Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Огневое рафинирование меди

31.01.2020

Устройство печей для огневого рафинирования меди (рис. 97) подобно устройству отражательных печей для плавки медных концентратов на штейн. Емкость ванны рафинировочных печей 400 т меди, глубина ее сравнительно небольшая — порядка 400—900 мм, длина 15 м, ширина 5 м, необходимая для процесса температура 1130— 1150°.

Печи отапливаются мазутом, естественным газом или пылевидным топливом. Необходимое требование к топливу — отсутствие или малое содержание в нем серы, так как SO2 из печных газов загрязняет рафинируемую медь серой.
Огневое рафинирование меди

Ванну выкладывают в кожухе из чугунных плит и устанавливают на столбах. Такое устройство предупреждает утечки меди через щели и неплотности кладки. Кладка ванны делается из кварцевого или магнезитового кирпича, лещадь кислых печей наваривают смесью мелкого кварца с медной окалиной; для подготовки лещади основных печей применяют магнезит с добавками извести, кварца и железной окалины.

Стены печи выложены из магнезитового или высокоглиноземистого шамотного кирпича, а снаружи облицованы чугунными плитами и укреплены двутавровыми балками. Прямоугольные рабочие окна шириной 1—1,7 м и высотой около 0,8 м снабжены поднимающимися заслонками.

Свод арочного типа выложен из динасового кирпича.

Штыковую медь загружают через рабочие окна лопатой, установленной на тележке мостового крана (рис. 98); лопата захватывает до 3,5 т штыковой меди; расплавленную медь заливают ковшами с помощью крана или миксер-вагоном, вмещающим до 70 т металла.

Огневое рафинирование меди — периодический процесс с продолжительностью цикла около 12—16 час. Каждый цикл слагается из следующих последовательно проводимых операций; расплавление, окисление примесей, удаление растворенных газов, раскисление меди и разливка.

Примеси окисляют воздухом, который вдувают через железные трубы диаметром 10—20 мм, погруженные в расплавленную медь. Окисление протекает на поверхности воздушных пузырей, всплывающих в жидком металле. Окисляются медь и все примеси, кроме благородных металлов.

Скорость окисления каждого из металлов пропорциональна концентрации его в ванне, поэтому с наибольшей скоростью окисляется медь по реакции:

4Cu + O2 = 2Сu2O.


Закись меди растворяется в расплавленной меди и благодаря перемешиванию вдуваемым воздухом быстро распространяется по всему объему ванны.

Окисление примесей протекает по реакциям, изображаемым в общем виде уравнением:

Me + Cu2O = MeO + 2Cu + Q кал.


Окислы примесей, всплывая на поверхность ванны, образуют шлак, удаление которого с поверхности ванны способствует процессу.

Окислительному рафинированию способствует также понижение концентраций свободных окислов в шлаках путем связывания их в слабодиссоциированные химические соединения. Этим объясняются лучшие результаты рафинирования в печах с кислым подом, где кремнезем, переходящий в шлак из футеровки печи, связывает окислы в прочные силикаты.

Очередность выгорания примесей объясняется возможностью окисления их не только закисью меди, но и окислами других примесей, всплывающих в медной ванне.

Приближенно можно считать, что очередность окисления примесей должна соответствовать убыванию сродства этих примесей к кислороду, т. е. следующему ряду:

Al, Si, Mn, Zn, Sn, Fe, Ni, As, Sb, Pb, Bi.


В действительности все примеси выгорают одновременно, но с разными скоростями, зависящими не только от сродства к кислороду, но и от соотношения концентраций, способности шлаковаться, летучести, скоростей протекания реакций окисления и ряда других причин.

Благородные металлы, имеющие меньшее сродство к кислороду, чем медь, при огневом рафинировании не удаляются, а висмут удаляется в весьма малой степени.

Сера присутствует в меди в виде растворенной CU2S; она окисляется по реакции:

Cu2S + 2Сu2О = 6Cu + SO2.


Сродство к кислороду у селена и теллура меньше, чем у серы, поэтому при окислительном рафинировании эти элементы практически не удаляются.

Операцию удаления растворенных в меди газов называют дразнением на плотность. В ванну металла, очищенную от шлака, погружают сырое дерево (жерди или бревна), бурно выделяющиеся пары воды перемешивают медь, способствуя удалению SO2 и других газов.

Затем необходимо раскисление для получения пластичной меди, так как содержание растворенной Cu2O после окисления может достигать 10—12%.

Раскислителями служат продукты сухой перегонки дерева — углеводороды, например:

4Cu2O + CH4 = CO2 + 2Н2O + 8Сu.


Для этого ванну покрывают слоем угля, а деревянные жерди или бревна погружают в нее на более длительное время. На поверхность ванны всплывают газовые пузыри, медь хорошо перемешивается, и восстановление Cu2O до остаточного содержания (0,3—0,5%) достигается легко. Раскисление меди на заводах называют дразнением на ковкость.

Продолжительность рафинирования зависит от масштабов производства и его механизации. При полной или частичной загрузке в печь расплавленной меди производительность значительно повышается, так как плавление занимает около 30% от общей продолжительности процесса; при этом значительно снижается расход топлива.

Раскисление меди вдуванием в расплавленную ванну древесно-угольной пыли или генераторного газа сокращает продолжительность этой операции.

Конец периода окисления определяют по характеру излома пробы; подобные пробы служат и для определения достаточности дразнений.

Шлаки удаляют из печи (через рабочие окна) в виде тестообразной массы, иногда они получаются «сухие», сыпучие, чаще вязкие.

Готовую медь выпускают через вертикальную щель в стенке печи, для этого постепенно сбивают перекрывающую щель плотнику из огнеупорной глины. Медь отливают в аноды, предназначенные для электролитического рафинирования, на карусельных разливочных машинах (рис. 99). Чугунные или медные изложницы заполняются медью из ковша емкостью около 2 т, установленного на козлах; наклоняясь, ковш заполняет сначала одну изложницу, после чего карусель автоматически поворачивается, подставляя под носок ковша следующую. За время движения по кругу медь затвердевает и охлаждается водой из брызгал. Готовые аноды погружают для полного охлаждения в бассейн с водой, а затем отвозят на склад.

Рафинировочные шлаки перед раскислением меди тщательно удаляют. Если не удалить шлак, то с понижением содержания Cu2O в ванне примеси, накопленные в шлаке, будут восстанавливаться из окислов и снова переходить в медь:

MeO + 2Cu = Me + Cu2O.


Шлаки кислых печей содержат 15—40% SiO2, 5—10% Ее в виде силикатов и ферритов, а также окислы цинка, никеля и других примесей. Меди в этих шлаках 35—45%; около 4/5 ее связано в закись, остальная медь находится в виде не отстоявшихся капель металла.

В шлаках основных печей 50—75% Cu и обычно не более 5—10% SiO2. Выход шлаков составляет 2—3% от веса меди. Шлаки подвергают восстановительной плавке в небольших шахтных печах на черновую медь и отвальный шлак, а также перерабатывают в конвертерах при продувке штейнов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: