Технология производства меди
Технология производства меди
Медные
руды характеризуются невысоким
содержанием Меди. Поэтому перед
плавкой тонкоизмельченную руду
подвергают механическому обогащению;
при этом ценные минералы отделяются
от основной массы пустой породы; в
результате получают ряд товарных концентратов
(например, медный, цинковый, пиритный)
и отвальные хвосты.
В рудах медь обычно находится в виде сернистых соединений (медный колчедан или халькопирит CuFeS2, халькозин Cu2S, ковелин CuS), оксидов (куприт Cu2O, тенорит CuO) или гидрокарбонатов (малахит CuCO3 ( Cu(OH2), азурит 2CuCO3 ( Cu(OH)2).
Пустая порода состоит из
Руда делится на сульфидные, окисленные и смешанные. Сульфидные руды бывают обычно первичного происхождения, а окисленные руды образовались в результате окисления металлов сульфидных руд.
В небольших количествах
В мировой
практике 80% Медь извлекают из концентратов
пирометаллургическими
Пирометаллургический
способ пригоден для переработки
всех руд и особенно эффективен в
том случае, когда руды подвергаются
обогащению. Основу этого процесса
составляет плавка, при которой расплавленная
масса разделяется на два жидких
слоя: штейн-сплав сульфидов и
шлак-сплав окислов. В плавку поступают
либо медная руда, либо обожженные концентраты
медных руд. Обжиг концентратов осуществляется
с целью снижения содержания серы
до оптимальных значений. Жидкий штейн
продувают в конвертерах
Подготовка
руд к плавке
Большинство медных руд
Концентраты обычно обжигают
в окислительной среде с тем,
чтобы удалить около 50% серы
и получить обожженный
Обжиг обеспечивает хорошее
Температура обжига
Выплавка медного штейна
Медный штейн, состоящий в
Комплексные руды, содержащие золото,
серебро, селен и теллур, целесообразно
обогащать так, чтобы в
Сернистые, чисто медные руды
целесообразно перерабатывать
При высоком содержании серы
в рудах целесообразно
В печь загружают медную руду,
известняк, кокс и оборотные
продукты. Загрузку ведут отдельными
порциями сырых материалов и
кокса. В верхних горизонтах
шахты создается
В нижней части печи, главным
образом у фурм, протекают следующие
основные процессы:
а) Сжигание углерода кокса
C +
O2 = CO2
б) Сжигание серы сернистого железа
2FeS
+ 3O2 = 2 FeO + 2SO2
в) Образование силиката железа
2 FeO
+ SiO2 = (FeO)2 ( SiO2
Газы, содержащие CO2, SO2, избыток кислорода
и азот, проходят вверх через
столб шихты. На этом пути
газов происходит теплообмен
между шихтой и ними, а также
взаимодействие CO2 с углеродом шихты.
При высоких температурах CO2 и
SO2 восстанавливаются углеродом
кокса и при этом образуется окись углерода,
сероуглерод и сероокись углерода:
CO2 + C = 2CO
2SO2 + 5C = 4CO + CS2
SO2 + 2C = COS + CO
В верхних горизонтах печи пирит разлагается по реакции:
FeS2
= Fe + S2
При температуре около 1000 0С
плавятся наиболее
В порах этой массы
а) образование сульфида меди
из закиси меди
2Cu2O + 2FeS + SiO2 = (FeO)2 ( SiO2 + 2Cu2S;
б) образование силикатов из окислов железа
3Fe2O3 + FeS + 3,5SiO2 = 3,5(2FeO ( SiO2) + SO2;
3Fe3O4
+ FeS + 5SiO2 = 5(2FeO ( SiO2) + SO2;
в) разложение CaCO3 и образование силиката
извести
CaCO3 + SiO2 = CaO ( SiO2 + CO2;
г) восстановление сернистого газа до
элементарной серы
SO2
+ C = CO2 + 1/2 S2
В результате плавки
Чтобы повысить содержание
Температура плавления
По мере нагревания шихты в
печи протекают следующие
6CuO + FeS = 3Cu2O + SO2 + FeO;
FeS + 3Fe3O4 + 5SiO2 = 5(2FeO ( SiO2) + SO2
В результате реакции образующейся закиси
меди Cu2O с FeS получается Cu2S:
Cu2O
+ FeS = Cu2S + FeO
Сульфиды меди и железа, сплавляясь
между собой, образуют
Благородные металлы (золото и серебро) плохо растворяются в шлаке и практически почти полностью переходят в штейн.
Штейн отражательной плавки на
80-90% (по массе) состоит из
Конвертирование медного штейна
В 1866 г. русский инженер Г.
С. Семенников предложил
Конвертер делают длиной 6-10, с
наружным диаметром 3-4 м. Производительность
за одну операцию составляет 80-100
т. Футеруют конвертер
Процесс можно разделить на
два периода. Первый период (окисление
сульфида железа с получением
белого штейна) длится около 6-024
часов в зависимости от
В первом периоде протекают
следующие реакции окисления
сульфидов:
2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2 + 930360 Дж
2Cu2S
+ 3O2 = 2Cu2O + 2SO2 + 765600 Дж
Пока существует FeS, закись меди не устойчива
и превращается в сульфид:
Cu2O
+ FeS = Cu2S + FeO
Закись железа шлакуется добавляемым
в конвертер кварцевым флюсом:
2FeO
+ SiO2 = (FeO) ( SiO2
При недостатке SiO2 закись железа
окисляется до магнетита:
6FeO + O2 = 2Fe3O4, который переходит в шлак.
Температура заливаемого
Из предыдущего следует, что в конвертере остается главным образом так называемый белый штейн, состоящий из сульфидов меди, а шлак сливается в процессе плавки. Он состоит в основном из различных оксидов железа (магнетита, закиси железа) и кремнезема, а также небольших количеств глинозема, окиси кальция и окиси магния. При этом, как следует из вышесказанного, содержание магнетита в шлаке определяется содержанием магнетита в шлаке определяется содержанием кремнезема. В шлаке остается 1,8-3,0% меди. Для ее извлечения шлак в жидком виде направляют в отражательную печь или в горн шахтной печи.
Во втором периоде, называемом
реакционным,
2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2
Cu2S
+ 2Cu2O = 6Cu + O2
Таким образом, в результате продувки
получают черновую медь, содержащая 98,4-99,4%
- меди, 0,01-0,04% железа, 0,02-0,1% серы, и небольшое
количество никеля, олова, мышьяка, серебра,
золота и конвертерный шлак, содержащий
22-30% SiO2, 47-70% FeO, около 3% Al2O3 и 1.5-2.5% меди.
Рафинирование меди
Для получения меди необходимо
чистоты черновую медь
На
большинстве современных
Однако
и отражательная, и электрическая
плавки, основанные на внешних источниках
теплоты, - процессы несовершенные. Сульфиды,
составляющие основные массу медных
концентратов, обладают высокой теплотворной
способностью. Поэтому все больше
внедряются методы плавки, в которых
используется теплота сжигания сульфидов
(окислитель - подогретый воздух, воздух,
обогащенный кислородом, или технический
кислород). Мелкие, предварительно высушенные
сульфидные концентраты вдувают
струей кислорода или воздуха
в раскаленную до высокой температуры
печь. Частицы горят во взвешенном
состоянии (кислородно-взвешенная плавка).
Богатые
кусковые сульфидные руды (2-3% Сu) с высоким
содержанием серы (35-42% S) в ряде случаев
непосредственно направляются на плавку
в шахтных печах (печи с вертикально расположенным
рабочим пространством). В одной из разновидностей
шахтной плавки (медносерная плавка) в
шихту добавляют мелкий кокс, восстановляющий
в верхних горизонтах печи SO2 до элементарной
серы. Медь в этом процессе также концентрируется
в штейне.
Получающийся
при плавке жидкий штейн (в основном
Cu2S, FeS) заливают в конвертер - цилиндрический
резервуар из листовой стали, выложенный
изнутри магнезитовым кирпичом, снабженный
боковым рядом фурм для вдувания воздуха
и устройством для поворачивания вокруг
оси. Через слой штейна продувают сжатый
воздух. Конвертирование штейнов протекает
в две стадии. Сначала окисляется сульфид
железа, и для связывания оксидов железа
в конвертер добавляют кварц; образуется
конвертерный шлак. Затем окисляется сульфид
меди с образованием металлической Меди
и SO2. Эту черновую Медь разливают в формы.
Слитки (а иногда непосредственно расплавленную
черновую Медь) с целью извлечения ценных
спутников (Au, Ag, Se, Fe, Bi и других) и удаления
вредных примесей направляют на огневое
рафинирование. Оно основано на большем,
чем у меди, сродстве металлов-примесей
к кислороду: Fe, Zn, Co и частично Ni и другие
в виде оксидов переходят в шлак, а сера
(в виде SO2) удаляется с газами. После удаления
шлака Медь для восстановления растворенной
в ней Cu2О "дразнят", погружая в жидкий
металл концы сырых березовых или сосновых
бревен, после чего отливают его в плоские
формы. Для электролитического рафинирования
эти слитки подвешивают в ванне с раствором
CuSO4, подкисленным H2SO4. Они служат анодами.
При пропускании тока аноды растворяются,
а чистая Медь отлагается на катодах -
тонких медных листах, также получаемых
электролизом в специальных матричных
ваннах. Для выделения плотных гладких
осадков в электролит вводят поверхностно-активные
добавки (столярный клей, тиомочевину
и другие). Полученную катодную Медь промывают
водой и переплавляют. Благородные металлы,
Se, Те и других ценные спутники Медь концентрируются
в анодном шламе, из которого их извлекают
специальной переработкой. Никель концентрируется
в электролите; выводя часть растворов
на упаривание и кристаллизацию, можно
получить Ni в виде никелевого купороса.
Наряду с пирометаллургическими применяют также гидрометаллургические методы получения Меди (преимущественно из бедных окисленных и самородных руд). Эти методы основаны на избирательном растворении медьсодержащих минералов, обычно в слабых растворах H2SO4 или аммиака. Из раствора Медь либо осаждают железом, либо выделяют электролизом с нерастворимыми анодами. Весьма перспективны применительно к смешанным рудам комбинированные гидрофлотационные методы, при которых кислородные соединения Меди растворяются в сернокислых растворах, а сульфиды выделяются флотацией. Получают распространение и автоклавные гидрометаллургические процессы, идущие при повышенных температурах и давлении.
ВВЕДЕНИЕ
Разделение металлов на черные
и цветные является условным.
Обычно к черным металлам
ВВЕДЕНИЕ
Медь (лат. Cuprum) - химический элемент. Один из семи металлов, известных с глубокой древности. По некоторым археологическим данным - медь была хорошо известна египтянам еще за 4000 лет до Р. Хр.
Знакомство человечества с
По электропроводности медь
19 в.
медь добывалась из руд, где
содержалось 6-9% этого элемента, то
сейчас 5%-ные медные руды считаются
очень богатыми, а промышленность
многих стран перерабатывает
руды, в которых всего 0,5% меди.
Медь входит в число жизненно
важных микроэлементов. Она участвует
в процессе фотосинтеза и
Таким образом, разделение
Также условно цветные металлы можно разделить на четыре группы:
1. Тяжелые металлы – Cu, Ni, Pb, Zn, Sn;
2. Легкие металлы – Al, Mg, Ca, K, Na, Ba, Be, Li;
3. Благородные металлы - Au, Ag, Pt и ее природные спутники
4. Редкие металлы:
- тугоплавкие
- легкие
- радиоактивные
- редкоземельные
СВОЙСТВА МЕДИ
Медь - химический элемент I группы периодической системы
Менделеева; атомный номер 29, атомная масса 63,546. Температура плавления-
1083°
C; температура кипения - 2595° C;
плотность - 8,98 г/см3. По геохимической
классификации В.М.
Вернадским в первой половине
1930 г были проведены исследования
изменения изотопного состава
воды, входящего в состав разных
минералов, и опыты по
Как элемент нечетный состоит из двух нечетных изотопов 63 и 65 На долю изотопа Cu (63) приходится 69,09%, процентное содержание изотопа Cu (65) -
30,91%.
В соединениях медь проявляет
валентность +1 и +2, известны также
немногочисленные соединения
К валентности 1 относятся лишь
глубинные соединения, первичные
сульфиды и минерал куприт - Cu2O.
Все остальные минералы, около
сотни отвечают валентности
Очень интересна величена потенциалов
ионизации: для одного электрона - 7,69, для
двух - 20,2. Обе цифры очень велики, особенно
вторая, показывающая большую трудность
отрыва наружных электронов. Одновалентная
медь является равноквантовой и потому
ведет к бесцветным солям и слабо окрашенным
комплексам, тогда как разноквантовя двух
валентная медь характеризуется окрашенностью
солей в соединении с водой.
Медь - металл сравнительно мало
активный. В сухом воздухе и
кислороде при нормальных
Кислоты, не обладающие
Электроотрицательность атомов - способность при вступлении в соединения притягивать электроны. Электроотрицательность Cu2+ - 984 кДЖ/моль, Cu+ - 753 кДж/моль. Элементы с резко различной ЭО образуют ионную связь, а элементы с близкой ЭО - ковалентную. Сульфиды тяжелых металлов имеют промежуточную связь, с большей долей ковалентной связи (ЭО у S-1571,
Cu-984,
Pb-733). Медь является амфотерным элементом
- образует в земной коре катионы и анионы.
Медь входит более чем в 198 минералов, из которых для промышленности важны только 17, преимущественно сульфидов, фосфатов, силикатов, карбонатов, сульфатов. Главными рудными минералами являются халькопирит CuFeS2, ковеллин CuS, борнит Cu5FeS4, халькозин Cu2S.
Окислы: тенорит, куприт. Карбонаты: малахит,
азурит. Сульфаты: халькантит, брошантит.
Сульфиды: ковеллин, халькозин, халькопирит,
борнит.
Чистая медь - тягучий, вязкий
металл красного, в изломе розового
цвета, в очень тонких слоях на просвет
медь выглядит зеленовато- голубой. Эти
же цвета, характерны и для многих соединений
меди, как в твердом состоянии, так и в
растворах.
Понижение окраски при
CuCl - белый, Cu2O - красный, CuCl2+H2O - голубой,
CuO - черный
Карбонаты характеризуются
Практическое значение имеют:
самородная медь, сульфиды, сульфосоли
и карбонаты (силикаты).
СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИ
Для получения меди применяют
медные руды, а также отходы
меди и ее сплавов. В рудах
содержится 1-6% меди.
В рудах медь обычно находится
в виде сернистых соединений (медный
колчедан или халькопирит
(куприт
Cu2O, тенорит CuO) или гидрокарбонатов (малахит
CuCO3 ( Cu(OH2), азурит 2CuCO3 ( Cu(OH)2).
Пустая порода состоит из
CaO, MgO и оксиды железа.
В рудах иногда содержится
значительное количество
Руда делится на сульфидные, окисленные
и смешанные. Сульфидные руды
бывают обычно первичного
В небольших количествах
ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ СПОСОБ
Известны два способа
Первый из них не нашел
Второй способ пригоден для
переработки всех руд и
Основу этого процесса
Жидкий штейн продувают в

- Технология производства межкомнатных дверей
- Технология производства меховых изделий
- Технология производства молока
- Технология производства молока
- Технология производства молока
- Технология производства молока
- Технология производства молока
- Технология производства кроличьего пуха его свойства и значение
- Технология производства крупы рисовой
- Технология производства ливерных колбас на малых предприятиях
- Технология производства майонеза
- Технология производства макаронных изделий
- Технология производства макаронных изделий
- Технология производства масла