Материал: Расчет рационального состава минерального сырья для металлургических предприятий

Расчет рационального состава минерального сырья для металлургических предприятий

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра металлургии цветных и благородных металлов

Допускаю к защите

Руководитель_________________

А.А. Васильев

Курсовая работа

по дисциплине «Металлургические технологии»

Расчет рационального состава минерального сырья для металлургических предприятий

Выполнил студент группы_МЦБ-12-1

К.А. Якупов

Шифр Подпись И.О.Фамилия

Иркутск 2013 г.

Содержание

Введение

. Теоретическая часть

.1 Производство меди из окисленных руд методом кучного выщелачивания

. Расчетная часть

.1 Исходные данные

.2 Расчеты

.3 Результаты расчетов

Заключение

Список использованной литературы

Введение

За последние десятилетия произошло значительное истощение запасов богатых руд, особенно в промышленно развитых районах. В этой связи возникла необходимость поиска и внедрения новых способов производства металлов из нетрадиционных источников сырья. К таким источникам следует отнести окисленные, бедные сульфидные и богатые труднообогатимые руды цветных металлов. Отвалы забалансовых и некондиционных руд, а также «обработанные» месторождения являются долговременным источником загрязнения окружающей среды за счет самопроизвольного выщелачивания из них меди, цинка, свинца, мышьяка и других металлов. Наиболее рациональным способом избавления от пагубного влияния таких объектов на окружающую среду является интенсифицирование естественного процесса выщелачивания путем организации кучного и подземного выщелачивания (КВ и ПВ).

Таким образом, выщелачивание призвано решить одновременно две задачи: расширить сырьевую базу производства металлов и улучшить экологию данных районов.

Цель данной курсовой работы - рассчитать рациональный состав окисленной медной руды.

Для достижения этой цели нам необходимо решить следующие задачи

1.      Описать технологию переработки окисленной медной руды

.        Решить задачу, рассчитав рациональный состав данного минерального продукта

1. Теоретическая часть

1.1 Производство меди из окисленных руд методом кучного выщелачивания

медь окисленный руда выщелачивание

Кучное выщелачивание - это способ переработки химическим или бактериальным выщелачиванием попутно добытых забалансовых и бедных балансовых крупнокусковатых руд, заскладированных в отвалах, извлечение из которых полезных компонентов обычными обогатительными или гидрометаллургическими методами (выщелачивание в пачуках, автоклавах и других аппаратов) нерентабельно.

Кучное выщелачивание оксидных медных руд в настоящее время является твердоустановившимся низкозатратным способом извлечения меди. Данным способом добывается около 20% от мирового производства меди. КВ меди наиболее распространено в странах: Чили, США, Австралия, Перу.

Технология КВ меди из окисленных руд включает следующие стадии: дробление, укладка руды на гидроизолированное основание, выщелачивание, экстракция меди из продуктивного раствора (ПР), реэкстракция меди, электролиз меди из реэкстракта и утилизация хвостов.

Дробление руды перед КВ проводят с целью повышения технико-экономических показателей переработки руд. В ряде случаев введение данной операции приводит к увеличению извлечения металла в 1,5-2 раза.

Дробление руды перед КВ осуществляют с крупности от 1000-300 до 50-7 мм ( начальная крупность зависит от условий добычи руды, а конечная - от вещественного состава сырья). Операцию чаще всего осуществляют в стандартных щековых и конусных дробилках. При наличии в дробленом продукте большого количества глинистой составляющей, которая оказывает негативное влияние на фильтрационные свойства, руду перед укладкой в штабель подвергают окомкованию с добавкой серной кислоты. Добавка серной кислоты на стадии окомкования позволяет сократить продолжительность выщелачивания.

Перед тем, как проводить кучное выщелачивание меди проводятся подготовительные работы на площадке. Снимается верхний продольный слой земли и складируются в отдельном месте. Эту землю впоследствии используют при проведении рекультивации. Ровную площадку засыпают глиной и трамбуют для получения водонепроницаемого слоя. Дополнительно укладывают пленку или бетонируют. Наклон площадки осуществляется в сторону приемника растворов, как правило, это большие изолированные от земли пруды-отстойники. В качестве гидроизоляции чаще всего используют более дешевую пленку, создание противофильтрационного экрана из нее позволяет надежно защитить почву, поверхностные и грунтовые воды от заражения растворами, а также предотвращает просачивание раствора, обогащаемого металлом.

Подготовленная по крупности руда укладывается на гидроизоляционное основание в штабель. Для создания приемлемых гидрофизических свойств материала при увеличении содержания в руде глинистой составляющей производят снижение высоты штабеля КВ. Известны случаи, когда высота штабеля при переработке медных руд не превышает 0,5 м. Обычно высота штабеля КВ меди составляет от 2 до 8 м. В связи с относительно низкой высотой штабеля и высокой производительностью предприятий, для укладки штабеля зачастую применяют передвижные контейнеры и конвейеры-штабелеукладчики. Рудный штабель должен отвечать нескольким требованиям: быть проницаемым для выщелачивающего раствора, иметь достаточную физическую прочность, не иметь «мертвых» зон.

Уложенную в штабель руду выщелачивают раствором серной кислоты. Орошение штабеля раствором кислоты осуществляется с помощью эмиттерной системы. В процессе просачивания растворов через рудный штабель происходит растворение медных минералов. Дренирующие со штабеля медьсодержащие растворы собирают с помощью системы трубопроводов и каналов в прудок-отстойник. В прудке происходит отстаивание твердых частиц, присутствующих в растворах. Из прудков осветленные растворы направляют на извлечение меди.

Продуктивные растворы КВ зачастую являются относительно бедными по меди ( до 5 г/л) и содержат большое количество металлов примесей ( железа, магния и др. ( до 40-50 г/л)). В связи с этим, данные растворы в большинстве случаев непригодны для непосредственного извлечения меди. Для создания приемлемых условий для извлечения меди проводят концентрирование меди путем жидкостной экстракции. Экстракцию меди проводят в различной аппаратуре, самой распространенной из которой является система смеситель-отстойник. В зависимости от химического состава растворов и содержания меди операцию экстракции проводят в одну или несколько стадий. В случае проведения экстракции меди в несколько стадий организуют противоток водной и органической фаз. В результате экстракции медь на 85-95% переходит в органическую фазу, а основная часть примесей остается в водном растворе. Обезметалленные водные растворы после экстракции подкрепляют по серной кислоте и возвращают на выщелачивание. Насыщенную по меди органическую фазу направляют на стадию реэкстракции, которую проводят растворами после электролиза меди, подкисленными до содержания серной кислоты на уровне 180-190 г/л. В ряде случаев, при наличии значительного количества примесей в продуктивных растворах, перед стадией реэкстракции проводят операцию промывки органической фазы кислым медьсодержащим раствором. В результате промывки происходит дополнительная очистка органической фазы от металлов примесей. Полученный в результате реэкстракции водный раствор содержит от 40 до 48 г/л меди. Суммарное содержание металлов примесей в данном растворе не превышает 1-3 г/л. Обезметалленная органическая фаза со стадии реэкстракции возвращается на экстракцию меди из продуктивных растворов КВ.

Товарный реэкстракт смешивается с оборотными растворами отделения электролиза. Полученный раствор с содержанием меди 35-40 г/л направляется на электролитическое извлечение меди. Для электролиза применяют аноды из сплавов свинца и катоды из нержавеющей стали. В результате процесса электролиза медь осаждается из раствора на поверхности катодных матриц. После достижения требуемой толщины слоя катодной меди, катоды вынимают из электролизера и листы меди отделяют от остальных матриц на специальных сдирочных аппаратах. Листы катодной меди являются товарной продукцией предприятий.

Отработанный штабель после КВ подвергается утилизации. В случае если руда содержит малое количество глинистой составляющей, то отработанный штабель оставляют на действующей площадке, а поверх него формируют новый рудный штабель для КВ. В противном случае осуществляют выемку руды и ее транспортировку в отвал.

Несмотря на богатый мировой опыт кучного выщелачивания меди из окисленных руд в нашей стране существует только одно предприятие по добычи меди из окисленных руд - ОАО «Уралгидромедь» расположено г. Полевской Свердловской области, которое занимается подземным выщелачиванием металла.

Учитывая, что большинство действующих предприятий кучного выщелачивания меди находятся в зонах с теплым климатом, реализация данного процесса в нашей стране, в виду климатических особенностей, требует разработки специальных технических решений.

Основной особенностью кучного выщелачивания в России является проведение процесса в условиях отрицательных температур. При реализации кучного выщелачивания меди в холодном климате рекомендуется предусматривать специальные мероприятия, хорошо зарекомендовавшие себя при кучном выщелачивании золота.

Другой немаловажной особенностью является наличие на большинстве территорий положительного водного баланса между атмосферными осадками и величиной испарения воды. В странах с засушливым климатом, обработанную руду после кучного выщелачивания вывозят в отвал, где происходит ее естественное высыхание и исключается попадание в окружающую среду. При реализации кучного выщелачивания меди в России необходимо предусматривать мероприятия по нейтрализации оставшейся в обработанном штабеле серной кислоты. Кроме этого, в процессе кучного выщелачивания за счет выпадения атмосферных осадков может возникнуть избыток оборотных растворов, который также должен подвергаться нейтрализации перед складированием в хвостохранилище.

2. Расчетная часть

2.1 Исходные данные

Рассчитать рациональный состав минерального продукта.

Минералы присутствующие в сырье: ZnS (сфалерит); CuCO3Cu(OH)2(малахит); CuS(ковеллин); Cu5FeS4 (борнит); FeS2 (пирит); FeAsS(арсенопирит); SiO2(кварц);KAl2[AlSi3O10][OH]2(мусковит); CaCO3 (кальцит); Al4[Si4O10][OH]8(каолинит); Na[AlSi3O8] (альбит); Fe2O3H2O(гетит); Fe2O3 (гематит).

Таблица 1

Химический состав минерального сырья

Дополнительные данные для расчета: Соотношение минералов Малахит : Борнит : Ковеллин составляет соответственно 65 : 15 : 20; соотношение минералов Гетит : Гематит = 80 : 20

2.2 Расчеты

Для того, чтобы рассчитать рациональный состав минерального продукта, необходимо рассчитать рациональный состав каждого минерала, входящего в данный продукт.

. Рассчитаем рациональный состав малахита, борнита и ковеллина

Таблица 2

Рассчитаем содержание Сu в каждом минерале. Для этого рассчитаем молярную массу минералов и составим пропорцию, приняв содержание CuCO3Cu(OH)2, Cu5FeS4и CuSза 100%, а содержаниеСuза Х.

 г/моль

,115 - 100%

,092 - Х

501,841 - 100%

317,73 - X

95,612 - 100%

,546 - Х

Определим среднее содержание меди

Определим распределение меди между минералами

Малахит:

Борнит:

Ковеллин:

Рассчитаем рациональный состав минералов

Таблица 3

Состав CuCO3Cu(OH)2: