СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 1998 года по МПК C22B7/00 C22B15/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности, к способам получения меди из медьсодержащих отходов производства.

Известен способ получения меди в высокотемпературных печах путем загрузки 50,0 - 60,0 мас.% свежего металла в виде меди в слитках, 25,0 - 35,0 мас. % отходов собственного производства, а именно лома цветных металлов, и 10,0 - 12,0 мас.% покупного лома цветных металлов в металлургическую печь, имеющую температуру 900 - 1000^oC, и последующего плавления посредством нагрева в печи в течение нескольких часов до температуры 1150 - 1170^oC. В результате плавления в печи получают медь или медный сплав /1, с. 202/.

Недостатками способа получения меди в высокотемпературных печах являются, во-первых, большой расход электроэнергии, а следовательно, высокая стоимость получаемой продукции, и во-вторых, применение сложных в изготовлении плавильных печей. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ получения меди в высокотемпературных печах путем загрузки 37,0 мас.% медьсодержащего компонента, в качестве которого используют окись меди, 5,0 мас.% алюмосодержащего компонента, в качестве которого используют окись алюминия, 26,0 мас.% серы, 1,5 мас.% окиси кальция, 0,7 мас.% окиси магния (остальное - неучтенные примеси) и последующего плавления меди посредством нагрева в печи до температуры плавления и выдержки при этой температуре. В описанном способе можно использовать как медьсодержащий компонент медь в слитках, медные детали, которые подвергаются переплавлению в плавильных печах /2, с. 132/.

Описанный способ получения меди в высокотемпературных печах имеет следующие недостатки: большой расход электроэнергии из-за применения высокотемпературных печей и, следовательно, высокая стоимость готовой продукции, не полная утилизация отходов производства, т.к. в высокотемпературных печах не используют мелкодисперсные медные порошки, которые не плавятся, а сгорают, или их вывозят в отвал, или выливают с промышленными стоками, низкая защита окружающей среды вследствие выделения большого количества дыма и продуктов сгорания в атмосферу. Кроме этого, способ получения меди длителен во времени из-за больших временных затрат на процесс плавления (он длится несколько часов).

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения меди из отходов производства путем загрузки медьсодержащего и алюмосодержащего компонентов и последующего плавления меди перед загрузкой смешивают 57,0 - 60,0 мас. % медной окалины - отходов производства, 33,0 - 35,0 мас.% медного порошка - отходов производства и 5,0 - 10,0 мас. алюминиевого порошка, а плавление меди осуществляют в режиме горения путем самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) с выделением количества тепла, необходимого для расплавления смеси компонентов.

Цель изобретения - значительное уменьшение расхода электроэнергии, обеспечение более полной утилизации отходов производства, улучшение экологической обстановки и уменьшение длительности процесса получения меди.

Значительное уменьшение расхода электроэнергии, позволяющее снизить стоимость готовой продукции, достигнуто за счет получения меди не в высокотемпературных печах, а в режиме горения путем использования тепла химической реакции соответствующим образом подобранных компонентов. При этом электроэнергию расходуют только на смешивание шихты в системах с электрическим приводом.

Обеспечение более полной утилизации отходов производства достигается вследствие использования медных отходов, которые не применяют в процессе получения меди плавлением в высокотемпературных печах, а именно мелкодисперсного медного порошка и медной окалины (CuO), т.к. в высокотемпературных печах они не плавятся, а сгорают. Медный порошок и медную окалину в условиях производства выливают с промышленными стоками или вывозят в отвал.

Улучшение экологической обстановки обеспечивется тем, что плавление меди производят путем самораспространяющегося синтеза с выделением количества тепла, необходимого для расплавления смеси компонентов. Образующая в реакционной зоне медь скапливается на дне тигля, оксид алюминия и другие примеси переходят в шлак.

Длительность процесса получения меди уменьшается вследствие снижения временных затрат на ее плавление в режиме горения путем СВС - она составляет 20 - 60 с в отличие от нескольких часов по способу-прототипу.

Количество медной окалины (CuO) - отходов производства 57,0 - 60,0 мас.% является оптимальным, т. к. при содержании медной окалины менее 57,0 мас.% происходит неполное выделение меди, а при содержании медной окалины более 60,0 мас. % увеличивается температура процесса, вследствие чего медь в виде искр испаряется в атмосферу.

Количество медного порошка - отходов производства 33,0 - 0,35 мас.% является оптимальным, т.к. при содержании медного порошка менее 33,0 мас.% характер процесса становится бурным, а при содержании медного порошка более 35,0 мас.% происходит замедление химической реакции.

Количество алюминиевого порошка 5,0 - 10,0 мас.% также является оптимальным, т. к. при содержании алюминиевого порошка менее 5 мас.% реакция не возникает, а при увеличении содержания алюминиевого порошка больше 10,0% реакция горения идет бурно с выбросом расплавленной меди в виде капель.

Выбранные соотношения между окисью меди и медным порошком обусловлены концентрационными пределами в системе медь-окись меди-алюминий, за рамками которых характер реакции меняется в сторону ухудшения.

Способ получения меди из отходов производства осуществляется следующим образом.

Предварительно смешивают 57,0 - 60,0 мас.% медной окалины - отходов производства, 33,0 - 35,0 мас.% медного порошка - отходов производства и 5,0 - 10,0 мас.% алюминиевого порошка. Затем полученные образцы загружают в формы, инициируют начало реакции и осуществляют плавление меди в режиме горения путем самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Плавление меди происходит за счет тепла химической реакции термосинтеза вышеуказанных компонентов:
CuO + Cu + Al ___→ Cu + Al₂O₃+ Q .

Образующая в реакционной зоне медь скапливается на дне формы, а окись и другие примеси переходят в шлак.

Пример конкретного выполнения способа получения меди из отходов производства. Для экспериментальной проверки предлагаемого технического решения использовали порошок меди, дисперсность которого определяется проходом через сито 0,05 мм, отход химического травления с содержанием 98,0% меди и 2,2% железа; порошок окиси меди - отходы термической обработки деталей; порошок алюминия АСД-1. Порошки дозировались в заданном соотношении на аналитических весах с точностью до 0,001 г, смешивались всухую в атмосфере воздуха в лабораторном смесителе типа " пьяная бочка" партиями по 200 г в течение 4 ч. Полученные образцы шихты помещали в керамические формы и в них возбуждалась реакция самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) с помощью кратковременного теплового импульса. Под действием тепла химической реакции образцы плавились и жидкую медь выливали в металлическую форму. Выход медного слитка составляет 35 - 40%. Возбудить самораспространяющийся высокотемпературный синтез при использовании компонентов прототипа и аналога не удалось.

Таким образом, предлагаемый способ получения меди из медьсодержащих отходов производства позволяет значительно уменьшить расход электроэнергии и, следовательно, снизить стоимость готовой продукции, обеспечивает более полную утилизацию отходов производства, улучшение экологической обстановки, уменьшение длительности процесса.

Использование: цветная металлургия, в частности, способы получения меди из медьсодержащих отходов производства. Сущность: предварительно смешивают 57,0 - 60,0 мас. % медной окалины - отходов производства, 33 - 35,0 мас.% медного порошка - отходов производства и 5,0-10,0 мас.% алюминиевого порошка, затем загружают в формы. После этого осуществляют плавление меди в режиме горения путем самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с выделением количества тепла, необходимого для расплавления смеси компонентов. Образующаяся в реакционной зоне медь скапливается на дне формы, а окись алюминия и другие примеси переходят в шлак.

Способ получения меди из отходов производства, включающий загрузку медьсодержащего и алюмосодержащего компонентов и последующее плавление меди, отличающийся тем, что в качестве медьсодержащего компонента используют отходы производства медную окалину в количестве 57 60 мас. и медный порошок в количестве 33 35 мас. в качестве алюмосодержащего компонента используют алюминиевый порошок в количестве 5 10 мас. полученные компоненты смешивают перед загрузкой и плавление меди осуществляют в режиме горения за счет тепла химической реакции термосинтеза указанных компонентов.