Пирометаллургический метод

Этот метод получил наибольшее распространение (перерабатывается до 80% меди). Он основан на большем сродстве Cu к сере, а других компонентов – к кислороду.

Производство складывается из следующих операций:

1. обогащение;

2. обжиг;

3. плавка;

4. конвертирование;

5. огневое рафинирование;

6. электролитическое рафинирование.

 

1) Флотационное обогащение приводит к возрастанию содержания меди до 20% (по сульфиду).

2) Обжиг осуществляетсяв печах пылевидного топлива или в печах кипящего слоя: при этом происходят реакции:

 

FeS2 = FeS +S

S + O2 = SO2

FeS + O2 = Fe2O3 + SO2

Cu2S + O2 = Cu2O + SO2↑ (частично)

Cu2O + FeS = Cu2S + FeO

 

В шихту вводят SiO2 и CaCO3 для предотвращения спекания. В огарке получается FeO и Cu2S (+ примеси); As, Sb, Zn, Pb частично уходят с газами.

3) Плавка огарка на штейн предусматривает отделение пустой породы и окислов. Температура процесса 1500-1600°С. Плавка окислительная и проводится в отражательных печах:

FeS + SiO2 + O2 = 2FeO∙SiO2 + SO2

Cu2S + O2 = Cu2O + SO2

Cu2O + SiO2 + FeS = 2FeO∙SiO2 + Cu2S

Шлак с расплава сульфидов сливают, и штейн отправляется в конверторы на продувку.

4) Конвертирование (продувка штейна в конверторах).

I продувка 2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2↑ + Q

2FeO + SiO2 = 2FeO∙SiO2 + Q

Cu2O + FeS = Cu2S + FeO + Q

Шлак убирается.

II продувка 2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2↑ + Q

Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + 2SO2

После перехода меди в металлическую форму её разливают и рафинируют (очищают примесей).

5) Огневое рафинироание.

Полученную медь продувают воздухом:

Cu + O2 = Cu2O

Cu2O + Me = MeO + Cu

То есть металлы имеющие при данной t° большее сродство к кислороду всплывают в шлак. Полученная черновая медь содержит 95-98% Cu. Если в ней содержатся Ag, Au, Se, Tc, Bi, Fe и другие металлы, то её подвергают электрохимическому рафинированию.

6) Электрохимическое рафинирование.

При этом удаляются почти все примеси

«+» : Сu – 2ē → Cu2+ E = + 0,34 В

Сu – ē → Cu+ E = + 0,51 В

Сu+ – ē → Cu2+ E = + 0,17 В

В растворе Cu2+ + Cu 2Cu+

Kp = = 10-6

Если [Cu2+] = 1г-ион/л, [Cu+] =

Следовательно, рафинирование идёт в виде Cu+ и Cu2+.

«–» Cu2+ + 2ē → Cuo

В каком же случае будет равновесие

ECu2+/Cu+ = 0,17 + 0,059lg = 0,17 + 0,059lg10-3 ≈ 0,34 В

Таким образом, равновесие этой реакции соблюдается при E = 0,34 В. Оно может нарушаться за счёт окисления кислородом воздуха:

2Cu+ +2H+ + ½ O2 = 2Cu2+ + H2O

Cu + 2H+ + ½ O2 = Cu2+ + H2O

Cu2SO4 + H2O = Cu2O + H2SO4 → CuSO4 + Cu + H2O

Все примеси, имеющиеся в меди можно разделить на 3 группы:

1. более электроотрицательные, например, Zn, Fe, Ni. Они переходят в электролит и накапливаются в нём;

2. более электроположительные, например Ag, Au, Pt. Они не растворяются и переходят в шлам.

3. потенциал близок к потенциалу растворения меди (As, Sb, Bi и другие). Они переходят в раствор и затем в нём гидролизуются и выпадают в шлам.

 

Состав электролита:

CuSO4 120-150 г/л,

H2SO4 150-180 г/л

T = 50°C, i = 200 А/м2

 

Гидрометаллургический метод (переработка окисленных руд)

Медь в таких рудах находится в виде оксидов, карбоната, гидроксида. Её извлекают методом электроэкстракции, по которому сначала руду обрабатывают кислым раствором:

Cu2+ +H2SO4 = CuSO4 + 2H+

Далее ведут электролиз с нерастворимым анодом.

«+» Pb┃CuSO4,H2SO4┃Cu «–»

На аноде: «+» Pb – 2ē = Pb2+ E° = – 0,15 В

2H2O – 4ē = O2↑ + 4H+

Затем Pb2+ + SO42– =PbSO4

часть Pb2+ – 2e- = Pb4+ (Pb(SO4)2↓)

и гидролиз Pb(SO4)2

Pb(SO4)2 + H2O PbO2↓ +H2SO4

PbO2 оседает в порах PbSO4, образуя прочный проводящий слой, и в дальнейшем анод не растворяется, и на нём поверхности идёт только разложение воды.

На катоде: «–» Cu2+ + 2ē = Cuo

Плотность тока на катоде Ik = 150-200 A/м2.








Дата добавления: 2015-06-17; просмотров: 926;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.014 сек.