Химия природных соединений. Компл. 20 задание (1). Комплексное использование сырья и отходов металлургического производства индивидуальные задания

• Название: Комплексное использование сырья и отходов металлургического производства индивидуальные задания
• Анкор: Химия природных соединений
• Дата: 03.10.2022
• Размер: 1.53 Mb.
• Имя файла: Компл. 20 задание (1).doc
• Тип: Методические указания; #712163
• страница: 4 из 7

*** Окисление молибденита гипохлоритом натрия протекает при 300-310 К согласно реакции (4):

MoS₂ + NaClO + NaOH  Na₂MoO₄ + NaCl + Na₂SO₄ + H₂O (4)

Определить, в какой из реакций (3) или (4) количество требуемого окислителя на разложение моля молибденита меньше.

Продолжение таблицы 5.5

1	2	3	4
RU 2237736	СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ВИСМУТА ИЗ РАСПЛАВЛЕННОГО СВИНЦА ДОБАВЛЕНИЕМ СПЛАВОВ КАЛЬЦИЙ-МАГНИЙ	МОГРА Сиприен (FR)	Предложен способ удаления висмута из свинца при помощи магния и кальция, в котором магний и кальций вводят в форме кусков двух сплавов Mg-Ca, одного с преобладанием Mg, другого с преобладанием Са, при этом каждый имеет температуру ликвидуса меньше 650ºС, предпочтительно меньше 600ºС. Температуры ликвидуса двух сплавов отличаются предпочтительно меньше чем на 20ºС. Особенно эффективную очистку получают со сплавом Mg-Ca, близким к эвтектическому с 16,2% (мас.) кальция и содержащим от 12 до 25% кальция, и сплавом Ca-Mg, содержащим от 60 до 80% кальция, обеспечивается возможность быстрого удаления висмута и регулирования отношения Ca/Mg во время очистки.
RU 2219265	СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ СВИНЦА ОТ ПРИМЕСЕЙ СУРЬМЫ, ОЛОВА И МЫШЬЯКА	Вайсгант З.И., Морачевский А.Г., Хабачев М.Н.	Изобретение относится к очистке свинца от примесей сурьмы, олова, мышьяка и других примесей. В предложенном способе, включающем предварительную очистку, состоящую в введении в расплав свинца алюминия при температуре, не превышающей 680-750oС, перемешивании, отстаивании и последующей доочистки, согласно изобретению последующую доочистку до получения свинца не ниже марки С0 осуществляют вначале охлаждением расплава со скоростью не более 10 градºмин-1 до температуры 350ºС с удалением твердых съемов, а затем - анодной поляризацией в гидроксиде натрия при температуре 300-380ºС с продолжительностью не более 2 ч. Обеспечивается повышение степени очистки свинца от примесей с одновременным уменьшением продолжительности процесса без применения дорогих и опасных реагентов.

4. 
   К металлургическому расчету: семинар -активность
   

СЕГРЕГАЦИЯ – (лат. Segregatio); в металлургии: 1 Ликвация (синонимум);

2 Обжиг тNi и др.руднообогатимых окисленных руд металлов (Cu, Ni, Co, Tiи др.) в присутствии хлорагента (хлора, хлорсодержащей соли) с целью перевода металлов в летучие хлориды.

Проблема-решение.
Химизм процесса сегрегации окисленных Сu-руд может быть представлен из трех последовательных стадий (*):
2NaCl_(т) + SiO_{2 (т)} + H₂O_(г) = Na₂SiO_{3 (т)} + 2HCl_(г) (1)
3Cu₂O_(т) + 6HCl_(г) = 2Cu₃Cl_{3 (г)} + 3H₂O_(г) (2)
2Cu₃Cl_{3 (г)} + 3H_{2 (г)} = 6Cu_(т) + 6HCl _(т) (3)
Определить количество образующейся металлической меди при рабочей температуре процесса 700 – 900 ⁰С в герметичном аппарате при условии, что количество исходных компонентов: n (Cu₂O) = 3,0 моль в присутствии составляющих руды SiO₂, Al₂O₃ … n (H₂O) = 1,0 моль; n (NaCl) = 1,0 моль; n (H₂) = 3,0 моль (в присутствии составляющих руды SiO₂, Al₂O₃ ) при условии необратимости реакций (1) – (3).

* Теляков Н.М. Теория и практика извлечения благородных металлов при комплексной переработке руд с применением сегрегационного сульфатизирующего обжига. –С-Петербург, 2000. - С.4
Анализируемые параметры технологического процесса (сегрегационного восстановительного обжига)
Анализируемые параметры технологического процесса (сегрегационного восстановительного обжига)
2NaCl_(т) + SiO_{2 (т)} + H₂O_(г) = Na₂SiO_{3 (т)} + 2HCl_(г) (1)
3Cu₂O_(т) + 6HCl_(г) = 2Cu₃Cl_{3 (г)} + 3H₂O_(г) (2)
2Cu₃Cl_{3 (г)} + 3H_{2 (г)} = 6Cu_(т) + 6HCl _(т) (3)
Компоненты системы (количество), моль
Сu NaCl H₂O Cu₂O HCl Cu₃Cl₃ H₂ Реакция

Исходное

состояние (1) 0 1,0 1,0 3,0 0 0 3,0 (1)
расход - 1,0 0,5 - - - - (1)
образовалось - - - - 1,0 - - (1)
Итог 0 0 0,5 3,0 1,0 0 3,0 (1)
Исходное

Состояние (2) 0 0 0,5 3,0 1,0 0 3,0 (2)
расход - - - 0,5 1,0 - - (2)

образовалось - - 0,5 - - 0,333 - (2)

итог 0 0 1,0 2,5 0 0,333 3,0 (2)

Исходное

состояние (3) 0 0 1,0 2,5 0 0,333 3,0 (3)

расход - - - - - 0,333 0,5 (3)

образовалось 0,666 - - - 0,666 - - (3)

Итог 0,666 0 1,0 2,5 0,666 0 2,5 (3)

Исходное

Состояние (4) 0,666 0 1,0 2,5 0,666 0 2,5 (2)

расход - - - 0,333 0,666 - - (2)

образовалось - - 0,333 - - 0,222 - (2)

итог 0,666 0 1,333 2,167 0 0 2,722 (2)

Продолжение таблицы 5.5	2	3	4
RU 2208652	СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ ОТ СУРЬМЫ СВИНЦОВО-СУРЬМЯНОГО СПЛАВА И СВИНЦА	Вайсгант З.И., Морачевский А.Г., Русин А.И., Хабачев М.Н.	Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при переработке аккумуляторного лома и вторичных свинцовых сплавов. Способ включает введение в расплав алюминия или алюминиево-магниевого сплава и растворение при 680-750ºС, после отстаивания расплава осуществляют его охлаждение со скоростью 5-8ºС в минуту, обеспечивается сокращение и упрощение процесса рафинирования свинцово-сурьмяного сплава от сурьмы и свинца, что позволяет сделать вывод о его экономических и экологических преимуществах по сравнению с ближайшим аналогом.
RU 2177045	СПОСОБ ТОНКОГО ОБЕЗМЕЖИВАНИЯ СВИНЦА	Сорокина В.С.; Бессер А.Д.; Калнин Е.И.; Астафьев А.М.	Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к тонкому обезмеживанию свинца, и может быть использовано при рафинировании свинца от остаточных количеств меди. В расплавленный свинец при температуре 340-370oС вмешивается гидроксид натрия в количестве 0,2-0,3% от массы свинца. Затем отдельными порциями в воронку, образуемую на поверхности расплава при перемешивании, совместно вводят сульфид натрия в количестве 0,03-0,06% и элементарную серу в количестве 0,05-0,1% от массы свинца. В результате образуется двойной медно-натриевый сульфид, обладающий меньшей растворимостью в жидком свинце, чем сульфид натрия, который всплывает на поверхность металла и снимается после каждого вмешивания отдельной порции серосодержащих реагентов в расплав. Введение серосодержащих реагентов осуществляют 1-4 раза в зависимости от содержания меди в исходном сырье, обеспечивается тонкое обезмеживание свинца в достаточно широком температурном интервале на расплаве, не содержащем олово и серебро, с получением содержания меди в свинце≤0,001%.

Содержание тематики семинаров по дисциплине «Инновационные технологии переработки сырьевых ресурсов черной и цветной металлургии» для магистрантов спец. «Металлургия» 30 ч


Содержание

Задание1 Реферат (неоцениваемый; самоподготовка к выполнению задания 2 к РК1) – информация 2015 – 2020 г.

Дополнительный материал. (для самостоятельного изучения)

Основы комплексного использования сырья цветной металлургии. Взаимодействие инновационного развития горно-металлургической отрасли и высшей школы.

Цветная металлургия сохраняет ведущие позиции в экономике развитых стран. Основные базовые условия совершенствования горно-металлургической отрасли: обеспечение сырьем, реализация ресурсосберегающих эффективных технологий и подготовка кадров, отвечающих требованиям жесткой конкуренции на рынке спроса и предложения.

Комплексное использования сырья цветной металлургии связано с переработкой техногенных минеральных образований и внедрением ресурсосберегающих технологий как средство восполнения ресурсов и получения дополнительной продукции; в перспективе разработка, испытание и внедрение в промышленное производство малоотходных, а в последующем безотходных комплексных технологий, повышающих показатель эффектив ности использования ресурсов и отвечающих основным требованиям экономики и экологии [1].

Формирование и развитие металлургической отрасли тесно связано взаимодействием горно-металлургических комплексов и вузов, определяющих количественные и качественные показатели спроса на выпускников Показатель эталонного качества подготовки специалиста включает как требования предприятия, так и требования вуза. Для вуза этот показатель представляет собой комплекс знаний и навыков, которыми должен обладать подготовленный в нем специалист. Для предприятия – требование к специалисту, определяемые показателями его деятельности. Одним из ключевых приоритетов включения РК в число развитых и конкуретоспособных является развитие современного образования и передовой науки с трансфертом технологий в производство и мировое пространство [2].

Лекция1 Тема 1: Основы комплексного использования сырья цветной металлургии Формирование и развитие ресурсосберегающих технологий металлургического производства- 1ч; ( неделя 1)

Цель: Знание основных условий формирования и развития ресурсосберегающих технологий комплексного использования сырья металлургического производства

В соответствии со стратегическими задачами РК требуется обеспечение рационального и комплексного использования недр в современных условиях, разработка и внедрение новейших ресурсосберегающих технологий по всему циклу – от добычи, обогащения, металлургического передела до производства конечной продукции, включая использование вторичного сырья.

В Восточно-Казахстанском регионе активно осуществляется переработка накопленных техногенных минеральных образований, что позволяет использовать в обороте дополнительные ресурсы в производстве чёрных и цветных металлов. Значительные достижения связаны с последовательным уменьшением объёмов техногенных образований, что достигается как ликвидацией накопленных отвальных продуктов путём их повторной переработки, так и за счёт уменьшения вновь образуемых отходов при добыче и переработке сырья в металлургии. В настоящее время совершенствуются технологии отработки и обогащения, металлургические технологические схемы; внедряется новое, более эффективное оборудование, что позволяет вовлекать в отработку и перерабатывать сырьё с более низким содержанием полезных компонентов, в том числе и попутных, числящихся на государственном балансе.
Основные требования к решению задачи ресурсосбережения [3]:
- совершенствование систем разработки рудных месторождений с целью снижения потерь полезных ископаемых в недрах и их разубоживания;

- внесение дополнений и изменений в правила разработки месторождений полезных ископаемых с учетом достижений современных технологий выработки;

- широкое внедрение геолого-технологического картирования эксплуатируемых рудных месторождений для планирования текущей добычи и усреднением качества руд перед обогащением, что значительно повышает качество работы обогатительных фабрик;

- создание высокопроизводительного оборудования и принципиально новых технологий по обогащению минерального сырья; переход на глубокое обогащение с целью повышения качества концентратов, аг ломерата, окатышей. При этом дополнительные затраты должны окупаться на последующих стадиях металлургического передела;

- комплексное использование добытого рудного сырья с целью извлечения на рациональной экономической основе попутных ценных компонентов.

Семинар 1. Обзор диссертационной тематики магистрантов с анализом исследуемых инновационных предложений и технологических схем комплексной переработки металлургического сырья. (неделя 1)

Рефераты; обсуждение, дискуссия

Дополнительный материал (для самостоятельного изучения)

1 Основы комплексного использования сырья цветной металлургии (теория, технология и освоение новых металлургических процессов) // А.М.Кунаев, С.М. Кожахметов, А.В. Ванюков, И.Р. Полывянный,, А.И. Зарубин, Е.С. Есютин //- Алма-Ата: Наука, 1982. – 392с.

1. 
   Научные и технологические основы интенсивного и комплексного использования свинцового сырья.- С. 101-195.
   
2. 
   Исследование способов комплексного использования алюминийсодержащего сырья и внедрение их в производство. – С. 199 – 262.
   
3. 
   Извлечение легирующих и редких металлов из забалансовых руд и полупродуктов металлургического производства.- С.270 – 330.
   
1. 
   Новые пути взаимодействия высшей школы и металлургической промышленности в XXI веке. / Н.Р. Кельчевская, М.И. Срогович. //Известия вузов. Цветная металлургия, № 6, 2003. –С. 81-87
   

4. 
   Переработка техногенных минеральных образований и внедрение ресурсосберегающих технологий – средства выполнения сырьевых ресурсов и получения дополнительной продукции. / А.И. Баяндеров. // Сборник научных трудов ВНИИцветмета. –Усть-Каменогорск, 2006. –С. 6 – 9
   

Лекция (2 - 6) Тема: Проблемы и перспективы комплексного использования металлургического сырья – 5ч (неделя 2 – 6)
Цель: Знать и понимать проблемы комплексного использования металлургического сырья с перспективой их решения.

На предприятиях цветной металлургии получают 74 элемента периодической системы Д.И. Менделеева [4].

Перечень извлекаемых ценных элементов из каждого вида сырья устанавливается с учетом экономической эффективности, технической возможности и рынка сбыта. Количественной оценкой эффективности использования сырьевых ресурсов являются показатели уровня их комплексности использования. Учитывается характеристика сырья, отходов, оборотных полупродуктов (число, номенклатура, содержание элементов), а также неучтенные потери; доля стоимости сопутствующих элементов в одноименном продукте. Обобщающим показателем является отношение стоимости извлеченных компонентов в товарную продукцию к их суммарной стоимости в сырье по единым ценам.

Для оценки перспективности, резервов повышения комплексности использования сырья рассчитывают:

- потенциальный коэффициент: отношение стоимости полезных компонентов, извлечение которых целесообразно и технически возможно в ближайший период, к стоимости всех ценных компонентов в сырье;

- оптимальный коэффициент комплексности: отношение стоимости полезных компонентов, извлечение которых целесообразно при внедрении инновационных технологий и техники, к валовой стоимости всех ценных компонентов в сырье (по единым рыночным ценам):

- достигнутый коэффициент комплексности использования сырья: отношение стоимости элементов, извлеченных в товарную продукцию, к их оптимально возможной стоимости.

В реальности, в медных рудах коэффициент комплексности использования сырья не превышает 70 %.

Потери руды на стадии ее добычи зависят от типа месторождения, системы разработки, уровня механизации, квалификации персонала и составляют до 10%. В процессе добычи кондиционной руды неизбежно накопление забалансового сырья (потерянные руды, вскрытая порода), экономическая переработка которого невозможна по стандартным технологиям. В настоящее время предлагаются инновационные технологии по переработке забалансового сырья (кучное и поземное выщелачивание).

При обогащении руды широко распространена флотация. Эффективность разделения и качество получаемых концентратов определяются химическим и минералогическим составом руды, используемой схемой, аппаратурой, реагентами и средствами контроля при обогащении. Наибольшие потери ценных компонентов приходятся на передел обогащен ия (до 85% от всех потерь): с отвальными хвостами и за счет наличия сопутствующих элементов в концентратах. Совершенствование цикла обогащения предполагает модернизацию существующего производства; использование комбинированных технологий [4] для разделения коллективных промпродуктов; доизвлечение металлов из хвостов обогащения, сточных вод; попутное извлечение нерудных ископаемых; тщательный технологический контроль и оперативное автоматизированное управление.

При металлургическом производстве основными источниками потерь ценных металлов являются отходы: шлаки, шламы, технологическая пыль; выбрасываемые промышленные газы и стоки.

Утилизация полупродуктов цветной металлургии

ШЛАКИ. Наиболее оптимальным направлением их переработки является извлечение не только потерянных цветных металлов, но и железа в форме, пригодной для потребления черной металлургией, а также компонентов пустой породы для производства строительных материалов.

Анализ технологий для комплексной переработки шлаков требует тщательной их паспортизации (электротермия шлаков; вельцевание; флотация). Более проблематична пирометаллургическая переработка шлаковых отходов из-за повышенной энергоемкости технологии.

ШЛАМЫ. Шламы сернокислотного производства – продукт промывки газов, направляемых в сернокислотное производство. Простейшие схемы их утилизации включают сбор, обезвоживание, передачу на свинцовое производство. Красные шламы – нерастворимые остатки от автоклавного выщелачивания бокситов в схеме Байера. Это тонкодисперсный влажный материал, выбрасываемый в хвостохранилище глиноземных заводов. Имеются ряд способов-схем их утилизации. В частности: сушка,, агломерация шлама, . плавка на чугун и глиноземистый шлак; передельный чугун доводили до качества литейного, а из шлака после спекания с содой и известняком доизвлекали глинозем. Нефелиновые шламы – отходы комплексной переработки нефелинового сырья; основной фазой шлама является двухкальциевый силикат, поэтому он используется в смеси с известняком для производства портландцемента. Алунитовые шламы – продукт гидрохимической переработки алунитовых руд. Их используют как разновидность облегченного заполнителя бетона и других строительных материалов.

Промышленные ГАЗЫ. Основным направлением является их очистка от пыли, утилизация серусодержащих компонентов с последующей санитарной очисткой. Грубую пыль возвращают на шихтоподготовку.

Промышленные СТОКИ. Радикальным решением этой проблемы является организация замкнутого водооборота, предполагающая предварительное извлечение ценных элементов или обезвреживание токсичных соединений. Эффективной, но более дорогой является схема выпарки стоков до получения сухих солей.

Наиболее прогрессивным приемом повышения комплексности использования сырья и сокращение отходов является расширение масштабов применения автогенных и гидрометаллургических технологий. В существующем производстве сохраняются заметные резервы: повышение культуры производства; экономическое стимулирование комплексного использования сырья; строгие санкции по фактам неорганизованных сбросов отходов производства; расширение номенклатуры выпускаемой продукции; усиление кооперации с родственными предприятиями черной металлургии, химической технологии, заводами по производству строительных материалов.

Актуальность организации комплексной переработки сырья стимулируется не только экономическими факторами, но и социальными предпосылками по защите окружающей среды от промышленных загрязнений; усиленными жесткими юридическими и финансовыми санкциями за возможные отклонения от нормативов.

2.1 Перспективы кивцэтной технологии в области переработки комплексного свинцово-медно-цинкового сырья и сырья благородных металлов – 1ч

Комплексность, полнота, энергетическая эффективность и экологическая безопасность извлечения свинца из сырья в интегрированных металлургических комплексах зависит от технологической схемы и в значительной степени от возможностей применяемых процессов свинцовой плавки. Обзор различных вариантов технологических схем показал, что лучшее совмещение преимуществ комплексной переработки свинцово-медно-цинкового сырья и сырья благородных металлов достигается при использовании возможности КИВЦЭТ процесса с возможностью выплавлять свинец из сырья низкого качества (с высоким содержанием цинка, железа и меди), позволяя включать в свинцовую шихту все свинецсодержащие промпродукты сопряженного цинкового и медного производства. Преимущество комплексов по отношению к раздельным свинцовым и цинковым заводам заключается в их возможности более полно и экономично извлекать ценные компоненты из полиметаллических руд, а также снизить экологическое воздействие металлургических производств на окружающую среду [5].

Схема интегрированного металлургического комплекса Казцинк [5}.

2.2 Технологические основы интенсивного и комплексного использования свинцового сырья – 1ч

Известны различные варианты технологических схем для комплексной переработки свинцового и цинкового сырья, реализованные в интегрированных металлургических комплексах. Использование в интегрированных свинцово-цинковых комплексах других процессов свинцовой плавки (QSI, Ausmelt, Isasmelt, SKS) требует усложнения технологических схем и увеличение количества пирометаллургических агрегатов. При этом преимущества комплексной переработки полиметаллического сырья в отношении полноты извлечения металлов, энергетической эффективности и экономической безопасности интегрированного свинцово-цинкового производства не реализуется в полной мере с перспективой достижения модернизацией технологии [5] –[7].

2.3 Комплексная технология производства свинца и сурьмы – 1ч

Примером эффективной комплексной технологией переработки сурьмусодержащего свинцового сырья с точки зрения экономики и экологии является метод содовой восстановительной плавки, заключающийся в непосредственном плавлении свинцового концентрата совместно с кальцинированной содой в присутствии углеродного восстановителя [5]. Свинец, тяжелые цветные и благородные металлы, содержащиеся в сырье в виде соединений, восстанавливаются до металлического состояния и переходят в самостоятельную фазу с извлечением до 97% [8].

Реферат (неоцениваемый ) - неделя 3 обсуждение, дискуссия

2.4 Извлечение легирующих и редких металлов из забалансовых руд и полупродуктов металлургического производства; Извлечение марганца из некондиционного сырья - 1 ч

2.5 Комплексные технологии переработки золотосодержащих руд. – 1ч

В рамках реализации комплексных технологий переработки золотосодержащих руд предложены технологии переработки упорных золотомышьяковистых руд с разработкой регламента на проектирование золотоизвлекательных фабрик; разработаны новые реагентные режимы для флотации медных руд различных типов и медных шлаков, перерабатываемых на Балхашской обогатительной фабрике. Разработана технология переработки свинцово-серебряных руд и регламент на проектирование ЗИФ.

Внедрена трехстадиальная схема флотации при переработки золотосодержащих руд Суздальского месторождения, при этом потери золота снижены на 50% с переходом предприятия на более высокую производительность.

Разработана технология переработки труднообогатимой золото-свинцово-баритовой руды с получением баритового концентрата (80% диоксида бария).

Реализована технология сквозного извлечения золота (86%) комбинированной технологией переработки упорных золотомышьяковистых руд, содержащих углистый минерал-шунгит (окислительный обжиг руды с отгонкой мышьяка и последующее цианирование обожженной руды).

Экономический эффект от реализации внедренных разработок на ЗИФ составляет более 43 млн долл.США в год [9]