Производство меди

Медь является ценным техническим металлом. В чистом виде она имеет красный цвет, температура ее плавления 1083 °С, плот­ность 8,96 т/м3 Медь хорошо проводит электричество и теплоту, отличается пластичностью. В чистом виде медь используется в элек­тро- и радиопромышленности, значительная часть ее идет на изго­товление сплавов.

В земной коре медь встречается преимущественно в виде суль­фидных и частично в виде окисных руд. Поэтому около 80 % меди выплавляют из сульфидных руд. Наиболее распространенными медными рудами являются медный колчедан, содержащий халь­копирит (СuFеS2), и медный блеск, содержащий халькозин (Сu2S).

Все медные руды относительно бедные (содержание меди -1...5%), поэтому их обогащают. Для этих целей чаще всего используют метод флотации, основанный на различной (избира­тельной) способности тонкоизмельченных частиц рудных минералов и пустой породы смачиваться реагентами. Вместе с пузырьками воздуха, пропускаемого через пульпу (смесь измельченной руды, воды и флотореагентов), на поверхность ванны поднимаются части­цы рудных минералов, а большая часть породы идет в осадок и удаляется. Этим методом можно извлечь до 90 % меди, находя­щейся в руде. Содержание меди в полученных таким образом концентратах — 15...30 %. Затраты на обогащение медных руд перекрываются экономическим эффектом, получаемым при метал­лургическом производстве за счет снижения расходов на топливо (меньше расплавляется пустой породы), повышения производи­тельности отражательных печей, т. е. в конечном счете за счет снижения себестоимости 1 т меди.

Полученный посредством флотации концентрат содержит также влагу и сернистые соединения. Для удаления влаги и снижения со­держания серы применяют обжиг. Последний ведут в специальных печах, в кипящем слое, по схеме, приведенной на рисунке 4.1.

Измельченные шихтовые материалы (концентраты) по транс­портеру 4 подают к бункеру 3, а через дозатор 2 — на под /. Под действием струи 7 воздуха, вдуваемого снизу непосредственно в печь, смесь разбрасывается вверх и в горячей камере 5 при темпе­ратуре 600...700 °С поддерживается во взвешенном, псевдоожиженном состоянии. Слой частиц как бы кипит, и каждой частице обес­печивается наилучший контакт с газами. Образующийся газ поступает в пылеуловитель 6, а затем используется для производства серной кислоты. В результате обжига получается огарок, который подается на плавку в пламенные отражательные или электрические печи.

Рисунок 4.1 - Технологическая схема обжига медной руды в кипящем слое

Пламенные (отражательные) печи по устройству сходны с мар­теновскими. Длина современных печей доходит до 40 м, ширина 6...8 м. В них одновременно плавится более 100 т огарка. Плавка происходит за счет тепла факела пламени, температура в зоне плавления достигает 1450 °С. В печи поддерживается слабоокисли­тельная среда.

В конце плавки на поду печи образуется штейн (Сu2S +FeS) -расплав с содержанием меди 20...50 %, железа — 20...40 %, серы — 22...25%, кислорода—до 8% и включающий примеси: золото, серебро, свинец, цинк. Над слоем штейна располагается железистый шлак. Его удаляют, а штейн сливают и направляют в конвертеры для получения черновой меди.

Для получения черновой меди расплавленный штейн (рисунок 4.2) через горловину 2 заливают в конвертер горизонтального типа. Длина конвертера — 6...10 м, наружный диаметр — 3...4 м. Фур­мы 3 для вдувания воздуха расположены по образующей поверх­ности конвертера. Расплавленный штейн продувают воздухом (давление воздуха 0,075...0,125 МПа) и подают кварцевый флюс (с содержанием 5SiO₂ 70...80 %) с помощью приспособления /.

Можно выделить два периода процесса. В первом периоде про­исходит окисление сульфидов железа и ошлакование оксида железа:

2FeS + 3O2 +SiO2 = (FеО)2 SiO2 +2SО2 +Q

Образовавшийся при этом шлак сливают. Во втором периоде окис­ляются сульфиды меди:

2Сu2S+ЗО2 = 2Сu2О+2SО2 +Q.

Затем в результате взаимодействия сульфида меди с ее оксидом выделяется черновая медь

Сu2S + 2Си2О = 6Си+SО2 -Q, содержа­щая 98,5...99,5% Си. В состав черновой меди входят примеси железа, серы, мышьяка, кислорода и др.

Образующийся газ улавливают и используют для производства
серы или серной кислоты. Длительность продувки зависит от вмес­
тимости конвертера и содержания меди в штейне. Примеси снижают
качество меди, поэтому черновую медь подвергают рафинированию,
при этом из нее попутно извлекают благородные металлы.

Рисунок 4.2 - Схема горизонтального конвертера для получения черновой меди

Рафинирование меди производится огневым и электролитиче­ским способами. Огневое рафинирование меди осуществляется в отражательных печах. Процесс состоит из следующих операций: расплавления, окисления всех примесей, удаления их с газами, а также перевода в шлак. Окисление примесей происходит за счет кислорода воздуха, который подается в жидкий металл. Образовавшийся шлак удаляют и ведут процесс «дразнения» для удаления растворенных газов.

Сначала в расплав погружают

сырые жерди (березовые и сосновые), при этом происходит выделение паров воды и газе а затем используют сухие жерди для раскисления меди. Готов; медь разливают на слитки или анодные пластины. Полученн таким образом медь включает благородные металлы (серебро,; лото) и некоторые примеси (мышьяк, сурьму, селен и др.).

Для получения высококачественной меди и выделения из н других металлов производят электролитическое рафинирование. Для этого черновую медь отливают в виде пластин — анодов, кол рые погружают в ванну с 12...16 %-м водным раствором медного купороса в серной кислоте. Параллельно анодам подвешива: тонкие листы чистой меди (катоды). При пропускании постоянно тока аноды растворяются и медь осаждается на катодах. За 10 суток на катодной пластине отлагается около 100 кг меди. Катод через 5...12 суток выгружают, промывают, переплавляют и разливают в слитки. Расход электроэнергии на 1 т катодного металла составляет 20...400 кВт-ч.

В зависимости от степени чистоты различают пять марок меди: (МО, М1, М2, МЗ, М4) с содержанием меди от 99,95 до 99 %.

Дата добавления: 2014-01-15