Metalurgia spr5.doc

Metalurgia metali nieżelaznych

Temat: Odmiedziowanie żużla- otrzymywanie kamienia.

                                                                                          Joniec Marek

                                                                                          Jochymek Łukasz

                                                                                          Białko Krzysztof

                                                                                          Rok 3 Gr.1.Zespół 2

1. Procesy zawiesinowe:

Wytop kamienia miedziowego w piecach zawiesinowych polega topieniu uprzednio wysuszonego koncentratu wprowadzanego do pieca wraz z tlenem, gorącym powietrzem lub powietrzem wzbogaconym w tlen. Koncentrat suszy się w suszarniach fluidyzacyjnych lub bębnowych, a następnie w postaci ziaren wprowadza się go wraz z gazem przez specjalnie skonstruowane palniki. W piecu ziarna koncentratu reagują z tlenem zawartym w dmuchu. Zachodzą reakcje utleniania:

CuFeS2 + 5/4O2 = 1/2(CuS-FeS) + 1/2FeO + SO2

FeS + 3/2O2 = FeO + SO2

2FeO + SiO2 = 2FeO. SiO2

Reakcje te są silnie egzotermiczne i towarzyszy im wydzielenie znacznych ilości energii cieplnej. Jeżeli zawartość tlenu w dmuchu jest dostatecznie wysoka ciepło dostarczone z reakcji może pokrywać całkowite zapotrzebowanie na energie cieplną pieca. W takim przypadku proces utleniania ziaren przebiega bardzo szybko, a wydzielona energia powoduje topienie koncentratu, który następnie w postaci kropel opada do warstwy żużla, gdzie następuje rozdział fazy siarczkowej od fazy tlenkowej.

              Obecnie na świecie stosowane są dwie podstawowe metody wytopu kamienia miedziowego w procesach zawiesinowych. Pierwszą z nich jest proces Outokumpu, w którym jako dmuch stosuje się podgrzane powietrze lub powietrze wzbogacone w tlen. Energia cieplna dostarczana przez reakcje chemiczne jest niewystarczająca do przeprowadzenia wytopu kamienia miedziowego, dlatego jako dodatkowe paliwo stosuje się olej.

Schemat pieca zawiesinowego Outokumpu

Kamień uzyskany w tym procesie zawiera około 60% Cu. Niestety znaczna część miedzi przechodzi również do żużla (nawet, do 3%), dlatego też żużle z procesu zawiesinowego Outokumpu muszą być poddawane odmiedziowaniu w piecach elektrycznych lub flotacyjnych.

              Drugą metodą wytopu kamienia miedziowego w piecach zawiesinowych jest proces INCO. W procesie tym jako dmuch do utleniania koncentratów podaje się tlen techniczny, dzięki czemu proces ten jest samowystarczalny pod względem energetycznym.

Schemat pieca zawiesinowego INCO

Podobnie jak w procesie Outokumpu, kamień miedziowy uzyskany w piecu zawiesinowym INCO zawiera około 60% miedzi. W żużlu z pieca pozostaje około 1% Cu i nie jest on poddawany odmiedziowaniu. Zastosowanie tlenu technicznego jako dmuchu w piecu INCO oprócz niskich kosztów energetycznych, pozwala na uzyskanie bardzo dużego stężenia SO2 w gazach powstałych w procesie (nawet, do 80%), co jest związane z łatwiejszym ich zagospodarowaniem.

              2. Wykonanie ćwiczenia:

Odważyć trzy próbki po 30 [g] żużla zawiesinowego o podanym składzie. Następnie obliczyć ilość pirytu potrzebną do uzyskania z żużla kamienia miedziowego o zawartości 50 % Cu. Odważony piryt dodać do każdej z próbek i dokładnie wymieszać. Mieszaninę żużla i pirytu umieścić w trzech grafitowych tyglach przykrytych grafitową płytką, a następnie przeprowadzić proces wytopu kamienia miedziowego w temperaturze 1250 [oC], trwający kolejno 30, 45 i 60 minut. Po wyciągnięciu i ostudzeniu tygli produkty przetopu rozdzielić i zważyć.

3. Skład żużla zawiesinowego:

              Cu              15,8 [%]

              Fe              5,0 [%]

Pb              2,6 [%]

SiO2              31,2 [%]

MgO              11,0 [%]

CaO              17,0               [%]

Al2O3              11,0 [%]

              4. Zachodzące reakcje:

FeS2 = FeS + ½ S2

Cu2O + FeS = Cu2S + FeO

2Cu + FeS = Cu2S + Fe

2Cu + ½ S2 = Cu2S

              5. Wyznaczenie potrzebnej ilości pirytu:

100 [g] żużla – 15,8 [g] Cu

30 [g] żużla – m Cu w żużlu [g]

m Cu w żużlu = 4,74 [g]

              Przy założeniu, że kamień miedziowy zawiera 50% Cu, teoretyczną maksymalną masę kamienia można wyznaczyć z równania:

4,74 [g] Cu – 50 % m kamienia

m kamienia [g] – 100 %

m kamienia = 9,48 [g]

Ponieważ miedź w kamieniu występuje w postaci siarczkowej, należy obliczyć masę Cu2S:

2* 63,5 [g] Cu – 159 [g] Cu2S

4,74 [g] Cu w kamieniu – m Cu2S w kamieniu

m Cu2S w kamieniu = 5,93 [g]

Przy założeniu, że kamień miedziowy stanowią jedynie siarczki miedzi i żelaza, masę FeS w kamieniu można obliczyć odejmując od masy kamienia masę Cu2S:

m FeS = m kamienia – m Cu2S w kamieniu

m FeS = 9,48 [g] – 5,93 [g]

m FeS = 3,55 [g]

Masę żelaza w kamieniu można wyznaczyć z równania:

87,8 [g] FeS – 55,8 [g] Fe

3,55 [g] FeS – m Fe w kamieniu

m Fe w kamieniu = 2,27 [g]

Ze względu na to, że całkowita siarka potrzebna do wytworzenia kamienia miedziowego pochodzi z FeS2, jej masę można wyznaczyć odejmując od masy kamienia masy miedzi i żelaza zawartych w kamieniu miedziowym:

m S (całkowita) = m kamienia - m Cu w kamieniu - m Fe w kamieniu

m S (całkowita) = 9,48 [g] - 4,74 [g] - 2,27 [g]

m S (całkowita) = 2,47 [g]

Całkowitą masę FeS2 można wyznaczyć z równania:

2*32 [g] S – 119,8 [g] FeS2

2,47 [g] S – m FeS2

m FeS2 = 4,62 [g] FeS2

Do przeprowadzenia procesu wytopu kamienia miedziowego z żużla zawiesinowego o masie 30 [g] potrzeba 4,62 [g] pirytu.

6.Wyniki uzyskane w ćwiczeniu:

a)Wyniki pomiarów: