Металлургия меди
Медные руды. Медные руды делятся на две главные группы: сульфидные руды, в состав которых медь входит в форме соединения с серой, и окисленные руды, в каковые медь входит в форме окислов.
Медь иногда видится в виде самородной железной меди (99,9% Си) в смеси с безлюдной породой. Но руды с самородной медью весьма редки (только около 5% всех мировых месторождений меди), и в индустрии их значение мало.
Сульфиды составляют около 80% всех мировых месторождений меди. Самый распространенные сульфидные руды, которые содержат халькозин (бронзовый блеск) Cu2S, халькопирит (бронзовый колчедан) CuFeS2, борнит Cu3FeS3, ковеллин CuS.
Среднее содержание меди в промышленных рудах 1—2% минимальное 0,5%; руды, которые содержат 3% меди и выше, считаются богатыми.
В состав безлюдной породы руд входят кварц, глинозем, барит, различные силикаты и кальцит.
В Советском Альянсе главные месторождения медных руд находятся на Трале, в Казахстане, в Закавказье и Узбекистане.
Производство меди.
На данный момент существует два метода переработки медных руд:
1) пирометаллургический метод — яркая плавка руд либо плавка концентрата (продукта обогащения руды);
2) гидрометаллургический метод, при котором руда обрабатывается растворителем, переводящим медь в раствор и не действующим на другие составляющие руды; медь из растворов осаждается методом электролиза либо химическим методом.
Переработка медных руд методом яркой плавки требует большого расхода горючего и флюсов, исходя из этого она невыгодна.
На данный момент главная масса меди (до 80%) добывается плавкой бронзового концентрата (продукта обогащения руды), взятого методом флотации (разделения небольших пустой породы и частиц руды в следствии их разной смачиваемости).
Бронзовые концентраты подвергают окислительному обжигу и после этого порошкообразные продукты обжига плавят в пламенных отражательных либо электрических печах. Время от времени концентраты брикетируют либо спекают, тогда их плавят в штахтных печах. В следствии плавки приобретают два жидких несмешивающихся продукта: внизу, на поду печи,штейн, поверх его — шлак, в который переходит вся значительная часть и пустая порода железа.
Так, в базе пирометал-лургического метода лежит разделение жидких фаз.
Штейн воображает сложный расплав, содержащий железа и сульфиды меди (80—90%), шлак (4—5%) и сульфиды вторых металлов (никеля, свинца, цинка).
Переработка штейнов осуществляется в конвертерах, где через жидкий штейн продувают воздушное пространство, в следствии чего сера выгорает, а железо переходит в шлак. Продуктами данной переработки являются конвертерный шлак и черновая медь. Черновая медь содержит 98,5—99,5% меди и до 1,5% разных примесей (никель, сурьма, сера, железо кобальт, алюминий, кислород и др., и золото и серебро).
Она подвергается огневому и электролитическому рафинированию.
Такова неспециализированная схема производства меди. Ознакомимся сейчас с отдельными операциями этого процесса.
В первую очередь медную руду подвергают обогащению методом флотации с целью удаления большей части безлюдной получения и породы бронзового концентрата.
К измельченной (до зерен размером 0,05—0,5 мм) руде додают маслянистые вещества (минеральные и растительные масла), наряду с этим крупинки сернистой меди покрываются масляной пленкой, что содействует последующему отделению их от безлюдной породы.
Подготовленная руда из бункера поступает в камеру флотационной автомобили (рис. 1). К машине, наполненной водой, по трубе 8 непрерывно подается воздушное пространство, что через отверстия в дне и ткань, покрывающую дно, поступает в ванну, и, встречая крупинки сернистой меди с масляными оболочками, покрывает их, в следствии чего образуется пена, именуемая пульпой.
Безлюдная порода смачивается водой, оседает, планирует в нижней части автомобили и по мере накопления удаляется через отверстие. Вода подается по трубе. Пульпу производят через слив (продемонстрирован пунктиром), а после этого обезвоживают и сушат; наряду с этим приобретают бронзовый концентрат с громадным содержанием меди (15-20%), чем в руде.
Рис. 1. Схема флотационной автомобили для обогащения медных руд
Бронзовый концентрат подвергается обжигу с целью окисления железа, удаления содержания мышьяка и уменьшения серы, других примесей и сурьмы. Обжиг снабжает при последующей плавке получение штейна с высоким содержанием меди
На данный момент 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 поделено по высоте на отделения арочными перекрытиями из огнеупорного (шамотного) кирпича, причемобразуется пара внутренних подов и один наружный.
Разные печи имеют 7, 10, 12 подов.
На рис. 2 приведена схема семиподовой обжиговой печи. В центре печи проходит медлительно поворачивающийся полый металлический вал, к которому на уровнях каждого отделения прикреплено по два перегревателя с гребками. Воздушное пространство, нужный для процесса, поступает в печь через центральный вал перегре-бателя и гребки.
Зажигание шихты при пуске печи производится посредством форсунок.
Шихта загружается на просушивающий верхний под, где высушивается и при помощи перегребателей неспешно подводится к загрузочным отверстиям, через каковые поступает на первый под, в том месте перегребается и через отверстия попадает на второй под и т. д.
Рис. 2. Схема многоподовой печи для обжига медной руды
Количество удаленной в следствии окисления серы в зависимости от состава шихты, ее измельченности и других обстоятельств образовывает от 30 до 75%.
Реакции окислительного обжига протекают с выделением громадного количества теплоты, исходя из этого как правило обжиг производится без затраты горючего. Отходящие газы содержат 4—7% сернистого ангидрида (S02), что частично окисляется до S03 и употребляется для получения серной кислоты. Обожженный концентрат именуют огарком.
Производительность многоподовых обжиговых печей образовывает 250—350 т шихты в день.
Сейчас распространяется новый высокопроизводительный способ 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.
Воздушное пространство в рабочее пространство подается через отверстие, насадки и воздушную камеру. Регулированием давления воздуха достигают для того чтобы 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. Исходя из этого в нижней части рабочего пространства образуется слой, похожий на кипящую вязкую жидкость.
Данный слой именуют «кипящим слоем», «взвешенным слоем», «вихревым слоем», и. т. п. Каждое зерно концентрата висит в воздухе и со всех сторон омывается им, исходя из этого окисление протекает существенно стремительнее, чем в многоподовых печах, где зерна концентрата солидную часть времени лежат слоем на поду печи и соприкосновение с кислородом воздуха имеют только верхние зерна. Обожженный концентрат (огарок) самотеком пересыпается через порог и выдается из печи для предстоящей переработки.
Рис. 3. Схема обжига «в кипящем слое»
Рис. 4. Схема отражательной печи для плавки штейна
Для нагрева отражательных печей применяют мазут, газ, угольную пыль.
Загруженная шихта поступает в зону больших температур (1400— 1500°) и сходу плавится.
Главные реакции процесса определяются сульфидами Cu2S, FeS и окислами Fe203 и SiOa, составляющими главную массу огарка.
Температура, необходимая для образования шлака, образовывает около 1100°, а для образования штейна 800—900°, исходя из этого тепловой режим печи определяется прежде всего условиями шлакообразования.
Средняя дневная производительность современной отражательной печи колеблется в пределах от 700 до 2000 т жёсткой шихты при плавке обожженного концентрата. Время от времени в отражательные печи загружают
необожженный концентрат, что ведет к уменьшению их производительности приблизительно в 2 раза.
Переработка бронзовых штейнов на черновую медь производится в особых конвертерах, в которых через жидкий штейн продувают воздушное пространство.
Наиболее популярны горизонтальные конвертеры (фиг. 5), устанавливаемые на роликах, Конвертер посредством механизмов наклоняют для черновой меди и выпуска шлака. Заливку штейна создают через горловину.
В огнеупорной магнезитовой футеровке имеются фурмы, через каковые в рабочее пространство под давлением 0,8—1,2 ати подается воздушное пространство.
Рис. 5. Конвертер для получения черновой меди; а разрез; 6 г— неспециализированный вид
Приведенные их последовательность и реакции говорят о том, что сера и железо имеют большее сродство к кислороду, чем медь, которая исходя из этого энергично окисляется только во втором периоде плавки.
Производительность современных конвертеров от 30 до 75 т черновой меди за операцию.
Продолжительность процесса бессемерования бронзовых штейнов образовывает в среднем 10—12 час., но может доходить и до двух дней, что обусловлено наличием в штейнах железа и большого количества серы (до 80% по весу), каковые в ходе бессемерования должны быть окислены.
Процесс идет за счет теплоты железа окисления и реакций серы. Эта теплота снабжает поддержание в конвертере температуры в первоначальный период в пределах 1250—1350°,
Огневое рафинирование черновой меди создают для удаления разных примесей, ухудшающих электропроводность меди и механические свойства. Процесс огневого рафинирования протекает на поду отражательной печи (аналогичной печи для плавки на штейн), где черновая медь подвергается окислению воздухом, что вдувают через металлические трубы в жидкую медь. Образующаяся наряду с этим закись меди окисляет находящиеся в меди примеси, всплывающие в шлак.
В будущем раскисление меди (восстановление избытка закиси меди) создают обугленными древесными шестами при перемешивании ванны (что содействует выделению из ванны растворенных газов), и древесным углем, засыпаемым на поверхность ванны.
В печь загружают жёсткую либо жидкую конвертерную медь. Емкость современных рафинировочных печей достигает 250—400 т меди.
Длительность рафинирования при загрузке в печь жёсткой меди образовывает 16—26 час., а при загрузке жидкой меди — 10—14 час.
Электролитическое рафинирование меди создают с целью получения самая чистой меди (99,9% Си и выше) и серебра извлечения и попутного золота, каковые практически в любое время содержатся в конвертерной меди и при огневом рафинировании всецело остаются в меди. На данный момент электролитическому рафинированию подвергают около 95% всей создаваемой у нас меди.
Для электролитического рафинирования медь по окончании огневого рафинирования отливают в анодные плиты. Последние помещают на особых “подвесках в электролитической ванне, заполненной вод. ным раствором бронзового купороса с серной кислотой (около 200 г/л). Между анодными плитами в ванне находятся узкие (0,6—0,7 мм) страницы 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 добропорядочные
металлы и другие (к примеру, селен, теллур) выпадают в шлам (осадок на дне ванны). Плотность тока, используемого для электролитического рафинирования, образовывает 100—200 а на 1 ж2 катодной поверхности. Напряжение ванны 0,3—0,35 в. Средний выход шлама образовывает 0,2—0,5% от веса анодов.
Шлам бронзового электролиза собирают и подвергают предстоящей переработке с целью извлечения золота, серебра и других полезных металлов.
Длительность растворения анодов образовывает в среднем 20—30 дней. Расход электричества на тонну катодной меди 200—300 квт-ч.
По семилетнему замыслу (1959—1965 гг.) производство рафинированной меди возрастает в 1,9 раза.
