Электролитическое рафинирование меди

метки: Электролитический, Рафинирование, Получение, Электрический, Металл, Минерал, Кислота, Масса

Медь совместно с никелем, свинцом, цинком и оловом образуют группу основных тяжелых цветных металлов. Медь служит человеку на протяжении почти всей истории развития человеческого общества. Значение меди для современного общества трудно переоценить.

В периодической системе элементов Д. И. Менделеева медь расположена в 1 группе 4-го периода, порядковый номер 29. Как элемент первой группы медь одновалентна. В этом состоянии она наиболее широко представлена в рудных минералах, штейнах, шлаках и других продуктах пирометаллургии. В продуктах их окисления в природе и в технологических процессах более устойчивым является двухвалентное состояние.

Медь – мягкий, вязкий и ковкий металл красного цвета. Она легко прокатывается в тонкие листы и вытягивается в проволоку. По электропроводности медь уступает только серебру.

В химическом отношении медь малоактивный металл, хотя она в определенных условиях может непосредственно соединяться с кислородом, серой, галогенами и другими элементами.

При обычной температуре сухой воздух и влага в отдельности не действуют на медь, но во влажном воздухе, содержащем СО₂ , медь окисляется и покрывается зеленой пленкой основного карбоната CuCO₃ ·Cu(OH)₂ .

В ряду напряжений медь более электроположительна, чем водород. Поэтому в растворах таких кислот, как серная и соляная, не растворяется в отсутствии окислителя. В кислотах-окислителях медь растворяется легко.

Цели курсовой работы: изучить и описать процесс электролитического рафинирования меди, рассмотреть пути его совершенствования, выбрать и обосновать технологические параметры процесса; рассчитать материальный и тепловой баланс процесса; рассчитать основное оборудование и его количество; расчитать напряжение на ванне; определить ведущую примесь. Производительность отделения электролитического рафинирования 350000 тонн катодной меди в год.

1 Общие сведения о металле

1.1 Нахождение в природе

Медь – наиболее ценный и один из самых распространенных цветных металлов. Благодаря своим свойствам, среди которых пластичность, коррозионная стойкость, электропроводность, высокие эстетические свойства и относительно невысокая стоимость производства и извлечения меди, позволяет применять ее в различных отраслях промышленности, начиная от медицины и заканчивая электроникой.

Рафинирование золота. рафинирование золота

... На аффинаж поступают черновые металлы в слитках, концентраты гравитационного передела, осадки цианистого процесса, шламы электролитического рафинирования меди и никеля, шлифовое золото после ... меди и золота. Поэтому при большом содержании меди в анодах (свыше 2 %) необходимо менять электролит. Допустимое содержание меди в электролите составляет 90 г/л. Еще более электроотрицателен свинец. Растворяясь ...

Содержание меди в земной коре (4,7^. 5,5)^. 10^-3 % по массе. Для меди характерны месторождения гидротермального происхождения. В морской воде содержание меди 3^. 10^-7 % по массе, в речной —1^. 10^-7 %; ионы меди, поступающие в бассейны морей и океанов, сорбируются донными отложениями, поэтому содержание меди в них достигает 5,7^. 10^-3 %. Ионы меди участвуют во многих физиологических процессах, среднее содержание меди в живых организмах 2^. 10^-4 % по массе, в крови человека около 0,001мг/л [6].

В земной коре медь встречается в основном в виде соединений с S (св. 90% мировых запасов и добычи медь) и в виде кислородсодержащих соединений. Известно более 250 медных минералов. Большинство из них встречается редко. Наибольшее промышленное значение для производства меди имеет небольшая группа минералов.

Таблица 1.1 Минералы меди и её содержание в минерале

Источниками получения меди являются руды, продукты их обогащения – концентраты – и вторичное сырьё. На долю вторичного сырья в настоящее время приходится ~ 40 % от общего выпуска меди.[1, 2]

Медные руды практически полностью относятся к полиметаллическим. Монометаллических руд меди практически нет. Возможными природными спутниками меди, как и других тяжёлых цветных металлов, являются большинство элементов 4-6-го длинных периодов Периодической системы Д. И. Менделеева.

Ценными спутниками меди в рудном сырье являются примерно 30 элементов. Важнейшие из них: цинк, свинец, никель, кобальт, золото, серебро, платиновые металлы, сера, селен, теллур, кадмий, германий, рений, индий, талий, молибден, железо.

Одновременное присутствие в медных рудах всех указанных элементов не является обязательным, но все они в различных комбинациях могут встречаться в тех или иных типах руд.

В медном производстве используются все типы руд: сульфидные (сплошные и вкрапленные), окисленные, смешанные и самородные. Однако основным медным сырьём являются сульфидные вкрапленники, запасы которых в недрах являются наибольшими. Из сульфидных руд в настоящее время выплавляют 85-90 % всей первичной меди.

В современной практике обычно разрабатывают руды с содержанием меди 0,8-1,5 %, а иногда и выше. Однако для крупных месторождений вкрапленных руд минимальное содержание меди, пригодное для разработки в современных условиях, составляет 0,4-0,5 %.[2]

Наряду с медными минералами в рудах находятся в больших или меньших количествах сульфиды других тяжелых цветных металлов (цинка, свинца, никеля) и железа. Железо может присутствовать как в форме самостоятельных, так и в виде комплексных сульфидов типа халькопирита и борнита. Основными природными сульфидами железа являются пирит FeS₂ и пирротин Fe₇ S₈ (Fe_1-x S).

Выпускной работы: Разработать технологию рудоподготовки свинцово-цинковой ...

... Глава I. ХАРАКТЕРИСТИКА СВИНЦОВО-ЦИНКОВОЙ РУДЫ И МЕТОДОВ ЕЕ ПЕРЕРАБОТКИ 1.1. Характеристика руды Свинец – элемент ... процессов добычи и обогащения руд, металлургической переработки руд и концентратов; 3. обеспечение более ... Плотность цинка 7,1г/см3[15]. Среднее содержание цинка в земной коре составляет ... связи и других отраслях народного хозяйства. Медь, молибден, свинец, цинк, вольфрам применяются ...

Ценность медных руд значительно повышается из-за наличия в них благородных металлов и ряда редких и рассеянных элементов: селена, теллура, рения, висмута и др.

Халькопирит, ковеллин, борнит и пирит относятся к высшим сульфидам. Они содержат избыток серы сверх стехиометрического содержания, соответствующего валентным отношениям. При нагреве высшие сульфиды диссоциируют с образованием низших сульфидов и выделением паров элементарной серы.[7]

Кроме рудных минералов в медных рудах содержится пустая порода в виде кремнезёма, глинозёма, кальцита, различных силикатов и др. В практике медного производства встречаются кислые руды, в пустой породе которых преобладает кремнезём SiO₂ и основные руды со значительными количествами известняка и других минералов.

Вследствие низкого содержания меди и комплексного характера руд в большинстве случаев непосредственная металлургическая переработка невыгодна, поэтому они предварительно подвергаются флотационному обогащению.

При обогащении медных руд основным продуктом являются медные концентраты, содержащие до 55 % Cu (чаще 10-30 %).

Извлечение меди к концентраты при флотации колеблется от 80 до 95 %. Кроме медных, при обогащении руд получают пиритные концентраты и иногда концентраты ряда других цветных металлов (цинковый, молибденовый и др.).

Отходами обогащения являются отвальные хвосты. Флотационные концентраты представляют собой тонкие порошки с частицами крупностью 89-95 % -74 мкм с влажностью 8-10 %.

1.2 Физические свойства меди

Медь — пластичный метелл золотисто-розового цвета, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра).

Имеет два стабильных изотопа — ⁶³ Cu и ⁶⁵ Cu, и несколько радиоактивных изотопов. Самый долгоживущий из них, ⁶⁴ Cu, имеет период полураспада 12,7 ч и два варианта распада с различными продуктами.

Металл имеет гранецентрированную кубическую решетку с параметром, а = 3,6074 Å; плотность 8,96 г/см³ (20 °С).

Атомный радиус 1,28 Å; ионные радиусы Cu⁺ 0,98 Å; Сu² + 0,80 Å; t_пл 1083 °С; t_кип 2600 °С; удельная теплоемкость (при 20 °С) 385,48 дж/(кг·К), т.е. 0,092 кал/(г·°С).

Наиболее важные и широко используемые свойства Меди: высокая теплопроводность — при 20 °С 394,279 вт/(м·К.), то есть 0,941 кал/(см·сек·°С); малое электрическое сопротивление — при 20 °С 1,68·10^-8 ом·м. Термический коэффициент линейного расширения 17,0·10^-6 . Давление паров над медью ничтожно, давление 133,322 н/м² (т.е. 1 мм рт.ст.) достигается лишь при 1628 °С. Медь диамагнитна; атомная магнитная восприимчивость 5,27·10^-6 . Твердость Меди по Бринеллю 350 Мн/м² (т. е. 35 кгс/мм² ); предел прочности при растяжении 220 Мн/м² (т. е. 22 кгс/мм² ); относительное удлинение 60%, модуль упругости 132·10³ Мн/м² (т.е. 13,2·10³ кгс/мм² ).

Производство меди и медные сплавы

... значение имеют аммиачные комплексные соединения Меди, к примеру: [Сu (NH3)4] SO4, [Сu (NH3)2] SO4. Медные руды, месторождение. Медь образуется в природе, как в соединениях, так и в самородном виде. ... меди в чистой руде составляет около 0,3 до 1,0 %. Глава II. Производство меди и медные сплавы. 1. Металлургические заводы по производству меди. Небольшая история развития медной металлургии. Медь ...

Путем наклепа предел прочности может быть повышен до 400-450 Мн/м² , при этом удлинение уменьшается до 2% , а электропроводность уменьшается на 1-3.

1.3 Химические свойства меди

Медь относится к малоактивным металлам. Стандартный электродный потенциал меди равен +0,34 В, что определяет ее место в ряду стандартных электродных потенциалов: оно находится правее водорода. При обычных условиях она не взаимодействует с водой, растворами щелочей, соляной и разбавленной серной кислотой. Однако, в кислотах-сильных окислителях (например, азотной и концентрированной серной)-медь растворяется:

Как малоактивный металл медь обладает достаточно высокой стойкостью к коррозии, влажной атмосфере, содержащей углекислый газ, медь покрывается зеленоватым налетом карбоната меди:

2 Сu + O₂ + СO₂ + Н₂ O =Сu (ОН)₂

• СuСO₂ (1.2.4)

В большинстве известных соединений медь проявляет степень окисления + 2. Соединения меди (II)-оксид СuО и гидроксид Си(ОН)₂ -довольно устойчивы. Этот гидроксид амфотерен,хорошо растворяется в кислотах:

Cu(OH) ₂ + 2НС1 = СuСl₂ + 2Н₂ O (1.2.5)

и в концентрированных щелочах.

Гидроксид меди (II)-труднорасворимое в воде вещество голубого цвета. При нагревании разлагается,образуя оксид меди (II) черного цвета:

Сu(ОН) ₂ =СuО + Н₂ O (1.2.6)

Темный цвет окисленных медных изделий обусловлен наличием на их поверхности этого оксида. Для ионов меди (II) Сu2+ характерно образование комплексных соединений, например K2[Cu(CN)4]-тетрацианокупрат (II) калия:

CuCl ₂ + 4KCN = К₂ [Cu(CN)₄ ] + 2КСl (1.2.7)

Из других комплексных соединений меди (II) отметим соединение с аммиаком. Если к раствору хлорида меди (II) прилить небольшое количество раствора аммиака, то выпадет осадок гидроксида меди (II):

CuCl₂ + 2NH₃ + 2Н₂ O = Сu(ОН)₂ + 2NH₄ Cl (1.2.8)

Если добавить избыток аммиака, то гидроксид растворится с образованием комплексного соединения темно-синей окраски, характерной для аммиачного комплекса меди:

Сu(ОН)₂ + 4NH₃ = [Cu(NH₃ )₄ ] (ОН)₂ (1.2.9)

Эта реакция является качественной на ион меди (II)., Растворимость гидроксида меди (II) в щелочах также связана с образованием комплексных соединений:

Cu(OH) ₂ + 2NaOH = Na₂ [Cu(OH)₄ ] (1.2.10)

Образованием комплексных соединений объясняется цвет растворов солей меди (II).

Почему, например, безводный сульфат меди (II)-вещество белого цвета, а раствор этой соли имеет голубую окраску? При растворении происходит химическое взаимодействие ионов соли с водой, и образуются так называемые аквакомплексы меди, имеющие голубую окраску: