Цех по переработке отработанного медного электролита производительностью 170 м3/сут

ВВЕДЕНИЕ
Целью данного курсового проекта является изучение и анализ производства медного купороса, основанного на переработке отработанного передаточного электролита цеха электролиза меди.
В настоящее время АО “Уралэлектромедь” является лидером на рынке сбыта медного купороса.
Потребителями медного купороса являются: фирма VISTHON
TRADING CORPORATION LTD, Бему; фирма TRISTAR Marketing Associates Limited, Нидерланды, Китай, Молдова, город Кишинев, Германия, Польша, Испания, Канада и другие.
Предлагаемый медный купорос пользуется большим спросом на мировом рынке. Это продиктовано тем, что он является важнейшей солью меди и находит широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве. Он служит исходным материалом для производства различных соединений меди. Как многие другие соли меди, медный купорос ядовит.
В сельском хозяйстве он применяется для предохранения растений от вредителей и некоторых заболеваний и является составной частью ядохимикатов; бордосской жидкости.
Бордосская жидкость представляет собой водную суспензию, получаемую при смешении, 5-1,0 % раствора медного купороса с 0,5-1,0 %-ным известковым молоком.
В красильном деле он применяется как протрава; в гальванопластике для покрытия металлов слоем, так же используется в промышленности (при производстве искусственных волокон, органических красителей, минеральных красок, мышьяковистых химикатов, для обогащения руды для флотации). Препарат вырабатывают двух сортов, отличающихся по содержанию основного вещества и по количеству допускаемых примесей.
Расположение предлагаемого производства в условиях АО “Уралэлектромедь” также дает ряд преимуществ:
Во-первых, производство медного купороса основано на переработке отработанного электролита цеха электролиза меди, цеха медных порошков и медных гранул, то есть источниками исходного сырья являются цеха, расположенные на территории данного предприятия, что, в свою очередь, приводит к снижению затрат на транспортировку, закуп сырья и т.д.
Во-вторых, большой спрос на медный купорос объясняется отсутствием товаров заменителей, что делает предлагаемый продукт уникальным.
 
1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА
Медный купорос – сульфат меди (медь сернокислая пятиводная). Химическая формула CuSO4·5H2O. Молекулярная масса 249,68 г/моль. Окрашен в ярко-синий цвет, на воздухе медленно выветривается, покрываясь белым налетом; хорошо растворим в воде. Относится к веществам 2-го класса опасности [1].
Медный купорос имеет широкую область применения:
1) металлургическая промышленность (гальваника);
2) блестящее никелирование;
3) для получения некоторых химических соединений служит исходным сырьем;
4) строительство, ремонтные работы – для ликвидации плесени, пятен ржавчины, для нейтрализации последствий разных протечек;
5) сернокислая медь включена в состав некоторых минеральных красок;
6) садоводство и сельское хозяйство;
7) животноводство и др.
Способы производства медного купороса различают главным образом по видам применяемого сырья [2]:
1) из медного лома и отходов меди (стружки, высечки, проволоки, опилок и т. 2) с окислением меди кислородом воздуха, электролизом или раствором хлорной меди;
2) из окиси меди, получаемой из белого матта;
3) из окиси меди и сернистого газа;
4) из окисленных медных руд, содержащих незначительное количество меди, переработка которых на металлическую медь плавкой в печах является неэкономичной;
5) из колчеданных огарков и других отходов;
6) из отбросных электролитных растворов медеэлектролитных заводов.
Основные схемы переработки отработанного электролита в купоросном отделении цеха электролиза меди
Основное сырье, используемое для производства медного купороса. В производстве медного купороса в качестве основного сырья используется раствор цеха электрорафинирования меди, промышленный раствор, оборотные растворы и медные гранулы.
Раствор передаточный ЦЭМ представляет собой отработанный электролит ЦЭМ, полученный после электролитического рафинирования меди, направляемый в купоросный цех. Содержание золота и серебра в передаточном растворе ЦЭМ определяют, но не нормируют. Зашламленность раствора должна быть не более 0,010 г/дм3.
Раствор промышленный – конденсат ЦЭМ, представляет избыток конденсата из теплообменников, направляемый в гидрометаллургическое отделение химико-металлургического цеха. Обеспечивает получение осветленных растворов.
Оборотные растворы – промывные воды, закачиваемые в аппараты для корректировки концентраций исходных растворов, их состав не нормируют и не определяют. Это могут быть промывные воды медного отделения, раствор с узла подготовки никелевого отделения [3].
Медные гранулы – гранулы, применяемые на начальной стадии получения медного купороса.
Процесс переработки. Медные аноды, получаемые в медеплавильном цехе, подвергаются электролитическому рафинированию в цехе электролиза меди (ЦЕМ). В процессе электролиза медь осаждается на катод, часть примесей переходит в электролит. Продуктом электролитического рафинирования являются медные катоды. Часть медных катодов является товарной продукцией, часть направляется в дальнейшую переработку. Электролит, обогащенный примесями, передается на переработку в купоросный цех. В электролите присутствуют примеси NiSO4, As2O3, FeSO4, ZnSO4, CaSO4 и др. Количество выводимого раствора зависит от степени загрязнения рафинируемой меди. Переработка его на медный купорос является наиболее экономичным способом утилизации, так как стоимость последнего выше, чем стоимость затраченных на его производство меди и серной кислоты.
Так как при электролизе количество меди в циркулирующем электролите постепенно повышается, то для поддержания его на постоянном уровне из ванн отводится такое количество раствора, которое соответствует количеству накопившейся в нем меди. Часть электролита, выводимая ежесуточно из ванн, составляет 1,5-2,0, а иногда и 5 % от общего его количества.
Производство медного купороса включает в себе следующие последовательные стадии:
1. Получение насыщенных растворов и нейтрализация серной кислоты;
2. Выпарная вакуум-кристаллизация;
3. Разделение суспензии медного купороса и обработка кристаллов;
4. Затаривание и упаковка.
1.1 Методы получения медного купороса
а) Производство медного купороса из медного лома
В отсутствие окислителей, в частности кислорода воздуха, в разбавленной серной кислоте медь практически не растворяется [4]. Она с достаточной скоростью растворяется в горячей концентрированной серной кислоте, но осуществлять этот процесс не рационально, так как при этом половина затрачиваемой кислоты восстанавливается до SO2, окисляя медь в оксид меди, которая растворяется в серной кислоте, образуя медный купорос. Схема этого процесса может быть выражена следующими уравнениями реакций:
Сu + H2SO4 = СuО + Н2О + SO2
СuО + H2SO4 = CuSО4 + Н2О
__________________________
Сu + 2 H2SО4 = CuSО4+ 2 Н2О + SО2
С целью ЭКОНОМИИ серной кислоты окисление меди производят кислородом воздуха одновременно с процессом “натравки”, то есть растворения в серной кислоте. Медный лом предварительно переплавляют для рафинирования (очистки от примесей Fe, Zn, Al, Pb и др.) и придания ему формы, удобной для растворения - пустотелых гранул, обладающих большой поверхностью, что ускоряет растворение в кислоте в 5-10 раз.
б) Получение медного купороса электролизом
При проведении электролиза с растворимым медным анодом в растворе любой соли щелочного металла получающаяся на аноде медная соль, реагируя с образующейся на катоде щелочью, дает гидроксид меди с одновременной регенерацией электролита.
Можно получать электролизом и непосредственно раствор медного купороса, осуществляя процесс в ванне, в которой анод, находящийся на дне ванны, состоит из спрессованных или сплавленных обрезков меди. Через полый катод, помещенный сверху, подается серная кислота. Движением раствора от катода к аноду не допускается, нежелательное в данном случае осаждение меди на катоде.
При проведении электролиза с растворимым медным анодом в растворе сульфата натрия в ванне с диафрагмой можно одновременно получать медный купорос и едкий натр. Анодная жидкость, кроме медного купороса, будет содержать сульфат натрия, однако медный купорос и сульфат натрия могут быть легко отделены друг от друга (как известно, трудность разделения серной кислоты и сульфата натрия является одним из сложных вопросов в проблеме электролиза сульфата натрия). Таким образом, этот способ позволяет получать щелочь и медный купорос без затраты кислоты.
в) Получение медного купороса при окислении меди хлорной медью
Этот метод основан на образовании хлористой меди из хлорной и металлической меди:
Сu + СuС12 = 2 СuС1
(Хлористую медь получают также хлорированием цементной меди в растворе поваренной соли). Хлористую медь окисляют воздухом с образованием оксихлорида меди:
6 CuCl +1,5 О2 + 3 Н2О = 3 [Сu(ОН)2 • СuС12]
Оксихлорид растворяют в серной кислоте, в результате чего образуется раствор сульфата меди и регенерируется хлорная медь:
2[Сu(ОН)2 • СuС12] + 3 H2SО4 = CuSО4 + 3 CuCl2 + 6 Н2О
Получение оксихлорида меди осуществляют в бетонном баке, куда загружают медь и заливают раствор хлорной меди. После этого продувают массу воздухом, пока вся металлическая медь не перейдет в нерастворимый оксихлорид. После отстаивания и декантации пульпу растворяют при нагревании в серной кислоте. Приточный раствор возвращают в процесс.
г) Производство медного купороса из оксида меди. До распространения способа получения медного купороса из медного лома в натравочных башнях медный лом предварительно окисляли в печах в оксид меди, которую затем перерабатывали в медный купорос.
В настоящее время медный лом перерабатывают в медный купорос только методом “натравки”, а производство медного купороса растворением оксиде меди в серной кислоте базируется на оксиде меди, получаемой из полупродуктов и отходов медеплавильных заводов.
Файнштейн образуется при извлечении меди из сульфидных руд в результате дальнейшей переработки штейна, состоящего из сульфидов меди и железа и получающегося после первой плавки сырья с отделением пустой породы. При добавке к штейну кварца и продувке воздухом сульфид железа окисляется и переходит в силикат. После удаления шлака остается полусернистая медь, имеющая в изломе серебристый белый цвет, поэтому ее называют белым металлом или белым штейном.
Белый штейн получается в виде плит толщиной 6-8 см. Он содержит, кроме Cu2S, до 10 % металлической меди и 0,5 – 3 % железа; общее содержание меди 75 – 80 %. Он служит для получения черновой, а затем рафинированной меди.
Для переработки на медный купорос белый штейн измельчают и подвергают обжигу в печах, с целью окисления сульфида в оксид меди. При обжиге белый штейн превращается в оксид меди по реакции:
Небольшая доля сернистого газа, в связи с присутствием в белом штейне железа, каталитически окисляется до SO2, который сульфатизирует оксид меди. Поэтому в продукте обжига белого штейна, помимо основного компонента - окиси меди, а также остатков сульфида, содержится некоторое количество CuSО4. С учетом этого общая реакция о