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

Al2O3iO2K2ONa2OCaOCO2FeAsCuZnS18,162,81,242,290,42н.д.3,380,130,510,140,41

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

ПродуктСоотношение минералов, %Содержание Cu в минерале, %Распределение Cu между минералами, %CuCO3Cu(OH)26561,9663,9Cu5FeS41563,3115,06CuS2066,4621,08

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

МинералCuCOHFeSИтогоCuCO3Cu(OH)20,330,030,20,005--0,565Cu5FeS40,077---0,0140,0310,122CuS0,1----0,050,15Итого0,510,030,20,0050,0140,081

Состав CuCO3Cu(OH)2:

Рассчитаем содержание углерода, обозначив его за Х

63,546 - 0,33

,011 - X

Аналогично рассчитаем содержание остальных элементов

,092 - 0,33

15,999 - X

127,092 - 0,33

1,008 - X

Состав Cu5FeS4:

,73 - 0,077

,847 - X

,73 - 0,077

32,066 - X

Состав CuS

,546 - 0,1

,066 - X

1.Рассчитаем рациональный состав арсенопирита

Таблица 4

МинералFeAsSFeAsS0,10,130,056

Т.к. мышьяк содержится только данном минерале, то = 0,13

Рассчитаем содержание железа, обозначив его за Х. Составим пропорцию

74,922 - 0,13

,874 - X

Аналогично найдем содержание серы в арсенопирите

,922 - 0,13

,066 - Х

2.Рассчитаем рациональный состав сфалерита

Таблица 5

МинералZnSZnS0,140,07

Т.к. цинк содержится только данном минерале, то = 0,14

Рассчитаем содержание серы обозначив его за Х

,39 - 0,14

,066 - Х

3.Рассчитаем рациональный состав пирита

Таблица 6

МинералFeSFeS20,1770,203

Определим содержание серы в пирите. От общего содержания серы в минеральном продукте необходимо вычесть содержание серы в арсенопирите, борните, ковеллине и сфалерите.

Рассчитаем содержание серы обозначив его за Х

.Рассчитаем рациональный состав гетита и гематита

Таблица 7

ПродуктСоотношение минералов, %Содержание Feв минерале, %Распределение Fe между минералами, %Fe2O3H2O8062,8578,23Fe2O32069,9421,76

Рассчитаем содержание Fe в каждом минерале. Для этого рассчитаем молярную массу минералов и составим пропорцию, приняв содержание Fe2O3H2Oи Fe2O3 за 100%, а содержаниеFeза Х.

,706 - 100%

111,694 - X

,691 - 100%

,694 - X

Определим среднее содержание железа

Определим распределение железа между минералами

Гетит:

Гематит:

Рассчитаем рациональный состав минералов

Таблица 8

МинералFeOHИтогоFe2O3H2O2,421,390,043,85Fe2O30,670,29-0,96Итого3,0891,680,04

Определим общее содержание железа в гетите и гематите. От общего содержания железа в минеральном продукте необходимо вычесть содержание железа в арсенопирите и пирите.

= 3,38 - 0,014 -0,1 - 0,177 = 3,089г/моль

Состав Fe2O3H2O:

Рассчитаем содержание кислорода, обозначив его за Х

,694 - 2,42

15,999 - X

Аналогично рассчитаем содержание остальных элементов

,694 - 2,42

21,008 - X

Состав Fe2O3:

,694 - 0,67

15,999 - X

5.Рассчитаем рациональный состав кальцита

Таблица 9

МинералCaCOCaCO30,30,090,36

Определим содержание кальция через содержание CaO в минеральном продукте. Для этого определим молярную массу CaO.

56,077 - 0,42

,078 - X

Рассчитаем содержание углерода, обозначив его за Х

,078 - 0,3

,011 - X

Аналогично рассчитаем содержание кислорода

,078 - 0,3

3 15,999 -X

6.Рассчитаем рациональный состав

Таблица 10

МинералKAlSiOHKAl2[AlSi3O10][OH]21,032,132,225,060,053

Определим содержание калия через содержание K2O в минеральном продукте. Для этого определим молярную массуK2O.

,195 - 1,24

,196 - X

Рассчитаем содержание алюминия, обозначив его за Х

,098 - 1,03

3 26,982 - X

Аналогично рассчитаем содержание остальных элементов

,098 - 1,03

3 28,086 - X

,098 - 1,03

15,999 - X

,098 - 1,03

1,008 - X

7.Рассчитаем рациональный состав альбита

Таблица 11

МинералNaAlSiONa[AlSi3O8]1,726,239,46Определим содержание натрия через содержание Na2O в минеральном продукте. Для этого определим молярную массу Na2O.

,979 - 2,29

,98 - X

Рассчитаем содержание алюминия, обозначив его за Х

,99 - 1,7

,982 - X

Аналогично рассчитаем содержание остальных элементов

,99 - 1,7

3 28,086 - X

,99 - 1,7

15,999 - X

8.Рассчитаем содержание каолинита

Таблица 12

МинералAlSiOHAl4[Si4O10][OH]85,455,6714,540,4

Определим содержание алюминия через содержание Al2O3 в минеральном продукте. Для этого определим молярную массуAl2O3.

,961 -18,1

,964 - X

Определим содержание алюминия в каолините. От общего содержания алюминия в минеральном продукте необходимо вычесть содержание алюминия в мусковите и альбите.

Рассчитаем содержание кремния, обозначив его за Х

,982 - 5,45

,086 - X

Аналогично рассчитаем содержание остальных элементов

4 26,982 - 5,45

15,999 - X

,982 - 5,45

1,008 -X

9.Рассчитаем рациональный состав кварца

Таблица 13

МинералSiOSiO215,2417,36

Определим содержание кремния через содержаниеSiO2 в минеральном продукте. Для этого определим молярную массуSiO2.

60,084 - 62,8

,086 - X

Определим содержание кремния в кварце. От общего содержания кремния в минеральном продукте необходимо вычесть содержание кварца в каолините, альбите и мусковите.

Рассчитаем содержание кислорода, обозначив его за Х

28,086 - 15,24

2 15,999 - X

2.3 Результаты расчетов

Таблица 14

МинералZnSCuCOHFeAsSiKAlCaNaПрочиеИтогоZnS0,140,07------------0,21CuCO3Cu(OH)2--0,330,030,20,005--------0,565CuS-0,050,1-----------0,15Cu5FeS4-0,0310,077---0,014-------0,122FeS2-0,203----0,177-------0,38FeAsS-0,056----0,10,13------0,286SiO2----17,36---15,24-----32,6KAl2[AlSi3O10][OH]2----5,060,053--2,221,032,13---10,493CaCO3---0,090,36------0,3--0,75Al4[Si4O10][OH]8----14,540,4--5,67-5,45---26,06Na[AlSi3O8]----9,46---6,23-2-1,7-19,39Fe2O3H2O----1,390,042,42-------3,85Fe2O3----0,29-0,67-------0,96Прочие-------------4,1824,182Итого0,140,410,510,1248,660,4983,380,1329,361,039,580,31,74,182100

Заключение

Учитывая большое количество факторов, которые могут оказывать влияние на эффективность извлечения меди из окисленных руд, перед реализацией технологии кучного выщелачивания необходимо обязательное проведение детальных исследований технологических свойств руды. Данные исследования позволят выбрать оптимальные параметры переработки руды и минимизировать риски, связанные с недостижением проектных показателей. Кроме того, требуется детальное изыскание климатической характеристики района строительства. Результаты данного изыскания должны быть обязательно учтены при разработке технологического регламента и последующем проектировании и строительстве предприятия.

В данной курсовой работе были рассмотрены следующие вопросы:

.Технология переработки окисленной медной руды

.Расчет рационально состава минерального сырья

Список использованной литературы

1.Подземное и кучное выщелачивание урана, золота и других металлов, том 2. Под редакцией профессора, доктора технических наук М.И.

Фазлуллина. - Москва, Издательский дом "Руда и металлы", 2005.

. Медведев А.С. Выщелачивание и способы его интенсификации/ М.: МИСиС, 2005. - 240 с.

. Барабошкин C.H. Гидрометаллургия меди. //Свердловск, M.: Государственное научно-техническое издат. литературы по черной и цветной металлургии, 1941. -140 с.

. Шевелева Л. Д., Пирмагомедов Д. А. // Известия вузов. Цветная металлургия. 1999. № 4. С. 47.