1 Wstęp teoretyczny

Wytop kamienia miedziowego w piecu zawiesinowym charakteryzuje się tym, że większość potrzebnej energii jest dostarczana przez reakcję utleniania siarczków . Stąd zapotrzebowanie tego pieca energię jest wielokrotnie mniejsze , aniżeli pieca płomiennego czy elektrycznego.

Przetop kamienia miedziowego w tym piecu polega na wdmuchiwaniu suchego koncentratu razem tlenem , gorącym powietrzem lub wzbogaconym w tlen powietrzem do pieca o specjalnym kształcie. W piecu cząsteczki koncentratu reagują z tlenem zawartym w gazie, co powoduje utlenianie koncentratu, które wiąże się wydzieleniem się znacznych ilości ciepła.

CuFeS₂ + 5/4O₂ = ½(CuS.FeS) + 1/2FeO + SO₂

FeS + 3/2O₂ = FeO + SO₂

2FeO +SiO₂ = 2FeO.SiO₂

Obecnie na całym Świecie stosowane są dwie wiodące metody topienia kamienia miedziowego piecach zawiesinowych:

1. Proces OUTOKUMPU, w którym używa się podgrzanego powietrza lub podgrzanego powietrza wzbogaconego w tlen.

2. Proces INCO, w którym używa się tlenu technicznego do utlenienia koncentratu dlatego jest to proces energetycznie samowystarczalny.

Proces OUTOKUMPU nie jest energetycznie samo wystarczalny i dlatego dla pokrycia różnicy pomiędzy ciepłem potrzebnym do prowadzenia procesu, a ciepłem wydzielanym przez zachodzące w piecu reakcje musi być spalone dodatkowe paliwo.

W procesie INCO stężenie SO₂ w gazach reakcyjnych wynosi 80%, co jest korzystne przy spalaniu i produkcji kwasu siarkowego. Wadą procesów zawiesinowych, są ogromne straty miedzi w żużlu przez co zachodzi konieczność odmiedziowania żużla do poziomu 0,5%

Główną różnicą obu procesów, SA budowy pieców; w procesie OUTOKUMPU zasyp wdmuchiwanie następuje od góry natomiast w procesie INCO z boku. Po bokach znajdującej się u dołu wanny mieszczą się otwory do spustu kamienia i żużla, który kierowany jest do pieców elektrycznych celem odmiedziowania.

2 Wykonanie ćwiczenia

Bierzemy 3 próbki w których znajduje się po 30 g żużla do każdej dodajemy obliczoną wcześniej ilość pirytu FeS_2. Wkładamy próbki do pieca nas czas 30, 45, 60 min. Wyjmujemy próbki i w ważymy uzyskany kamień miedziowy .

3. Obliczenia

kamień miedziowy - 45%

zawartość miedzi w kamieniu - 15,8% [10,53 g]

masa Cu₂S.FeS=245 g ; masa FeS₂ =119 g

245 (Cu₂S.FeS) - 119 (FeS₂)

10,53 (Cu₂S.FeS) - x (FeS₂)

x = 5,11 FeS₂ (masa potrzebnego pirytu)

masa wsadu wynosi 35,11 g

4. Uzyskane wyniki i obliczenia

Próbka 1 po 30 min :

Masa uzyskanej próbki - 34,2

Masa kamienia miedziowego - 8,5

Próbka 2 po 45 min :

Masa uzyskanej próbki - 33,1

Masa kamienia miedziowego - 9

Próbka 3 po 60 min :

Masa uzyskanej próbki - 34,9

Masa kamienia miedziowego - 10.5

Czas [min]	Masa próbki [g]	Masa kamienia [g]
30	34,2	8,5
45	33,1	9
60	34,9	10,5

Obliczenia wydajności procesu

Ilość miedzi w kamieniu (45%)

Próbka 1 - 3,825 g

Próbka 2 - 4,05 g

Próbka 3 - 4,725 g

Dla 30 min:

N = masa metalu uzyskanego/masa teoretyczna metalu* 100%

Po 30 min:

η = 3,825/10,53*100%

η = 36,3 %

Po 45 min:

η = 4,05/10,53*100%

η = 38,4 %

Po 60 min:

η = 4,725/10,53*100%

η = 44,8 %

CuFeS₂ + 5/4O₂ = ½(CuS.FeS) + 1/2FeO + SO₂

FeS + 3/2O₂ = FeO + SO₂

2FeO +SiO₂ = 2FeO.SiO₂

Obliczenia zmiany entalpii swobodnych reakcji:

	1000K	1100K	1200K	1300K	1400K
CuFeS2	-84,684	-89,347	-96,355	-----------------	-----------------
CuS	- 33,538	-36,661	-39,906	-43,267	------------
FeS	-47,633	-51,312	-55,127	-59,067	-63,125
FeO	-86,000	-89,094	-92,319	-95,665	-99,124
2FeO.SiO2	-407,407	-415,830	-424,673	-433,911	-443,520
SiO2	-234,519	-237,444	-240,450	-243,597	-246,876
SO2	-135,748	-143,102	-150,575	-158,159	-165,484
O2	-52,780	-58,636	-64,567	-70,568	-76,633

Obliczenia dla temperatury 1000K:

FeS + 3/2O₂ = FeO + SO₂

2FeO +SiO₂ = 2FeO.SiO₂

Obliczenia dla pozostałych temperatur przeprowadzamy analogicznie:

T=1100K

FeS + 3/2O₂ = FeO + SO₂

2FeO +SiO₂ = 2FeO.SiO₂

T=1200K

FeS + 3/2O₂ = FeO + SO₂

0 +96,8505

2FeO +SiO₂ = 2FeO.SiO₂

Wnioski

wyników i wnioski :

W celu odmiedziowania żużla dodaliśmy piryt który związał nam Cu₂O do kamienia miedziowego. Uzyskany kamień miedziowy zważyliśmy.

Z pomiarów otrzymanych w wyniku przeprowadzonego doświadczenia ,oraz sporządzonego na tej podstawie wykresie widać, że wydajność procesu rośnie wraz z czasem ,najniższa jest po 30 min, a najwyższa po 60 min. Można zauważyć również , że wzrost wydajności jest początkowo duży ,a następnie maleje .

---