сплавы с оловом).

     Анализ  положения добычи российской меди в  мире показывает, что здесь не отмечается принципиальных изменений. Россия по-прежнему лидирует по разведанным запасам, добыче и производству меди среди стран  СНГ, занимает третье место в мире по разведанным запасам и седьмое - по производству меди в концентрате.

Удерживая шестое место по производству рафинированной меди, Россия является вторым в мире (после Чили) нетто-экспортером металла. При этом по потреблению рафинированной меди на душу населения Россия на порядок  отстает от развитых стран и уступает некоторым развивающимся. 
 

     

1. Выбор технологической  схемы для получения  меди
1. Сырье для получения меди

     Для получения меди применяют медные руды, а также отходы меди и ее сплавов. В рудах содержится 1-6% меди.

           В рудах медь обычно находится в виде сернистых соединений (медный колчедан или халькопирит  CuFeS₂, халькозин Cu₂S,  ковелин CuS), оксидов (куприт Cu₂O, тенорит CuO) или гидрокарбонатов (малахит CuCO₃ × Cu(OH₂), азурит 2CuCO₃ × Cu(OH)₂).

           Пустая порода состоит  из пирита FeS, кварца SiO₂, карбонатов магния и кальция (MgCO₃ и CaCO₃), а также из различных силикатов, содержащих Al₂O₃, CaO, MgO и оксиды железа.

           В рудах иногда содержится значительное количество других металлов: цинк, олово, никель, золото, серебро, кремний  и другие.

           Руда делится на сульфидные, окисленные и смешанные. Сульфидные руды бывают обычно первичного происхождения, а окисленные руды образовались в результате окисления металлов сульфидных руд.

           В небольших количествах  встречаются так называемые самородные руды, в которых медь находится  в свободном виде. 

     

2. Способы получения меди

           Известны  два  способа извлечения меди из руд и  концентратов: гидрометаллургический  и пирометаллургический.

     Гидрометаллургические процессы реализуются в водных растворах  кислот, щелочей, солей. Их температура  равна положительной температуре  окружающей среды или превышает  ее, достигая 60-80 ºС. При автоклавной  обработке она может быть еще  выше (до 200 ºС и более).

       Гидрометаллургическим операциям  обычно предшествует подготовка  исходных продуктов к ним. Добытую  руду часто измельчают для  вскрытия ценных минералов и  увеличения удельной поверхности  твердой фазы. Если это необходимо, руду обогащают. В ряде случаев  исходные составляющие руды или  концентрата обжигом переводят  в иные химические соединения, после чего ценные компоненты  легче извлекаются, а пустая  порода либо остается неизменной, либо переходит в трудновыщелачиваемую форму.

       Несмотря на разнообразие гидрометаллургических  схем, каждая из них включает  сходные этапы:

      - перевод ценных составляющих  руды (концентрата) в раствор –  выщелачивание;

      - подготовка раствора к извлечению  из него основного компонента;

      - выделение основного компонента  из раствора.

       На всех этих этапах, как правило,  протекают гетерогенные процессы, лимитируемые диффузией при повышенной  температуре и имеющие кинетические  затруднения при более низкой. Процессы протекают на границе  твердой и жидкой, двух жидких или жидкой и газообразной фаз.

       При выщелачивании реализуется  ряд процессов избирательного  перехода одного или нескольких  компонентов из руды, концентрата  или полупродуктов в раствор,  который может быть простым  физическим растворением или  сопровождаться обменной реакцией.

       Простое растворение осуществляется, когда металл находится в твердой  фазе в виде растворимых в воде соединений.

       Растворение с обменной реакцией  имеет место, когда растворяемое  соединение металла взаимодействует  с реагентом, образуя растворимую  соль. Другим продуктом взаимодействия  могут быть вода в Киеве,  газ или еще менее растворимый,  чем выщелачиваемое вещество, остаток  продукта реакции.

       Растворитель должен легко взаимодействовать  с извлекаемым компонентом, но  не с пустой породой. В этом  плане очевидна нецелесообразность  применения растворителей с кислотными  свойствами, если пустая порода  содержит основные соединения и наоборот.

       Подготовка к излечению из  раствора основного компонента  заключается в отделении его  от нерастворимого остатка пустой  породы путем фильтрования или  отстаивания и в доведении  концентрации его в растворе до оптимальной.

       Выделение чистых соединений  из растворов осуществляют реализуя  различные химические процессы, в результате которых извлекаемые  компоненты переводятся в малорастворимые  соединения, металлические или электролитические  компаунды и выпадают в осадок. Осаждение может быть также  реализовано физическими или физико-химическими методами.

       В настоящее время применяют  гидрометаллургические технологии  кучного, чанового, автоклавного, геотехнологического выщелачивания.

       Кучному выщелачиванию подвергаются  бедные забалансовые руды или  старые отвалы руд цветных  металлов, например медных, золотосодержащих, урановых. Чановое выщелачивание  получило распространение применительно  к окисленным медным, урановым, золотосодержащим  рудам, труднообогатимым продуктам.  Автоклавное выщелачивание в  большом масштабе применяется  в алюминиевой промышленности.

           Гидрометаллургический способ не нашел широкого применения. Его используют при переработке бедных окисленных и самородных руд. Этот способ в отличии от пирометаллургического не позволяет извлечь попутно с медью драгоценные металлы.

           Второй способ пригоден для переработки всех руд и  особенно эффективен в том случае, когда руды подвергаются обогащению. 
 

      Руда меди

     

      Подготовка руды к плавке (обогащение, обжиг)

     

      Плавка руды на штейн 

      Первичный штейн

     

      Конвертирование штейна (продувка воздухом) 

      Черновая медь

     

      Рафинирование черновой меди 

     Медь

     Рис. 1. Упрощенная схема пирометаллургического  способа производства меди