Технология огневого рафинирования черновой меди в отражательных печах

Кинетика окисления чистого расплава меди кислородно-воздушными смесями в зависимости от парциального давления кислорода в газовой фазе описывается параболическим, линейно-параболическим и линейным видами кривых окисления меди. При этом параболический характер кривой обусловлен формированием пленки оксида по мере насыщения расплава кислородом. 2.

4.Кристаллизация меди При кристаллизации расплава меди образуются частицы твердой фазы оксидов примесей, переходящих из металлического расплава в шлаковую фазу. При повышенной температуре металла процесс его твердения затягивается. С учетом возрастания скорости перемещения фронта кристаллизации, начинают более резко проявляться ликвационные явления. Наряду с увеличением газовой пористости, обусловленной повышенной растворимостью газов, это ведет к формированию грубозернистой структуры слитка (анода). В связи с изложенным, температуру расплава при разливке анодов следует поддерживать на возможно минимальном уровне, который ограничен снизу вязкостью металла и оперативностью заполнения изложницы. 3. Стационарные отражательные печи для огневого рафинирования черновой меди3.

1.Описание конструкции печи и вспомогательного оборудования Стационарная отражательная рафинировочная печь (рисунок 1) устанавливается на столбчатом фундаменте для повышения стойкости подины. На одной из продольных стен выполняются рабочие окна с опускающимися заслонками, предназначенные для загрузки твердых материалов и обслуживания печи во время работы. Рафинировочные печи отапливаются только высококачественным топливом (природный газ, мазут). Топочная сторона печи снабжена форкамерой, в которой начинается горение. Окна для съема шлака расположены в одной из боковых или в задней торцовой стенке печи.

Рабочие и шлаковые окна используются для окислительной и восстановительной обработки расплавленной меди. На противоположной длинной стороне печи выполняется щелевая летка, которая перед началом загрузки закладывается огнеупорным кирпичом или заделывается глиной. Во время разливки меди в конце процесса рафинирования щель постепенно разбирается начиная с верхней части для обеспечения постоянного напора струи жидкой меди. Печи описанной конструкции применяются для огневого рафинирования как жидкой, так и твердой черновой меди[2]. К основным видам вспомогательного оборудования относятся загрузочные (в том числе ковшовые) краны и разливочные машины (обычно карусельного типа). Краны для загрузки твердой меди (слитки, скрап) относятся к тому же семейству, что и ковшовые краны и обладают с ними многими общими характеристиками. Загрузочные краны, также как и ковшовые, могут использоваться для транспортировки расплавленного металла.

Они предназначены для работы при высокой температуре (более +70, создаваемой за счет тепловыделения в печи, при кратковременном интенсивном нагреве от загрузочной колоши и в условиях открытого пламени. Загрузочные краны могут проектироваться также с учетом возможности выполнения периодических работ по техническому обслуживанию печи, например подъема ее кожуха и др. Поскольку процессы загрузки и транспортировки расплавленного металла сопряжены с высоким уровнем риска, надежность и безопасность эксплуатации таких кранов должны быть обеспечены на чрезвычайно высоком уровне. Указанные проблемы решаются за счет резервирования основных систем, автоматизации и повышенной (прецизионной) точности управления, позиционирования и транспортировки грузов нужными маршрутами по наиболее безопасным направлениям.

При проектировании кранов разрабатываются специальные средства безопасности, в том числе: — для основного механизма: — четыре независимые запасовки каната;

рабочие тормоза на приводных валах;

торможение на канатном барабане;

аварийной остановки и контроля превышения скорости главного подъемника с верхнимаварийным выключателем в главном подъемнике и концевыми переключателями;

— балансиры канатов демпферного блока для замедления наклона балансира в случае повреждения проволочного каната и др. В кранах используются следующие опционные средства автоматизации: — система стабилизации для предотвращения раскачивания груза;

конечного позиционирования;

контроля крепления груза. Разливочные машины, входящие в систему разливки анодов (слитки весом 300−400кг), как правило выполняются карусельного типа с оптимальным для данного производства количеством чугунных или медных изложниц, полностью автоматизированы и снабжены устройствами точного взвешивания и отливки. Горизонтальная конструкция карусели является предпочтительной для визуального контроля оборудования и обеспечения безопасных условий работы. Скорость карусели регулируется таким образом, чтобы обеспечить максимально равномерное заполнение изложниц и минимальные отклонения формы, размеров и плотности анодов. Во время движения по кругу металл в изложницах затвердевает и охлаждается водой из брызгал. Разливочный комплекс включает в себя также: — бассейн с водой для полного охлаждения и промывки анодов и предотвращения их чрезмерного окисления;

механизмы для перемещения анодов.

3.2. Описание технологии процесса рафинирования

Огневое рафинирование меди является периодическим процессом, состоящим из следующих последовательных стадий:

подготовка и загрузка печи;

или разогрев меди;

обработка расплава и съем шлака;

обработка («дразнение»); - разливка готовой меди. Подготовка рафинировочной печи сводится к ее осмотру, заделке изъянов в футеровке и заправке выпускной летки. Далее производится загрузка печи. При рафинировании твердой меди ее слитки загружают через рабочие окна с применением загрузочного крана. Жидкая медь заливается ковшовым краном по желобу. Период расплавления и разогрева расплава сопровождается частичным окислением твердой меди и ее расплава кислородом, присутствующим в атмосфере печи. После разогрева ванны до температуры ~ 1200 окислительной продувки меди для окисления примесей с более высоким по сравнению с медью сродством к кислороду. В большинстве случаев расплавленную медь окисляют воздухом, который вдувается в ванну на глубину 600−800мм через стальные трубки-сопла, покрытые снаружи огнеупорной обмазкой. С учетом закона действующих масс в первую очередь окисляется медь, концентрация которой по сравнению с примесями является преобладающей.

При продувке медь окисляется доCu2O, которая, растворяясь в ванне до концентрации меди 10−12%, переносит кислород к более активным металлам и окисляет их по обратимой реакции: Cu2O +Ме 2Cu + MeO. Оксиды металлов-примесей вместе с избыткомCu2O и кремнеземом, загружаемом в небольшом количестве для ошлакования примесей, образуют на поверхности ванны шлак (1−2% от массы меди в ванной, содержание меди в шлаке до 50%).В конце окислительной продувки шлак обычно сгребают деревянными гребками через специальные шлаковые окна и для обеднения возвращают в процесс рафинирования. Наиболее полно окисляются и удаляются в шлак следующие металлы-примеси: алюминий, цинк, железо, олово. В том случае, если примесь обладает высокой растворимостью в меди (никель, мышьяк, сурьма, благородные металлы, селен, теллур) для ее удаления используются специальные приемы, подробно описанные в Разделе 2.1 (стр.

16−18). После продувки воздухом в течение 1,5−4,0 час (в зависимости от загрязненности исходной черновой меди), производится восстановительная обработка по удалению кислорода и газовых пузырьков. При восстановлении ванна интенсивно перемешивается за счет барботажных процессов с использованием упомянутых газовых пузырьков, что обеспечивает высокую степень восстановления меди, удаление растворенных газов, глубокую десульфуризацию конечного продукта. Продолжительность периода восстановления определяется степенью насыщения меди кислородом на предыдущей стадии. В результате восстановительных процессов получается плотная красная медь с содержанием 0,01−0,2% мас.

кислорода, которая разливается в аноды с применением изложниц, установленных на горизонтальных разливочных машинах карусельного типа (см. раздел 3.1). Шлак, как отмечено на стр.

28−29, возвращается на процесс рафинирования для обеднения. Аноды после охлаждения в бассейне подвергаются обивке от окалины и скрапа и разбраковываются. Годные аноды отправляются на склад или дальнейшую очистку (электролитическое рафинирование и т. д.- см. Раздел 1, стр.

5−7). Скрап, окалина, бракованные аноды и старые медные изложницы возвращаются в процесс огневого рафинирования. Заключение

В теоретической части работы показано, что процесс огневого рафинирования меди является достаточно сложным и многостадийным как с точки зрения химических превращений, так и непосредственно технологии практической реализации. Технологические операции огневого рафинирования являются длительными и требуют большого количества ручного труда. Технический прогресс в области пирометаллургического рафинирования черновой меди должен развиваться по пути создания более совершенных конструкций печей с возможностью автоматизации их работы и исключения ручного малоквалифицированного труда. Необходима разработка методов интенсификации процессов тепло-массообмена, сокращения удельного расхода топливно-энергетических ресурсов и поиска оптимального состава окислителя, обеспечивающего селективный перевод примесей в шлаковую фазу. Основными направлениями в данной области являются. 1.

Организация высокоэффективных барботажных процессов с широким использованием вертикальных горелок (фурм) для организации принудительной конвекции расплава. Применение фурм возможно во всех технологических операциях огневого рафинирования: окислении, восстановлении, при плавке твердой меди и поддержании заданной температуры жидкой ванны за счет оперативного регулирования теплотехнических и технологических параметров процессов тепломассообмена между жидкой и газовой фазами. 2. Применение, наряду с селективными окислителями, рафинировочных шлаков, в состав которых включены компоненты, связывающие оксиды металлов в прочные химические и механические комплексы. Реализация перечисленных мероприятий требует учета кинетики разделительного процесса и его динамических факторов.

Литература

1.Жуков В. П., Спитченко С. А., Новокрещенов С. А., Холод С. И. Рафинирование меди. Учеб.

пособие.

Екатеринбург.:УрФУ, 2010.-317с. 2. Уткин Н. И. Металлургия цветных металлов. Учебник для техникумов.М.: Металлургия, 1985.-440с.

3.Мастюгин С. А. Интенсификация окислительных процессов в технологии огневого рафинирования меди с повышенным содержанием никеля. Автореферат диссерт. канд.

технич.наук.

Спец.

05.16.

03.-Екатеринбург.: 1985,-16с.

4.Вольский А. Н., Сергиевская Е. М. Теория металлургических процессов. Пирометаллургические процессы. Учеб. Пособие для студентов вузов по спец. «Металлургия цветных металлов». -М.: Металлургия, 1968.-344с.