Dr inż. Paweł Rokicki Politechnika Rzeszowska Katedra Materiałoznawstwa, Bud. C, pok. 204 Tel: (17) Metalurgia Miedzi

Transkrypt

1 Dr inż. Paweł Rokicki Politechnika Rzeszowska Katedra Materiałoznawstwa, Bud. C, pok. 204 Tel: (17) Metalurgia Miedzi

2 Literatura podstawowa: 1. Bardzik J., Kupka M., Wala A.: Technologia Metali, Wyd. Uniwersytetu Poznaoskiego, Poznao Gronostajski J.: Obróbka Plastyczna metali, Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Wrocław Grzesik W.: Podstawy skrawania materiałów metalowych, WNT, Warszawa Harasymowicz J., Wantuch.: Obróbka gładkościowa, Wyd. Politechniki Poznaoskiej, Poznao Praca Zbiorowa: Powłoki malarsko-lakiernicze; poradnik, WNT, Warszawa 1983 Literatura uzupełniająca: 1. Dobrzaoski L. A.: Minerały inżynierskie i projektowanie materiałowe. Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo, WNT, Warszawa Chodkowski S.: Metalurgia metali nieżelaznych, Wyd. ŚLĄSK, Katowice Służalec A.: Technologie spawania, Wyd. Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 1993

3 Występowanie miedzi Teoretyczna zawartośd miedzi [%] Miedź rodzima do 99,9 Rudy miedzi Teoretyczna zawartośd miedzi [%] Siarczkowe 0,6-3 Tlenkowe 2-12

4 Grupa minerałów Minerały miedzionośne Nazwa minerału Wzór chemiczny Teoretyczna zawartośd miedzi [%] Siarczkowe Chalkozyn Kowelin Chalkopiryt Bornit Cu 2 S CuS CuFeS 2 Cu 3 FeS 3 79,9 66,5 34,6 55,6 Tlenkowe Weglanowe Kupryt Tenoryt Malachit Azuryt Cu 2 O CuO CuCO 3 Cu(OH) 2 2CuCO 3 Cu(OH)2 88,8 79,9 57,4 55,1 Krzemianowe Chryzokol CuSiO 3 2H 2 O 36,2 Chodkowski S.: Metalurgia metali nieżelaznych WGH Katowice 1962

5 Występowanie rud USA, Chile, Meksyk, Afryka (RPA, Zambia, Kongo) WNP (Ural, Kazachstan, Serbia, Czarnogóra, Chorwacja, kraje skandynawskie Polska (Głogów, Legnica) Polska produkcja: XVI w. Miedziana Góra i Miedzianka do XIX w.

6 Procesy otrzymywania miedzi Rudy miedzi (1 4% Cu) Przeróbka mechaniczna Wzbogacanie(grawitacyjne, flotacyjne) Koncentraty (10 50% Cu) Procesy przygotowawcze (prażenie, aglomeracja, brykietowanie) Procesy metalurgiczne PIROMETALURGICZNE HYDROMETALURGICZNE Wytapianie kamienia Redukcja tlenków Rozpuszczanie Cu Wydzielanie Cu z kamienia w konwertorach Wydzielanie Cu z roztworu Cu konwertorowa Rafinacja ogniowa Cu czarna Cu elektrolityczna Cu cementacyjna CuO CuSO 4 5H 2 O Rafinacja elektrolityczna Cu katodowa

7 PIROMETALURGICZNE Kamieo miedziowy mieszanina Cu 2 S i FeS (zawartośd Cu 10 50%) Wytapianie kamienia miedziowego 1. W piecu płomiennym (długośd 30-36m, szerokośd 10-12m) Przekrój podłużny pieca płomiennego produkcji radzieckiej do wytapiania kamienia miedziowego 1 - przestrzeo robocza, 2 kanał spalinowy, 3 palnik, 4 trzon, 5 otwory do spustu kamienia, 6 okno do spustu żużla, 7 otwory załadowcze Nie jest potrzebna kosztowna operacja zbrylania materiałów wsadowych Przerabiany koncentrat jest miałki i może zawierad dużo wilgoci Możliwośd używania taniego paliwa pył węglowy, gaz ziemny, mazut, ropa naftowa Oddzielenie kamienia od żużla zachodzi w piecu nie stosuje się odstojników

8 PIROMETALURGICZNE Wytapianie kamienia miedziowego 1. W piecu płomiennym (długośd 30-36m, szerokośd 10-12m) Schemat pieca płomiennego do wytopu rudy miedzi: 1 zasobniki z wsadem, 2 przestrzeo robocza pieca Nie jest wykorzystywana zawartośd energetyczna siarki i żelaza w koncentracie. Technologia ta nie jest tak efektywna jak inne przedstawione technologie ze względu na spalanie paliwa kopalnego Niska zawartośd gazów siarkowych w gazach wylotowych proces produkcji kwasu siarkowego

9 PIROMETALURGICZNE Wytapianie kamienia miedziowego 2. W piecu szybowym przerabia się surowe rudy kawałkowe bez uprzedniego wzbogacania i prażenia 1. fundament żelbetowy, 2. płyta stalowa, 3. kolumny żelbetowe, 4. płyta stalowa lana, 5. szyb, 6. dysze do powietrza, 7. rury, 8. główny przewód powietrzny, 9. rurociąg, 10. dmuchawy, 11. przewód wodny, 12 okrężnica wodna, 13 rury wody zimnej, 14 rury odpływowe, 15 rynny zlewowe, 16 gardziel pieca, 17 konstrukcja stalowa, 18 szyny jezdne, 19 zasłony okien wsadowych, 20 płyty zsypowe, 21 urządzenie do podnoszenia zasłon okiennych, 22 rura gazów odpływowych Piec szybowy do wytapiania kamienia miedziowego

10 PIROMETALURGICZNE 3. W piecu zawiesinowym 4. W piecu cyklonowym 5. W piecu elektrycznym Wytapianie kamienia miedziowego Wytapianie zawiesinowe Polega na prażeniu i przetapianiu suchego koncentratu w postaci cząsteczek stałych unoszących się w powietrzu. Cząsteczki, które weszły w reakcję opadają do odstojnika, w którym następuje oddzielenie kamienia i żużlu. Piece zawiesinowe typu Outokumpu,INCO - wyżarzanie tlenem lub cyklonowe Contop tlen techniczny

11 PIROMETALURGICZNE Konwertorowanie kamienia miedziowego Proces przedmuchiwania kamienia miedziowego powietrzem/tlenem w celu utlenienia żelaza i siarki oraz otrzymania miedzi metalicznej. Na pierwszym etapie utleniane jest żelazo oraz częśd siarki i wytwarzany jest żużel oraz dwutlenek siarki. Na drugim etapie przedmuchiwania miedzi, siarczek miedzi jest utleniony na miedź konwertorową (98,5% Cu) i wytwarza się więcej dwutlenku siarki. Miedź konwertorowa jest spuszczona na koocu świeżenia miedzi. Proces ten jest prowadzony w sposób regulujący zawartośd koocową siarki i tlenu w miedzi konwertorowej. Reakcja jest silnie egzotermiczna i ulatniają się podczas niej zanieczyszczenia metaliczne w postaci ołowiu i cynku, które są następnie wychwytywane w instalacji ograniczającej emisję i odzyskiwane. Proces ciągłego konwertorowania

12 PIROMETALURGICZNE Konwertorowanie kamienia miedziowego Cylindryczny piec kąpielowy 1 płaszcz, 2- dennica, 3 rolka oporowa, 4 pierścieo uzębiony, 5 podstawa rolki, 6 fundament, 7 gardziel, 8 silnik, 9 rura rozdzielcza powietrza, 10 - dysza

13 PIROMETALURGICZNE Konwertorowanie kamienia miedziowego Produkty konwertorowania: Miedź surowa 98 99,2 % Cu + domieszki: S, Fe, O 2, Ni Sb, Bi Żużle konwertorowe: mieszanina 2FeSiO 2 + Fe 3 O 4 Pył konwertorowy: drobne cząstki SiO 2 żużla i Cu met (pyły bogate w Cu zwraca się do ponownej przeróbki w konwertorze, uboższe kieruje się do przetopu na kamieo)

14 PIROMETALURGICZNE Rafinacja ogniowa Cu sur - Poprzedza rafinację elektrolityczną. - Ma na celu otrzymanie anod do elektrolizy i usunięcie szkodliwych domieszek dla procesu elektrolizy. Przebieg rafinacji ogniowej (16-24h) 1. roztopienie Cu sur 2. utlenianie ciekłej Cu przez przedmuchiwanie powietrza, powstaje żużel, który należy usunąd przed następną operacją, 3. usuwanie Cu 2 O=2Cu+0,5 O 2, wskutek żerdziowania (wprowadza się żerdzie ze świeżego drewna brzozowego; proces redukcji zachodzi pomiędzy Cu a produktami suchej destylacji węgla: 4Cu 2 O+ C 2 H m =8Cu+2CO=0,5(m-2) H 2 + CO 2; można stosowad gaz ziemny lub amoniak, 4. odlewanie anod lub wlewków (odlew kokilowy, ciągły lub półciągły)

15 PIROMETALURGICZNE Elektrolityczna rafinacja miedzi Ma na celu usunięcie domieszek, których nie można usunąd podczas rafinacji ogniowej: Ag, Au, As, Sb, Bi, Se, Te, Urządzenie: wanna z wyłożeniem kwasoodpornym, do której z określoną prędkością dopływa elektrolit: wodny roztwór siarczanu miedziowego i kwasu siarkowego Reakcje na miedzianej anodzie: Cu-2e=Cu 2+, Cu-e=Cu +, Cu + -e=cu 2+. Reakcje na katodzie: Cu 2+ +2e=Cu Cu + +e=cu, Domieszki, w zależności od potencjału elektrycznego w stosunku do Cu, przechodzą do roztworu lub do szlamu. Przetapianie katod piece płomienne lub elektryczne - odlewanie Cu raf elektol.

16 PIROMETALURGICZNE Elektrolityczna rafinacja miedzi Schemat wanny do elektrolitycznej rafinacji miedzi: 1 żelazobetonowa wanna, 2 płyty z winiduru, 3 otwór spustowy, 4 płyty z miedzi z rafinacji ogniowej, 5 cienkie arkusze z miedzi elektrolitycznej, 6 szlam, 7 elektrolit

17 Przykład usuwania zanieczyszczeo podczas rafinacji elektrolitycznej

18 Cykl produkcyjny miedzi hutniczej PIROMETALURGICZNE Koncentraty Topniki Wewnętrzne zawracanie do obiegu: żużle, pyły piecowe, itp.. Wtórny materiał Cu Wytapianie kamienia miedziowego z Koncentratu Piece do wytapiania zawiesinowego Prażenie + Piec elektryczny Piec do wytapiania Kąpielowego żużel Oczyszczenie żużlu wolne chłodzenie i flotacja KAMIEO Piec elektryczny, oczyszczanie żużlu metodą Teniente Złom anodowy Złom miedziany Wewnętrzne zawracanie do obiegu: żużle, pył, itp.. Proces konwertorowy MIEDŹ KONWERTOROWA SO 2 Produkcja ciekłego SO2, kwasu siarkowego, oleum Konwertor P.S. Inne konwertory Złom miedziany Rafinacja ogniowa i Odlewanie anod Obrotowy piec do wytapiania anod Trzonowy piec szybowy / Contimelt ANODY MIEDZIOWE Rafinacja elektrolityczna Proces konwencjonalny Technologia stałej katody, np. proces ISA KATODY MIEDZIOWE Katody miedziane Czysty złom miedziowy Wytapianie, Odlewanie kształtowników, walcówki Piece szybowe Elektryczne piece indukcyjne Piece obrotowe

19 HYDROMETALURGICZNE Proces hydrometalurgiczny Technologię tę stosuje się zwykle dla rud tlenkowych oraz dla rud mieszanych tlenkowo/siarczkowych na terenie kopalni, gdzie jest wystarczająca przestrzeo dla tworzenia powierzchni ługowania i obróbki. Stosuje się kruszenie rud, po którym następuje ługowanie kwasem siarkowym, czasami w obecności gatunków biologicznych, przez zastosowanie procesów zwałowych, kadziowych i mieszania. Roztwór wytwarzany podczas ługowania jest następnie klarowany i oczyszczany oraz stężany przez ekstrakcję rozpuszczalnikową. Miedź jest następnie usuwana w procesie elektrolitycznego otrzymywania metali. (Różni się od procesu pirometalurgicznego anoda obojętna np. ołowiowa lub tytanowa)

20 HYDROMETALURGICZNE Urobek z kopalni rudy Wstępne kruszenie Kruszenie drugie i trzecie Kwas siarkowy Ługowanie zwałowe Basen roztworu matki Ekstrakcja rozpuszczalnikowa Basen roztworu rafinatu Usuwanie Elektrolityczne otrzymanie metali KATODY

21