Производство медного купороса из медного лома
Курсовой проект - Химия
Другие курсовые по предмету Химия
Различают, главным образом, по видам применяемого сырья:
.Из медного лома и отходов меди (стружки, высечки, проволоки, опилок и т.д.) с окислением меди кислородом воздуха, электролизом или раствором хлорной меди;
.Из окиси меди, получаемой из белого матта;
.Из окиси меди и сернистого газа;
.Из окисленных медных руд, содержащих незначительное количество меди, переработка которых на металлическую медь плавкой в печах является не экономичной;
.Из колчеданных огарков и других отходов;
.Из отбросных электролитных растворов медеэлектролитных заводов.
Наиболее промышленное значение имеет башенный способ производства медного купороса, использующий медный лом и отходы металлообрабатывающих заводов.
Основные стадии башенного способа следующие:
) гранулирование меди;
) Растворение меди в серной кислоте (натравка);
) кристаллизация медного купороса.
При башенном способе производства медь в виде медного лома и других отходов переплавляют в печах для очистки от различных примесей. Расплавленную медь выливают тонкой струей в холодную воду для получения ее в виде полых шариков (гранул), обладающих большой поверхностью, вследствие чего ускоряется растворение меди в серной кислоте. Для растворения гранулы загружают в полую башню, через которую пропускают воздух и обрабатывают слабым раствором медного купороса, содержащим свободную серную кислоту. При этом получается концентрированный раствор медного купороса, из которого при охлаждении выделятся кристаллический медный купорос.
За рубежом основными производителями медного купороса являются Франция и Италия, где в качестве сырья используют главным образом медный лом и окисленные руды. В отличие от этого в США используют в основном электролитные щелоки, из которых производят больше половины всех солей препаратов меди.
3. Башенный способ производства медного купороса
.1 Сырье для получения медного купороса
Основным сырьем для получения медного купороса служат серная кислота и металлическая медь.
Серная кислота должна употреблять требованиям ГОСТ 2184 - 59 (таблица 2).
Таблица 2. Состав различных сортов серной кислоты (в %)
Составные частиКонтактная H2SO4Башенная H2SO4Регенерированная H2SO4техническаяТехническая улучшеннаяолеумМоногидрат серной кислоты не менее92,592,5 - 94,0_7591Свободный серный ангидрид(SO3), не менее__18,5__Окислы азота (в пересчете на N2O3), не менее_0,0001_0,030,01Прокаленный остаток, не более_0,040,15_0,2Железо, не более_0,015___Мышьяк, не более_0,0001___
Металлическую медь употребляют в виде:
) сортного лома и отходов меди;
) низкокачественный лом и отходы меди.
Используемая медь должна соответствовать требованиям, предусмотренным ГОСТ 1639 - 48. В производстве медного купороса применяют: лом и кусковые отходы прокатной меди без полуды и пайки (куски меди, медные проводники, снарядные пояски, обрезки); лом прокатной меди, засоренной не более чем на 10% другими металлами и сплавами; медную стружку; лом и кусковые отходы луженой и паяной меди как не засоренной так и засоренной другими металлами.
3.2 Физико-химические характеристики основных стадий процесса
3.2.1 Теоретические основы процесса
В отсутствии окислителей, в частности кислорода воздуха, в разбавленной серной кислоте медь практически не растворяется. Она с достаточной скоростью растворяется в горячей концентрированной серной кислоте, но осуществлять этот процесс нерационально, так как при этом половина затрачиваемой кислоты восстанавливается до SO2, окисляя медь в окись меди, которая и растворяется в серной кислоте, образуя медный купорос. Схема этого процесса может быть выражена следующими уравнениями реакций:
Cu + H2SO4 = CuO + H2O + SO2+ H2SO4 = CuSO4 + H2O+ 2H2SO4 = CuSO4 + 2H2O + SO2
С целью экономии серной кислоты окисление меди производят кислородом воздуха одновременно с процессом натравки, т.е. растворения в серной кислоте. Медный лом предварительно переплавляют для рафинирования (очистки от примесей Fe, Zn, Al, Pb и т.д.) и придания ему формы, удобной для растворения - пустотелых гранул, обладающих большой поверхностью, что ускоряет растворение в кислоте в 5-10 раз.
3.2.2 Очистка и грануляция медного лома
Медный лом и медные отходы представляют собой нечистую медь, содержащую в виде примесей различные металлы. Важнейшими примесями являются: цинк, железо, висмут, мышьяк, сера, свинец, никель, кобальт, олово, алюминий. Большинство этих примесей имеет большое сродство к кислороду, чем медь. Эту особенность используют для очистки меди от загрязняющих ее примесей.
Для этого загрязненную медь расплавляют в пламенных печах и окисляют кислородом воздуха, содержащимся в печных газах. Большая часть примесей при этом окисляется и удаляется в виде шлака с поверхности расплавленной меди, а медь получается более чистой. Процесс очистки металла окислением входящих в него примесей кислородом воздуха при высокой температуре называется окислительной очисткой, или рафинированием.
Чистая медь плавится при 1084, а в присутствии примесей - при более низкой температуре. Примеси летучих металлов и окислов - металлический цинк, трехокиси мышьяка и сурьмы - удаляются при нагревании меди до ее расплавлении. При расплавлении медь окисляется до закиси меди, устойчивой выше 1100. Закись меди накапливается на поверхности расплавленной меди в твердом (до 1200) и в жидком (до 1235) виде и частично растворяется