Среда, Март 16 2011 20: 59

Выплавка и рафинирование меди, свинца и цинка

Оценить этот пункт
(6 голосов)

Адаптировано из EPA 1995.

Медь

Медь добывается как открытыми, так и подземными рудниками, в зависимости от качества руды и характера рудного месторождения. Медная руда обычно содержит менее 1% меди в виде сульфидных минералов. Как только руда доставляется над землей, она дробится и измельчается до порошкообразного состояния, а затем концентрируется для дальнейшей переработки. В процессе обогащения измельченная руда смешивается с водой, добавляются химические реагенты и пульпа продувается воздухом. Пузырьки воздуха прикрепляются к медным минералам и затем снимаются с верхней части флотационных камер. Концентрат содержит от 20 до 30% меди. Хвосты, или пустая порода, из руды падают на дно ячеек и удаляются, обезвоживаются сгустителями и транспортируются в виде шлама в хвостохранилище для утилизации. Вся вода, используемая в этой операции, из обезвоживающих сгустителей и хвостохранилища, извлекается и повторно используется в процессе.

Медь может быть получена пирометаллургическим или гидрометаллургическим способом в зависимости от типа руды, используемой в качестве шихты. Концентраты руды, которые содержат минералы сульфида меди и сульфида железа, обрабатываются пирометаллургическими процессами для получения продуктов из меди высокой чистоты. Оксидные руды, которые содержат минералы оксида меди, которые могут встречаться в других частях рудника, вместе с другими окисленными отходами обрабатываются гидрометаллургическими процессами для получения продуктов из меди высокой чистоты.

Превращение меди из руды в металл осуществляется плавлением. Во время плавки концентраты сушат и подают в одну из печей нескольких типов. Там сульфидные минералы частично окисляются и плавятся, образуя слой штейна, смешанный медно-железный сульфид и шлак, верхний слой отходов.

Штейн далее обрабатывается конвертированием. Шлак выпускается из печи и складируется или выбрасывается в шлаковые отвалы на месте. Небольшое количество шлака продается для железнодорожного балласта и для пескоструйной обработки. Третьим продуктом плавильного процесса является диоксид серы, газ, который собирают, очищают и превращают в серную кислоту для продажи или использования в операциях гидрометаллургического выщелачивания.

После плавки медный штейн подается в конвертер. В ходе этого процесса медный штейн заливают в горизонтальный цилиндрический сосуд (примерно 10ґ4 м), снабженный рядом труб. Трубки, известные как фурмы, выступают в цилиндр и используются для подачи воздуха в конвертер. Известь и диоксид кремния добавляют к медному штейну для реакции с оксидом железа, образующимся в процессе, с образованием шлака. Медный лом также может быть добавлен в конвертер. Печь вращается так, что фурмы погружаются в воду, и в расплавленный штейн вдувается воздух, вызывая реакцию остатка сульфида железа с кислородом с образованием оксида железа и диоксида серы. Затем конвертер вращают, чтобы слить железосиликатный шлак.

Как только все железо удалено, конвертер поворачивают назад и подвергают второй продувке воздухом, во время которой остаток серы окисляется и удаляется из сульфида меди. Затем конвертер вращается, чтобы слить расплавленную медь, которая в этот момент называется черновой медью (названа так потому, что если дать ей затвердеть в этот момент, она будет иметь неровную поверхность из-за присутствия газообразного кислорода и серы). Диоксид серы из конвертеров собирают и подают в систему газоочистки вместе с диоксидом из плавильной печи и превращают в серную кислоту. Из-за остаточного содержания меди шлак возвращается в плавильную печь.

Черновая медь, содержащая не менее 98.5% меди, очищается до меди высокой чистоты в два этапа. Первым этапом является огневое рафинирование, при котором расплавленную черновую медь заливают в цилиндрическую печь, внешне похожую на конвертер, где расплав сначала продувают воздухом, а затем природным газом или пропаном для удаления последних остатков серы и любых примесей. остаточный кислород из меди. Затем расплавленную медь заливают в литейный круг для получения анодов, достаточно чистых для электрорафинирования.

При электрорафинировании медные аноды загружают в электролитические ячейки и помещают между медными исходными листами или катодами в ванне с раствором сульфата меди. Когда через ячейку пропускают постоянный ток, медь растворяется с анода, переносится через электролит и повторно осаждается на исходных листах катода. Когда катоды нарастут до достаточной толщины, их удаляют из электролизера и на их место укладывают новый комплект исходных листов. Твердые примеси в анодах падают на дно электролизера в виде шлама, где они в конечном итоге собираются и обрабатываются для извлечения драгоценных металлов, таких как золото и серебро. Этот материал известен как анодный шлам.

Катоды, извлеченные из электролизера, являются первичным продуктом производителя меди и содержат 99.99% меди. Их можно продавать на проволочные заводы в качестве катодов или перерабатывать в продукт, называемый катанкой. При изготовлении стержня катоды плавятся в шахтной печи, и расплавленная медь выливается на литейное колесо, чтобы сформировать стержень, пригодный для прокатки в непрерывный стержень диаметром 3/8 дюйма. Этот стержневой продукт отправляется на проволочные заводы, где из него экструдируют медную проволоку различных размеров.

В гидрометаллургическом процессе окисленные руды и отходы выщелачиваются серной кислотой в процессе плавки. Выщелачивание проводят на месте, или в специально подготовленных кучах, распределяя кислоту сверху и позволяя ей просачиваться вниз через материал, в котором она собирается. Земля под площадками для выщелачивания покрыта кислотостойким, непроницаемым пластиковым материалом, чтобы предотвратить загрязнение грунтовых вод выщелачивающим раствором. После того, как растворы, богатые медью, собраны, они могут быть обработаны одним из двух процессов: процессом цементации или процессом экстракции/электровыделения растворителем (SXEW). В процессе цементации (который сегодня редко используется) медь в кислом растворе осаждается на поверхности железного лома в обмен на железо. После цементирования достаточного количества меди железо с высоким содержанием меди вместе с рудными концентратами направляется в плавильный цех для извлечения меди пирометаллургическим путем.

В процессе SXEW насыщенный выщелачивающий раствор (PLS) концентрируется путем экстракции растворителем, при котором извлекается медь, но не примесные металлы (железо и другие примеси). Затем насыщенный медью органический раствор отделяют от фильтрата в отстойнике. К богатой органической смеси добавляют серную кислоту, которая превращает медь в раствор электролита. Фильтрат, содержащий железо и другие примеси, возвращается на операцию выщелачивания, где его кислота используется для дальнейшего выщелачивания. Богатый медью раствор полосы пропускают в электролитическую ячейку, известную как электролизная ячейка. Ячейка электролиза отличается от ячейки электрорафинирования тем, что в ней используется постоянный нерастворимый анод. Медь в растворе затем наносится на исходный листовой катод почти так же, как на катод в электролизере. Обедненный медью электролит возвращается в процесс экстракции растворителем, где он используется для извлечения большего количества меди из органического раствора. Катоды, произведенные в процессе электролиза, затем продаются или превращаются в стержни таким же образом, как и катоды, произведенные в процессе электрорафинирования.

Ячейки для электролиза также используются для подготовки исходных листов как для процессов электрорафинирования, так и для процессов электролиза путем нанесения меди на катоды из нержавеющей стали или титана с последующим удалением покрытой меди.

Опасности и их предотвращение

Основными опасностями являются воздействие рудной пыли во время обработки руды и плавки, паров металлов (включая медь, свинец и мышьяк) во время плавки, диоксид серы и окись углерода во время большинства плавильных операций, шум от операций дробления и измельчения и от печей, тепловая нагрузка от печи и серная кислота и электрические опасности во время электролитических процессов.

Меры предосторожности включают: LEV для пыли во время операций по перемещению; местная вытяжная и приточно-вытяжная вентиляция для двуокиси серы и угарного газа; программа борьбы с шумом и защиты органов слуха; защитная одежда и щиты, перерывы для отдыха и жидкости для теплового стресса; и LEV, СИЗ и электрические меры предосторожности для электролитических процессов. Средства защиты органов дыхания обычно используются для защиты от пыли, паров и диоксида серы.

В таблице 1 перечислены загрязнители окружающей среды для различных стадий плавки и рафинирования меди.

Таблица 1. Входы технологических материалов и выбросы загрязняющих веществ при выплавке и рафинировании меди

Процесс

Вклад материала

Выбросы в атмосферу

Технологические отходы

Прочие отходы

Концентрация меди

Медная руда, вода, химреактивы, загустители

 

Сточные воды флотации

Хвосты, содержащие минеральные отходы, такие как известняк и кварц

Выщелачивание меди

Медный концентрат, серная кислота

 

Неконтролируемый фильтрат

Отходы кучного выщелачивания

Плавка меди

Медный концентрат, кремнеземистый флюс

Диоксид серы, твердые частицы, содержащие мышьяк, сурьму, кадмий, свинец, ртуть и цинк

 

Шлам/шлам продувки кислотной установки, шлак, содержащий сульфиды железа, кремнезем

Преобразование меди

Медный штейн, медный лом, кремнистый флюс

Диоксид серы, твердые частицы, содержащие мышьяк, сурьму, кадмий, свинец, ртуть и цинк

 

Шлам/шлам продувки кислотной установки, шлак, содержащий сульфиды железа, кремнезем

Электролитическое рафинирование меди

Черновая медь, серная кислота

   

Шламы, содержащие примеси, такие как золото, серебро, сурьма, мышьяк, висмут, железо, свинец, никель, селен, сера и цинк

 

Вести

Процесс производства первичного свинца состоит из четырех стадий: спекания, плавки, окалины и пирометаллургического рафинирования. Сначала сырье, состоящее в основном из свинцового концентрата в виде сульфида свинца, подают в агломашину. Могут быть добавлены другие сырьевые материалы, включая железо, кремнезем, известняковый флюс, кокс, соду, золу, пирит, цинк, щелочь и твердые частицы, собранные с устройств контроля загрязнения. В агломашине свинцовое сырье подвергается воздействию струй горячего воздуха, которые сжигают серу, образуя двуокись серы. Материал оксида свинца, полученный после этого процесса, содержит около 9% своего веса в углероде. Затем агломерат вместе с коксом, различными переработанными и очищающими материалами, известняком и другими флюсовыми агентами подают в доменную печь для восстановления, где углерод действует как топливо и плавит или плавит свинец. Расплавленный свинец стекает на дно печи, где образуются четыре слоя: «шпейс» (самый легкий материал, в основном мышьяк и сурьма); «штейн» (сульфид меди и другие сульфиды металлов); доменный шлак (преимущественно силикаты); и слиток свинца (98% свинца по весу). Затем все слои сливаются. Шпейс и штейн продаются медеплавильным заводам для извлечения меди и драгоценных металлов. Доменный шлак, содержащий цинк, железо, кремнезем и известь, хранится в буртах и ​​частично перерабатывается. Выбросы оксида серы образуются в доменных печах из-за небольших количеств остаточного сульфида свинца и сульфатов свинца в сырье для агломерации.

Необработанный слиток свинца из доменной печи обычно требует предварительной обработки в котлах перед рафинированием. Во время окалины слиток перемешивают в шлаковом котле и охлаждают чуть выше точки его замерзания (от 370 до 425°C). Окалина, состоящая из оксида свинца вместе с медью, сурьмой и другими элементами, всплывает наверх и затвердевает над расплавленным свинцом.

Окалина удаляется и подается в шлаковую печь для извлечения полезных металлов, не содержащих свинца. Для увеличения извлечения меди окаленный свинцовый слиток обрабатывают, добавляя серосодержащие материалы, цинк и/или алюминий, снижая содержание меди примерно до 0.01%.

На четвертом этапе слиток свинца рафинируют с использованием пирометаллургических методов для удаления всех оставшихся не свинцовых материалов, пригодных для продажи (например, золота, серебра, висмута, цинка и оксидов металлов, таких как сурьма, мышьяк, олово и оксид меди). Свинец очищается в чугунном котле в пять стадий. В первую очередь удаляются сурьма, олово и мышьяк. Затем добавляют цинк и из цинкового шлака удаляют золото и серебро. Далее свинец очищают вакуумным удалением (перегонкой) цинка. Рафинирование продолжается с добавлением кальция и магния. Эти два вещества соединяются с висмутом, образуя нерастворимое соединение, которое удаляют из котла. На последнем этапе к свинцу можно добавить едкий натр и/или нитраты, чтобы удалить любые оставшиеся следы металлических примесей. Очищенный свинец будет иметь чистоту от 99.90 до 99.99% и может быть смешан с другими металлами для образования сплавов или может быть непосредственно отлит в формы.

Опасности и их предотвращение

Основными опасностями являются воздействие рудной пыли во время обработки руды и плавки, пары металлов (включая свинец, мышьяк и сурьму) во время плавки, двуокись серы и окись углерода во время большинства плавильных операций, шум от операций измельчения и дробления и от печей, а также тепловой удар. из печей.

Меры предосторожности включают: LEV для пыли во время операций по перемещению; местная вытяжная и приточно-вытяжная вентиляция для двуокиси серы и угарного газа; программа борьбы с шумом и защиты органов слуха; и защитная одежда и щиты, перерывы для отдыха и жидкости для теплового стресса. Средства защиты органов дыхания обычно используются для защиты от пыли, паров и диоксида серы. Необходим биологический мониторинг свинца.

В таблице 2 перечислены загрязнители окружающей среды для различных этапов плавки и рафинирования свинца.

Таблица 2. Входы технологических материалов и выбросы загрязняющих веществ при выплавке и рафинировании свинца

Процесс

Вклад материала

Выбросы в атмосферу

Технологические отходы

Прочие отходы

Спекание свинца

Свинцовая руда, железо, кремнезем, известняковый флюс, кокс, сода, зола, пирит, цинк, каустик, мешочная пыль

Диоксид серы, твердые частицы, содержащие кадмий и свинец

   

Плавка свинца

Свинцовый агломерат, кокс

Диоксид серы, твердые частицы, содержащие кадмий и свинец

Сточные воды промывки завода, вода грануляции шлака

Шлак, содержащий примеси, такие как цинк, железо, кремнезем и известь, твердые частицы поверхностных водоемов

Свинцовый шлак

Слиток свинца, кальцинированная сода, сера, рукавная пыль, кокс

   

Шлак, содержащий такие примеси, как медь, поверхностные твердые включения

Очистка свинца

Свинцовый шлак

     

 

Цинк

Цинковый концентрат получают путем отделения руды, которая может содержать всего 2% цинка, от пустой породы путем дробления и флотации, что обычно выполняется на руднике. Затем цинковый концентрат восстанавливают до металлического цинка одним из двух способов: либо пирометаллургически путем дистилляции (ретортинг в печи), либо гидрометаллургически путем электролиза. На долю последнего приходится примерно 80% общего объема переработки цинка.

В гидрометаллургическом рафинировании цинка обычно используются четыре стадии обработки: прокаливание, выщелачивание, очистка и электролиз. Кальцинирование или обжиг — это высокотемпературный процесс (от 700 до 1000 °C), в ходе которого концентрат сульфида цинка превращается в нечистый оксид цинка, называемый кальцином. Типы обжарочных аппаратов включают многоподовые, подвесные или с псевдоожиженным слоем. Обычно прокаливание начинают с смешивания цинкосодержащих материалов с углем. Затем эту смесь нагревают или обжигают для испарения оксида цинка, который затем выводят из реакционной камеры вместе с образовавшимся газовым потоком. Поток газа направляется в зону рукавного фильтра (фильтра), где оксид цинка улавливается пылью рукавного фильтра.

Все процессы кальцинирования производят диоксид серы, который контролируется и превращается в серную кислоту в качестве товарного побочного продукта процесса.

Электролитическая переработка десульфурированного огарка состоит из трех основных стадий: выщелачивания, очистки и электролиза. Выщелачивание относится к растворению захваченного огарка в растворе серной кислоты с образованием раствора сульфата цинка. Огарок можно выщелачивать один или два раза. В методе двойного выщелачивания огарок растворяют в слегка кислом растворе для удаления сульфатов. Затем огарок повторно выщелачивают в более сильном растворе, который растворяет цинк. Этот второй этап выщелачивания фактически является началом третьего этапа очистки, потому что многие примеси железа выпадают из раствора вместе с цинком.

После выщелачивания раствор очищают в две или более стадий путем добавления цинковой пыли. Раствор очищается, поскольку пыль вынуждает вредные элементы осаждаться, чтобы их можно было отфильтровать. Очистку обычно проводят в больших резервуарах для перемешивания. Процесс протекает при температуре от 40 до 85°С и давлении от атмосферного до 2.4 атмосферы. Элементы, извлеченные во время очистки, включают медь в виде кека и кадмий в виде металла. После очистки раствор готов к заключительному этапу электролиза.

Электролиз цинка происходит в электролизере и включает прохождение электрического тока от анода из сплава свинца и серебра через водный раствор цинка. Этот процесс заряжает взвешенный цинк и заставляет его осаждаться на алюминиевом катоде, погруженном в раствор. Каждые 24–48 часов каждую ячейку выключают, оцинкованные катоды удаляют и промывают, а цинк механически удаляют с алюминиевых пластин. Затем цинковый концентрат плавится и отливается в слитки, и его чистота часто достигает 99.995%.

Электролитические плавильные печи цинка содержат до нескольких сотен ячеек. Часть электрической энергии преобразуется в тепло, что повышает температуру электролита. Электролизеры работают в диапазоне температур от 30 до 35°С при атмосферном давлении. При электролизе часть электролита проходит через градирни для снижения его температуры и испарения воды, собираемой в процессе.

Опасности и их предотвращение

Основными опасностями являются воздействие рудной пыли во время обработки руды и плавки, паров металлов (включая цинк и свинец) во время рафинирования и обжига, двуокиси серы и монооксида углерода во время большинства плавильных операций, шум от операций дробления и измельчения и от печей, тепловой удар от печи и серная кислота и электрические опасности во время электролитических процессов.

Меры предосторожности включают: LEV для пыли во время операций по перемещению; местная вытяжная и приточно-вытяжная вентиляция для двуокиси серы и угарного газа; программа борьбы с шумом и защиты органов слуха; защитная одежда и щиты, перерывы для отдыха и жидкости для теплового стресса; и LEV, СИЗ и электрические меры предосторожности для электролитических процессов. Средства защиты органов дыхания обычно используются для защиты от пыли, паров и диоксида серы.

В таблице 3 перечислены загрязнители окружающей среды для различных этапов плавки и рафинирования цинка.

Таблица 3. Входы технологических материалов и выбросы загрязняющих веществ при выплавке и рафинировании цинка

Процесс

Вклад материала

Выбросы в атмосферу

Технологические отходы

Прочие отходы

Прокаливание цинка

цинковая руда, кокс

Диоксид серы, твердые частицы, содержащие цинк и свинец

 

Шлам для продувки кислотного завода

Выщелачивание цинка

Цинковый огарок, серная кислота, известняк, отработанный электролит

 

Сточные воды, содержащие серную кислоту

 

Очистка цинка

Раствор цинковой кислоты, цинковая пыль

 

Сточные воды, содержащие серную кислоту, железо

Медный кек, кадмий

Цинк электролизом

Цинк в сернокислотном/водном растворе, аноды из сплава свинца и серебра, катоды из алюминия, карбонат бария или стронций, коллоидные добавки

 

Разбавленная серная кислота

Электролитические шламы/шламы

 

Назад

Читать 22672 раз Последнее изменение Среда, 10 августа 2011 г., 23:11

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ: МОТ не несет ответственности за контент, представленный на этом веб-портале, который представлен на каком-либо языке, кроме английского, который является языком, используемым для первоначального производства и рецензирования оригинального контента. Некоторые статистические данные не обновлялись с тех пор. выпуск 4-го издания Энциклопедии (1998 г.)».

Содержание:

Справочные материалы по металлообработке и металлообработке

Buonicore, AJ и WT Davis (ред.). 1992. Инженерное руководство по загрязнению воздуха. Нью-Йорк: Ван Ностранд Рейнхольд / Ассоциация управления воздухом и отходами.

Агентство по охране окружающей среды (EPA). 1995. Профиль отрасли цветных металлов. EPA/310-R-95-010. Вашингтон, округ Колумбия: EPA.

Международная ассоциация по изучению рака (IARC). 1984. Монографии по оценке канцерогенного риска для человека. Том. 34. Лион: МАИР.

Джонсон А., С.И. Мойра, Л. Маклин, Э. Аткинс, А. Дайбунико, Ф. Ченг и Д. Энарсон. 1985. Респираторные нарушения у рабочих черной металлургии. Brit J Ind Med 42: 94–100.

Кроненберг Р.С., Дж.К. Левин, Р.Ф. Додсон, Дж.Г.Н. Гарсия и Д.Э. Гриффит. 1991. Заболевание, связанное с асбестом, у работников сталелитейного завода и завода по производству стеклянных бутылок. Ann NY Acad Sci 643:397–403.

Ландриган, П.Дж., Черняк М.Г., Льюис Ф.А., Катлетт Л.Р. и Хорнунг Р.В. 1986. Силикоз в литейном цехе серого чугуна. Постоянство древней болезни. Scand J Work Environment Health 12:32–39.

Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH). 1996. Критерии рекомендуемого стандарта: Воздействие жидкостей для металлообработки на рабочем месте. Цинцинатти, Огайо: NIOSH.

Палета, Д. и Тейлор. 1995. Ртуть в экологических и биологических образцах из района добычи золота в районе Амазонки в Бразилии. Наука об окружающей среде 168:63-69.

Томас, PR и Д. Кларк. 1992 Вибрационный белый палец и контрактура Дюпюитрена: связаны ли они? Оккупай Мед 42 (3): 155–158.