Сырье для получения меди

Источниками получения меди являются руды, продукты их обогащения концентраты и вторичное сырье. На долю вторичного сырья в настоящее время приходится ~ 40 % от общего выпуска меди.

Медные руды практически полностью относятся к полиметаллическим. Монометаллических руд меди в природе нет. Ценными спутниками меди в рудном сырье являются ~ 30 элементов. Важнейшие из них: цинк, свинец, никель, кобальт, золото, серебро, металлы платиновой группы, сера, селен, теллур, кадмий, германий, рений, индий, таллий, молибден, железо.

В тех случаях, когда медьсодержащие руды содержат заметные количества других металлов-спутников, соизмеримые с содержанием меди, их соответственно называют медно-никелевыми, медно-цинковыми и т.д.

В медном производстве используют все типы руд: сульфидные (сплошные и вкрапленные), окисленные, смешанные и самородные. Однако основным медным сырьем являются сульфидные вкрапленники, запасы которых в недрах являются наибольшими. Из сульфидных руд в настоящее время выплавляют 8 5... 90 % всей

первичной меди.Известно более 250 медных минералов. Большинство из них

встречается редко. Наибольшее промышленное значение для производства меди имеет небольшая группа минералов, содержащих медь в количестве, %:

 

Халькопирит CuFeS₃,.................................................34,5

Ковеллин CuS............................................................66,4

Халькозин Cu₂S.........................................................79,8

Борнит Cu₅FeS₄..........................................................63,3

Малахит СиСО_3· Си(ОН)₂.......................................57,4

Азурит CuC0₃-2Cu(0H)a₃........................................55,1

Куприт CuO................................................................88,8

Хризоколла CuSi0₃-2H₂0..................................36,2

Самородная медь Си, Au, Ag, Fe, Bi и др... До 100 %

 

В современной практике обычно разрабатывают руды с содержанием 0,8... 1,5 % Си, а иногда и выше. Однако для крупных месторождений вкрапленных руд минимальное содержание меди, пригодное для разработки в современных условиях, составляет 0,4... 0,5 %.

Халькопирит, ковеллин, борнит и пирит относятся к так называемым высшим сульфидам. Они содержат избыток серы сверх стехиометрического содержания, соответствующего валентным соотношениям. При нагреве высшие сульфиды диссоциируют с образованием низших (Cu₂S и FeS) и выделением паров элемен-

тарной серы. Так, пирит термически разлагается по реакции

FeS₂ → FeS + 1/2S₂

что соответствует 50 %-ному удалению серы в газовую фазу. В цветной металлургии степень (доля) удаления серы в технологических процессах называется степенью десульфуризации.

Кроме рудных минералов в медных рудах содержится пустая порода в виде кремнезема, глинозема, кальцита, различных силикатов и др. В практике медного производства встречаются кислые руды, в пустой породе которых преобладает кремнезем Si02, и основные руды со значительными количествами извест­

няка и других минералов.

Вследствие низкого содержания меди и комплексного характера руд в большинстве случаев непосредственная металлургическая переработка их невыгодна, поэтому они предварительно подвергаются флотационному обогащению.

При обогащении медных руд основным продуктом являются медные концентраты, содержащие до 55 % Си (чаще 1 0... 30%).Извлечение меди в концентраты при флотации колеблется от 80до 95 %. Кроме медных, при обогащении руд получают пиритные концентраты и иногда концентраты ряда других цветных металлов

(цинковый, молибденовый и др.). Отходами обогащения являются отвальные хвосты.

 

Для практических целей знания химического состава часто бывает недостаточным. Необходимо знать вид присутствующих в сырье минералов и распределение между минералами всех компонентов перерабатываемого сырья. Знание этих составов позволит предсказать поведение всех компонентов данного сырья при металлургической переработке, выбрать наиболее рациональную технологию и наиболее правильно выполнить металлургические расчеты в целом.

Пример 1. Химический состав руды, %: 4 Cu, 36 Fe; 5 Zn, 43,7 S; 7 SiO₂, 2 CaO; 2,3 – прочие.

В руде присутствуют минералы: халькопирит (CuFeS₂), пирит (FeS₂), сфалерит (ZnS), кварц (SiO₂) и известняк (CaCO₃).

Расчет фазового состава, как и другие металлургические расчеты, удобно вести на 100 единиц массы исходного материала (100 г, 100 кг, или 100 т). Следует отметить, что все расчеты проводят обычно по законам стехиометрии, т.е. по химическим формулам и уравнениям химических реакций.

В данном случае расчет можно начинать с любого материала, кроме пирита, так как железо содержится в двух материалах, а его распределение между ними пока неизвестно. Начнем расчет с определения количеств халькопирита и содержащихся в нем элементов. Количество халькопирита и содержащихся в нем элементов.

Количество халькопирита определяем по атомным и молекулярным массам компонентов, входящих в состав данного минерала: 63,6 Cu входит в 183,4 CuFeS₂, тогда 4 кг Cu в руде входят в x кг CuFeS₂:

x =(183,4∙4)/63,6=11,53 кг.

В 11,53 кг халькопирита содержится железа и серы:

(55,8∙11,53)/183,4=3,51 кг;

(64∙11,53)/183,4=4,02.

Определяем количество железа, связанного в пирите:

36–3,51=32,49 кг.

Количество серы в пирите:

(32,49∙64)/55,8=37,2 кг.

Количество пирита:

32,49+37,2=69,69 кг.

Количество серы в сфалерите определяем по разности между исходным содержанием в руде и ее суммарным содержанием в халькопирите и пирите:

43,7–(37,2+4,02)=2,48 кг.

Для проверки правильности заданных исходных данных определяем потребное количество серы, теоретически необходимое для связывания присутствующего в руде цинка в сфалерите:

(32∙5)/65,4=2,45 кг.

Теоретическое содержание серы отличается от рассчитанного на 0,03 кг, что составляет 0,03 % от 100 кг исходной руды. Такая точность расчета вполне допустима. Отклонение можно объяснить ошибками исходного химического анализа или неточностью выполненных расчетов. При больших отклонениях (более 2 %) следует уточнить химический и минералогический составы руды или проверить расчеты.

Шлакообразующие оксиды при расчете фазового состава обычно на элементы не разлагают. Тогда количество кремнезема в 100 кг руды будет численно равно его процентному содержанию по химическому анализу, т.е. составит 7 кг.

В заключение расчета нужно определить количество известняка и оксида углерода (CO₂) в нем.

Количество CO₂ в CaCO₃ равно:

(44,2)∙2/56=1,57 кг.

а количество CaCO₃:

2+1,57=3,57 кг.

Количество остальных составляющих руды (прочих), не определяемых при химическом анализе, находим по разности

2,3–1,57=0,73 кг.

Результаты представлены в таблице.