Предприятия медной промышленности. Особенности меди: ее состав, структура и технология производства. Цветная металлургия Российской империи

Особенности меди: ее состав, структура и технология производства

Предприятия медной промышленности. Особенности меди: ее состав, структура и технология производства. Цветная металлургия Российской империи

Медь, которая относиться к цветным металлам, известна с давних пор. Ее производство было изобретено раньше, чем люди начали изготавливать железо.

По предположениям активное ее использование произошло в результате ее доступности и достаточно простого извлечения из содержащих медь соединений и сплавов.

Итак, давайте рассмотрим сегодня свойства и состав меди, страны мира-лидеры по производству меди, изготовление изделий из нее и особенности этих сфер.

Медь обладает высоким коэффициентом электропроводимости, что послужило росту ее ценности, как электротехнического материала. Если ранее на электропровод тратилось до половины всей произведенной в мире меди, то сейчас с этими целями используется алюминий, как более доступный металл. А сама медь становиться наиболее дефицитным цветным металлом.

В этом видео рассмотрен химический состав меди:

Структурный состав меди включает в себя множество кристаллов: никель, золото, кальций, серебро, свинец и многие другие. Все металлы, входящие в ее структуру, отличаются относительной мягкостью, пластичностью и простотой обработки. Большинство таких кристаллов в сочетании с медью образуют твердые растворы с непрерывными рядами.

Элементарная ячейка данного металла представляет собой кубическую форму. На каждую такую ячейку приходится по четыре атома, располагающихся на вершинах и центральной части грани.

Химический состав

Состав меди в процессе ее производства может включать в себя ряд примесей, которые влияют на структуру и характеристики конечного продукта. При этом их содержание должно регулироваться как по отдельным элементам, так и по их суммарному количеству. К примесям, которые встречаются в составе меди, можно отнести:

  • Висмут. Этот компонент негативно сказывается как на технологических, так и на механических свойствах металла. Именно поэтому он не должен превышать 0,001% от готового состава.
  • Кислород. Считается наиболее нежелательной примесью в составе меди. Его предельное содержание в сплаве составляет до 0,008% и стремительно сокращается в процессе воздействия высоких температур. Кислород негативно отражается на пластичности металла, а также на его устойчивости к коррозии.
  • Марганец. В случае изготовления проводниковой меди негативно отображается данный компонент на ее токопроводимости. Уже при комнатной температуре быстро растворяется в меди.
  • Мышьяк. Этот компонент создает твердый раствор с медью и практически не влияет на ее свойства. Его действие по большей мере направлено на нейтрализацию негативного воздействия от сурьмы, висмута и кислорода.
  • Никель. Образует твердый раствор с медью и при этом снижает ее тепло- и электропроводность.
  • Олово. Создает твердый раствор и способствует усилению теплопроводности.
  • Селен, сера. Эти два компонента имеют одинаковое воздействие на конечный продукт. Они организуют хрупкое соединение с медью и составляют не более 0,001%. При увеличении концентрации резко снижается степень пластичности меди.
  • Сурьма. Данный компонент хорошо растворяется в меди, поэтому оказывает минимальное воздействие на ее конечные свойства. Допускается ее не больше 0,05% от общего объема.
  • Фосфор. Служит главным раскислителем меди, предельная растворимость которого составляет 1,7% при температуре 714°С. Фосфор, в сочетании с медью, не только способствует ее лучшему свариванию, но и улучшает ее механические свойства.
  • Цинк. Содержится в небольшом количестве меди, практически не влияет на ее тепло- и электропроводность.

Далее будут рассмотрены процесс и правильная последовательность производства меди.

Производство меди

Медь производится из сульфидных руд, которые содержат эту медь в объеме минимум 0,5%. В природе существует около 40 минералов, содержащих данный металл. Наиболее распространенным сульфидным минералом, который активно используется в производстве меди, является халькопирит.

Для производства 1 т меди необходимо взять огромное количество сырья, которое ее содержит. Взять, к примеру, производство чугуна, для получения этого металла в объеме 1 тонны потребуется переработать около 2,5 т железной руды. А для получения такого же количества меди потребуется обработка до 200 т руды ее содержащей.

Далее рассмотрены способы производства меди и оборудование для этого.

ниже расскажет о добыче меди:

Производство меди включает в себя ряд этапов:

  1. Измельчение руды в специальных дробилках и последующее более тщательное ее измельчение в мельницах шарового типа.
  2. Флотация. Предварительно измельченное сырье смешивается с малым количеством флотореагента и затем помещается во флотационную машину. В качестве такого добавочного компонента обычно выступает ксантогенат калия и извести, который в камере машины покрывается минералами меди. Роль извести на этом этапе крайне важна, поскольку она предупреждает обволакивание ксантогената частичками других минералов. К медным частичкам прилипают лишь пузырьки воздуха, которые выносят ее на поверхность. В результате этого процесса получается медный концентрат, который направляется удаление из его состава избыточной влаги.
  3. Обжиг. Руды и их концентраты проходят процесс обжига в моноподовых печах, что необходимо для выведения из них серы. В результате получается огарок и серосодержащие газы, которые в дальнейшем используют для получения серной кислоты.
  4. Плавка шихты в печи отражательного типа. На этом этапе можно брать сырую или уже обожженную шихту и подвергать ее обжигу при температуре 1500°С. Важным условием работы является поддержанием нейтральной атмосферы в печи. В итоге происходит сульфидирование меди и ее преобразование в штейн.
  5. Конвертирование. Полученная медь в сочетании с кварцевым флюсом продувается в специальном конвекторе на протяжении 15-24 ч. В итоге получается черновая медь в результате полного выгорания серы и выведения газов. В ее состав может входить до 3% различных примесей, которые благодаря электролизу выводятся наружу.
  6. Рафинирование огнем. Металл предварительно расплавляется и затем рафинируется в специальных печах. На выходе образуется красная медь.
  7. Электролитическое рафинирование. Этот этап проходит анодная и огневая медь для максимальной очистки.

Про заводы и центры производства меди в России и в мире читайте ниже.

На территории России действует всего четыре наибольших предприятия по добыче и производству меди:

  1. «Норильский никель»;
  2. «Уралэлектромедь»;
  3. Новгородский металлургический завод;
  4. Кыштымский медеэлектролитный завод.

Первые две компании входят в состав известнейшего холдинга «УГМК», который включает в себя около 40 промышленных предприятий. Он производит более 40% всей меди в нашей стране. Последние два завода принадлежат Русской медной компании.

ролик ниже расскажет о производстве меди:

Источник: http://stroyres.net/metallicheskie/vidyi/tsvetnyie/med/sostav-struktura-i-tehnologiya-proizvodstva.html

Медная промышленность

Предприятия медной промышленности. Особенности меди: ее состав, структура и технология производства. Цветная металлургия Российской империи
статьи

Медная промышленность.

Медьбылаоднимизпервыхметаллов, которыми научился пользоваться человек, и наиболее широко применявшимся металлом от начала письменной истории до периода Средних веков, когда были разработаны промышленные способы получения железа, а потом и стали. В наши дни, несмотря на наличие множества металлов, сплавов и других материалов, медь сохраняет свое значение.

Медные руды

Многочисленные месторождения меди находятся на западе и юго-западе США, а также в шт. Мичиган и Теннесси. Значительны запасы медных руд в Чили, России (Урал), Казахстане (Джезказган), Канаде, Замбии и Заире, месторождения имеются также в Польше, Перу, на Филиппинах, в Австралии, в КНР, Мексике и ряде других стран.

Главным источником для получения меди служат сульфидные руды, содержащие чаще всего халькопирит CuFeS2, называемый медным колчеданом (35% меди), или другие сернистые минералы меди, например халькозин Cu2S (70% меди). Однако медные минералы сопровождаются большим количеством пустой породы – вскрыши и породных примесей. Поэтому перед плавкой руду подвергают обогащению.

Металлургия

Почти вся медь вырабатывается из сульфидных руд. В процессе обогащения руды флотацией получают концентрат, содержащий до 35% меди, и плавят его на штейн. Штейн – это смесь сульфидов меди и железа, содержащая до 60% меди. Окислением штейна получают черновую медь (содержащую до 98% меди), которую рафинируют до металла высокой чистоты, поступающего на рынок.

Обогащение

Обогащение низкокачественных (бедных) руд производится методом пенной флотации. Размельченную руду смешивают с водой, небольшим количеством масла, поверхностно-активным веществом, пенообразователем, и смесь перемешивают в баке флотационной машины. Частицы сульфида собираются на поверхности и уносятся пеной, а порода, не содержащая меди, оседает на дно.

Плавление

Концентрат, к которому добавлен песок или карбонат кальция, нагревают до расплавления. При этом часть железа удаляется в виде силиката железа, а сера частично окисляется в оксид серы.

Медный расплавленный штейн собирается на поду печи; его заливают в бочкообразный цилиндрический конвертер с боковым рядом фурм и продувают воздухом.

По завершении процесса металлическая медь, образовавшаяся в результате окисления серы (Cu2S + O2® 2Cu + SO2), разливается по изложницам.

При охлаждении этой черновой меди (с концентрацией Cu ~98%) из нее выделяется растворенный диоксид серы, поэтому ее поверхность имеет пузырчатый вид. Диоксид серы, выделяющийся в процессе плавки и конвертерной переработки, улавливается, и из него получают серную кислоту, которую либо продают, либо используют для выщелачивания оксидных руд из породных отвалов.

Выщелачивание

Это другой, гидрометаллургический метод переработки некоторых медных руд. Выщелачиванием серной кислотой из размолотой оксидной руды получают раствор сульфата меди.

(Ранее выщелачивание производилось в больших резервуарах, но в наше время оно осуществляется по большей части на месте, непосредственно в породных отвалах или в массе размолотой руды.

) Раствор очищают методом экстракции растворителем, а затем подвергают электролизу, что дает на катоде медь высокой чистоты. Иногда руду выщелачивают с применением бактерий, которые способствуют необходимому окислению с переводом меди в кислые растворы.

Шахтные воды, откачиваемые из меднорудных шахт, часто содержат большие количества меди в форме растворенных соединений. Для улавливания этой меди шахтные воды используют в процессе выщелачивания.

Рафинирование

Почти вся черновая медь рафинируется последовательно двумя методами – огневым (пирометаллургическим) и электролитическим. Огневым рафинированием в отражательных печах из черновой меди удаляют примеси Fe, Zn, Co, Ni и серу в виде оксидов, а затем растворенные газы, после чего медь раскисляют.

Ранее для удаления растворенных газов из меди и восстановления Cu2O в металл ванны погружали сырые деревянные жерди, древесина которых выделяет газообразные углеводороды, бурно перемешивающие расплав.

Теперь сырую древесину заменяют природным газом, паромазутной смесью, углеводородными побочными продуктами других производств. После огневого рафинирования медь подают на разливочные машины для отливки анодов – квадратных плит с ушками для подвешивания в электролизере.

Аноды помещают в ванны с подкисленным раствором сульфата меди. Катодом служит тонкий лист из чистой меди. В процессе электролиза медь и другие основные металлы (железо, цинк, свинец и никель) растворяются, оставляя на аноде шлам серебра, золота и платины.

Разность электропотенциалов меди и других основных примесных металлов достаточно велика для того, чтобы медь в кислом растворе избирательно осаждалась на катоде с чистотой около 99,9%.

Применение

У меди уникальное сочетание свойств, обеспечившее ей широкое применение, – высокие электро- и теплопроводность, хорошая коррозионная стойкость, высокая пластичность и привлекательный естественный цвет.

Более 70% всей потребляемой меди идет на электротехнические изделия, 15% – на элементы строительных конструкций, 5% – на детали машин и механизмов, 4% – на транспортные конструкции и 4% – на другие виды изделий, в том числе на изготовление артиллерийского оружия.

Строительная промышленность потребляет около 40% всей производимой меди, электротехника и электроника около 26%, общее машиностроение – около 14%, транспортное машиностроение – около 11%, промышленность товаров широкого потребления – остальные 9%. Кабели, электротехнические шины, трансформаторные обмотки и другие электротехнические изделия изготавливаются из разных сортов меди.

В тех случаях, когда требуется максимальная электропроводность, применяется «бескислородная медь с высокой электропроводностью», в других же случаях пригодна «технически чистая» медь, содержащая 0,02–0,04% кислорода. Небольшая добавка мышьяка повышает прочность красной меди (продукта огневого рафинирования), но такая медь, содержащая кислород, с трудом поддается сварке.

Медь с пониженным содержанием кислорода обладает хорошими литьевыми свойствами и применяется для изготовления химико-технологического оборудования, медных труб, автомобильных радиаторов, судовых конденсаторов, бытовых водопроводных труб, кровельного материала и других технических изделий.

Медные сплавы – это группа распространенных сплавов, свойства которых изменяются в широких пределах. Некоторые сплавы меди, содержащие кадмий, хром, серебро или теллур, обладают высокой прочностью при высокой технологичности и хорошей электропроводности. Наиболее известными и широко применяемыми сплавами меди являются латуни (сплавы с цинком) и бронзы (сплавы с оловом).

Источник: https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/tehnologiya_i_promyshlennost/MEDNAYA_PROMISHLENNOST.html

Pereosnastka.ru

Предприятия медной промышленности. Особенности меди: ее состав, структура и технология производства. Цветная металлургия Российской империи

Металлургия меди

Категория:

Производство черных и цветных металлов

Металлургия меди

Медные руды. Медные руды делятся на две основные группы: сульфидные руды, в состав которых медь входит в форме соединения с серой, и окисленные руды, в которые медь входит в форме окислов.

Медь изредка встречается в виде самородной металлической меди (99,9% Си) в смеси с пустой породой. Однако руды с самородной медью очень редки (лишь около 5% всех мировых месторождений меди), и в промышленности их значение невелико.

Сульфиды составляют около 80% всех мировых месторождений меди. Наиболее распространенные сульфидные руды, содержащие халькозин (медный блеск) Cu2S, халькопирит (медный колчедан) CuFeS2, борнит Cu3FeS3, ковеллин CuS.

Среднее содержание меди в промышленных рудах 1—2% минимальное 0,5%; руды, содержащие 3% меди и выше, считаются богатыми.

В состав пустой породы руд входят кварц, глинозем, барит, кальцит и различные силикаты.

В Советском Союзе основные месторождения медных руд находятся на Трале, в Казахстане, в Закавказье и Узбекистане.

Производство меди.

В настоящее время существует два способа переработки медных руд:1) пирометаллургический способ — непосредственная плавка руд или плавка концентрата (продукта обогащения руды);

2) гидрометаллургический способ, при котором руда обрабатывается растворителем, переводящим медь в раствор и не действующим на другие составляющие руды; медь из растворов осаждается путем электролиза или химическим способом.

Переработка медных руд способом непосредственной плавки требует очень большого расхода топлива и флюсов, поэтому она невыгодна.

В настоящее время основная масса меди (до 80%) добывается плавкой медного концентрата (продукта обогащения руды), полученного путем флотации (разделения мелких частиц руды и пустой породы в результате их различной смачиваемости).

Медные концентраты подвергают окислительному обжигу и затем порошкообразные продукты обжига плавят в пламенных отражательных или электрических печах.

Иногда концентраты брикетируют или спекают, тогда их плавят в штахтных печах.

В результате плавки получают два жидких несмешивающихся продукта: внизу, на поду печи, штейн, поверх его — шлак, в который переходит вся пустая порода и значительная часть железа.

Таким образом, в основе пирометал-лургического способа лежит разделение жидких фаз.

Штейн представляет сложный расплав, содержащий сульфиды меди и железа (80—90%), шлак (4—5%) и сульфиды других металлов (никеля, свинца, цинка).

Переработка штейнов осуществляется в конвертерах, где через жидкий штейн продувают воздух, в результате чего сера выгорает, а железо переходит в шлак. Продуктами этой переработки являются черновая медь и конвертерный шлак.

Черновая медь содержит 98,5—99,5% меди и до 1,5% различных примесей (никель, сурьма, сера, железо кобальт, алюминий, кислород и др., а также серебро и золото). Она подвергается огневому и электролитическому рафинированию.

Такова общая схема производства меди. Ознакомимся теперь с отдельными операциями этого процесса.

Прежде всего медную руду подвергают обогащению способом флотации с целью удаления большей части пустой породы и получения медного концентрата.

К измельченной (до зерен размером 0,05—0,5 мм) руде добавляют маслянистые вещества (минеральные и растительные масла), при этом крупинки сернистой меди покрываются масляной пленкой, что способствует последующему отделению их от пустой породы.

Подготовленная руда из бункера поступает в камеру флотационной машины (рис. 1).

К машине, наполненной водой, по трубе 8 непрерывно подается воздух, который через отверстия в дне и ткань, покрывающую дно, поступает в ванну, и, встречая крупинки сернистой меди с масляными оболочками, покрывает их, в результате чего образуется пена, называемая пульпой.

Пустая порода смачивается водой, оседает, собирается в нижней части машины и по мере накопления удаляется через отверстие. Вода подается по трубе. Пульпу выпускают через слив (показан пунктиром), а затем обезвоживают и сушат; при этом получают медный концентрат с большим содержанием меди (15-20%), чем в руде.

Рис. 1. Схема флотационной машины для обогащения медных руд

Медный концентрат подвергается обжигу с целью окисления железа, уменьшения содержания серы и удаления мышьяка, сурьмы и других примесей. Обжиг обеспечивает при последующей плавке получение штейна с достаточно высоким содержанием меди

В настоящее время обжиг осуществляется в многоподовых печах с механическим перегре-банием и в печах «кипящего слоя».

Печь с механическим перегре-банием имеет форму цилиндра диаметром 6—7 м и высотой 9— 10 м. Рабочее пространство печи разделено по высоте на отделения арочными перекрытиями из огнеупорного (шамотного) кирпича, причемобразуется несколько внутренних подов и один наружный.

Различные печи имеют 7, 10, 12 подов.

На рис. 2 приведена схема семиподовой обжиговой печи. В центральной части печи проходит медленно вращающийся полый стальной вал, к которому на уровнях каждого отделения прикреплено по два перегревателя с гребками. Воздух, необходимый для процесса, поступает в печь через центральный вал перегре-бателя и гребки. Зажигание шихты при пуске печи производится с помощью форсунок.

Шихта загружается на просушивающий верхний под, где высушивается и при помощи перегребателей постепенно подводится к загрузочным отверстиям, через которые поступает на первый под, там перегребается и через отверстия попадает на второй под и т. д.

Рис. 2. Схема многоподовой печи для обжига медной руды

Количество удаленной в результате окисления серы в зависимости от состава шихты, ее измельченности и других причин составляет от 30 до 75%.

Реакции окислительного обжига протекают с выделением большого количества теплоты, поэтому в большинстве случаев обжиг производится без затраты топлива.

Отходящие газы содержат 4—7% сернистого ангидрида (S02), который частично окисляется до S03 и используется для получения серной кислоты. Обожженный концентрат называют огарком.

Производительность многоподовых обжиговых печей составляет 250—350 т шихты в сутки.

В последние годы распространяется новый высокопроизводительный метод обжига концентратов — «в кипящем слое». На рис. 3 приведена схема печи для обжига «в кипящем слое». Измельченный концентрат через отверстие поступает в рабочее пространство печи. Воздух в рабочее пространство подается через отверстие, воздушную камеру и насадки.

Регулированием давления воздуха достигают такого положения, что зерна концентрата, поступающие в рабочее пространство, не падают на подину и не поднимаются вверх, а подхватываются током воздуха и находятся во взвешенном состоянии. Поэтому в нижней части рабочего пространства образуется слой, похожий на кипящую вязкую жидкость.

Этот слой называют «кипящим слоем», «взвешенным слоем», «вихревым слоем», и. т. п. Каждое зерно концентрата висит в воздухе и со всех сторон омывается им, поэтому окисление протекает значительно быстрее, чем в многоподовых печах, где зерна концентрата большую часть времени лежат слоем на поду печи и соприкосновение с кислородом воздуха имеют лишь верхние зерна.

Обожженный концентрат (огарок) самотеком пересыпается через порог и выдается из печи для дальнейшей переработки.

Рис. 3. Схема обжига «в кипящем слое»

Рис. 4. Схема отражательной печи для плавки штейна

Для нагрева отражательных печей используют мазут, природный газ, угольную пыль.

Загруженная шихта поступает в зону высоких температур (1400— 1500°) и сразу плавится.

Главные реакции процесса определяются сульфидами Cu2S, FeS и окислами Fe203 и SiOa, составляющими основную массу огарка.

Температура, нужная для образования шлака, составляет около 1100°, а для образования штейна 800—900°, поэтому тепловой режим печи определяется в первую очередь условиями шлакообразования.

Средняя суточная производительность современной отражательной печи колеблется в пределах от 700 до 2000 т твердой шихты при плавке обожженного концентрата. Иногда в отражательные печи загружают

необожженный концентрат, что приводит к уменьшению их производительности примерно в 2 раза.

Переработка медных штейнов на черновую медь производится в специальных конвертерах, в которых через жидкий штейн продувают воздух.

Наибольшее распространение имеют горизонтальные конвертеры (фиг. 5), устанавливаемые на роликах, Конвертер с помощью механизмов наклоняют для выпуска шлака и черновой меди. Заливку штейна производят через горловину. В огнеупорной магнезитовой футеровке имеются фурмы, через которые в рабочее пространство под давлением 0,8—1,2 ати подается воздух.

Рис. 5. Конвертер для получения черновой меди; а разрез; 6 г— общий вид

Приведенные реакции и их последовательность показывают, что железо и сера имеют большее сродство к кислороду, чем медь, которая поэтому энергично окисляется лишь во втором периоде плавки.

Производительность современных конвертеров от 30 до 75 т черновой меди за операцию.

Длительность процесса бессемерования медных штейнов составляет в среднем 10—12 час., но может доходить и до двух суток, что обусловлено наличием в штейнах большого количества серы и железа (до 80% по весу), которые в процессе бессемерования должны быть окислены.

Процесс идет за счет теплоты реакций окисления серы и железа. Эта теплота обеспечивает поддержание в конвертере температуры в первый период в пределах 1250—1350°,

Огневое рафинирование черновой меди производят для удаления различных примесей, ухудшающих механические свойства и электропроводность меди.

Процесс огневого рафинирования протекает на поду отражательной печи (подобной печи для плавки на штейн), где черновая медь подвергается окислению воздухом, который вдувают через железные трубы в жидкую медь. Образующаяся при этом закись меди окисляет находящиеся в меди примеси, всплывающие в шлак.

В дальнейшем раскисление меди (восстановление избытка закиси меди) производят обугленными деревянными шестами при перемешивании ванны (что способствует выделению из ванны растворенных газов), а также древесным углем, засыпаемым на поверхность ванны.

В печь загружают твердую или жидкую конвертерную медь. Емкость современных рафинировочных печей достигает 250—400 т меди.

Продолжительность рафинирования при загрузке в печь твердой меди составляет 16—26 час., а при загрузке жидкой меди — 10—14 час.

Электролитическое рафинирование меди производят с целью получения наиболее чистой меди (99,9% Си и выше) и попутного извлечения золота и серебра, которые почти всегда содержатся в конвертерной меди и при огневом рафинировании полностью остаются в меди. В настоящее время электролитическому рафинированию подвергают около 95% всей производимой в нашей стране меди.

Для электролитического рафинирования медь после огневого рафинирования отливают в анодные плиты. Последние помещают на специальных “подвесках в электролитической ванне, заполненной вод. ным раствором медного купороса с серной кислотой (около 200 г/л).

Между анодными плитами в ванне находятся тонкие (0,6—0,7 мм) листы из чистой меди — катоды для осаждения на них электролитической меди.

При включении ванны в электрическую цепь медь анодов растворяется в электролите и осаждается на катодах, а благородные

металлы и некоторые другие (например, селен, теллур) выпадают в шлам (осадок на дне ванны). Плотность тока, применяемого для электролитического рафинирования, составляет 100—200 а на 1 ж2 катодной поверхности.

Напряжение ванны 0,3—0,35 в. Средний выход шлама составляет 0,2—0,5% от веса анодов. Шлам медного электролиза собирают и подвергают дальнейшей переработке с целью извлечения золота, серебра и других ценных металлов.

Продолжительность растворения анодов составляет в среднем 20—30 суток. Расход электроэнергии на тонну катодной меди 200—300 квт-ч.

По семилетнему плану (1959—1965 гг.) производство рафинированной меди увеличивается в 1,9 раза.

Реклама:

Металлургия алюминия, магния и титана

Источник: http://pereosnastka.ru/articles/metallurgiya-medi

Производство меди

Предприятия медной промышленности. Особенности меди: ее состав, структура и технология производства. Цветная металлургия Российской империи

Для получения меди применяют медные руды, а также отходы меди и её сплавы. В рудах содержится 1 – 6% меди. Руду, содержащую меньше 0,5% меди, не перерабатывают, так как при современном уровне техники извлечение из неё меди нерентабельно.

В рудах медь находится в виде сернистых соединений (CuFeS2 – халько-пирит, Cu2S – халькозин, CuS – ковелин), оксидов (CuO, CuO) и гидрокарбонатов [CuCO3·Cu(OH)2,2CuCO3·Cu(OH)2]

Пустая порода руд состоит из пирита (FeS2), кварца (SiO2), различных соединений содержащих Al2O3, MgO, CaO, и оксидов железа.

В рудах иногда содержится значительные количества других металлов (цинк, золото, серебро и другие).

Известны два способа получения меди из руд:

  • гидрометаллургический;
  • пирометаллургический.

Гидрометаллургический не нашел своего широкого применения из-за невозможности извлекать попутно с медью драгоценные металлы.

Пирометаллургический способ пригоден для переработки всех руд и включает следующие операции:

  • подготовка руд к плавке;
  • плавка на штейн;
  • конвертирование штейна;
  • рафинирование меди.

Подготовка руд к плавке

Подготовка руд заключается в проведении обогащения и обжига. Обогащение медных руд проводят методом флотации. В результате получают медный концентрат, содержащий до 35% меди и до 50% серы.

Концентраты обжигают обычно в печах кипящего слоя с целью снижения содержания серы до оптимальных значений. При обжиге происходит окисление серы при температуре 750 – 800 °С, часть серы удаляется с газами.

В результате получают продукт, называемый огарком.

Плавку на штейн

Плавку на штейн ведут в отражательных или электрических печах при температуре 1250 – 1300 °С. В плавку поступают обожженные концентраты медных руд, в ходе нагревания которых протекают реакции восстановления оксида меди и высших оксидов железа

6CuO + FeS = 3Cu2O + FeO + SO2

FeS + 3Fe3O4 + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2

В результате взаимодействия Cu2O с FeS образуется Cu2S по реакции:

Cu2O + FeS = Cu2S + FeO

Сульфиды меди и железа, сплавляясь между собой, образуют штейн, а расплавленные силикаты железа, растворяя другие оксиды, образуют шлак. Штейн содержит 15 – 55% Cu; 15 – 50% Fe; 20 – 30% S. Шлак состоит в основном из SiO2, FeO, CaO, Al2O3.

Штейн и шлак выпускают по мере их накопления через специальные отверстия.

Конвертирование штейна

Конвертирование штейна осуществляется в медеплавильных конвертерах (рисунок 44) путем продувки его воздухом для окисления сернистого железа, перевода железа в шлак и выделения черновой меди.

Конвертеры имеют длину 6 – 10 м и наружный диаметр 3 – 4 м. Заливку расплавленного штейна, слив продуктов плавки и удаление газов осуществляют через горловину, расположенную в средней части корпуса конвертера. Для продувки штейна подается сжатый воздух через фурмы, расположенные по образующей конвертера.

В одной из торцевых стенок конвертера расположено отверстие, через которое проводится пневматическая загрузка кварцевого флюса, необходимого для удаления железа в шлак.
Процесс продувки ведут в два периода. В первый период в конвертер заливают штейн и подают кварцевый флюс.

В этом периоде протекают реакции окисления сульфидов

2FeS + 3O2 = 2Fe + 2SO2,

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2

Образующаяся закись железа взаимодействует с кварцевым флюсом и удаляется в шлак

2FeO + SiO2 = (FeO)2·SiO2

По мере накопления шлака его частично сливают и заливают в конвертер новую порцию исходного штейна, поддерживая определенный уровень штейна в конвертере. Во втором периоде закись меди взаимодействует с сульфидом меди, образуя металлическую медь

2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2

Таким образом, в результате продувки получают черновую медь, содержащую 98,4 – 99,4% Cu. Полученную черновую медь разливают в плоские изложницы на ленточной разливочной машине.

Рафинирование меди

Для получения меди необходимой чистоты черновую медь подвергают огневому и электролитическому рафинированию. При этом, помимо удаления примесей можно извлекать также благородные металлы.

При огневом рафинировании черновую медь загружают в пламенную печь и расплавляют в окислительной атмосфере. В этих условиях из меди удаляются в шлак те примеси, которые обладают большим сродством к кислороду, чем медь.

Для ускорения процесса рафинирования в ванну с расплавленной медью подают сжатый воздух. Большинство примесей в виде оксидов переходят в шлак (Fe2O3, Al2O3, SiO2), а некоторые примеси при рафинировании удаляются с газами. Благородные металлы при огневом рафинировании полностью остаются в меди.

Кроме благородных металлов в меди в небольших количествах присутствуют примеси сурьмы, селена, теллура, мышьяка. После огневого рафинирования получают медь чистотой 99 – 99,5%.
Для удаления этих примесей, а также для извлечения золота и серебра медь подвергают электролитическому рафинированию.

Электролиз ведут в специальных ваннах, футерованных внутри свинцом или другим защитным материалом. Аноды изготовляют из меди огневого рафинирования, а катоды – из тонких листов чистой меди. Электролитом служит раствор сернокислой меди. При пропускании постоянного тока анод растворяется и медь переходит в раствор. На катодах разряжаются ионы меди, осаждаясь на них прочным слоем чистой меди.

Находящиеся в меди примеси благородных металлов выпадают на дно ванны в виде остатка (шлама). После электролитического рафинирования получают медь чистотой 99,95 – 99,99%.

Источник: https://MetalSpace.ru/education-career/osnovy-metallurgii/proizvodstvo-tsvetnykh-metallov/539-proizvodstvo-medi.html

Технологический процесс производства меди

Предприятия медной промышленности. Особенности меди: ее состав, структура и технология производства. Цветная металлургия Российской империи

Медь, относимая по классификации к цветным металлам, стала известной в глубокой древности. Ее производство человек освоил раньше, чем железо.

Это объяснимо как частым ее нахождением на земной поверхности в доступном состоянии, так и относительной легкостью производства меди путем извлечения ее из соединений.

Свое название Cu она получила от острова Кипра, где древняя технология производства меди получила большое распространение.

Благодаря своей высокой электропроводимости (медь из всех металлов – вторая после серебра) она считается особенно ценным электротехническим материалом. Хотя электропровод, на который ранее шло до 50% мирового производства меди, сегодня чаще всего изготовляют из более доступного алюминия.

Медь, наряду с большинством прочих цветных металлов, считается все более дефицитным материалом. Это связано с тем, что сегодня называются богатыми те руды, что содержат около 5% меди, а основная ее добыча ведется переработкой 0,5%-ных руд.

В то время как в прошлые века эти руды содержали от 6 до 9% Cu.

Медь относят к тугоплавким металлам. При плотности в 8,98 г/см3 ее температуры плавления и кипения составляют соответственно 1083°C и 2595°C. В соединениях она обычно присутствует с валентностью I или II, реже встречаются соединения с трехвалентной медью.

Соли одновалентной меди чуть окрашенные или совсем без цвета, а двухвалентная медь дает своим солям в водном растворе характерную окрашенность. Чистая медь представляет собой тягучий металл красноватого или розового (на изломе) цвета.

В просвете тонкогом слоя она может казаться зеленоватой или голубой. Большинство соединений меди имеют такие же цвета. Этот металл присутствует в составе множества минералов, из них при производстве меди в России применяют только 17.

Самое большое место в этом отводится сульфидам, самородной меди, сульфосолям и карбонатам (силикатам).

В сырье заводов по производству меди помимо руд входят еще медные сплавы из отходов. Чаще всего они включают от 1 до 6% меди в соединениях серы: халькозине и халькопирите, ковелине, гидрокарбонатах и оксидах, медном колчедане.

Также руды, наряду с пустой породой, включающей карбонаты кальция, магния, силикатов, пирит и кварц, могут содержать компоненты таких элементов, как: золото, олово, никель, цинк, серебро, кремний и др.

Не считая самородных руд, включающих медь в доступном виде, все руды подразделяются на сульфидные или окисленные, а также смешанные. Первые получаются как результат реакций окисления, а вторые считаются первичными.

Способы производства меди

Среди способов производства меди из руд с концентратами выделяют пирометаллургический метод и гидрометаллургический. Последний не получил широкого распространения. Это продиктовано невозможностью одновременного с медью восстановления прочих металлов.

Он используется для обработки окисленной или самородной руды с бедным содержанием меди. Отличаясь от него, пирометаллургический способ позволяет разработку любого сырья с извлечением всех компонентов. Очень эффективен он для подвергающихся обогащению руд.

Основной операцией такого процесса производства меди служит плавка. При ее производстве используют медные руды или их обожженные концентраты. В ходе подготовки к данной операции схемой производства меди предусмотрено их обогащение способом флотации.

При этом руды, содержащие наряду с медью ценные элементы: теллур или селен, золото с серебром, стоит обогащать в целях одновременного перехода данных элементов в медный концентрат. Образованный таким методом концентрат может содержать до 35% меди, столько же железа, до 50% серы, а также пустую породу.

Обжигу он подвергается в целях снижения до приемлемого содержания в нем серы.

Концентрат обжигается в преимущественно окислительной среде, что позволяет удалить примерно половины содержания серы. Полученный таким образом концентрат при переплавке дает довольно содержательный штейн.

Еще обжиг помогает снизить вдвое расход топлива отражательной печью. Достигается это при качественном смешении состава шихты, обеспечивающем ее нагревание до 600ºС.

Но богатые медью концентраты лучше перерабатывать, не обжигая, так как после этого возрастают утраты меди с пылью и в шлаке.

Итогом такой последовательности производства меди является деление объема расплава надвое: на штейн-сплав и шлак-сплав. Первую жидкость, как правило, составляют медные сульфиды и железные, вторую – окислы кремния, железа, алюминия и кальция.

Переработку концентратов в сплав штейн ведут при помощи электрической либо отражательной печей различных видов. Чисто медные либо сернистые руды лучше плавить с помощью шахтных печей.

К последним также стоит применить медно-серное плавление, позволяющее улавливать газы, одновременно извлекая серу.

В специальную печь небольшими порциями загружаются медные руды с кокс, а также известняки и оборотные продукты. Верхняя часть печи создает восстановительную атмосферу, нижняя часть – окислительную.

По мере расплавления нижнего слоя масса медленно спускается вниз для встречи с разогретыми газами. Верхняя часть печи нагрета до 450 ºС, а температура отходящих газов составляет 1500 ºС.

Это необходимо при создании условий очищения от пыли еще до того, как начнется выделение паров с серой.

В результате такой плавки получают штейн, включающий от 8 до 15% меди, шлак, главным образом содержащий известь с железным силикатом, а еще колошниковый газ.

Из последнего после предварительного осаждения пыли удаляют серу. Задача увеличения в штейн-сплаве процента Cu при производстве меди в мире решается применением сократительной плавки.

Она заключается в помещении в печь наряду со штейном кокса, флюса из кварца, известняка.

При нагревании смеси происходит процесс восстановления медных окисей и железных оксидов. Сплавляемые друг с другом железные и медные сульфиды составляют штейн первоначальный.

Расплавляемый железный силикат при стекании вдоль поверхностей откосов принимают в себя прочие компоненты, пополняя шлак. Результатом такой плавки является получение обогащенного штейна со шлаком, включающих медь до 40% и 0,8% соответственно.

Драгоценные металлы, такие как серебро с золотом, почти не растворяясь в сплаве шлака, целиком оказываются в сплаве штейна.

Производство черной и рафинированной меди

В ходе добычи черновой меди производством предусмотрено продувание штейн-сплава в конвертере бокового дутья воздухом. Это необходимо, чтобы окислить соединенное с серой железо и перевести его в состав шлака. Данная процедура называется конвертированием, она подразделяется на две стадии.

Первая состоит в изготовлении белого штейна посредством окисления железного сульфида с помощью флюса из кварца. Скапливающийся шлак удаляют, а на его место помещают очередную порцию первоначального штейна, восполняя постоянный объем его в конвертере. При этом в конвертере по ходу удаления шлака остается только белый штейн. Он содержит преимущественно сульфиды меди.

Следующей частью процесса конвертирования служит непосредственное изготовление черновой меди посредством переплавки белого штейна. Она получается путем окисления медного сульфида.

Получаемая в ходе продувания медь черновая состоит уже на 99% из Cu с незначительным добавлением серы и различных металлов. При этом она еще не годится для технического использования.

Поэтому после конвертирования к ней обязательно применяют метод рафинирования, т.е. очищения от примесей.

В производствах рафинированной меди требуемого качества медь черновая подвергается сначала огневому, потом электролитическому воздействию.

Посредством его вместе с исключением ненужных примесей получают также содержащиеся в ней ценные компоненты. Для этого черновую медь на огневой стадии погружают в те печи, что применяют при переплавке концентрата меди в сплав штейна.

А для электролиза необходимы специальные ванны, их изнутри покрывают винипластом либо свинцом.

Целью огневой стадии рафинирования является первичное очищение меди от примесей, необходимое для подготовки ее к следующей стадии рафинирования – электролитической. Из расплавляемой огневым методом меди вместе с растворенными газами и серой удаляются кислород, мышьяк, сурьма, железо и прочие металлы.

Полученная таким способом медь может включать незначительное содержание селена с теллуром и висмутом, что ухудшает ее электропроводность и способность к обработке. Эти свойства особенно ценны для изготовления продукции из меди.

Поэтому к ней применяют электролитическое рафинирование, позволяющее получение меди, пригодной для электротехники.

В ходе электролитического рафинирования анод, отливаемый из меди, прошедшей огневую стадию рафинирования, и катод из тонколистовой меди поочередно погружаются в ванну с сернокислым электролитом, через которую пропускают ток.

Эта операция позволяет качественное очищение меди от вредных примесей с одновременным извлечением сопутствующих ценных металлов из анодной меди, являющей сплавом многих компонентов. Итогом такого рафинирования служит производство катодной меди особой чистоты, содержащей до 99,9% Cu, получение шлама, содержащего ценные металлы, селен с теллуром, а также загрязненного электролита.

Он может быть использован для изготовления медного и никелевого купороса. Помимо этого неполное химическое растворение компонентов анода дает анодный скрап.

Электролитическое рафинирование выступает основным способом получения технически ценной меди для промышленности. В относящейся к странам-лидерам по производству меди России с ее помощью изготавливают кабельнопроводниковые изделия.

Чистая медь широко применяется в электротехнике. Здесь также большое место занимают медные сплавы (латунь, бронза, мельхиор и др.) с цинком, железом, оловом, марганцем, никелем, алюминием.

Медные соли нашли спрос в сельском хозяйстве, из них получают удобрения, катализаторы синтеза и средства для уничтожения вредителей.

Источник: https://promplace.ru/dobycha-i-poluchenie-metallov-staty/proizvodstvo-medi-1460.htm

Законный совет
Добавить комментарий