Производство меди

Медь по применению в промышленности занимает одно из первых мест среди цветных металлов. Высокие пластичность, электро- и теплопроводность, повышенная коррозионная стойкость — ценнейшие свойства меди.

Вследствие высокой электропроводности медь — лучший металл для электромашиностроения, изготовления кабелей и проводов для передачи электроэнергии. Медь является основой в сплавах, широко применяемых во всех отраслях машино- и приборостроения.

Медные руды. Медные руды делятся на две основные группы:

ü сульфидные, в которых медь связана с серой в составе сульфидных минералов,

ü окисленные, где медь входит в виде оксидов.

Встречается самородная медь с массовым содержанием Cu до 99,9 %, однако промышленные руды с самородной медью очень редки (лишь около 5 % всех мировых месторождений) и значение их невелико.

На сульфидные руды приходится около 80 % всех мировых запасов меди. Наиболее распространен в сульфидных рудах халькопирит (медный колчедан) CuFeS ₂. За ним следуют халькозин (медный блеск) Cu ₂ S, борнит Cu ₂ FeS ₃ и реже ковеллин CuS. Из окисленных руд наиболее распространен малахит CuCO ₃ • Cu(ОН) ₂.

Среднее массовое содержание меди в промышленных рудах составляет 1-2 %, минимальное — 0,3 %; руды, содержащие 3 % меди и более, считаются богатыми. В состав пустой породы медных руд входят кварц, борит, кальцит и различные алюмосиликаты.

Получение меди. Обогащение (концентрат) – обжиг (огарок) – плавка (черновая медь) – рафинирование.

Перед плавкой медные руды обогащают и получают концентрат.

Около 20 % меди получают из руд гидрометаллургическим способом, при котором руда обрабатывается растворителем, переводящим медь в раствор. Из раствора медь осаждают электролизом или химическим способом. Этот способ применяют для переработки бедных окисленных и самородных руд.

Основную массу меди получают пирометаллургическим способом, т. е.выплавляют из сульфидного медного концентрата (продукта обогащения руды флотацией).

Флотация производится в целях отделения пустых пород. Для этого руду дробят, добавляют к ней маслянистые вещества, которые покрывают крупинки сульфидов меди, образуя на них оболочки, что способствует последующему всплыванию этих крупинок при обработке руды во флотационной машине и, следовательно, отделению от пустой породы, которая хорошо смачивается водой и оседает.

Обжиг. Полученные медные концентраты подвергают обжигу в многоподовых печах с перегребателями или в печах «кипящего слоя» для окисления железа, уменьшения массового содержания серы, удаления мышьяка, сурьмы и других примесей. Основные реакции при обжиге:

2FeS + 3,5O₂ → Fe₂O₃ + 2SО₂ + ΔН,

Cu ₂ S + 1,5O₂ → Cu ₂ О + SО₂ + ΔН.

Основным продуктом обжига является огарок, который плавят в пламенных отражательных, шахтных или электрических печах. В результате плавки получают два несмешивающихся расплава: на поду печи — штейн — расплав сульфидов, поверх его — шлак — расплав оксидов, в который переходит вся пустая порода и большая часть железа в окисленном состоянии.

Главные реакции при плавке происходят между сульфидами Cu ₂ S, FeS и оксидами Fe₂O₃ и SiO ₂, составляющими основную массу огарка и флюса. Для образования шлака нужна температура около 1100°С, а для образования штейна — 800-900 °С, поэтому тепловой режим печи определяется в первую очередь условиями шлакообразования. Основными реакциями плавки являются следующие:

Cu ₂ S + 6 Fe₂O₃ →2Cu + 4Fе₃О₄ + SО₂;

2Cu+FeS ↔ Cu ₂ S + Fe

Fe+ Fе₃О₄ → 4 FеО

2FeO+SiO₂ → Fe₂SiO₄

Сульфид меди и сульфид железа составляют основную массу штейна, а силикат железа — шлака. Переработка штейна осуществляется в конвертерах, где через жидкий штейн в присутствии кварцевого флюса продувают воздух, в результате чего сера выгорает по реакции

FеS + 1,5О₂ → FеО + SО₂,

a железо шлакуется

2FеО + SiO₂ → Fe₂SiO₄.

Сернистый газ отводится по газопроводу на очистку от пыли и на производство серной кислоты; шлак сливается из конвертера и в конвертере остается почти чистый сульфид меди Си₂S (80 % Сu), называемый белым штейном. На этом заканчивается первый период плавки. После удаления шлака белый штейн продувают на черновую медь (второй период). При этом происходит окисление сульфидов меди

Си₂S + 1,5О₂ → -4 Сu₂О + SО₂.

Оксид меди реагирует с сульфидом меди, в результате чего получается медь:

2Сu₂О + Сu₂S → 6Сu + SО₂.

Реакции окисления серы и железа обеспечивают поддержание в конвертере температуры в пределах 1250-1350⁰С.

Черновая медь содержит 98,5-99,5% Сu и до 1,5% различных примесей, главным образом железа, серы и кислорода, а также никеля, кобальта и других металлов, в том числе серебра и золота. Черновая медь подвергается огневому и электролитическому рафинированию.

Огневое рафинирование черновой меди производят в отражательных печах для удаления железа, серы и других примесей, ухудшающих свойства меди. Операция огневого рафинирования складывается из расплавления черновой меди (если конвертерный и рафинировочный цехи находятся на одном заводе, то в печь загружают жидкую конвертерную медь), окисления примесей, удаления растворенных газов и раскисления меди.

Электролитическое рафинирование меди производят с целью получения наиболее чистой меди (99,99 % Сu и выше) для электротехнической промышленности и попутного извлечения золота, серебра, селена, теллура, которые почти всегда содержатся в конвертерной меди и при огневом рафинировании полностью остаются в ней.

При электролитическом рафинировании используют медь в виде плит — анодов, отлитых после огневого рафинирования. Их загружают в электролитические ванны, заполненные водным раствором медного купороса с серной кислотой (около 200 г/л), и подключают к положительному полюсу источника тока. Между анодами в ванне на медных ломиках подвешиваются тонкие (0,6-0,7мм) листы из чистой меди, которые подключаются катодами. При прохождении тока медь с анодов переходит в раствор, а на катодах ионы меди разряжаются и отлагаются плотным слоем чистой меди. Нерастворимые примеси и в их числе серебро, золото, селен, теллур в виде твердых частиц собираются на дне ванны, образуя шлам, который периодически выпускают, фильтруют и отправляют на передел для извлечения всех ценных составных частей.

Медь первичная по ГОСТ 859-78 подразделяется на марки с массовым содержанием Сu от 99,950 до 99,993 %. Медь поставляется в качестве полуфабрикатов в виде прутков, листов, лент, проволоки, фольги и других катаных и тянутых изделий с нормированием их физических и механических свойств.

Дата добавления: 2015-07-17