Metalurgia metali ciężkich
Temat: Jednostadialna metoda otrzymywania miedzi.
Joniec Marek
Kotelon Paweł
Rogóż Ryszard
Białko Krzysztof
Rok 4 Zespół 3
1. Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z przebiegiem procesu otrzymywania miedzi w metodzie jednostadialnej.
2. Wykonanie ćwiczenia:
Do tygla umieszczonego w pionowym piecu sylitowym załadować 400 [g] granulowanego koncentratu miedzi. W oparciu o podany skład chemiczny koncentratu obliczyć ilość tlenu, a następnie powietrza konieczna do całkowitego utlenienia składników koncentratu tak, by produktami przetopu była miedź metaliczna i żużel. Do tygla z koncentratem wprowadzić lancę karborundową, włączyć dmuch powietrza tak, by natężenie przepływu wynosiło 1÷2 [dm3/min]. Po przepłynięciu obliczonej ilości powietrza wyjąć lancę i wyłączyć dmuch. Po 10 minutach wyjąć tygiel, po ostudzeniu rozbić, rozdzielić produkty przetopu i zważyć.
3. Skład chemiczny koncentratu:
Cu - 25,1% SiO2 - 17,5% K2O - 1,5%
Fe - 2,0% Al2O3 - 8,0% H2 - 0,5%
S - 8,4% CaO - 10,3%
Pb - 1,8% MgO - 5,76%
Ni - 0,013% C(CO2) - 4,05%
Co - 0,1% C(org.) - 6,75%
4. Skład mineralogiczny koncentratu:
Miedź zawarta w koncentracie występuje przede wszystkim w postaci bornitu (Cu5FeS4) i chalkozynu (Cu2S).
Cu5FeS4:
5*63,55 [g]Cu - 55,85 [g]Fe
x [g]Cu - 2 [g]Fe
x [g]Cu = 11,38 [g]
5*63,55 [g]Cu - (5*63,55+55,85+4*32) [g]Cu5FeS4
11,38 [g]Cu - y [g]Cu5FeS4
y [g]Cu5FeS4=17,96[g]
Cu2S:
mCu w Cu2S = 25,1 - 11,38 = 13,72 [g]
2*63,55 [g]Cu - (2*63,55+32) [g]Cu2S
13,72 [g]Cu - z [g]Cu2S
z [g]Cu2S = 17,17 [g]
Koncentrat zawiera 17,96% miedzi w postaci bornitu i 17,17% miedzi w postaci chalkozynu.
5. Reakcje zachodzące w procesie:
Cu2S + O2 = 2Cu + SO2
Cu5FeS4 + 9/2 O2 = 5Cu + FeO + 4SO2
C + O2 = CO2
6. Obliczenia teoretycznej ilości powietrza potrzebnej do przeprowadzenia procesu:
Węgiel podczas procesu tworzy związki CnH2n a ponadto także utlenia się według reakcji:
C + O2 = CO2
Związki CnH2n:
12[g]C - 2*1[g]H2
x[g]C - 2 [g]O2
x[g]C do CnH2n = 12[g]
Masa tlenu potrzebna do utlenienia węgla:
mC do CO2 = 27 [g] - 12 [g] = 15 [g]
12 [g]C - 32 [g]O2
15 [g]C - y [g]O2
y [g]O2 = 40 [g]
Do utlenienia węgla w procesie potrzeba 40 [g] tlenu.
a) produktami procesu są miedź blister i żużel:
400 [g] koncentratu zawiera 71,84 [g] Cu5FeS4 i 68,68 [g] Cu2S podczas procesu związki te utleniają się według reakcji:
Cu2S + O2 = 2Cu + SO2
Cu5FeS4 + 9/2 O2 = 5Cu + FeO + 4SO2
Masa tlenu potrzebna do utlenienia chalkozynu:
(2*63,55 +32,06)[g] Cu2S - 2*16 [g]O2
68,68 [g] Cu2S - x [g]O2
x [g]O2 = 13,81 [g]
Masa tlenu potrzebna do utlenienia chalkozynu:
(5*63,55+55,85+4*32,06) [g]Cu5FeS4 - 9*16 [g]O2
71,84 [g]Cu5FeS4 - z [g]O2
z [g]O2 = 20,61 [g]
Masa tlenu potrzebna do utlenienia pozostałej ilości siarki:
- masa siaki pochodzącej z chalkozynu:
(2*63,55 +32,06)[g] Cu2S - 32,06 [g]S
68,68 [g] Cu2S - x [g]S
x [g]S(Cu2S) = 13,83 [g]
- masa siaki pochodzącej z bornitu:
(5*63,55+55,85+4*32,06) [g]Cu5FeS4 - 4*32,06 [g]S
71,84 [g]Cu5FeS4 - z [g]S
y [g]S(Cu5FeS4) = 18,36 [g]
mS = mS(całkowita) - x [g]S(Cu2S) - y [g]S(Cu5FeS4)
mS = 1,41 [g]
S + O2 = SO2
32,06 [g]S - 2*16 [g]O2
1,41 [g]S - a [g]O2
a [g]O2(SO2) = 1,41[g]
Teoretyczna masa tlenu potrzebna do przeprowadzenia procesu:
mO2 = 20,61 [g] + 13,81 [g] + 40 [g] + 1,41 [g] = 75,83 [g]
Po uwzględnieniu stopnia nadmiaru tlenu:
75,83 [g]O2 - 90%
x [g]O2 - 100%
x [g]O2 = 84,26 [g]
Teoretyczna objętość tlenu potrzebna do przeprowadzenia procesu:
1 [mol]O2 - 22,4 [dm3] - 32 [g]O2
x [dm3] - 84,26 [g] O2
xO2 = 58,98[dm3]
Teoretyczna objętość powietrza potrzebna do przeprowadzenia procesu:
58,98 [dm3]O2 - 21%
Vpow. [dm3] - 100%
Vpow. = 280,87 [dm3]
b) produktami procesu są biały mat i żużel:
400 [g] koncentratu zawiera 71,84 [g] Cu5FeS4 i 68,68 [g] Cu2S podczas procesu bornit utlenia się według reakcji:
2Cu5FeS4 + 4O2 = 5Cu2S + 2FeO + 3SO2
Masa tlenu potrzebna do utlenienia bornitu:
2*(5*63,55+55,85+4*32,06) [g]Cu5FeS4 - 8*16 [g]O2
71,84 [g]Cu5FeS4 - x [g]O2
x [g]O2 = 9,16[g]
Masa tlenu potrzebna do utlenienia pozostałej ilości siarki:
- masa siaki pochodzącej z chalkozynu:
(2*63,55 +32,06)[g] Cu2S - 32,06 [g]S
68,68 [g] Cu2S - x [g]S
x [g]S(Cu2S) = 13,83 [g]
- masa siaki pochodzącej z bornitu:
(5*63,55+55,85+4*32,06) [g]Cu5FeS4 - 4*32,06 [g]S
71,84 [g]Cu5FeS4 - z [g]S
y [g]S(Cu5FeS4) = 18,36 [g]
mS = mS(całkowita) - x [g]S(Cu2S) - y [g]S(Cu5FeS4)
mS = 1,41 [g]
S + O2 = SO2
32,06 [g]S - 2*16 [g]O2
1,41 [g]S - a [g]O2
a [g]O2(SO2) = 1,41[g]
Teoretyczna masa tlenu potrzebna do przeprowadzenia procesu:
mO2 = 9,16 [g] + 40 [g] + 1,41 [g] = 50,57 [g]
Po uwzględnieniu stopnia wykorzystania tlenu:
50,57 [g] - 90%
x [g]O2 - 100%
x [g]O2 = 56,19 [g]
Teoretyczna objętość tlenu potrzebna do przeprowadzenia procesu:
1 [mol]O2 - 22,4 [dm3] - 32 [g]O2
x [dm3] - 56,19 [g] O2
xO2 = 39,33[dm3]
Teoretyczna objętość powietrza potrzebna do przeprowadzenia procesu:
39,33 [dm3]O2 - 21%
V [dm3] - 100%
Vpow. = 187,29 [dm3]pow.
produktami procesu są kamień miedziowy i żużel:
400 [g] koncentratu zawiera 71,84 [g] Cu5FeS4 i 68,68 [g] Cu2S podczas procesu biały mat przechodzi w całości do kamienia, a bornit rozkłada się według reakcji:
2Cu5FeS4 + O2 = 5Cu2S + 2FeS + 4SO2
Miedź w kamieniu miedziowym zawarta jest w postaci chalkozynu (Cu2S) pozostałą część stanowi FeS.
2*63,55 [g]Cu - 32,06 [g]S
100,4 [g]Cu - x [g]S
x [g]S(Cu2S) = 25,33 [g]
Masa Cu2S w kamieniu wynosi:
MCu2S(w kamieniu) = 100,4 [g]Cu + 25,33 [g]S(Cu2S)
MCu2S(w kamieniu) = 125,73 [g]Cu2S
Przy założeniu, że całkowita ilość żelaza przechodzi do kamienia:
55,85 [g]Fe - 32,06 [g]S
8 [g]Fe - x [g]S
m [g]S = 4,59 [g]FeS
Masa kamienia:
m(Cu2S-FeS)= 125,73 [g]Cu2S + 8 [g]Fe(FeS) + 4,59 [g]S(FeS) = 138,32 [g]
Zawartość miedzi w kamieniu miedziowym wynosi:
%Cu(wCu2S-FeS) = 100,4 [g]Cu/138,32[g](Cu2S-FeS)*100% = 72,585
Masa pozostałej ilości siarki:
mS = 33,6 [g]S(całkowite) - 25,33 [g]S(Cu2S) - 4,59 [g]FeS = 3,68 [g]
Masa tlenu potrzebna do utlenienia pozostałej ilości siarki:
S + O2 = SO2
32,06 [g]S - 2*16 [g]O2
3,68 [g]S - a [g]O2
a [g]O2(SO2) = 3,67[g]
Teoretyczna masa tlenu potrzebna do przeprowadzenia procesu:
mO2 = 40 [g] + 3,67 [g] = 43,67 [g]
Po uwzględnieniu stopnia wykorzystania tlenu:
43,67 [g] - 90%
x [g]O2 - 100%
x [g]O2 = 48,52 [g]
Teoretyczna objętość tlenu potrzebna do przeprowadzenia procesu:
1 [mol]O2 - 22,4 [dm3] - 32 [g]O2
x [dm3] - 48,52 [g] O2
xO2 = 33,96[dm3]
Teoretyczna objętość powietrza potrzebna do przeprowadzenia procesu:
33,96 [dm3]O2 - 21%
V [dm3] - 100%
Vpow. = 161,73 [dm3]pow.
d) produktem finalnym jest żużel:
Zachodzące reakcje chemiczne:
Cu2S + 3/2 O2 = Cu2O + SO2
FeS + 3/2 O2 = FeO + SO2
S + O2 = SO2
PbS + 3/2 O2 = PbO + SO2
Ni + ½ O2 = NiO
Co + ½ O2 = CoO
Ze względu na niskie zawartości kobaltu i niklu w koncentracie, ilość tlenu potrzebna do ich utlenienia nie została uwzględniona.
Cu (reakcja pośrednia): 2Cu + ½ O2 = Cu2O
2*63,5 [g]Cu - 16 [g]O2
100,4 [g]Cu - x [g]O2
x [g] O2 = 12,65 [g]
Fe (reakcja pośrednia): Fe + ½ O2 = FeO
55,85 [g]Fe - 16 [g]O2
8 [O]Fe - y [g]O2
y [g]O2 = 2,29 [g]
Pb (reakcja pośrednia): Pb + ½ O2 = PbO
207,2 [g]Pb - 16 [g]O2
7,2 [g]Pb - z [g]O2
z [g]O2 = 0,56 [g]
S: S + O2 = SO2
32,06 [g]S - 32 [g]O2
33,6 [g]S - q [g]O2
q [g]O2 = 33,54 [g]
Teoretyczna masa tlenu potrzebna do przeprowadzenia procesu:
mO2 = 40 [g](CO2) + 12,65 [g](Cu2O) + 2,29 [g](FeO) + 0,56 [g](PbO) + 33,54 [g](SO2)
mO2 = 89,04 [g]
Po uwzględnieniu stopnia wykorzystania tlenu:
89,04 [g] - 90%
x [g]O2 - 100%
x [g]O2 = 98,93 [g]
Teoretyczna objętość tlenu potrzebna do przeprowadzenia procesu:
1 [mol]O2 - 22,4 [dm3] - 32 [g]O2
x [dm3] - 98,93 [g] O2
xO2 = 69,25[dm3]
Teoretyczna objętość powietrza potrzebna do przeprowadzenia procesu:
69,25[dm3]O2 - 21%
V [dm3] - 100%
Vpow. = 329,76 [dm3]pow.
7. Obliczenia składu gazów powstających procesie:
|
Miedź + żużel |
Biały mat + żużel |
Kamień miedziowy + żużel |
Żużel |
||||
|
[g] |
[%] |
[g] |
[%] |
[g] |
[%] |
[g] |
[%] |
CnH2n |
14 |
2,68 |
14 |
4,74 |
14 |
5,39 |
14 |
2,84 |
CO2 |
55 |
10,52 |
55 |
18,61 |
55 |
21,17 |
55 |
11,15 |
CO2(węglany) |
16,2 |
3,1 |
16,2 |
5,48 |
16,2 |
6,23 |
16,2 |
3,28 |
SO2 |
67,14 |
12,85 |
16,58 |
5,61 |
7,35 |
2,83 |
67,14 |
13,61 |
O2 |
9,83 |
1,88 |
5,62 |
1,9 |
4,85 |
1,87 |
9,89 |
2 |
N2 |
360,51 |
68,97 |
188,11 |
63,66 |
162,44 |
62,52 |
331,2 |
67,12 |
SUMA |
522,68 |
100 |
295,51 |
100 |
259,84 |
100 |
493,46 |
100 |
a) produktami procesu są miedź blister i żużel:
- masa siaki pochodzącej z chalkozynu: m [g]S(Cu2S) = 13,83 [g]
- masa siaki pochodzącej z bornitu: m [g]S(Cu5FeS4) = 18,36 [g]
- masa siarki w innych związkach: mS = 1,41 [g]
- masa siarki ulegającej utlenieniu: mS(SO2) = 33,6 [g]
S + O2 = SO2
32,06 [g]S - 64,06 [g]SO2
33,6 [g]S - x [g]SO2
x [g]SO2 = 67,14 [g]
- masa niewykorzystanego tlenu:
mO2 = 98,32 [g]O2 - 88,49 [g]O2 = 9,83 [g]
- masa azotu:
98,32 [g]O2 - 23%
m [g]N2 - 77%
m [g]N2 = 360,51 [g]
b) produktami procesu są biały mat i żużel:
- masa SO2 powstającego podczas utleniania bornitu:
2Cu5FeS4 + 4O2 = 5Cu2S + 2FeO + 3SO2
2*(5*63,55+55,85+4*32,06) [g]Cu5FeS4 - 3*(32,06+32) [g]SO2
71,84 [g]Cu5FeS4 - x [g] SO2
x [g] SO2 = 13,76[g]
- masa SO2 powstającego podczas utleniania innych związków siarki:
S + O2 = SO2
32,06 [g]S - 2*16 +3 2,06 [g]SO2
1,41 [g]S - a [g] SO2
a [g]SO2 = 2,82[g]
- masa niewykorzystanego tlenu:
mO2 = 56,19 [g]O2 - 50,57 [g]O2 = 5,62 [g]
- masa azotu:
56,19 [g]O2 - 23%
m [g]N2 - 77%
m [g]N2 = 188,11 [g]
produktami procesu są kamień miedziowy i żużel:
- masa SO2:
mSO2 = 3,68 [g]S + 3,67 [g]O2 = 7,35 [g]
- masa niewykorzystanego tlenu:
mO2 = 48,52 [g]O2 - 43,67 [g]O2 = 4,85 [g]
- masa azotu:
48,52 [g]O2 - 23%
m [g]N2 - 77%
m [g]N2 = 162,44 [g]
d) produktem finalnym jest żużel:
- masa SO2:
mSO2 = 33,6[g]S + 33,54 [g]O2 = 67,14 [g]SO2
- masa niewykorzystanego tlenu:
mO2 = 98,93 [g]O2 - 89,04 [g]O2 = 9,89 [g]O2
- masa azotu:
98,93 [g]O2 - 23%
m [g]N2 - 77%
m [g]N2 = 331,2 [g]
8. Teoretyczne składy produktów procesu:
|
Koncentrat |
Miedź blister |
Żużel |
Biały mat |
Żużel |
|||||
|
[%] |
[g] |
[%] |
[g] |
[%] |
[g] |
[%] |
[g] |
[%] |
[g] |
Cu |
25,1 |
100,4 |
99,55 |
100,4 |
- |
- |
79,57 |
100,4 |
- |
- |
Fe |
2,0 |
8 |
- |
- |
3,59 |
8 |
- |
- |
3,59 |
8 |
S |
8,4 |
33,6 |
- |
- |
- |
- |
20,07 |
25,32 |
- |
- |
Pb |
1,8 |
7,2 |
- |
- |
3,23 |
7,2 |
- |
- |
3,23 |
7,2 |
Ni |
0,013 |
0,052 |
0,48 |
0,052 |
- |
- |
0,04 |
0,052 |
- |
- |
Co |
0,1 |
0,4 |
0,05 |
0,4 |
- |
- |
0,32 |
0,4 |
- |
- |
SiO2 |
17,5 |
70 |
- |
- |
31,44 |
70 |
- |
- |
31,44 |
70 |
Al2O3 |
8,0 |
32 |
- |
- |
14,37 |
32 |
- |
- |
14,37 |
32 |
CaO |
10,3 |
41,2 |
- |
- |
18,51 |
41,2 |
- |
- |
18,51 |
41,2 |
MgO |
5,76 |
23,04 |
- |
- |
10,35 |
23,04 |
- |
- |
10,35 |
23,04 |
C(CO2) |
4,05 |
16,2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
C(org.) |
6,75 |
27 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
K2O |
1,5 |
6 |
- |
- |
2,69 |
6 |
- |
- |
2,69 |
6 |
H2 |
0,5 |
2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
O2 |
- |
- |
- |
- |
1,03 |
2,29 |
- |
- |
1,03 |
2,29 |
Inne |
8,23 |
32,91 |
- |
- |
14,78 |
32,91 |
- |
- |
14,78 |
32,9 |
Suma |
100 |
400 |
100 |
100,85 |
100 |
222,64 |
100 |
126,172 |
100 |
222,64 |
|
Koncentrat |
Kamień miedziowy |
Żużel |
Żużel (jako produkt finalny) |
||||
|
[%] |
[g] |
[%] |
[g] |
[%] |
[g] |
[%] |
[g] |
Cu |
25,1 |
100,4 |
72,35 |
100,4 |
- |
- |
29,82 |
100,4 |
Fe |
2,0 |
8 |
5,76 |
8 |
- |
- |
2,38 |
8 |
S |
8,4 |
33,6 |
21,56 |
29,92 |
- |
- |
- |
- |
Pb |
1,8 |
7,2 |
- |
- |
3,39 |
7,2 |
2,14 |
7,2 |
Ni |
0,013 |
0,052 |
0,04 |
0,052 |
- |
- |
0,02 |
0,052 |
Co |
0,1 |
0,4 |
0,29 |
0,4 |
- |
- |
0,12 |
0,4 |
SiO2 |
17,5 |
70 |
- |
- |
32,96 |
70 |
20,79 |
70 |
Al2O3 |
8,0 |
32 |
- |
- |
15,07 |
32 |
9,5 |
32 |
CaO |
10,3 |
41,2 |
- |
- |
19,4 |
41,2 |
12,24 |
41,2 |
MgO |
5,76 |
23,04 |
- |
- |
10,85 |
23,04 |
6,84 |
23,04 |
C(CO2) |
4,05 |
16,2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
C(org.) |
6,75 |
27 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
K2O |
1,5 |
6 |
- |
- |
2,83 |
6 |
1,78 |
6 |
H2 |
0,5 |
2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
O2 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
4,6 |
15,5 |
Inne |
8,23 |
32,91 |
- |
- |
15,5 |
32,91 |
9,77 |
32,91 |
Suma |
100 |
400 |
100 |
138,77 |
100 |
212,35 |
100 |
336,7 |
9. Uzyskane wyniki:
Do procesu użyto koncentratu o podanym powyżej składzie. Proces prowadzony był przy szybkości przepływu powietrza 3 [dm3/min] przez okres ok. 80 minut. Objętość podanego powietrza wynosiła 242,9 [dm3].
W wyniku procesu uzyskano 2,9 [g] miedzi blister, 104,4 [g] białego matu i żużel.
Z uzyskanych wyników praktycznych można wywnioskować, że do procesu została wprowadzona zbyt mała ilość powietrza. Wynikało to z pewnych błędów obliczeniowych, jak i z dobrania zbyt wysokiego stopnia wykorzystania tlenu.
Proces jednostadialnego otrzymywania miedzi prowadzi się przede wszystkim z koncentratów zawierających miedź w postaci bornitu i chalkozynu (czyli koncentratów o małej ilości żelaza). W trakcie trwania procesu bornit utlenia się wprost do miedzi, dwutlenek siarki zostaje odprowadzony wraz z gazami a żelazo w postaci tlenku przechodzi do żużla. Proces jednostadialny cechuje się jednak dużymi stratami miedzi do żużla. Miedź w postaci kropel zostaje mechanicznie zawieszona w żużlu. Jest to spowodowane bardzo dużą lepkością żużli kwaśnych. Ze względu na duże stężenia sięgające 12÷16%Cu żużle z procesu jednostadialnego muszą być ponownie kierowane do kierowane do odzysku miedzi.
8
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
8150
8150
praca magisterska wa c 8150
8150
8150
8150
8150
powermac 8100 ws 8150
09a Mechanizmy ulatwiajace oplacenie skladkiid 8150 pptx
więcej podobnych podstron