Производство гранулированной меди

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ВВЕДЕНИЕ

Одним из видов товарной продукции, производимой на ЗАО " КМЭЗ ", является медная радиаторная лента. В дальнейшем радиаторная лента используется для изготовления различных типов радиаторов благодаря высокой теплопроводности меди и коррозионной стойкости.

Радиаторную ленту получают путём электролитического осаждения меди из раствора CuSO4 Основными компонентами для получения раствора являются серная кислота и гранулированная медь (гранулы). В аппарат растворения меди (АРМ) загружают медные гранулы, затем в АРМ подают серную кислоту, которая омывает гранулы растворяя их. Таким образом получают раствор CuSO4, который затем поступает в электролизёр.

Качество медных гранул, а именно их химический состав и геометрические размеры, имеет важное значение в этом процессе. Химсостав гранул влияет на чистоту раствора от примесей. Геометрические размеры гранул определяют насыпную плотность и площадь реакционной поверхности, а следовательно и скорость протекания процесса. При наличии очень мелких гранул в большом количестве резко возрастает насыпная плотность гранул, что приводит к забиваниям и плохому прохождению электролита через гранулы. Преобладание крупных гранул уменьшает площадь реакционной поверхности, а это, в свою очередь, отрицательно сказывается на скорости процесса растворения гранул. Поэтому для оптимального хода процесса соотношение крупных и мелких гранул должно быть определённым.

Технология производства медных гранул состоит из следующих основных стадий: загрузка медного лома в печь, плавление, окисление, скачивание шлака, восстановление и разливка металла на гранулы.

Данная технология, в основном, позволяет получать гранулы требуемого качества.

При анализе существующей технологии выявлен ряд факторов, которые удлиняют технологический цикл, а следовательно, ведут к излишнему расходу топлива, электроэнергии и других материалов.

Можно выделить следующие основные проблемы.

1) Окисление примесей в рафинируемом металле ведётся до тех пор, пока их остаточное содержание не будет соответствовать установленным нормам. Наиболее трудноудаляемой примесью является свинец, поэтому продолжительность окисления зависит от его удаления. При рафинировании черновой меди, например, время окисления составляет примерно 3-4 часа, а при рафинировании медных ломов- до 7 часов. В настоящее время удаление свинца из шихты проводится лишь его механической выборкой, что не исключает попадания свинца в расплав в повышенных количествах.

2) образующиеся при переплавке медных ломов шлаки содержат 40-60% меди, причём металлическая медь, запутавшаяся в вязком шлаке, составляет 65-75%.

3) При разливке готовый металл выпускают из печи. Струю металла разбивают струёй воды или водо-воздушной смеси, получая при этом гранулы. В настоящее время постоянный расход металла при разливке не устанавливается. Также нет приборного контроля за расходом распылителя.

Годовая потребность цеха электролиза медной фольги гранулах составляет 6000 тонн. Необходимо организовать производство гранул таким образом, чтобы обеспечить их выпуск в требуемом количестве и в соответствии стандарту предприятия СТП 057749 69-04-99 "Медь гранулированная для цеха фольги".

2. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ГРАНУЛИРОВАННОЙ МЕДИ

медный гранула плавление примесь

Медные гранулы получают путём окислительного (огневого) рафинирования меди. Процесс рафинирования производят в отражательной печи. Целью огневого рафинирования является удаление из меди основной массы примесей (Zn, Pb, Fe, Ni, As, Sb, S). Окислительное рафинирование меди основано, во-первых, на том, что многие примеси образуют оксиды термодинамически более прочные, чем Cu2O и, следовательно, окисляются предпочтительнее меди, и, во-вторых, на том, что образующиеся оксиды ограниченно растворимы или практически нерастворимы в жидкой меди. Следовательно, по мере окисления металлического расплава, эти оксиды всплывают на его поверхность, образуя легко удаляемые шлаки

Технологический процесс производства меди марок М2 и М3 состоит из следующих операций:

-загрузка;

-плавление;

-съём шлака, окисление;

-съём шлака, восстановление;

-разливка.

Технологическая схема производства гранулированной меди представлена на рисунке 2.1.

Рис. 2.1. Технологическая схема производственного процесса на печи ПВГ

2.1 Загрузка печи

Загрузка печи производится при помощи напольно-завалочной машины (НПЗМ). Вагонетки с шихтой подают в цех электровозом по узкоколейной железнодорожной линии. Затем электролебёдкой вагонетки подтягивают к загрузочному окну печи.

Медный лом в брикетах, составленных на деревянные поддоны, с вагонеток загружается впечь. В случае, если россыпной медный лом подаётся в металлических банках, его с помощью электротали предварительно высыпают на завалочный стол и рычагом НПЗМ подают в печь.

Загрузка печи осуществляется в несколько этапов. На первом этапе объём печи заполняется как можно полнее, после этого начинается подплавление. После частичного подплавления производится догрузка шихты в печь. В период загрузки в печи поддерживается температура 1000-1100С, что позволяет предохранить печь от резкого охлаждения.

По окончании загрузки порог загрузочного окна очищается от меди, шлака и заправляется огнеупорной массой на ширину не менее 2/3 порога (огнеупорная масса состава: глина и кварцит в соотношении 1:2) и высотой не менее 150 мм, закрывается заслонка загрузочного окна. С целью предотвращения выхода газов в рабочую зону цеха и подсосов воздуха, неплотности между заслонкой и кессонированной стенкой печи заделывают огнеупорной массой. Доводочное окно заслонки заделывают кирпичом.

2.2 Плавление

Плавление как и подплавление, ведут при форсированном режиме горелки. Температуру в печи поднимают и плавку ведут на сильно окислительном пламени, т.е. сжигание топлива производят с избытком воздуха. Это позволяет уже в период плавления частично окислять примеси.

Во время плавления подготавливается оборудование к разливу металла, заготавливаются ломики для разделки лёточного отверстия, ведётся контроль за состоянием оборудования, работой КИПиА, футеруется и сушится сливной жёлоб.

Контроль за процессом плавления осуществляется по степени расплавления металла, что определяется опусканием в расплав предварительно подогретой металлической трубки, и по степени "кипения" металла. В случае, если при промере трубкой в глубине расплава обнаружены уплотнения или кипение металла не уменьшается, то процесс плавления продолжают. Плавление считается законченным после полного расплавления меди.

2.3 Скачивание шлака

После окончания плавления печь открывают. Заслонку поднимают на высоту 100-150мм над заправкой порога, предварительно прекратив подачу топлива и воздуха. Верхнюю часть порога сбивают ломиками скосом к ванне печи до уровня металла. Опускают заслонку и разделывают доводочное окно заслонки. Для перемешивания металла, чтобы получить однородность химсостава по всему объёму печи, и для поднятия шлака на поверхность ванны, в расплав вводят металлическую трубку,подсоединённую к системе сжатого воздуха, и проводят продувку металла в течение 10-30 минут, после чего снимают шлак.

Скачивание шлака производят через загрузочное окно печи в шлаковую мульду. Для снижения потерь меди, прежде, чем сгрести шлак в мульду, производят его отжим. Для этого металлическим гребком для снятия шлака, предварительно обмазанным раствором глины и просушенным, шлак нагребают на порог и, после того как с него стечёт медь, сгребают в мульду. Шлак из печи скачивают полностью, пока поверхность металла не станет чистой.

В настоящее время существует проблема повышенного выхода меди в шлак. Причины и пути решения этой проблемы будут рассмотрены ниже.

2.4 Окисление примесей

Для рафинирования от примесей расплав меди частично окисляют кислородом воздуха. Все примеси выгорают одновременно, но с разными скоростями, в зависимости от концетраций примесей в рафинированной меди, способности оксидов примесей ошлаковываться и ряда других причин. Окисление примесей поверхностного слоя расплава может быть представлено реакцией:

, (2.1.)

где Ме-удаляемая примесь.

Но, так как концентрация примесей в расплаве в расплаве меди невелика и, следовательно, доля атомов примеси в поверхностном слое расплава на границе с газом мала, непосредственное окисление примесей по реакции (2.1.) не получает заметного развития. Основное окисление примесей осуществляется по реакциям:

(2.2.)

, (2.3.)

где -концентрация кислорода, растворённого в меди.

Так как кислород воздуха в меди почти не растворяется, передатчиком кислорода примесям является закись меди. В период окисления ванна сильно бурлит, и на поверхности под действием кислорода воздуха образуется окись меди, которая, тут же соприкасаясь с расплавленной медью, восстанавливается до закиси меди по реакции:

CuO+Cu=Cu2O. (2.4.)

Растворимость закиси меди в расплавленной меди повышается в зависимости от температуры ванны и составляет 5% при 1000С, 8,3% при 1150С и12,4 при 1200С.

Процесс окисления ведут в интервале температур 1150-1170С. При более высокой температуре повышается содержание закиси меди, которую в дальнейшем приходится удалять восстановлением, что удорожает и удлиняет процесс, а также Cu2O всплывает на поверхность жидкой меди и обогащает шлак медью. В интервале температур 1150-1170С насыщенность меди закисью составляет около 8%.

Протекание суммарной реакции (2.1.) возможно при выполнении условия :

. (2.5.)

Здесь и - равновесное давление кислорода над его раствором в жидкой меди и упругость диссоциации оксида примеси соответственно.

Из уравнений (2.1.) и (2.2.) следует, что

, (2.6.)

. (2.7.)

На рис.2.2. представлен графический способ оценки условий огневого рафинирования меди.

Из рис. 2.2. видно, что для уменьшения концентрации примеси в металле необходимо повышать окисленность металла (увеличивать концентрацию или, что то же самое, ) и понижать активность оксида примеси в шлаке

Реакция окисления примесей записывается следующим образом:

. (2.8.)

Остаточное содержание примесей определяется равновесием обменной реакции (2.9.).

Рис.2.2. Вид зависимости равновесного давления кислорода от содержания кислорода в меди и упругость диссоциации МеО

Ро2

Из рисунка 2.2. видно, что для уменьшения концентрации примеси в металле необходимо повышать окисленность металла (увеличивать концентрацию или, что тоже самое, ) и понижать активность оксида примеси в шлаке.

Реакция окисления примесей записывается следующим образом:

. (2.8)

Остаточное содержание примесей определяется равновесием обменной реакции (2.8):

. (2.9)

Из формулы (2.9) следует, что для повышения эффективности рафинирования следует увеличивать активность закиси меди в шлаке, т.е. повышать окисленность шлака. Увеличение активности Cu2O и понижение активности МеО может быть достигнуто оптимизацией состава шлака путём присадки в печь необходимых количеств шлакообразующих - СаО, SiО2 и др.

Как уже было сказано, окисление ванны с расплавом производят воздухом. Компрессорный воздух под избыточным давлением 2-2,5 атм подают в расплав при помощи металлической трубки, футерованной огнеупорной массой. Трубки вводят в печь через доводочное окно заслонки.

Во время операции окисления из печи периодически удаляют образующиеся шлаки. Процесс окисления ведут до тех пор, пока остаточное содержание примесей в рафинируемом металле не будет соответствовать установленным нормам. Для этого из печи периодически берут пробы металла для проведения анализа.

2.5 Анализ металла на остаточное содержание примесей

По окончании плавления, после съёма первого шлака и во время окисления, из печи периодически отбирают пробы металла для определения в нём остаточного содержания примесей.

Химический состав рафинируемого металла для получения гранул должен соответствовать нормам, указанным в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Отбор пробы в виде таблетки производят ложкой в специально предназначенную для этого изложницу. Пробу для спектрального анализа передают в заводскую лабораторию на анализатор (атомноэмиссионный спектрометр "SPECTROLAB S" фирмы "SPECTRO" ).

Производственная практика показывает, что при окислении удаление указанных примесей происходит, в основном, без осложнений и соответствует нормам, исключение составляет удаление свинца.

2.6 Восстановление

После окисления и полного съёма шлака в ванне печи остаётся жидкий раствор Cu2O в меди с небольшим количеством примесей, не удаляемых при окислении, особенно SO2 для удаления оставшегося SO2 расплавленную массу ванны перемешивают сырыми деревянными жердями. Под действием высокой температуры древесина подвергается сухой перегонке. Продукты сухой перегонки ( углерод, углеводороды, окись углерода и водород ) являются основными восстановителями Cu2O.Выделяющиеся также пары воды и различные газы способствуют сильному перемешиванию ванны и восстановлению Cu2O Жерди (длиной до 6м) вводят в ванну печи через доводочное окно заслонки при помощи крюка электролебёдки. Температуру в ванне в период восстановления поддерживают в пределах

1150 - 1170С. В печи поддерживают восстановительную атмосферу, сжигая топливо с недостатком воздуха.

Дразнение ведут в две стадии: первая называется дразнением на плотность, вторая - дразнением на ковкость. Медь, освобождённая от SO2, становится плотной. Окончание первого периода определяется по пробе, которая не даёт вздутия. После этого начинается дразнение на ковкость, задачей которого является восстановление Cu2O по следующим реакциям:

, (2.10)

, (2.11)

. (2.12)

Окончание восстановления определяется по пробе. Поверхность хорошо восстановленного металла должна быть мелкоморщинистой, без признаков утяжки и вздутий, в противном случае процесс восстановления продолжается.

К окончанию процесса восстановления температура металла должна быть 12005С.

2.7 Разлив металла

Разливка металла начинается с разделки выпускного отверстия, выше уровня расплава, до появления ровной струи металла. Дальнейшая разделка лётки ведётся постепенно, по мере уменьшения уровня металла в печи.

В период разливки в печи необходимо поддерживать восстановительную атмосферу при минимальном расходе топлива, обеспечивающим поддержание необходимой температуры металла (1150-1200С). Для этого шибер газохода закрывают и выключают нагнетательный вентилятор вторичного воздуха.

В период плавления и доводки готовят оборудование для отливки гранул. Для этого из зумпфа (бака) откачивают воду и отгружают гранулы от предыдущей плавки. После чего в освободившийся зумпф ставят специальные контейнеры для гранул и после этого заполняют зумпф оборотной водой. Для лучшего охлаждения гранул вода в баке должна постоянно циркулировать, с этой целью в нём предусмотрен слив воды в оборотную систему завода.

Жёлоб для разлива металла предварительно просушивается.

Схема грануляции металла представлена на рис. 2.3.

Струя металла, стекающая с жёлоба, разбивается струёй воды из рассевателя. Если давление воды недостаточно или струя разливаемого металла слишком велика, в рассеватель дополнительно подаётся сжатый воздух.

Образующиеся при диспергировании расплав капли металла, попадая в зумпф, охлаждаются и опускаются на дно, в контейнеры.

Контроль за размером гранул ведётся при помощи металлической лопатки с длинной ручкой, которая подставляется под осаждающиеся гранулы непосредственно в зумпфе, под поверхностью воды.

Рисунок 2 Разливочное оборудование печи ПВГ

Печь ПВГ

Изменяя подачу воды, воздуха или струю разливаемого металла можно менять в ту или иную сторону размер получаемых гранул.

3. АНАЛИЗ БАЗОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ И ПУКТИ ЕЁ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

3.1 Подготовка медного лома

В любой технологической цепочке на первом месте всегда стоит сырьё. От того какое выбрано сырьё и как оно подготовлено к загрузке зависит весь технологический цикл.

Для производства гранулированной меди используется вторичное медное сырьё. К вторичному медному сырью относятся различный медный лом и отходы, а также медьсодержащие сора. К категории медного лома относят вышедшие из употребления изделия и детали из меди или медных сплавов. Отходами называют всевозможные промышленные отбросы от всех стадий передела начиная от плавки и кончая обработкой деталей на готовые изделия.

Использование в качестве сырья вторичной меди (медного лома), а не черновой меди, обусловлено необходимостью исключения потерь драгоценных металлов, таких как золото и серебро, при дальнейшем переделе гранул.

Поступающие на завод медный лом и отходы цветных металлов должны соответствовать ГОСТу 1639, классу А, 1 группе, сортам 1,2 и 3 в брикетах не более 1100800700 мм массой до 1,5 т или россыпью. Брикетированный медный лом должен быть составлен на деревянные поддоны, а россыпной помещён в металлические банки.

Одной из проблем, связанных в настоящее время с переработкой медного лома является повышенное содержание в нём свинца (до 2 кг на тонну), который может встречаться как в чистом виде, так и в виде сплавов.

Размещено на Allbest.ru