Первом сплаве содержит 5% меди, втором 12% меди. Масса второго сплава больше массы первого на 5 кг. Из этих двух сплавов получили третий сплав, содержащий 11% меди. Найдите массу третьего сплава. Решение и ответ х кг – масса первого сплава, (х + 5) кг масса второго, (х + х + 5) кг = (2 х + 5) кг масса третьего сплава. Тогда 0,05 х кг – содержит меди 1 й сплав, 0,12(х + 5) кг = (0,12 х + 0,6) кг содержит меди 2 й, (0,05 х + 0,12 х + 0,6) кг или 0,11 (2 х + 5) кг - 3 й. Уравнение: 0,05 х + 0,12 х + 0,6 = 0,11 (2 х + 5); откуда х = 1; масса третьего сплава: = 7 (кг) Ответ: 7 кг

В первом сплаве содержится 40%, а во втором 70% меди. В каком отношении надо взять первый и второй сплавы, чтобы получить из них новый сплав, содержащий 60 % меди? Решение и ответ х – масса первого сплава, у – второго, которые надо взять, чтобы получить сплав, содержащий 60% меди. Тогда 0,4 х – содержание меди в первом сплаве, 0,7 у – во втором. Наша задача найти отношение: х: у. Имеем: Ответ: 1: 2

В свежих яблоках 80% воды, а в сушёных – 20%. На сколько процентов уменьшается масса яблок при сушке? Решение и ответ Доля воды в свежих яблоках составляет 80% = 0,8, а доля сухого вещества – 20% = 0,2. После сушки доля сухого вещества в сушёных яблоках составляет 0,8. Сушёные яблоки составят 0,2: 0,8 = 0,25 = 25% свежих. Значит, масса яблок при сушке уменьшается на 100 – 25 = 75 (%) Ответ: 75

Объемы ежегодной добычи нефти первой, второй и третьей скважинами относятся как 6:7:10. Планируется уменьшить годовую добычу нефти из первой скважины на 10% и из второй- тоже на 10%. На сколько процентов нужно увеличить годовую добычу нефти из третьей скважины, чтобы суммарный объем добываемой за год нефти не изменился?

Медь – древнейший металл. Он стал использоваться человеком еще очень давно: в природе встречались самородки меди, из которых можно было путем удара каменными орудиями изготовить украшения или простейшее оружие. В настоящее время самородная медь встречается редко, и основная масса металла добывается из руд, содержащих всего 1÷2% меди. Наиболее важным свойством меди, обеспечившим ей широкое применение, является хорошая электропроводность и теплопроводность, высокая пластичность и способность образовывать технологичные сплавы, которые отлично обрабатываются и обладают хорошими механическими свойствами. Температура плавления меди 1083 0 С, кипения – 2360 0 С. Предел прочности чистой меди не очень высок и составляет 220 МПа. Ее кристаллическая решетка – кубическая гранецентрированная, параметры решетки а= 0,361 Нм (3,61 Ǻ). Плотность равна 893 кг/м 3 , а твердость меди почти в два раза меньше, чем у железа НВ 35.

5.1. Медные руды и пути их переработки

В настоящее время главнейшим природным источником для получения меди (~80% мировой добычи) служат сульфидные руды, содержащие чаще всего халькопирит CuFeS 2 , называемый медным колчеданом , или другие сернистые минералы меди, например борнит 5 Cu 2 S . Fe 2 S 3 , халькозин CuS и др. В этих рудах обычно находится много пирита FeS 2 , а иногда и сульфиды различных цветных металлов. Особенно часто в рудах содержатся цинк, свинец, никель, молибден, а нередко серебро и золото.

Вторым по значению источником для получения меди являются окисленные медные руды, содержащие медь в виде куприта Си. 2 О или азурита 2СиСО 3 . Си(ОН) 2 . Широко известен теперь уже очень редкий, окисленный минерал меди – малахит С u СО 3 . С u (ОН) 2 . Встречаются также смешанные сульфидно-окисленные медные руды, а также вкрапления самородной меди в различных горных породах.

5.1.1. Обогащение руд флотацией

Сущность флотации состоит в избирательном прилипании некоторых минеральных частиц, взвешенных в водной среде, к поверхности пузырьков воздуха, с помощью которых эти минеральные частицы поднимаются на поверхность. Через пульпу (смесь жидкости и мелких твердых частиц) пропускают пузырьки воздуха. Вследствие различной смачиваемости частицы одних минералов, плохо смачиваемые водой (или другой жидкостью, в которой протекает обогащение), прикрепляются к пузырькам воздуха и, поднимаясь с ними на поверхность, образуют минерализированную пену и тем самым отделяются от других, хорошо смачиваемых минералов, остающихся в пульпе.

Для успешного осуществления этого метода обогащения необходимо:

а) тонко измельчить руду до размеров частиц, меньших 0,1 мм, что дает возможность получить кусочки руды, состоящие из одного минерала, а не из сростков нескольких, и облегчает мелким пузырькам воздуха поднимать тяжелые минералы;

б) получить в пульпе много мелких пузырьков воздуха и создать условия для образования на поверхности пульпы устойчивой пены.

Для успешного осуществления флотационного обогащения применяют целый комплекс машин, позволяющих быстро и многократно повторять процесс флотации, и разные флотационные реагенты, которые вводятся в пульпу, усиливая или подавляя отдельные физические свойства ее элементов.

Различают следующие флотационные реагенты:

вспениватели , делающие пузырьки пены устойчивыми, не лопающимися, (сосновое масло и другие вещества, получаемые при перегонке древесины и каменного угля);

коллекторы (собиратели), уменьшающие смачиваемость определенной группы минералов водой и облегчающие их сцепление с пузырьками воздуха.

В настоящее время разработан широкий ассортимент коллекторов, делающих возможным обогащать флотацией разноообразные минералы. При флотации часто применяют также депрессоры (подавители), предотвращающие действие коллектора на некоторые минералы.

Подавителями служат неорганические электролиты, например, цианистый натрий NaCN , известь СаО , которую применяют при флотации медно-цинково-пиритных руд, так как на халькопирит CuFeS 2 известь не действует, но подавляет флотируемость цинковой обманки ZnS и пирита FeS 3 . При так называемой селективной флотации, когда из руды необходимо выделить концентраты нескольких металлов, применяются и многие другие химические вещества. Общий расход флотационных реагентов невелик, составляет 50÷300 г на 1 т руды.

Рис. 18. Схема действия флотационной машины

1 – мешалка, 2 – выгрузка пенного концентрата, 3 – зона выгрузки отработанной пульпы

Рассмотрим лишь один из типов машин, в которых проводится собственно флотация. На рис. 18 представлена схема секции механической флотационной машины, на которой изображен процесс флотации. В машину через боковую трубу непрерывно подается пульпа, состоящая из воды, мелких частиц руды и уже внесенных в пульпу необходимых флотационных реагентов. Сверху по трубе засасывается воздух, вгоняемый в машину быстро вращающимся импеллером (300÷600 об/мин). Циркулирующая в машине пульпа в смеси с пузырьками воздуха в верхней правой части машины собирает пену, которую непрерывно удаляют из машины.Оставшаяся пульпа сливается через порог в боковой стенке машины (на схеме в задней стенке) и попадает в ее соседнюю секцию, так как флотационная машина состоит из 4÷20 камер (секций).

Полученный после флотационного обогащения медный порошкообразный концентрат, содержащий 11÷35% меди, 15÷35% серы, 15÷37% железа, а также немного кремнезема, окиси алюминия, окиси кальция, небольшие примеси цинка, никеля и некоторых других соединений, направляют на дальнейшую переработку.

Cu № 29 Атомная масса 63, 546 Валентность +1 и +2 +1 - как элемент, в минералах, продуктах пиропереработки +2 - в природе, в продуктах окисления Тпл. = 1084, 5 °C Ткип. = 2540 °C Cu – вязкий, мягкий, ковкий, мало активный металл – легко прокатывается в тонкие листы, фольгу, протягивается в проволоку В ряду напряжения Cu более электроположительна, чем Н 2

Cu Легко растворяется в HNO 3 и горячей H 2 SO 4 Не растворяется (в отсутствии окислителя) в HCl и H 2 SO 4 При Т 800 °C окисляется до Cu 2 O При взаимодействии с S образует Cu. S и Cu 2 S При Т= 400 -450 °C 4 Cu. S → Cu 2 S + S 2 Во влажном воздухе в присутствии СО 2 → В пирометаллургических процессах и продуктах Сu одновалентна

Сплавы на основе Cu Cu Добавки Бронза 90 10 Sn Латунь 70 30 Zn Мельхиор 68 30 Ni – 1 Mn - 1 Fe Нейзильбер 65 20 Zn – 15 Ni Константан 59 40 Ni – 1 Mn Копель 55 44 Ni – 1 Mn Куниаль 76 20 Ni – 4 Al Манганин 82 4 Ni – 14 Mn Монетные (95 Cu – 5 Al «медь» и 80 Cu – 20 Ni «серебро») Характеризуются: - высокими антифрикционными свойствами - хорошей коррозионной стойкостью - высокой электропроводимостью, пластичностью, прочностью

Области применения Сельское хозяйство (удобрения) Электротехника (провода, кабели, фольга) Машиностроение (теплообменники) Транспорт (элементы конструкций, детали) Строительство (кровля, архитектурные детали) Химическая промышленность (соли, реагенты) Быт (техника, посуда, украшения)

Биологическая роль меди Медь присутствует во всех организмах и необходима для нормального развития (участвует в ферментативном катализе). Взрослому человеку необходимо 0, 9 мг меди в день. В растениях и животных содержание Cu от 3 до 10 %. Мышечная ткань человека содержит 1*10 -3 % меди, костная ткань - (1 -26)*10 -4%, в крови – 1, 01 мг/л. В организме человека (масса тела 70 кг) содержится 72 мг меди. Соединения (соли) меди - медный купорос Cu. SO 4 и др. - ядовиты. ПДК для аэрозолей меди составляет 1 мг/м 3, для питьевой воды содержание меди должно быть не выше 1, 0 мг/л.

Сырье для получения Cu Руды СУЛЬФИДНЫЕ (СПЛОШНЫЕ, ВКРАПЛЕННЫЕ) ОКИСЛЕННЫЕ СМЕШАННЫЕ САМОРОДНЫЕ Концентраты Вторичное сырье

Сырье для получения Cu Основные запасы – сульфидные полиметаллические руды (до 90% всей первичной меди) Рентабельный минимум – 0, 4÷ 0, 5 % Попутно извлекаются до 30 элементов (Au, Ag, Zn, Pb, Ni, Co, Pt, S, Se, Te, Cd, Ge, Re, In, Ta, Mo, Fe, Bi, As, Ro, Os, Pd и другие) Известно более 250 минералов Cu

Химические соединения меди в руде Cu – самородная медь, металл инертный на воздухе Cu. Fe. S 2 – халькопирит Cu 2 S – халькозин Результат кристаллизации сульфидов из магмы Cu 2 О – результат взаимодействия сульфидов с кислородом (входит в состав минерала куприт) Cu. СО 3∙Cu(OH)2 – результат взаимодействия сульфидов с СО 2 (входит в состав минерала малахит) Кларк меди – среднее содержание меди в земной коре – 0, 047 % В рудных месторождениях содержится от 0, 5 до 5 % меди

Способы получения Пирометаллургический способ (90 %) состоит в получении меди путем ее выплавки из медных руд. Он включает обогащение руды, обжиг, плавку на полупродукт – штейн, выплавку из штейна черновой меди, рафинирование. Гидрометаллургический способ (10 %) состоит в извлечении меди путем ее выщелачивания (например, слабыми растворами серной кислоты) и последующего выделения металлической меди из раствора.

Добыча меди Крупнейшие производители меди: США, Россия, Чили, Китай, Япония В России добыча меди ведется как шахтным (подземным), так и открытым способом.

Норильский промышленный район с к-р Скальный р. Октябрьский Оз. Пясино р. Таймырский Талнахская ОФ Надеждинский металлургический завод Кайерканский угольный разрез МЦ Кайеркан Дудинка а/п Алыкель Е н и с е й р. Комсомольский Талнах Медный завод Норильск шх. Маяк шх. Скалистая шх. р. Норильская Никелевый завод Аглофабрика р. Известняков р. Ангидрит р. Заполярный Норильская ОФ Оз. Мелкое к-р Медвежий ручей Добыча медноникелевых руд Добыча нерудных полезных ископаемых

Талнахский рудный район ВС-2 СХЕМА ТАЛНАХСКОГО РУДНОГО УЗЛА ВС-1 ВС-4 ВС-3 ВС-5 ВС-6 Поле рудника «Октябрьский» Октябрьское Поле шахты месторождени «Скалистая» ВЗС-1, ВСС-1 Поле рудника е «Таймырский» КС-1, СС 1 Талнахское ВПС ПЗС месторождение КС-2, СС-2 ВС-9 КС-3, СС-3 Условные обозначения СВС СС ЗЗС Поле рудника КС «Комсомольский» ЮЗВ С СС КС ЗЗС Поле шахты «Маяк» ВС-8 Проекции залежей: - богатых руд - медистых руд - вкрапленных руд - богатых руд в стадии отработки - отработанных богатых руд - медистых руд в стадии отработки - вкрапленных руд в стадии отработки - шахтные стволы и горизонтальные горные выработки, вскрывающие залежи (условно) - Норильско-Хараелахский разлом

Вскрытие месторождений и основные вскрывающие выработки 1 – скиповой ствол; 2 – клетьевой ствол; 3 – наклонный ствол; 4 – вентиляционный ствол; 5 – уклон; 6 – квершлаг; 7 – наклонный съезд; 8 – копер; 9 – рудное тело; 10 – граница рентабельности открытой разработки

Технологическая схема производства Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель» Никель электролитный ОЛПК** Ni к-т Никелевый завод Шламы в МЦ Гравио концентрат Кобальт металлический НМЗ Файнштейн на КГМК Медный завод Медь электролитная Аноды медные Ni к-т Cu к-т Гравиоконцентрат ТОФ Po к-т Хвостохранилище «Лебяжье» Отвальные хвосты Медистые НОФ Вкрапленные ЛПК* Концентраты по типам Cu к-т Готовая продукция Металлургия Файнштейн Обогащение руды Руды по типам Богатые Заполярный Комсомольский Таймырский Октябрьский Медвежий ручей Добыча руды Мет алл урги ческ ий цех * ЛПК - лежалый пирротиновый концентрат ** ОЛПК - обогащенный лежалый пирротиновый концентрат Шламы в МЦ Концентрат МПГ на КЗЦМ

Медный завод Сушка концентрата Cu концентрат Электро фильтры SO 2 Конвертирование Штейн Оборотная пыль Сушильные башни Контактный аппарат Медь черновая Никелевый завод SO 3 Медь цементная Cu - Ni купорос Газ в атмосферу Скруббер Квенчер Плавка в ПВ Отвальный шлак Анодная плавка H 2 SO 4 Скруббер «Вентури» Маточный р-р Разливка анодов Шлак никелевый Катоды медные Корпус приготовления раствора Электро фильтры Реактор Аноды на электролиз Конденсатор Электролиз Товарная кислота Фильтрация Газ в атмосферу Конвертер Шламы ДМ в МЦ Печь дожига Сера Конденсатор

Окислительный обжиг Cu концентратов Цель – частичное удаление S и перевод части Fe. S 2 в форму шлакуемых при плавке оксидов Окислительный обжиг применяется для высокосернистых, бедных по Cu рудах Т обжига - 750÷ 900 °C 2 Me. S + 3 O 2 = 2 Me. O + 2 SO 2 + Q Продукты: огарок – на плавку газы – после очистки на производство H 2 SO 4 пыль – после очистки в оборот

Плавка на штейн Нагрев шихты до 1300 – 1400 о. С с получением штейна (Cu и ценные Me) и шлака (пустая порода) шихта Fe. S 2 при нагреве 800 – 900 о. С при нагреве до 1150 о. С при нагреве до 1250 о. С Fe. S + без кислорода Cu. Fe. S 2 + Si. O 2 + Fe 3 O 4 Fe. S + Cu 2 S + S Fe. S + Cu 2 S (жидкий штейн) жидкий штейн Si. O 2 + Fe 3 O 4 (жидкий шлак)

В присутствии кислорода: Cu. Fe. S 2 + Fe. S 2 при нагреве Cu 2 S + Fe. S + O 2 + + SO 2 Fe 3 O 4 + Si. O 2 + Fe. O 800 – 900 о. С при нагреве до 1150 о. С Fe. S + Cu 2 S (жидкий штейн) при нагреве до 1250 о. С жидкий штейн отходящий газ Fe. O + Si. O 2 + Fe 3 O 4 жидкий шлак

История создания процесса Ванюкова 1949 год А. В. Ванюков получил первое авторское свидетельство на изобретение "Плавка в жидкой ванне" (ПЖВ)

Переименование процесса 1988 год Совет Министров СССР в ознаменование заслуг Андрея Владимировича присваивает плавке в жидкой ванне новое имя "Процесс Ванюкова", а печь называют "Печь Ванюкова” (ПВ)

Сущность процесса Ванюкова Сущность технологии заключается в двухстадийной непрерывной переработке рудного сырья в одном металлургическом агрегате. Технология реализуется в двухзонной печи Ванюкова специально разработанной конструкции. В первой зоне осуществляется полное расплавление непрерывно загружаемой шихты. Во второй – также непрерывная восстановительная (восстановительно-сульфидирующая) обработка расплава с получением отвального шлака и металлической фазы.

Краткое описание технологии Руда, уголь и флюсы из шихтовых бункеров, оборудованных ленточными весодозаторами, непрерывно конвейерами подаются в ванну расплава плавильной зоны.

Процесс плавления шихты В процессе Ванюкова стадии нагрева, диссоциации неустойчивых химических соединений, плавление и растворение тугоплавких компонентов совмещены во времени и пространстве. Нагрев шихты, удаление влаги и диссоциация неустойчивых химических соединений начинаются во время ее вертикального движения (падения) к поверхности расплава и завершаются в барботируемой области ванны. Процесс плавления протекает в шлаковой ванне, интенсивно перемешиваемой боковым дутьем.

Краткое описание технологии По мере наплавления жидкий шлак непрерывно перетекает над перегородкой из плавильной зоны в восстановительную зону

Основные достоинства процесса Ванюкова Универсальность Высокая удельная производительность Непрерывность и стабильность процесса по всем параметрам Минимальный расход топлива Экологичность Низкий пылевынос Экономичность