Привет студент

Геолого-географический факультет

Кафедра экологии и природопользования

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Комплексная оценка источников выбросов в атмосферный воздух»

На тему «Экологические проблемы производства меди»

Содержание

Введение.......................................................................................3

Глава 1 Характеристика технологического процесса................................5

1.1 Производство первичной меди......................................................5

1.2 Получение меди..........................................................................6

1.3 Способы получения медных концентратов........................................9

1.3.1 Способ Селективной флотации сульфидных медно-цинковых руд (Патент 2038860 РФ)........................................................................9

1.3.2 Способ окислительного обжига..................................................10

1.3.3Плавка на штейн в шахтных печах...............................................15

1.3.4 Конвертирование медных штейнов.............................................21

1.3.5 Огневое рафинирование черновой меди.......................................24

Глава 2. Источники загрязнения и загрязняющие вещества при производстве меди...........................................................................................282.1 Источники поступления меди в почву............................................28

2.1.1 Трансформация тяжелых металлов в почве....................................31

2.2 Поступление меди в растения.......................................................32

2.2.1 Токсикологическое действие меди на растения, животных, человека...33

Глава 3 Методы определения загрязняющих веществ в окружающей среде..34

3.1 Качественный анализ определения содержания меди в окружающей среде..........................................................................................34

3.2 Количественный анализ определения содержания меди в окружающей среде (патент № 2386952 РФ)............................................................37

Заключение..................................................................................40

Список литературы ........................................................................41

Введение

Актуальность проблемы: медная промышленность — подотрасль цветной металлургии, объединяющая предприятия по добыче и обогащению медных руд и производству меди. По разведанным запасам меди Россия занимает третье место в мире, уступая Чили и США. Разработка медных руд в России осуществляется как открытым, так и подземным способом. Медные концентраты плавят в печах жидкой выплавки, в отражательных печах. Но выходит из печей еще не медь, а так называемый штейн (от немецкого Stein — «камень») — сплав меди с железом, серой, серебром, цинком и другими элементами. Немедных примесей в штейне 70–80%. Затем штейн заливают в конвертор и продувают через него кислород или воздух, в результате чего выжигаются остатки серы и удаляется железо. Штейн преобразуется в черновую медь, которая содержит 1–2% примесей, что тоже очень много для современной техники. Чистую или рафинированную медь получают путем электролиза. Пластину очищаемой черновой меди — анод — помещают в электролитическую ванну с раствором серной кислоты и медного купороса при температуре 64 градуса по Цельсию. Катодом служит лист чистой меди. Электрический ток переносит на катод только частицы меди. Золото, платина и серебро опускаются на дно ванны и впоследствии извлекаются, прочие примеси остаются в растворе. Наибольшее количество рафинированной меди (54% общероссийского производства) выпускается заводами РАО «Норильский никель» в Норильске и Мончегорске, более 37% заводом «Уралэлектромедь» в Верхней Пышме.

Медная промышленность тесно связана с химической отраслью. Медные руды, использующиеся в России, насыщены различными веществами, которые во время металлургического передела удаляются в виде газа, улавливаются и используются в дальнейшем для производства целого ряда химических соединений.

Цель исследования — изучение процессов, влияющих на качество окружающей среды при производстве меди.

На рабочих медеплавильных предприятиях оказывает воздействие комплекс вредных производственных факторов, таких как диоксид серы, никель, мышьяк, оксиды азота, а также общая и локальная вибрация, неблагоприятный микроклимат и физические перегрузки.При обследовании рабочих выявлено повышенная распространенность заболеваний опорно-двигательного аппарата и сердечно-сосудистойсистемы. Так же, высокая распространенность заболеваний опорно-двигательного аппарата может быть обусловлена физическими перегрузками. По анализу заболеваемости у работающих в контакте с вредными производственными факторами высокое распространение получили заболевания дыхательной системы и желудочно-кишечного тракта.

Задачи металлургического процесса — разработка и внедрение высокоэффективных аппаратов, с целью максимального получения медных концентратов и минимальных затрат на ресурсы; увеличение экспортной продукции; снижение уровня вредного воздействия на состояние окружающей среды и здоровья населения.

Острой проблемой цветной металлургии является несбалансированность производства продукции по технологическим цепочкам. Например, выпуск глинозема для производства алюминия — только 29% общероссийского производства, выпуск первичного алюминия — 84%, а алюминиевого проката — 9%, добыча товарных свинцово-цинковых руд — около 60%, концентратов свинца из них производилось 32% и цинка — 14%, а металлического цинка — только 5%.

Цветная металлургия слабо ориентирована на обеспечение внутрирегиональных потребностей. В настоящее время экспортоориентированные предприятия, такие, как алюминиевые заводы, Норильский комбинат, в основном решили свои производственные и финансовые проблемы и успешно функционируют в условиях рынка. ГОКи значительно — в 2- 2,5 раза уступают странам дальнего зарубежья в содержании полезного компонента (свинца, цинка, вольфрама, молибдена) в руде, лишились традиционной поддержки из госбюджета. На рудниках и ГОКах, как правило, значительный износ техники, работает морально устаревшее оборудование и высока себестоимость производства. Не последнию роль играет и сокращение внутреннего спроса в связи с экономическим кризисом. Для решения проблем отрасли необходимо создание вертикально интегрируемых структур.

Металлургические предприятия — основные промышленные потребители электроэнергии. При выпуске меди энергетические затраты составляют 15- 35%, при этом используются только электропечи.

Существенное влияние на производство в России оказывают две группы факторов:

1. позитивные — дешевые электроэнергия и рабочая сила;

2. негативные — дальность железнодорожных перевозок сырья, высокие транспортные тарифы, низкое качество сырья.

Глава 1. Характеристика технологического процесса производства меди

1.1 Производство первичной меди

Медь, как золото и серебро, встречается в самородном виде и поэтому в древности человек, который ещё не знал металлургии (восстановление металла из руд) уже мог находить и применять медь. В настоящее время медь производят металлургическим способом, отделением ее от кислорода и серы. Не смотря на то, что содержание меди в земной коре невелико(0,01%), она не рассеянный металл и концентрируется в медных рудах,где содержание её порядка 5%.По свойствам медь близка к серебру и золоту. Последние на воздухе не окисляются и поэтому называются благородными металлами; медь окисляется слабо, поэтому её называют полублагородным металлом.

Чистая медь имеет ряд ценных технических свойств. Высокая пластичность,высокая электро-и теплопроводность,малая окисляемость- всё это обусловило широкое применение меди. Кроме того, медь является основой важнейших сплавов — латуней и бронз. Высокая электропроводность меди обусловливает её преимущественное применение в электротехнике как проводникового металла. После серебра медь стоит на втором месте по электропроводности.Все примеси уменьшают электропроводность меди, наклеп так же уменьшает её электропроводность.Поэтому, если провода не должны быть особо прочными,то применяют отожженную медь. Для подвесных же проводов, где требуется прочность, применяют нагартованную медь или медь с небольшими добавками активных упрочнителей.

Широкое применение меди в промышленности обусловлено рядом ее ценных свойств и прежде всего высокой электрической проводимостью, пластичностью, теплопроводностью. Более 50% меди используется для изготовления проводов, кабелей, шин, токопроводящих частей электрических установок. Из меди изготовляют теплообменную аппаратуру (вакуум-испарители, подогреватели, холодильники). Более 30% меди применяют в виде сплавов, важнейшие из которых — бронзы, латуни, мельхиор и другие. Медь и ее сплавы используют также для изготовления художественных изделий. В виде фольги медь применяют в радиоэлектронике. Значительное количество меди (10-12%) применяют в виде различных соединений в медицине (антисептические и вяжущие средства), для изготовления инсектофунгицидов, в качестве медных удобрений, пигментов, катализаторов, в гальванотехнике и т.д.

1.2 Получение меди

Медь получаютглавным образом (схема 1) пирометаллургическим способом, сущность которого состоит в производстве меди из медных руд, включающем ее обогащение,обжиг, плавку на полупродукт- штейн, выплавку из штейна черновой меди и ее очистку от примесей(рафинирование).

Медная руда

Обогащение

Схема 1. Технологическая схема пирометаллургического получения меди

Сырьём для производства меди служат медные руды, содержащие 1 — 6% Cu, а также отходы меди и ее сплавов. В рудах медь обычно находится в виде сернистых соединений, оксидов или гидрокарбонатов. Перед плавкой медные руды обогащают и получают концентрат. Для уменьшения содержания серы в концентрате его подвергают окислительному обжигу. Полученный концентрат переплавляют в отражательных или электрических печах. Восстанавливаются оксид меди (CuO) и высшие оксиды железа.

Сульфиды меди и железа сплавляются и образуют штейн, а расплавленные силикаты железа растворяют другие оксиды и образуют шлак. После этого расплавленный медный штейн заливают в конвертеры и продувают воздухом для окисления сульфидов меди и железа и получения черновой меди.Черновая медь содержит 98,4-99,4% Cu и небольшое количество примесей. Эту медь разливают в изложницы.Черновую медь рафинируют для удаления вредных примесей и газов. Сначала производят огневое рафинирование в отражательных печах. Примеси S, Fe, Ni, As, Sb и другие окисляются кислородом воздуха, подаваемым по стальным трубкам, погруженным в расплавленную черновую медь. Затем удаляют газы, для чего снимают шлак и погружают в медь сырое дерево. Пары воды, перемешиваясь с медью, способствуют удалению других газов. Ванну жидкой меди покрывают древесным углем и погружают в нее деревянные жерди. При сухой перегонке древесины,погруженной в медь, образуются углеводороды.

После огневого рафинирования получают медь чистотой 99-99,5%. Из нее отливают чушки для выплавки сплавов меди (бронзы и латуни) или плиты для электролитического рафинирования.

Электролитическое рафинирование проводят для получения чистой от примесей меди (99,5% Cu). Электролиз ведут в ваннах,покрытых изнутри винипластом или свинцом.Аноды делают из меди огневого рафинирования,а катоды — из листов чистой меди. При пропускании постоянного тока анод растворяется,медь переходит в раствор, а на катодах разряжаются ионы меди.

Примеси (мышьяк, сурьма, висмут и др.) осаждаются на дно ванны, их удаляют и перерабатывают для извлечения этих металлов. Катоды выгружают, промывают и переплавляют в электропечах.

Упрощенная схема получения меди из сульфидных руд пирометаллургическим способом: реализация этой схемы на различных переделах, особенно на начальных этапах до получения медного штейна,может проводиться в различных печах и в различных технологических вариантах. В рассматриваемой схеме первый передел медной руды — это обогащение. Бывают случаи, когда руды, обогащенные серой (свыше35%), плавят без обогащения для извлечения из них не только меди, но и серы. Однако основная масса добываемой из недр земли сульфидной медной руды подвергается флотационному обогащению.

Сырьем для производства вторичной меди и ее сплавов служат амортизационный лом (46% всего медьсодержащего сырья) и текущие отходы производства.

В соответствии со стандартом (ГОСТ 1639-78) все медьсодержащее сырье в зависимости от химического состава подразделяется на 13 групп.

Медное сырье относится к  I–II группам ( I группа — медь без полуды и пайки, содержание меди не менее 99,5%, II группа — медь луженая и паяная, соответствующая маркам МО-М4).

Медно-цинковые сплавы разделены на 6 групп (III— VIII). В III группу входят двойные латуни без полуды и пайки с содержанием меди не менее 60 %.

К IV группе относятся латуни оловянные, оловянно-свинцовые, латуни двойные паяные и луженые, в которых содержание олова не превышает 2,5% и свинца 3%. Свинцовые латуни включены в V группу, в них содержится свинца не более 3%. К специальным латуням относятся также кремнистые латуни (VI группа) с содержанием кремния не более 4,5%, марганцовистые (VII группа) — марганца не более 4,0%, алюминиевые (VIII группа) — более 7% алюминия.

Оловянные бронзы относятся к IX группе, безоловянные (в сплавах не более 0,25% олова и не более 1,5% цинка) — к X группе. Из безоловянных бронз в отдельные группы выделяются бериллиевые (XI группа) и свинцовые (XII группа) бронзы.

Вторичное медьсодержащее сырье, смешанное по группам и сортам, с высокой засоренностью классифицируется как низкокачественное и выделяется в XIII группу. Удельный вес сдаваемых ломосдатчиками низкокачественных лома и отходов сплавов латуни достигает 75%, меди 44% от общего объема заготовки. Сырье группы XIII требует проведения сложных и дорогих процессов обработки (сортировки, разделки, магнитной сепарации и др.), в результате чего удельный вес низкокачественного сырья снижается до 37% у латуни и 17% у меди.

Медьсодержащие шлаки, печные выломки, сора, пропиловка, медная и меднографитовая пыль, лом и отходы биметалла классифицируются как «прочие отходы». Содержание меди в данном сырье должно быть не менее 3%.

Вторичное медьсодержащее сырье в большинстве случаев является полиметаллическим. Его переработка должна предусматривать наиболее полное и комплексное извлечение всех компонентов. Последнее может быть достигнуто при условии максимально возможного возврата лома и отходов меди, бронзы, латуни для выплавки аналогичных сплавов.