Электролитическое рафинирование меди

     CuSO₄ + 6Н₂O = [Сu (Н₂O)₆] SO₄    (1.2.11)

     Соединения  меди (III), например Cu₂0₃ или KCu0₂, встречаются редко, они малоустойчивы. Устойчивость соединений меди (I) выше, однако и они в водных растворах легко подвергаются диспролорциог нированию (реакции самоокисления-самовосстановления): 
2Сu⁺ = Сu + Сu²⁺       (1.2.12)

     1.4 Применение меди

     Медь, ее соединения и сплавы находят широкое  применение в различных отраслях промышленности.

     В электротехнике медь используется в  чистом виде: в производстве кабельных  изделий, шин голого и контактного  проводов, электрогенераторов, телефонного  и телеграфного оборудования и радиоаппаратуры. Из меди изготавливают теплообменники, вакуум-аппараты, трубопроводы. Более 30% меди идет на сплавы. Сплавы меди с  другими металлами используют в  машиностроении, в автомобильной  и тракторной промышленности (радиаторы, подшипники), для изготовления химической аппаратуры.

     Высокая вязкость и пластичность металла  позволяют применять медь для  изготовления разнообразных изделий  с очень сложным узором. Проволока  из красной меди в отожженном состоянии  становится настолько мягкой и пластичной, что из нее без труда можно  вить всевозможные шнуры и выгибать самые сложные элементы орнамента. Кроме того, проволока из меди легко  спаивается с серебряным припоем, хорошо серебрится и золотится. Эти свойства меди делают ее незаменимым материалом при производстве филигранных изделий.

     Коэффициент линейного и объемного расширения меди при нагревании приблизительно такой же , как у горячих эмалей, в связи с чем при остывании  эмаль хорошо держится на медном изделии, не трескается , не отскакивает. Благодаря  этому мастера для производства эмалевых изделий предпочитают медь всем другим металлам.

     Как и некоторые другие металлы, медь входит в число жизненно важных микроэлементов. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала, витаминов. Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата - медного купороса CuSO₄^.5H₂O. В большом количестве он ядовит, как и многие другие соединения меди, особенно для низших организмов. В малых же дозах медь необходима всему живому

     В электротехнике медь используется в  чистом виде: в производстве кабельных  изделий, шин голого и контактного  проводов, электрогенераторов, телефонного  и телеграфного оборудования и радиоаппаратуры. Из меди изготавливают теплообменники, вакуум-аппараты, трубопроводы. Более 30% меди идет на сплавы. Сплавы меди с  другими металлами используют в  машиностроении, в автомобильной  и тракторной промышленности (радиаторы, подшипники), для изготовления химической аппаратуры.

     Высокая вязкость и пластичность металла  позволяют применять медь для  изготовления разнообразных изделий  с очень сложным узором. Проволока  из красной меди в отожженном состоянии  становится настолько мягкой и пластичной, что из нее без труда можно  вить всевозможные шнуры и выгибать самые сложные элементы орнамента. Кроме того, проволока из меди легко спаивается серебряным припоем, хорошо серебрится и золотится. Эти свойства меди делают ее незаменимым материалом при производстве филигранных изделий.

     Широкое применение имеют сплавы на основе меди. Сплавы, повышающие прочность и другие свойства меди, получают введением в нее добавок, таких, как цинк, олово, кремний, свинец, алюминий, марганец, никель. На сплавы идет более 30% меди.

     Латуни - сплавы меди с цинком ( меди от 60 до 90% и цинка от 40 до 10%) - прочнее меди и менее подвержены окислению. При присадке к латуни кремния и свинца повышаются ее антифрикционные качества, при присадке олова, алюминия, марганца и никеля возрастает антикоррозийная стойкость. Листы, литые изделия используются в машиностроении, особенно в химическом, в оптике и приборостроении, в производстве сеток для целлюлозно-бумажной промышленности.

     Бронзы. Раньше бронзами называли сплавы меди (80-94%) и олова (20-6%). В настоящее время производят безоловянные бронзы, именуемые по главному вслед за медью компоненту.

     Алюминиевые бронзы содержат 5-11% алюминия, обладают высокими механическими свойствами в сочетании с антикоррозийной стойкостью.

     Свинцовые бронзы, содержащие 25-33% свинца, используют главным образом для изготовления подшипников, работающих при высоких давлениях и больших скоростях скольжения.

     Кремниевые  бронзы, содержащие 4-5% кремния, применяют как дешевые заменители оловянных бронз.

     Бериллиевые бронзы, содержащие 1,8-2,3% бериллия, отличаются твердостью после закалки и высокой упругостью. Их применяют для изготовления пружин и пружинящих изделий.

     Кадмиевые бронзы - сплавы меди с небольшим количества кадмия (до1%) - используют при производстве троллейных проводов, для изготовления арматуры водопроводных и газовых линий и в машиностроении.

     Припои - сплавы цветных металлов, применяемые при пайке для получения монолитного паяного шва.

 

     

     2 Характеристика технологических схем переработки медных концентратов

     Для переработки всех видов медьсодержащего  сырья с целью получения металлической  меди применяют как пиро-, так  и гидрометаллургические процессы. В общем объёме произведённой  меди на долю пирометаллургических способов приходится ~ 85 % мирового выпуска этого  металла. Наибольшее распространение  гидрометаллургия меди имеет в странах  с жарким климатом, где имеется  возможность использовать открытые установки без сооружения больших  производственных зданий.

     Пирометаллургическая  технология предусматривает переработку  сырьевых материалов – руд и концентратов на черновую медь с последующим ее обязательным рафинированием. Цель пирометаллургии  меди - получение черновой меди –  достигается за счет практически  полного удаления серы, железа и  пустой породы в соответствующие  продукты технологии. При этом с  учетом комплексного характера медного  сырья одновременно решается задача максимального попутного извлечения  всех ценных элементов-спутников меди. Принципиальная технологическая схема пирометаллургического получения меди из сульфидных руд представлена на схеме 2.1.

  К числу пирометаллургических процессов, применяемых при производстве меди, относятся окислительный обжиг, различные виды плавок (на штейн, восстановительные, рафинировочные), конвертирование штейнов и в ряде случаев возгоночные процессы. Типичными гидрометаллургическими процессами являются выщелачивание, очистка растворов от примесей, осаждение металлов из растворов (цементация, электролиз и др.), а также электролитическое рафинирование.

  Медный  концентрат после обогащения имеет  следующий состав: 18,5-36,5% Cu; 0-0,05% Pb; 0-1,1% Zn; 7,1-31,6% Fe; 16,6-35,5% S; 5,5-24,8% SiO₂; 2,1-7,2% Al₂O₃; 0,1-2,4% CaO.

Далее этот концентрат поступает на окислительный  обжиг, основным назначением которого являются частичное окисление сульфида железа и перевод последнего в  оксидную форму для того, чтобы при последующей плавке огарка больше железа перешло в шлак.

Окисление сульфидов при обжиге осуществляется при повышенных температурах (700-900^оС). Необходимая для процесса обжига теплота получается за счет экзотермических реакций окисления сульфидов:

2FeS + 3,50₂ = Fe₂0₃ + 2S0₂ + 92100 кДж    (2.1)

22FeS + 5,50₂ = Fe₂0₃ + 4S0₂ + 165500 кДж   (2.2)

2CuFeS₂ + 60₂ = Fe₂0₃ + Cu₂0 + 4S0₂     (2.3)

 

                                                            Медная руда 

      В отвал                 Хвосты                   Обогащение

       

                         Дутьё                              Медный концентрат 

                                                     Обжиг

                                                                                                       Плавка на 

            Газы                                  Огарок                                   черновую медь

                   Флюсы                 

                                              Плавка на штейн                                      

                                                                                                            Шлак       Газы

                                 Газы             Штейн              Шлак

                                                                                                       На обеднение

                                                                              В отвал

                               Кварц                           Дутьё

                                                                        

                                             Конвертирование                                В производство

                                                                                                                    H₂SO₄

                                  

                         Газы         Конвертерный  шлак        Черновая  медь

     

     

                                               На обеднение

                                                                          Воздух                Восстановитель

      В производство

          H₂SO₄                                                       Огневое рафинирование

                                                                                           

                                                                                             

                                                                                     Анодная медь 
 

                                                                     Электролитическое рафинирование 

                                                         Катодная медь                                              Шламы

     

             К потребителю                                  Переплавка                         Извлечение 

                                                                                                                            Au, Ag, Se, Te

                                               Вейербарсы                         Катанка 

  Схема 2.1 – Принципиальная технологическая  схема пирометаллургии меди: I – IV – варианты переработки исходного сырья на черновую медь [3]

 

   Продуктами  окислительного обжига медных концентратов являются огарок (17-30% Cu; 25-50% Fe; 12-18% S; 16-20% O₂), пыль и газы. Обжиг в настоящее время проводится в печах кипящего слоя.[5]

   Далее огарок отправляется на плавку на штейн.

   Плавку  на штейн медных руд и концентратов – основной технологический процесс  – можно проводить любым видом  рудных плавок. В современной металлургии  меди для ее осуществления используют отражательные, рудотермические (электрические) и шахтные печи, а также автогенные процессы нескольких разновидностей.