Получение медного купороса

 

С повышением температуры растворимость  его в воде увеличивается. Например, при 15⁰С в 1л воды растворяется 302 г медного купороса, а при 70⁰С – 716г. Наоборот, если горячий насыщенный раствор медного купороса охладить, то его растворимость уменьшается, и он выкристаллизовывается из раствора. Чем ниже температура, до которой охлаждают раствор, тем большее количество медного купороса выделяется в виде кристаллов.

Кристаллизация медного купороса зависит от его содержания в растворе, от кислотности раствора и содержания в нем примесей. Чем концентрированнее  раствор, тем большее количество медного купороса выкристаллизовывается  при охлаждении до одной и той  же температуры.

Наличие свободной серной кислоты  в растворе уменьшает растворимость медного купороса. Вследствие этого из кислых растворов выделяется большее количество кристаллов. Повышенная кислотность влияет не только на количество выпадающих кристаллов, но и на величину кристаллов. Если кислотность раствора превышает 80 г/л, то получается мелкие чешуйчатые кристаллы голубого цвета. Поэтому практически кислотность раствора не должна превышать 80 г/л.

Содержание примесей, особенно железа и аммония, также влияет на скорость кристаллизации и качество получаемых кристаллов. Присутствие этих примесей замедляет скорость кристаллизации медного купороса тем больше, сильнее загрязнен раствор примесями. Полученные при этих условиях кристаллы мельче и окрашены в зеленоватый цвет. При кристаллизации захватывается железо, и полученный продукт получается не стандартным.

Если кристаллизацию производят без перемешивания раствора и при медленном охлаждении, то образуются крупные кристаллы: при быстром охлаждении и перемешивании раствора.

 

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Технологическая схема

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Характеристика используемых химических            реакторов

 

Натравочная башня.

Башня служит для растворения меди и получения концентрированного раствора медного купороса. Высота башни 5.6 м, диаметр ее 2.5 м.

Кожух башни сделан из стали толщиной 8 мм и футерован изнутри слоем  кислотоупорной кладки в полкирпича и диабазовыми плитками в один ряд для предотвращения от разъедания кислым раствором медного купороса и уменьшения потерь через стенки.

Нижняя часть башни на высоту 0.85 м имеет футеровку толщиной в один кирпич. Уступ в этой футеровке  служит для укладки колосниковой решетки из обрезки стальных освинцованных рельсов. Поверх колосниковой решетки укладывают лист нержавеющей стали, ложное днище с отверстиями для стока жидкости, орошающей башню. На лист насыпают медные гранулы слоем 4 м. таким образом, до крышки башни остается 0.2 – 0.25 м свободного пространства. Объем, занимаемый гранулами, составляет 15 м³. Вес гранул в этом объеме составляет от 20 до 30 т, в зависимости от их насыпного (объемного) веса. Крышка башни сделана из кислотоупорного бетона и в ней, для загрузки гранул в башню, имеется люк и вытяжное отверстие для выпуска отработанной паро-воздушной смеси.

Для орошения башни смесью серной кислоты и маточного раствора служит турбинка с приводом от электромотора, спущенная в башню на 120 м. Турбинка выполнена из нержавеющей стали Я1Т и вращается со скоростью 45 об/мин.

Воздух, необходимый для окисления  меди, с помощью инжектора подают в башню под колосниковую решетку. Отработанный воздух из башни отводят  через вытяжное отверстие и фаолитовую трубу. Башня оборудована тремя  инжекторами.

Раствор медного купороса вытекает из башни через патрубок, находящийся у дна. Внизу башни имеются два боковых люка, которые служат для выгрузки шлама при чистки башни. Один люк расположен у днища башни, другой над колосниковой решеткой.

 

Паровой инжектор.

Представляет собой компрессор, подающий воздух в натравочную башню  с помощью струи сжатого водяного пара. Водяной пар поступает в инжектор под давлением из паропровода и , проходя через него с громадной скоростью, по пути засасывает воздух и увлекает этот воздух с собой в башню.

Пар из трубопровода поступает в  инжектор через сопло и, выходя из него  с громадной скоростью  в смеситель, всасывает воздух через  кольцевой зазор из камеры. Воздух смешивается с паром, и полученная паровоздушная смесь направляется в расширяющийся конец диффузора, где скорость струи уменьшается, а давление его возрастает.

При расходе 180 кг/час пара инжектор подает в башню 300 м³/час воздуха.

 

Трубчатый вращающийся кристаллизатор.

Для кристаллизации медного купороса применяют вращающийся трубчатый  кристаллизатор непрерывного действия, отличающийся простотой устройства, большой производительностью и надежностью в работе.

Кристаллизатор представляет собой  наклонно расположенную вращающуюся  трубу, изготовленную из нержавеющей  стали, длиной   20 м и шириной 1 м.

При помощи стальных бандажей кристаллизатор опирается на 2 пары опорных роликов, на которых он вращается вокруг своей  оси. Вращение осуществляется при помощи приводной шестерни, соединенной цепной передачей через редуктор с электромотором. Боковая поверхность кристаллизатора составляет 63 м². Для удержания раствора в кристаллизаторе с обоих концов трубы имеются бортовые кольца закраины высотой 0.2 м. Кристаллизатор располагают на такой высоте, которая позволяла бы подавать вытекающую из него самотеком пульпу в центрифугу.

Охлаждение насыщенного раствора и кристаллизации медного купороса осуществляется путем продувки воздуха, который подается в кристаллизатор вентилятором навстречу потоку жидкости. Отработанный воздух отводится с другого конца кристаллизатора через колпак и вытяжную трубу в атмосферу. Скорость вращения кристаллизатора 7 об/мин. Суточная производительность кристаллизатора 24 – 30 т медного купороса. Производительность его может быть увеличена за счет подачи количества воздуха и увеличения скорости вращения трубы.

В трубчатом кристаллизаторе одновременно с кристаллизацией медного купороса происходит и перемещение кристаллов к выходному концу. Для продвижения  образующихся кристаллов к выходу необходимо соблюдение двух условий:

1. труба кристаллизатора должна быть установлена с уклоном к выходному концу;
2. раствор должен находится в кристаллизаторе по всей его длине.

В этом случае образующиеся кристаллы  медного купороса смываются со стенки вращающейся трубы маточным раствором и передвигаются по наклонно расположенной трубе, при ее вращении, к выходному концу. Угол наклона кристаллизатора в этом случае будет составлять 34’. При таком расположении раствор будет находится по всей длине кристаллизатора, но у верхнего конца слой раствора будет очень тонкий и он сможет смывать со стенок образующиеся кристаллы.

Центрифуга.

Кристаллы медного купороса отделяются от маточного раствора на горизонтальной центрифуге полунепрерывного действия.

Центрифуга состоит из барабана, вращающегося на горизонтальном валу и окруженного неподвижным кожухом, установленном на прочном фундаменте.

Для предотвращения разъедания корпуса  барабана и других частей центрифуги кислым маточным раствором медного купороса все части, соприкасающиеся с раствором, изготавливают из нержавеющей стали. Боковая стенка барабана центрифуги имеет отверстия и обтянута сеткой из нержавеющей стали.

Размеры барабана: диаметр 1600 мм, ширина боковой стенки 600 мм, высота борта 130 мм.

Емкость центрифуги или объем загрузки, определяемый толщиной слоя кристаллов, удерживаемых бортом барабана, составляет 0.36 м³. Вес кристаллов, получаемых от одной загрузки, составляет 0.35 т. Скорость вращения барабана 360 об/мин, и приводится он в действие под средством трансмиссии от электромотора со скоростью вращения 720 об/мин.

Пульпу в центрифугу подают самотеком  через питающую трубу, входящую внутрь барабана и имеющую на конце щелевую  прорезь для более равномерного распределения пульпы по стенке барабана. Наблюдают за равномерным распределением пульпы через нижнее смотровое стекло.

 При быстром вращении барабана  пульпа под влиянием центробежной силы отбрасывается с большой скоростью к стенкам барабана. Кристаллы остаются на сетке, а маточный раствор под влиянием центробежной силы продавливается между кристаллами и выходит через отверстия в стенке барабана в наружный кожух центрифуги и стекает из выпускного отверстия в приемник. Наблюдают за наполнением барабана через боковое смотровое стекло. Отжатые кристаллы срезаются скребковым ножом, приводимым в движение от мотора, и падают в наклонный желоб, по которому они выходят из центрифуги.

   

 

 

 

 

 

6. Отходы, проблемы  их обезвреживания и полезного  использования

 

 

Отходами производства медного  купороса являются илы, скапливающиеся в резервуарах с производственными растворами. Количество илов составляет 1 – 2% от перерабатываемой меди. Состав их различен; они могут содержать до 8.5% Ag₂O, до 5% Bi₂O₃, 0.05 – 0.1% Au, Pt, Pb. Такие илы могут быть переработаны гидрометаллургическими методами, для извлечения из них ценных металлов.

Очистка сточных вод, сбрасываемых в водоемы из производств медного  купороса и других медных солей, от ионов меди может быть осуществлена на 70 – 80% с помощью сульфата алюминия. Выделяющаяся при гидролизе сульфата алюминия гидроокись алюминия адсорбирует ионы меди.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Расчетная часть

 

 

Исходные  данные для расчета.

Расчет вести на 1500кг готового продукта.

Исходное сырье: гранулированная  медь, 92.5% серная кислота.

Потери меди в производстве медного  купороса:

• при сушке готового продукта – 0.1%;
• с потерями CuSO₄·5H₂O в железной руде – 0.5%;
• в отвал после растворения – 0.5%.

Конечный продукт AlF₃: CuSO₄·5H₂O – 98%; H₂SO₄ – 0.25%; нерастворимый в воде остаток 0.1%.