Производство меди

В природе чистая медь встречается весьма редко. Для получения меди применяют медные руды, а также отходы меди и ее сплавов. В рудах медь находится в виде сернистых соединений, окислов или гидрокарбонатов. Пустая порода руд состоит из пирита, кварца и др. Перед плавкой медные руды обогащают и получают концентрат. Для промышленного производства наибольшее значение имеют сернистые соединения меди, в них содержится от 1 до 6% меди.

В промышленности наиболее широкое применение получил пирометаллургический способ получения меди, пригодный для переработки любых медных руд, позволяющий извлекать попутно с медью ее спутники -драгоценные металлы. Этот способ включает следующие основные переделы: подготовка руд к плавке, выплавка штейна, конвертирование штейна, рафинирование черновой меди.

Обогащение медных руд осуществляется способом флотации. Флотация -обогащение, основанное на различной смачиваемости минералов, образующих руду. Процесс осуществляется во флотационных машинах. В результате флотации содержание меди в медном концентрате повышается до 8-35 %. Кроме меди, в него входят 35-40% серы, 30-35% железа, а также глинозем и другие окислы. Для снижения содержания серы медный концентрат подвергается обжигу в печах. Продукт обжига медного концентрата называется огарком. Под действием потока воздуха огарок выводится из обжиговой печи и используется для выплавки меди.

Плавка огарка осуществляется в специальных печах. Наиболее распространены отражательные печи, которые по своему устройству напоминают мартеновские. Плавка в этих печах происходит за счет тепла сгорающего топлива, в качестве которого применяются природный газ, мазут или угольная пыль. Производительность отражательных печей низкая. Более перспективна плавка огарка в циклонах, представляющих собой плавильные печи, имеющие форму цилиндра. В циклон с большой скоростью по касательной к цилиндру подается воздух. Воздушная струя образует внутри циклона вращающийся вихрь. Предварительно измельченный пылевидный огарок, подаваемый в печь, обдувается горячим воздухом, быстро нагревается и плавится, стекая в отстойную камеру. Производительность циклонной плавки в 30-50 раз выше, чем в отражательных печах.

При расплавлении огарка образуется расплав, разделяющийся на два слоя. Нижний слой состоит на 80-90% из сульфидов меди и железа и носит название штейна; верхний слой представляет собой шлак, состоящий в основном из окислов кремния, алюминия, железа и кальция. Расплавленный штейн отделяют от шлака и используют для получения черновой меди. Процесс получения черновой меди осуществляется в конверторе с боковым дутьем. Современные медеплавильные конверторы имеют диаметр 3-4 метра и длину 6-

10 метров. Производительность такого конвертора составляет 80-100 тонн за одну операцию.

При продувке воздухом через расплавленный штейн вначале происходит окисление железа как элемента, имеющего более высокое сродство с кислородом по сравнению с медью. Образующаяся при этом закись железа соединяется с добавляемым в конвертор кварцевым флюсом и переходит в шлак. Образование закиси железа сопровождается выделением тепла, что поддерживает температуру в конверторе в пределах 1250-1350 градусов. Когда окисление железа заканчивается, в реакцию с кислородом вступают сульфиды меди. Образующаяся при этом закись меди взаимодействует с присутствующим в расплаве сульфидом меди. Эта реакция приводит к выделению свободной (черновой) меди. Она содержит до 98,4-99,4% меди, 0,01-0,04% железа, 0,05-0,1% серы и небольшие примеси никеля, олова, мышьяка, сурьмы, золота и серебра. Для получения меди необходимой чистоты в промышленности применяют два способа рафинирования - огневой и электролитический.

Огневое рафинирование осуществляется в отражательных печах. При этом присутствующие в черновой меди примеси окисляются и уходят в шлак. Примеси благородных металлов остаются в расплаве меди. Для их отделения медь подвергают электролитическому рафинированию. Процесс электролиза осуществляется в ваннах-электролизерах, футерованных внутри свинцом или винипластом. Из меди, очищенной огневым способом рафинирования, изготовляют аноды, а катоды - из тонкой листовой чистой меди. Электроды погружают в электролит, представляющий собой подкисленный раствор сернокислой меди(10-16%). При прохождении постоянного тока через электролит происходит растворение анода - медь переходит в раствор. У катода ионы меди разряжаются и осаждаются на его поверхности слоем чистой меди. Через 7-15 дней катоды извлекаются, тщательно промываются водой и переплавляются в печах. Рафинированная таким образом медь содержит до 99,98% меди. В процессе электролиза содержащиеся примеси (мышьяк, сурьма,

висмут, селен, теллур) осаждаются на дно электролизера, образуя шлам. Из шлама в последующем извлекаются все ценные элементы.