Analiza zasady odbicia miedzi w technologii rafinacji w piecu elektrycznym

Stała równowagi tej reakcji wynosi:
Głównym składnikiem płynu miedzianego jest metaliczna miedź o wysokim stężeniu. Ze względu na stosunkowo niską masę zanieczyszczeń, chociaż zanieczyszczenia są utleniane przez Cu2O, można uznać, że [Cu] pozostaje w zasadzie niezmieniona (tj. stała). Jednocześnie, ponieważ rozpuszczalność tlenku domieszki (MeO) w cieczy miedzianej jest bardzo mała, może ona szybko osiągnąć nasycenie, więc w większości przypadków, gdy temperatura jest stała, [MeO] można uznać za stałą wartość , więc stałą równowagi reakcji można wyrazić wzorem: K '=[Cu2O] [Me]
Cyna. Podczas przetwarzania materiałów z brązu zawartość cyny w materiałach jest wysoka, a cyna i miedź rozpuszczają się wzajemnie, gdy są płynne. Cyna jest utleniana w piecu pogłosowym, tworząc tlenek cynawy (SnO) i dwutlenek cyny (SnO2). SnO jest słabo alkaliczny, może tworzyć żużel z SiO2, a także może częściowo ulatniać się. SnO2 jest słabo kwaśny i rozpuszczalny w cieczy miedzianej. W tym czasie należy dodać rozpuszczalnik alkaliczny (sodę lub kamień wapienny), aby powstał żużel, a piec rurowy wytwarza cynian sodu (Na2O · SnO2) lub cynian wapnia (CaO · SnO2), który nie topi się w cieczy miedzianej. Praktyka wykazała, że ​​dodanie mieszanego topnika składającego się z 30 procent tlenku wapnia i 7 {{1{16}}}} procent węglanu sodu może zmniejszyć zawartość cyny w miedzi z 0,029 procent do 0,002 procent . Zastosowanie mieszanego topnika składającego się z Fe2O3 i 50 procent SiO2 może również szybko zredukować zawartość cyny do 0,005 procent i usunąć część ołowiu.
Arsen. Od jako? Diagram fazowy Cu pokazuje, że arsen i miedź rozpuszczają się wzajemnie w stanie ciekłym. Podczas utleniania arsen może zostać utleniony do lotnego As2O3, który jest odprowadzany wraz z gazem z pieca. Jednak niewielka ilość arsenu może również zostać utleniona do As2O5 i wytworzyć arsenian miedzi (Cu2O · XAs2O5), który jest rozpuszczalny w cieczy miedzianej. Kiedy nikiel jest obecny w cieczy miedzianej, arsen może również tworzyć mikę niklową razem z miedzią i niklem, co zwiększa trudność usuwania arsenu.
Antymon. Antymon i miedź są nieskończenie mieszalne w stanie ciekłym, a miedź i antymon mogą również generować Cu3Sb i Cu3Sb2. Podobnie jak arsen, antymon również generuje lotny Sb2O3 podczas utleniania, a także może generować Cu2O · Sb2O3 i Cu2O · Sb2O5 rozpuszczalne w cieczy miedzianej. Zatem w przypadku zanieczyszczeń miedzią o wysokiej zawartości As i Sb proces utleniania i redukcji należy powtórzyć kilka razy, tak aby nielotne As2O5 i Sb2O5 zostały zredukowane do lotnych As2O3 i Sb2O3, a nielotne As i Sb zostały oczyszczone z topnikiem alkalicznym.
Złoto i srebro. Złoto i srebro są całkowicie wzbogacone w miedź anodową i wchodzą do szlamu anodowego podczas rafinacji elektrolitycznej, który można poddać dalszej obróbce w celu odzyskania.
Po usunięciu wszystkich zanieczyszczeń kończy się okres utleniania i następuje przejście procesu do okresu redukcji. Efektem redukcji jest redukcja utlenionego tlenku miedzi do metalicznej miedzi oraz usunięcie gazu rozpuszczonego w cieczy miedzianej. Pod koniec utleniania w piecu skrzynkowym i cieczy miedziowej nadal znajduje się około 8 procent Cu2O. Nadmiar tlenu w miedzi spowoduje, że miedź stanie się krucha, zmniejszy się jej plastyczność i przewodnictwo, dlatego konieczna jest redukcja. W okresie redukcji główne reakcje chemiczne zachodzące podczas używania oleju ciężkiego, ścinków drzewnych itp. są następujące: 6Cu2O plus 2C2Hm=12Cu plus 2Co plus mH2 plus 2CO2
Podczas redukcji za pomocą NH3 zachodzą następujące reakcje: Cu2O plus 2NH36Cu plus N2 plus 3H2O
Jeżeli jako środek redukujący stosuje się gaz ziemny, należy przeprowadzić tak zwany „reforming” gazu ziemnego. W przeciwnym razie składnik metanu CH4 w gazie ziemnym rozkłada się w temperaturze 1000 stopni, wytwarzając dużą ilość H2. Chociaż może zwiększać redukcję, zwiększa również adsorpcję wodoru przez miedź.
W określonej temperaturze (gdzie K jest stałą) zawartość zanieczyszczeń w cieczy miedzianej jest odwrotnie proporcjonalna do zawartości Cu2O. Im większy [Cu2O], tym mniejszy [Me], co wskazuje, że w cieczy miedzianej pozostaje mniej nieutlenionych zanieczyszczeń i tym pełniejsza jest operacja rafinacji. Praktyka pokazała, że ​​aby szybko i dokładnie usunąć zanieczyszczenia z cieczy miedzianej należy dążyć do wzmocnienia procesu utleniania, a piec elektryczny powinien doprowadzić stężenie Cu2O w cieczy miedziowej do stanu nasycenia.
Rozpuszczalność Cu2O w cieczy miedzianej wzrasta wraz ze wzrostem temperatury:
Stopień temperatury 1100115012001250
Procent rozpuszczalności 58.312.413.1
Gdy rozpuszczalność Cu2O przekroczy rozpuszczalność w tej temperaturze, stop zostanie podzielony na dwie warstwy. Dolna warstwa to ciecz miedziana nasycona Cu2O, a górna to faza Cu2O nasycona miedzią. Zależność tę można wyraźnie zobaczyć na diagramie fazowym układu Cu ¥ O. Rozpuszczalność w cieczy miedziowej wzrasta bardzo nieznacznie, a stop ulega warstwowaniu, powodując przedostanie się pewnej ilości Cu2O do warstwy żużla. Ponadto nadmierne utlenianie przyspiesza proces redukcji i zużywa więcej środków redukujących. Dlatego, aby uniknąć nadmiernego utleniania cieczy miedzianej, rurowy piec elektryczny wymaga utrzymania okresu utleniania w temperaturze 1150 ~ 1170 stopni.
W przypadku stosowania procesu jednoetapowego do obróbki różnej miedzi, zwykle przeprowadza się go w stałym piecu pogłosowym, więc w rzeczywistości jest to nie tylko wytapianie, ale także rafinacja w piecu pogłosowym.
Zasada rafinacji pieca pogłosowego złomu miedzi jest zasadniczo taka sama, jak w przypadku pirorefinacji rudy miedzi. Jednak ze względu na dużą zawartość zanieczyszczeń wtórnej miedzi surowej (niekiedy do 4 proc.) operacja ta ma swoje unikalne cechy. Podczas obróbki złomu miedzianego w piecu pogłosowym cały proces rafinacji obejmuje topienie, utlenianie, recykling, usuwanie żużla, odlewanie i inne operacje. Istotą całego zadania jest utlenianie i redukcja. Poniżej omówiono głównie utlenianie i redukcję.
Podstawową zasadą rafinacji tlenkiem miedzi jest to, że większość zanieczyszczeń obecnych w miedzi ma większe powinowactwo do tlenu niż miedź do tlenu, a tlenki większości zanieczyszczeń mają niższą rozpuszczalność w cieczy miedzianej. Dlatego, gdy powietrze jest wdmuchiwane do stopu, zanieczyszczenia są preferencyjnie utleniane i usuwane. Jednak miedź stanowi zdecydowaną większość stopionego pieca elektrycznego, a masa zanieczyszczeń jest bardzo niska. Dlatego podczas utleniania miedź utlenia się jako pierwsza.
4Cu plus O2=2Cu2O
Wytworzony Cu2O jest natychmiast rozpuszczany w cieczy miedzianej i reaguje z zanieczyszczeniami w cieczy miedzianej, powodując utlenianie zanieczyszczeń.
We wzorze [Cu2O] plus [Me]=2 [Cu] plus (MeO), [] oznacza stężenie substancji w cieczy miedzianej; () przedstawia stężenie substancji w fazie żużla; Ja jest metalem nieczystości.
Zachowanie głównych zanieczyszczeń podczas procesu rafinacji oksydacyjnej podsumowano w następujący sposób:
Żelazo. Powinowactwo żelaza do tlenu jest znacznie większe niż miedzi do tlenu, więc żelazo łatwo utlenia się i usuwa przez żużel. Reakcję utleniania żelaza przeprowadza się według następującego równania: Cu2O plus Fe=2Cu plus FeO
Według szacunków termodynamicznych podczas procesu rafinacji można usunąć żelazo do 100 000 części.
Nikiel. Nikiel jest zanieczyszczeniem trudnym do usunięcia. Nikiel i miedź mogą tworzyć szereg stałych roztworów. Chociaż nikiel jest utleniany zarówno w okresie topnienia, jak iw okresie utleniania, przebiega on powoli i niecałkowicie, a NiO wytwarzany w okresie utleniania jest rozprowadzany między cieczą miedziową a żużlem. NiO rozpuszczony w żużlu może generować NiO · Fe2O3, który jest nierozpuszczalny w cieczy miedziowej, ale rozpuszczalny w fazie żużla. Ta część niklu może zostać usunięta. Obliczenia termodynamiczne w piecu skrzynkowym pokazują, że gdy płyn miedziany zawiera 16 procent niklu, nikiel można usunąć do 0,25 procent.
Gdy ciecz miedziana zawiera zarówno nikiel, jak i arsen i antymon, usunięcie niklu jest jeszcze trudniejsze. Ponieważ NiO rozpuszczony w cieczy miedzianej może tworzyć mikę niklową (6Cu2O · 8NiO · 2As2O3 lub 6Cu2O · 8NiO · 2Sb2O3) rozpuszczalną w cieczy miedzianej z Cu, As lub Sb. W celu usunięcia niklu dodaje się jedynie topnik alkaliczny w celu rozłożenia miki niklowej.
Cynk. Cynk i miedź są całkowicie mieszalne w stanie ciekłym, o temperaturze wrzenia 906 stopni. Podczas rafinacji większość cynku odparowuje w postaci metalicznej na etapie topienia, a następnie jest utleniana tlenem w gazie piecowym do ZnO, który jest odprowadzany wraz z gazem piecowym i gromadzony w systemie odpylania. Pozostały cynk jest utleniany do ZnO we wczesnym etapie utleniania, tworząc krzemian cynku (2ZnO · SiO2) i ferryt cynku (ZnO · Fe2O3) i wchodząc do żużla. Podczas rafinacji zanieczyszczonych materiałów miedzianych o wysokiej zawartości cynku (takich jak żółta zanieczyszczona miedź), w celu przyspieszenia ulatniania się cynku, temperatura pieca jest zwiększana zarówno podczas topienia, jak i utleniania (zwykle utrzymywana na poziomie 1300 ~ 1350 stopni) i warstwa cząstek węgla drzewnego lub koksu bez siarki jest pokrywana na powierzchni wytopu w celu redukcji tlenku cynku do cynku metalicznego i ulatniania się, aby uniknąć tworzenia się skorup tlenku cynku, które utrudniają proces odparowywania cynku.
Ołów. Stały ołów jest nierozpuszczalny w miedzi i rzadko rozpuszcza się w stanie ciekłym. Jednak w okresie utleniania, kiedy ołów utlenia się do tlenku ołowiu, jego gęstość (9,2) jest większa niż gęstość miedzi (8,9), więc osadza się on na dnie pieca. Dlatego, jeśli jest to kwaśne dno pieca, PbO będzie reagował z SiO2 w materiale budulcowym pieca, tworząc krzemian ołowiu (XPbO · YSiO) o mniejszej gęstości. W ten sposób unosi się na powierzchnię stopionego basenu i jest usuwany. Jeśli dno pieca jest wykonane z alkalicznego materiału ogniotrwałego, usunięcie ołowiu jest trudne. W tym czasie topnik kwarcowy musi być wdmuchiwany do stopu, aby zwiększyć przepływ powietrza i utrzymać wysoką temperaturę pieca (około 1250 stopni), umożliwiając reakcję PbO i SiO2 i wytworzenie krzemianu ołowiu. Metoda usuwania ołowiu za pomocą żużla kwarcowego jest czasochłonna i powoduje duże straty żużla miedziowego. Aby poprawić efekt usuwania ołowiu i przezwyciężyć wady tej metody, można dodać miedź fosforową w celu usunięcia ołowiu w postaci fosforanu. Tlenek boru może być również stosowany jako topnik do usuwania ołowiu w postaci boranu ołowiu.

Powyższa treść jest zorganizowana przez firmę Superb heater Company, supergrzejnik. Głównie produkcja profesjonalna: przemysłowe elementy grzejne, elementy do pomiaru temperatury, urządzenia produkcyjne, akcesoria i surowce, takie jak grzejniki rurowe, grzejniki rurowe, grzejniki taśmowe, grzejniki ceramiczne, grzejniki z gumy silikonowej, termopary itp.

Witamy globalnych partnerów branżowych w celu omówienia współpracy!