Производство меди

Медь – металл красноватого цвета с плотностью 8,96 г/см³ и температурой плавления 1083° С. Медные руды встречаются в земной коре в основном в виде различных комплексных соединений, в состав которых кроме меди входят еще свинец, цинк, сурьма, мышьяк, золото, серебро.

Основными рудами меди являются сернистые – медный колчедан или халькопирит СuFеS₂, медный блеск Сu₂S, борнит Сu₅FеS₄, или окисленные – куприт Сu₂О и малахит СuСО₃∙Сu(ОН)₂. Медные руды перед поступлением в плавку проходят обогащение.

Производство меди осуществляется по двум методам – пирометаллургическому и гидрометаллургическому. Технологический процесс получения меди по пирометрическому методу складывается из следующих операций: обжиг руды, плавка на штейн, получение черновой меди, рафинирование.

Обжиг имеет своим назначением частичное удаление серы. Эта операция производится при температуре около 1000° С с помощью воздуха. В процессе обжига образуется сернистый газ, который используется для сернокислотного производства.

Плавка на штейн может осуществляться в двух вариантах – в шахтных (ватержакетных) или отражательных печах. Более совершенным является второй вариант. При температуре около 900° С происходит взаимодействие между сульфидами и окислами меди с образованием полусернистой меди Сu₂S и сернистого железа FеS. Полусернистая медь Сu₂S и сернистое железо FеS образуют штейн, а пустая порода, флюс и закись железа переходят в шлак. Флюсом в этом процессе служит кварцит или известняк. Производитель­ность печи колеблется в пределах 2–6 т/сут с 1 м² пода печи.

Получение черновой меди осуществляется путем продувки расплавленного штейна в конвертерах. Образовавшаяся закись меди вступает во взаимодействие с остатками сернистой меди, в резуль­тате чего образуется медь. Полученная медь является «черновой», она содержит около 2% различных примесей, которые не перешли в шлак. Такая медь подвергается рафинированию огневым спосо­бом, то есть продувкой расплавленной меди воздухом. Продукт, получаемый таким образом, содержит до 99,7% Сu. Для получе­ния более высокой степени чистоты вместо огневого применяют электролитическое рафинирование.

Электролитическое рафинирование проводят в ваннах, в кото­рые заливают электролит, состоящий из водного раствора серной кислоты (15% Н₂SО₄) и раствора медного купороса (12–15% СuSО₄∙5H₂О). Анодами служат пластины черновой меди, а катода­ми листовая электролитическая медь. Напряжение тока при элект­ролизе лежит в пределах 0,20–0,34 В, а применяемая плотность 160–210 А/м²; расстояние между центрами одноименных электро­дов 100–120 м.м. Выход по току в этом процессе лежит в пределах 90–95%.

Гидрометаллургический способ получения меди используется в основном для извлечения меди из окисленных бедных руд. Сущ­ность способа заключается в том, что рудное сырье подвер­гается обработке слабым раствором серной кислоты, в результате чего образуется раствор сернокислой меди СuSО₄. Медь из этого раствора извлекается либо электролизом, либо воздействием же­лезного лома. Полученная таким способом медь подвергается пе­реплавке в пламенных печах и рафинированию вышеописанными способами.