Глава IV Производство цветных металлов

ПРОИЗВОДСТВО МЕДИ

Медь получают главным образом пирометаллургическим способом. Пирометаллургия - это совокупность металлургических процессов, протекающих при высоких температурах. Производство меди из медных руд включает их обогащение, обжиг, плавку на полупродукт - штейн, выплавку из штейна черновой меди (конвертирование) и ее очистку от примесей (рафинирование).

На рис. 2.16 приведена упрощенная схема получения меди пирометаллургиче-ским способом, которым получают более 85 % производимой меди.

Для производства меди применяют медные руды, содержащие 1 ... 6 % Си, а также отходы меди и ее сплавов. В рудах медь обычно находится в виде сернистых соединений (CuFeS₂, Cu₂S, CuS), оксидов (Cu₂O, CuO) или гидрокарбонатов [CuCO₃, Cu(OH)₂, 2CuCO₃ · Cu(OH)₂]. Перед плавкой медные руды обогащают и получают концентрат. Для уменьшения содержания серы в концентрате его подвергают окислительному обжигу при температуре 750 ... 800 °С. Полученный концентрат переплавляют в отражательных или электрических печах. При температуре 1250 ... 1300 °С восстанавливаются оксид меди (CuO) и высшие оксиды железа. Образующийся оксид меди (Си₂О), реагируя с FeS, дает Cu₂S. Сульфиды меди и железа сплавляются и образуют штейн, а расплавленные силикаты железа растворяют другие оксиды и образуют шлак. Затем расплавленный медный штейн заливают в конвертеры и продувают воздухом (конвертируют) для окисления сульфидов меди и железа и получения черновой меди.

Рис. 2.16. Схема производства меди

Черновая медь содержит 98,4 ... 99,4 % Сu и небольшое количество примесей. Эту медь разливают в изложницы.

Черновую медь рафинируют для удаления вредных примесей и газов. Сначала производят огневое рафинирование в отражательных печах. Примеси S, Fe, Ni, As, Sb и другие окисляются кислородом воздуха, подаваемым по стальным трубкам, погруженным в расплавленную черновую медь. Затем удаляют газы, для чего снимают шлак и погружают в медь сырое дерево. Пары воды перемешивают медь и способствуют удалению SO₂ и других газов. При этом медь окисляется, и для освобождения ее от Сu₂О ванну жидкой меди покрывают древесным углем и погружают в нее деревянные жерди. При сухой перегонке древесины, погруженной в медь, образуются углеводороды, которые восстанавливают Сu₂О.

После огневого рафинирования получают медь чистотой 99 ... 99,5 %. Из нее отливают чушки для выплавки сплавов меди (бронзы и латуни) или плиты для электролитического рафинирования.

Электролитическое рафинирование проводят для получения чистой от примесей меди (99,5 % Си). Электролиз ведут в ваннах, покрытых изнутри винипластом или свинцом. Аноды делают из меди огневого рафинирования, а катоды - из листов чистой меди. Электролитом служит водный раствор CuSO₄ (10 ... 16 %) и H₂SO₄ (10 ... 16 %). При пропускании постоянного тока анод растворяется, медь переходит в раствор, а на катодах разряжаются ионы меди:

Сu²⁺ + 2е^- → Сu.

Примеси (мышьяк, сурьма, висмут и др.) осаждаются на дно ванны, их удаляют и перерабатывают для извлечения этих металлов. Катоды выгружают, промывают и переплавляют в электропечах.