Производство меди

Медь в природе находится в виде сернистых соединений (CuS, Cu₂S), оксидов (CuO, Cu₂O), гидрокарбонатов (Cu(OH)2), углекислых соединений CuCO₃ в составе сульфидных руд и самородной металлической меди.

В промышленности 90 % первичной меди получают пирометаллургическим способом, 10 % – гидрометаллургическим.

Гидрометаллургический способ – получение меди путем ее выщелачивания слабым раствором серной кислоты и последующего выделения металлической меди из раствора.

Пирометаллургический способ получения меди состоит из обогащения, обжига, плавки на штейн, продувки в конвертере, рафинирования.

Обогащение медных руд позволяет получать медный концентрат, содержащий 10–35 % меди.

Медные руды и концентраты, содержащие большое количество серы, подвергаются окислительному обжигу. В процессе нагрева концентрата или руды до 700–800 °C в присутствии кислорода воздуха сульфиды окисляются и содержание серы снижается почти вдвое против исходного. Обжигают только бедные (с содержанием меди 8–25 %) концентраты, а богатые (25–35 % меди) плавят без обжига.

После обжига руда и медный концентрат подвергаются плавке на штейн, представляющий собой сплав, содержащий сульфиды меди и железа (FeS, Cu₂S). Штейн содержит 20–50 % меди, 20–40 % железа, 22–25 % серы, около 8 % кислорода и примеси никеля, цинка, свинца, золота, серебра. Чаще всего плавка производится в пламенных отражательных печах. Температура в зоне плавки – 1450 °C.

Полученный медный штейн, с целью окисления сульфидов и железа, подвергают продувке сжатым воздухом в горизонтальных конвертерах с боковым дутьем. Образующиеся окислы переводят в шлак, а серу – в SO₂.

Тепло в конвертере выделяется за счет протекания химических реакций без подачи топлива. Температура в конвертере составляет 1200–1300 °C. Таким образом в конвертере получают черновую медь, содержащую 98,4–99,4 % меди, 0,01–0,04 % железа, 0,02–0,1 % серы и небольшое количество никеля, олова, сурьмы, серебра, золота.

Черновую медь рафинируют для удаления вредных примесей, проводят огневое, а затем электролитическое рафинирование.

Сущность огневого рафинирования черновой меди заключается в окислении примесей, имеющих большее сродство к кислороду, чем медь, удалении их с газами и переводе в шлак. После огневого рафинирования получают медь чистотой 99–99,5 %. Ее разливают в изложницы и получают слитки для дальнейшей выплавки сплавов (бронзы и латуни) или для электролитического рафинирования.

Электролитическое рафинирование проводят для получения чистой от примесей меди (99,95 % Cu). Электролиз проводят в ваннах, где анод изготавливают из меди огневого рафинирования, а катод – из тонких 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, осаждаясь на них слоем чистой меди. Примеси осаждаются на дно ванны в виде шлака, который идет на переработку с целью извлечения благородных металлов.

Катоды выгружают через 5–12 дней, когда их масса достигнет 60–90 кг, затем переплавляют в электропечах.

Медь по чистоте подразделяется на марки, содержащие от 99 до 99,95 % Cu.