Выбор сырьевых материалов на основе их свойств , их расчет.

Практическая работа №1.

Изучение физических и химических свойств цветных металлов

1. Температура плавления меди – 1084,5 °С.

2. Температура плавления никеля – 1455 °С.

3. Температура плавления свинца – 327,4 °С;

Температура плавления цинка – 419,5 °С.

4. Температура кипения меди – 2540 °С;

Температура кипения никеля – 2900 °С.

5. Плотность меди при температуре 20 °С – 8940 кг/м³;

Плотность свинца при температуре 20 °С – 11340 кг/м³.

6. Плотность свинца при температуре плавления – 10680 кг/м³;

Плотность никеля при температуре плавления – 7900 кг/м³.

7. Удельное электросопротивление меди при18 ⁰С – 1.78 Ом*м;

Удельное электросопротивление свинца при18 ⁰С – 20.8 Ом*м.

8. Основными потребителями меди и ее соединений являются:

1) электротехника иэлектроника (провода, кабели, обмотки электродвигателей,

токоподводящие шины, детали радиоэлектронных приборов, фольга для печатных схем и др.);

2) машиностроение (теплообменники, опреснительные установки и др.);

3) транспорт (детали и узлы железнодорожных вагонов, автомобилей, самолетов, морских и речных судов, тракторов и т.д.);

4) строительные материалы (кровельные листы, детали декоративных архитектурных украшений);

5) химическая промышленность (производство солей, красок, катализаторов);

6). изделия и приборы бытового назначения (детали часов, посуда, скобяные изделия, детали холодильников, стиральных машин и бытовых электроприборов, декоративные изделия и украшения и др.);

7) сельское хозяйство (ядохимикаты — медный купорос).

      Соотношение между количествами потребляемой меди отдельными областями техники зависит от уровня социально-экономического развития отдельных стран. В промышленно развитых странах до 4 5 . . . 55 % общего производства меди расходуется на нужды электротехники и электроники. Наиболее крупными производителями меди являются США, Япония, Чили, Замбия, Бельгия, ФРГ и Канада. Основными потребителями меди до сего времени остаются промышленно развитые страны. Однако в последние годы все в большей степени проявляется тенденция увеличения доли потребляемой меди в развивающихся странах.

9. С серой медь образует два сульфида: сернистую (CuS)  и полусернистую (Cu₂S) медь.

10. Сернистая медь при температурах выше 400- 450 0С разлагается на полусернистую медь и элементарную серу:

4CuS → 2Cu₂S + S₂.

11. При температурах красного каления медь окисляется, образуя CuO. 

12. 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 (CuC0₃-Cu(0H)₂), являющегося ядовитым веществом.

Практическая работа №2.

Выбор сырьевых материалов на основе их свойств , их расчет.

1. Цветные металлы условно делят на пять групп:

1) Основные тяжелые металлы: медь, никель, свинец, цинк и олово. Эти металлы являются наиболее важными среди цветных металлов по своему значению и объему производства.

2) Малые тяжелые металлы: висмут, мышьяк, сурьма, кадмий, ртуть и кобальт. Они являются природными спутниками основных тяжелых металлов. Обычно их получают попутно, но производят в значительно меньших количествах.

3) Легкие металлы: алюминий, магний, титан, натрий, калий, барий, кальций, стронций. Металлы этой группы имеют самую низкую плотность (удельную массу) по сравнению с другими металлами.

4) Благородные металлы: золото, серебро, платина и платиноиды (палладий, родий, рутений, осмий и иридий). Эти металлы обладают высокой стойкостью к воздействию окружающей среды и агрессивных сред.

5) Редкие металлы подразделяются на следующие подгруппы:

а) тугоплавкие металлы; вольфрам, молибден, тантал, ниобий, цирконий и ванадий;

б) легкие редкие металлы: литий, бериллий, рубидий и цезий;

в) рассеянные металлы: галлий, индий, таллий, германий, гафний, рений, селен и теллур;

г) редкоземельные металлы; скандий, иттрий, лантан и лантаноиды;

д) радиоактивные металлы: радий, уран, торий, актиний и трансурановые элеме

2.  По виду присутствующих металлсодержащих минералов руды цветных металлов делят на следующие основные группы:

1) сульфидные, содержащие металлы в форме соединений с серой – сульфидов. К таким рудам в основном относятся медные, медно-цинковые, медно-молибденовые, медно-никелевые и свинцово-цинковые (полиметаллические) руды;

2) окисленные, в которых металлы содержатся в форме различных кислород­содержащих соединений: оксидов, карбонатов, гидроксидов и т.д. Примером таких руд служат алюминиевые, окисленные никелевые, оловянные, некоторые разновидности медных руд;

3) самородные, содержащие металлы в свободном (металлическом) состоянии. В самородном состоянии в природе встречаются золото, серебро, медь, платина, висмут и ртуть;

4) сделанные, в которых металлы могут одновременно присутствовать в сульфидной и окисленной формах, а иногда и в самородном состоянии (медные руды);

5) хлоридные, содержащие металлы в форме солей хлористоводородной кислоты. Из таких руд, в частности, извлекают магний, а также ряд других легких и редких металлов.

3. Наиболее распространенный металл в земной коре – алюминий, 8,05%.

4. К вторичному сырью относят отходы металлообрабатывающей промышленности, бракованные и отслужившие свой срок металлические детали и изделия, различный металлический лом, бытовой утиль и т.д.

5. Наиболее материалоемкими подотраслями цветной металлургии являются твердо­сплавная (~ 80 % от общих затрат), медная (~ 70 %) и свинцово-цинковая (~ 64 %).

6. Наиболее энергоемкая подотрасль цветной металлургии — алюминиевая (~ 40 %).

7. Общие требования к качеству металлургических шихт сводятся к следующему:

1) постоянство химического состава;

2) однородность по химическому, минералогическому и гранулометрическому составам;

3) оптимальная крупность компонентов шихты;

4) оптимальная влажность.

8. Источниками получения меди являются руды, продукты их обогащения концентраты и вторичное сырье.

9. Наибольшее промышленное значение для производства меди имеет небольшая группа минералов, содержащих медь в количестве, %:

Халькопирит CuFeS₃– 34,5

Ковеллин CuS – 66,4

Халькозин Cu₂S  – 79,8

Борнит Cu₅FeS₄ – 63,3

Малахит СиСО_3· Си(ОН)₂ – 57,4

АзуритCuC0₃-2Cu(0H)a₃ – 55,1

КупритCuO – 88,8

ХризоколлаCuSi0₃-2H₂0 – 36,2

Самородная медь Си, Au, Ag, Fe, Bi и др. – до 100 %.

10. В цветной металлургии степень (доля) удаления серы в технологических процессах называется степенью десульфуризации.

Химический состав руды:

В руде присутствуют минералы: халькопирит (CuFeS₂), пирит (FeS₂), сфалерит (ZnS), кварц (SiO₂) и известняк (CaCO₃).

Расчет фазового состава, как и другие металлургические расчеты, удобно вести на 100 единиц массы исходного материала (100 г, 100 кг, или 100 т). Следует отметить, что все расчеты проводят обычно по законам стехиометрии, т.е. по химическим формулам и уравнениям химических реакций.

В данном случае расчет можно начинать с любого материала, кроме пирита, так как железо содержится в двух материалах, а его распределение между ними пока неизвестно. Начнем расчет с определения количеств халькопирита и содержащихся в нем элементов. Количество халькопирита и содержащихся в нем элементов.

Количество халькопирита определяем по атомным и молекулярным массам компонентов, входящих в состав данного минерала: 63,6Cu входит в 183,4 CuFeS₂, тогда 3,6 кг Cu в руде входят в x кг CuFeS₂:

x=(183,4∙3,6)/63,6=10,38 кг.

В 10,38 кг халькопирита содержится железа и серы:

(55,8∙10,38)/183,4=3,16 кг;

(64∙10,38)/183,4=3,62 кг.

Определяем количество железа, связанного в пирите:

34–3,16=30,84 кг.

Количество серы в пирите:

(30,84∙64)/55,8=35,37 кг.

Количество пирита:

30,84+35,37=66,21 кг.

Количество серы в сфалерите определяем по разности между исходным содержанием в руде и ее суммарным содержанием в халькопирите и пирите:

47,8–(35,37+3,62)=8,81 кг.

Для проверки правильности заданных исходных данных определяем потребное количество серы, теоретически необходимое для связывания присутствующего в руде цинка в сфалерите:

(32∙4,1)/65,4=2,01 кг.

Теоретическое содержание серы отличается от рассчитанного на 6,8 кг, что составляет 6,8 % от 100 кг исходной руды. Отклонение можно объяснить ошибками исходного химического анализа. Шлакообразующие оксиды при расчете фазового состава обычно на элементы не разлагают. Тогда количество кремнезема в 100 кг руды будет численно равно его процентному содержанию по химическому анализу, т.е. составит 6 кг.

В заключение расчета нужно определить количество известняка и оксида углерода (CO₂) в нем.

Количество CO₂ в CaCO₃ равно:

(44,2)∙2,5/56=1,97 кг.

а количество CaCO₃:

2+1,97=3,97 кг.

Количество остальных составляющих руды (прочих), не определяемых при химическом анализе, находим по разности

2–1,97=0,03 кг.

Результаты представлены в таблице.

Фазовый состав медной руды

Практическая работа №3.

Технологические схемы металлургических процессов

Практическая работа №4.