Аркадий рассказывает историю Кирсанова-старшего в ответ на резкие высказывания...
Для получения меди применяют медные руды (содержание меди – 1…6 %), а также отходы меди и ее сплавов.
Медь в природе находится в виде сернистых соединений (CuS , Cu 2 S ), оксидов (CuO , Cu 2 O ), гидрокарбонатов (Cu (OH ) 2 ), углекислых соединений (CuCO 3 ) в составе сульфидных руд и самородной металлической меди.
Наиболее распространенные руды – медный колчедан и медный блеск, содержащие 1…2 % меди.
90 % первичной меди получают пирометаллургическим способом, 10% — гидрометаллургическим.
Гидрометаллургический способ – получение меди путём её выщелачивания слабым раствором серной кислоты и последующего выделения металлической меди из раствора. Метод используют при переработке бедных руд, он не позволяет извлекать попутно с медью драгоценные металлы.
Получение меди пирометаллургическимспособом состоит из обогащения, обжига, плавки на штейн, продувки в конвертере, рафинирования.
Обогащение медных руд производится методом флотации и окислительного обжига.
Метод флотации основан на использовании различной смачиваемости медьсодержащих частиц и пустой породы. Сущность флотации состоит в избирательном прилипании некоторых минеральных частиц, взвешенных в водной среде, к поверхности пузырьков воздуха, с помощью которых эти минеральные частицы поднимаются на поверхность. Метод позволяет получать медный порошкообразный концентрат, содержащий 10…35 % меди.
Медные руды и концентраты, содержащие большие количества серы, подвергаются окислительному обжигу . В процессе нагрева концентрата или руды до 700…800 0 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 (Cu 2 S , FeS ). Штейн содержит 20…50 % меди, 20…40 % железа, 22…25 % серы, около 8 % кислорода и примеси никеля, цинка, свинца, золота, серебра. В зависимости от химического состава руды и ее физического состояния штейн получают либо в шахтных печах, если сырьем служит кусковая медная руда, содержащая много серы, либо в отражательных печах, если исходным продуктом является порошкообразный флотационный концентрат. Чаще всего плавка производится в пламенных отражательных печах. Температура в зоне плавки — 1450 0 C.
Полученный медный штейн, в целях окисления сульфидов и железа подвергают продувке сжатым воздухом в горизонтальных конвертерах с боковым дутьём. Образующиеся окислы переводят в шлак, а серу – в SO 2 . Тепло в конвертере выделяется за счёт протекания химических реакций без подачи топлива. Температура в конвертере составляет 1200…1300 ºC. 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. Эту медь сливают в ковш и разливают в стальные изложницы или на разливочной машине.
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 %. Её разливают в изложницы и получают чушки для дальнейшей выплавки сплавов (бронзы и латуни) или слитки для электролитического рафинирования.
Электролитическое рафинирование проводят для получения чистой от примесей меди (99,95 % Cu ).
Электролиз осуществляют в ваннах, где анод изготавливают из меди огневого рафинирования, а катод – из тонких листов чистой меди. Электролитом служит водный раствор CuSO 4 (10…16 %) и H 2 SO 4 (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 шлама, который идёт на переработку в целях извлечения металлов: серебра, сурьмы, селена, теллура, золота и др...
Катоды выгружают через 5…12 дней, когда их масса достигнет 60…90 кг. Их тщательно промывают, а затем переплавляют в электропечах.
Медь по чистоте подразделяется на марки: М0 (99,95 % Cu ), М1 (99,9 %), М2 (99,7 %), М3 (99,5 %), М4 (99 %).
Медь, относимая по классификации к цветным металлам, стала известной в глубокой древности. Ее производство человек освоил раньше, чем железо. Это объяснимо как частым ее нахождением на земной поверхности в доступном состоянии, так и относительной легкостью производства меди путем извлечения ее из соединений. Свое название Cu она получила от острова Кипра, где древняя технология производства меди получила большое распространение.
Благодаря своей высокой электропроводимости (медь из всех металлов - вторая после серебра) она считается особенно ценным электротехническим материалом. Хотя электропровод, на который ранее шло до 50% мирового производства меди, сегодня чаще всего изготовляют из более доступного алюминия. Медь, наряду с большинством прочих цветных металлов, считается все более дефицитным материалом. Это связано с тем, что сегодня называются богатыми те руды, что содержат около 5% меди, а основная ее добыча ведется переработкой 0,5%-ных руд. В то время как в прошлые века эти руды содержали от 6 до 9% Cu.
Медь относят к тугоплавким металлам. При плотности в 8,98 г/см3 ее температуры плавления и кипения составляют соответственно 1083°C и 2595°C. В соединениях она обычно присутствует с валентностью I или II, реже встречаются соединения с трехвалентной медью. Соли одновалентной меди чуть окрашенные или совсем без цвета, а двухвалентная медь дает своим солям в водном растворе характерную окрашенность. Чистая медь представляет собой тягучий металл красноватого или розового (на изломе) цвета. В просвете тонкогом слоя она может казаться зеленоватой или голубой. Большинство соединений меди имеют такие же цвета. Этот металл присутствует в составе множества минералов, из них при производстве меди в России применяют только 17. Самое большое место в этом отводится сульфидам, самородной меди, сульфосолям и карбонатам (силикатам).
В сырье заводов по производству меди помимо руд входят еще медные сплавы из отходов. Чаще всего они включают от 1 до 6% меди в соединениях серы: халькозине и халькопирите, ковелине, гидрокарбонатах и оксидах, медном колчедане. Также руды, наряду с пустой породой, включающей карбонаты кальция, магния, силикатов, пирит и кварц, могут содержать компоненты таких элементов, как: золото, олово, никель, цинк, серебро, кремний и др. Не считая самородных руд, включающих медь в доступном виде, все руды подразделяются на сульфидные или окисленные, а также смешанные. Первые получаются как результат реакций окисления, а вторые считаются первичными.
Способы производства меди
Среди способов производства меди из руд с концентратами выделяют пирометаллургический метод и гидрометаллургический. Последний не получил широкого распространения. Это продиктовано невозможностью одновременного с медью восстановления прочих металлов. Он используется для обработки окисленной или самородной руды с бедным содержанием меди. Отличаясь от него, пирометаллургический способ позволяет разработку любого сырья с извлечением всех компонентов. Очень эффективен он для подвергающихся обогащению руд.
Основной операцией такого процесса производства меди служит плавка. При ее производстве используют медные руды или их обожженные концентраты. В ходе подготовки к данной операции схемой производства меди предусмотрено их обогащение способом флотации. При этом руды, содержащие наряду с медью ценные элементы: теллур или селен, золото с серебром, стоит обогащать в целях одновременного перехода данных элементов в медный концентрат. Образованный таким методом концентрат может содержать до 35% меди, столько же железа, до 50% серы, а также пустую породу. Обжигу он подвергается в целях снижения до приемлемого содержания в нем серы.
Концентрат обжигается в преимущественно окислительной среде, что позволяет удалить примерно половины содержания серы. Полученный таким образом концентрат при переплавке дает довольно содержательный штейн. Еще обжиг помогает снизить вдвое расход топлива отражательной печью. Достигается это при качественном смешении состава шихты, обеспечивающем ее нагревание до 600ºС. Но богатые медью концентраты лучше перерабатывать, не обжигая, так как после этого возрастают утраты меди с пылью и в шлаке.
Итогом такой последовательности производства меди является деление объема расплава надвое: на штейн-сплав и шлак-сплав. Первую жидкость, как правило, составляют медные сульфиды и железные, вторую - окислы кремния, железа, алюминия и кальция. Переработку концентратов в сплав штейн ведут при помощи электрической либо отражательной печей различных видов. Чисто медные либо сернистые руды лучше плавить с помощью шахтных печей. К последним также стоит применить медно-серное плавление, позволяющее улавливать газы, одновременно извлекая серу.
В специальную печь небольшими порциями загружаются медные руды с кокс, а также известняки и оборотные продукты. Верхняя часть печи создает восстановительную атмосферу, нижняя часть - окислительную. По мере расплавления нижнего слоя масса медленно спускается вниз для встречи с разогретыми газами. Верхняя часть печи нагрета до 450 ºС, а температура отходящих газов составляет 1500 ºС. Это необходимо при создании условий очищения от пыли еще до того, как начнется выделение паров с серой.
В результате такой плавки получают штейн, включающий от 8 до 15% меди, шлак, главным образом содержащий известь с железным силикатом, а еще колошниковый газ. Из последнего после предварительного осаждения пыли удаляют серу. Задача увеличения в штейн-сплаве процента Cu при производстве меди в мире решается применением сократительной плавки. Она заключается в помещении в печь наряду со штейном кокса, флюса из кварца, известняка.
При нагревании смеси происходит процесс восстановления медных окисей и железных оксидов. Сплавляемые друг с другом железные и медные сульфиды составляют штейн первоначальный. Расплавляемый железный силикат при стекании вдоль поверхностей откосов принимают в себя прочие компоненты, пополняя шлак. Результатом такой плавки является получение обогащенного штейна со шлаком, включающих медь до 40% и 0,8% соответственно. Драгоценные металлы, такие как серебро с золотом, почти не растворяясь в сплаве шлака, целиком оказываются в сплаве штейна.
Производство черной и рафинированной меди
В ходе добычи черновой меди производством предусмотрено продувание штейн-сплава в конвертере бокового дутья воздухом. Это необходимо, чтобы окислить соединенное с серой железо и перевести его в состав шлака. Данная процедура называется конвертированием, она подразделяется на две стадии.
Первая состоит в изготовлении белого штейна посредством окисления железного сульфида с помощью флюса из кварца. Скапливающийся шлак удаляют, а на его место помещают очередную порцию первоначального штейна, восполняя постоянный объем его в конвертере. При этом в конвертере по ходу удаления шлака остается только белый штейн. Он содержит преимущественно сульфиды меди.
Следующей частью процесса конвертирования служит непосредственное изготовление черновой меди посредством переплавки белого штейна. Она получается путем окисления медного сульфида. Получаемая в ходе продувания медь черновая состоит уже на 99% из Cu с незначительным добавлением серы и различных металлов. При этом она еще не годится для технического использования. Поэтому после конвертирования к ней обязательно применяют метод рафинирования, т.е. очищения от примесей.
В производствах рафинированной меди требуемого качества медь черновая подвергается сначала огневому, потом электролитическому воздействию. Посредством его вместе с исключением ненужных примесей получают также содержащиеся в ней ценные компоненты. Для этого черновую медь на огневой стадии погружают в те печи, что применяют при переплавке концентрата меди в сплав штейна. А для электролиза необходимы специальные ванны, их изнутри покрывают винипластом либо свинцом.
Целью огневой стадии рафинирования является первичное очищение меди от примесей, необходимое для подготовки ее к следующей стадии рафинирования - электролитической. Из расплавляемой огневым методом меди вместе с растворенными газами и серой удаляются кислород, мышьяк, сурьма, железо и прочие металлы. Полученная таким способом медь может включать незначительное содержание селена с теллуром и висмутом, что ухудшает ее электропроводность и способность к обработке. Эти свойства особенно ценны для изготовления продукции из меди. Поэтому к ней применяют электролитическое рафинирование, позволяющее получение меди, пригодной для электротехники.
В ходе электролитического рафинирования анод, отливаемый из меди, прошедшей огневую стадию рафинирования, и катод из тонколистовой меди поочередно погружаются в ванну с сернокислым электролитом, через которую пропускают ток. Эта операция позволяет качественное очищение меди от вредных примесей с одновременным извлечением сопутствующих ценных металлов из анодной меди, являющей сплавом многих компонентов. Итогом такого рафинирования служит производство катодной меди особой чистоты, содержащей до 99,9% Cu, получение шлама, содержащего ценные металлы, селен с теллуром, а также загрязненного электролита. Он может быть использован для изготовления медного и никелевого купороса. Помимо этого неполное химическое растворение компонентов анода дает анодный скрап.
Электролитическое рафинирование выступает основным способом получения технически ценной меди для промышленности. В относящейся к странам-лидерам по производству меди России с ее помощью изготавливают кабельнопроводниковые изделия. Чистая медь широко применяется в электротехнике. Здесь также большое место занимают медные сплавы (латунь, бронза, мельхиор и др.) с цинком, железом, оловом, марганцем, никелем, алюминием. Медные соли нашли спрос в сельском хозяйстве, из них получают удобрения, катализаторы синтеза и средства для уничтожения вредителей.
Медные руды характеризуются невысоким содержанием Меди. Поэтому перед плавкой тонкоизмельченную руду подвергают механическому обогащению; при этом ценные минералы отделяются от основной массы пустой породы; в результате получают ряд товарных концентратов (например, медный, цинковый, пиритный) и отвальные хвосты.
В рудах медь обычно
находится в виде сернистых соединений (медный колчедан или халькопирит CuFeS2,
халькозин Cu2S, ковелин CuS), оксидов (куприт Cu2O, тенорит CuO) или
гидрокарбонатов (малахит CuCO3 (Cu(OH2), азурит 2CuCO3 (Cu(OH)2).
Пустая порода состоит из пирита FeS, кварца SiO2, карбонатов магния и кальция
(MgCO3 и CaCO3), а также из различных силикатов, содержащих Al2O3, CaO, MgO и
оксиды железа. В рудах иногда содержится значительное количество других
металлов: цинк, олово, никель, золото, серебро, кремний и другие.
Руда делится на сульфидные, окисленные и смешанные. Сульфидные руды бывают
обычно первичного происхождения, а окисленные руды образовались в результате
окисления металлов сульфидных руд.
В небольших количествах встречаются так называемые самородные руды, в которых
медь находится в свободном виде.
В мировой практике 80% Медь извлекают из концентратов пирометаллургическими методами, основанными на расплавлении всей массы материала.
Пирометаллургический способ пригоден для переработки всех руд и особенно эффективен в том случае, когда руды подвергаются обогащению. Основу этого процесса составляет плавка, при которой расплавленная масса разделяется на два жидких слоя: штейн-сплав сульфидов и шлак-сплав окислов. В плавку поступают либо медная руда, либо обожженные концентраты медных руд. Обжиг концентратов осуществляется с целью снижения содержания серы до оптимальных значений. Жидкий штейн продувают в конвертерах воздухом для окисления сернистого железа, перевода железа в шлак и выделения черновой меди. Черновую медь далее подвергают рафинированию - очистке от примесей.
Подготовка руд к плавке
Большинство медных руд обогащают способом флотации. В результате получают
медный концентрат, содержащий 8-35% Cu, 40-50% S, 30-35% Fe и пустую породу,
главным образом составляющими которой являются SiO2, Al2O3 и CaO.
Концентраты обычно обжигают в окислительной среде с тем, чтобы удалить около
50% серы и получить обожженный концентрат с содержанием серы, необходимым для
получения при плавке достаточно богатого штейна.
Обжиг обеспечивает хорошее смешение всех компонентов шихты и нагрев ее до
550-600 0С и, в конечном итоге, снижение расхода топлива в отражательной печи в
два раза. Однако при переплавке обожженной шихты несколько возрастают потери
меди в шлаке и унос пыли. Поэтому обычно богатые медные концентраты (25-35% Cu)
плавят без обжига, а бедные (8-25% Cu) подвергают обжигу.
Температура обжига концентратов применяют многоподовые печи с механическим
перегреванием. Такие печи работают непрерывно.
Выплавка медного штейна
Медный штейн, состоящий в основном из сульфидов меди и железа (Cu2S+FeS=80-90%)
и других сульфидов, а также окислов железа, кремния, алюминия и кальция,
выплавляют в печах различного типа.
Комплексные руды, содержащие золото, серебро, селен и теллур, целесообразно
обогащать так, чтобы в концентрат была переведена не только медь, но и эти
металлы. Концентрат переплавляют в штейн в отражательных или электрических
печах.
Сернистые, чисто медные руды целесообразно перерабатывать в шахтных печах.
При высоком содержании серы в рудах целесообразно применять так называемый
процесс медно-серной плавки в шахтной печи с улавливанием газов и извлечением
из них элементарной серы.
В печь загружают медную руду, известняк, кокс и оборотные продукты. Загрузку
ведут отдельными порциями сырых материалов и кокса. В верхних горизонтах шахты
создается восстановительная среда, а в нижней части печи - окислительная.
Нижние слои шихты плавятся, и она постепенно опускается вниз навстречу потоку
горячих газов. Температура у фурм достигается 1500 0С на верху печи она равна
примерно 450 0С. Столь высокая температура отходящих газов необходима для того,
чтобы обеспечить возможность из очистки от пыли до начала конденсации паров
серы.
В нижней части печи, главным образом у фурм, протекают следующие основные
процессы:
а) Сжигание углерода кокса
C + O2 = CO2
б) Сжигание серы сернистого железа
2FeS + 3O2 = 2 FeO + 2SO2
в) Образование силиката железа
2 FeO + SiO2 = (FeO)2 (SiO2
CO2 + C = 2CO
2SO2 + 5C = 4CO + CS2
SO2 + 2C = COS + CO
В верхних горизонтах печи пирит разлагается по реакции:
FeS2 = Fe + S2
При температуре около 1000 0С плавятся наиболее легкоплавкие эвтектики из FeS и
Cu2S, в результате чего образуется пористая масса.
В порах этой массы расплавленный поток сульфидов встречается с восходящим
потоком горячих газов и при этом протекают химические реакции, важнейшие из которых
указаны ниже:
а) образование сульфида меди из закиси меди
2Cu2O + 2FeS + SiO2 = (FeO)2 (SiO2 + 2Cu2S;
б) образование силикатов из окислов железа
3Fe2O3 + FeS + 3,5SiO2 = 3,5(2FeO (SiO2) + SO2;
3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO (SiO2) + SO2;
в) разложение CaCO3 и образование силиката извести
CaCO3 + SiO2 = CaO (SiO2 + CO2;
г) восстановление сернистого газа до элементарной серы
SO2 + C = CO2 + 1/2 S2
В результате плавки получаются штейн, содержащий 8-15% Cu, шлак состоящий в
основном из силикатов железа и извести, колошниковый газ, содержащий S2, COS,
H2S, и CO2. Из газа сначала осажают пыль, затем из него извлекают серу (до 80%
S)
Чтобы повысить содержание меди в штейне, его подвергают сократительной плавке.
Плавку осуществляют в таких же шахтных печах. Штейн загружают кусками размером
30-100 мм вместе с кварцевым флюсом, известняком и коксом. Расход кокса
составляет 7-8% от массы шихты. В результате получают обогащенный медью штейн
(25-40% Cu) и шлак (0,4-0,8% Cu).
Температура плавления переплавки концентратов, как уже упоминалось, применяют
отражательные и электрические печи. Иногда обжиговые печи располагают
непосредственно над площадкой отражательных печей с тем, чтобы не охлаждать
обожженные концентраты и использовать их тепло.
По мере нагревания шихты в печи протекают следующие реакции восстановления
окиси меди и высших оксидов железа:
6CuO + FeS = 3Cu2O + SO2 + FeO;
FeS + 3Fe3O4 + 5SiO2 = 5(2FeO (SiO2) + SO2
В результате реакции образующейся закиси меди Cu2O с FeS получается Cu2S:
Cu2O + FeS = Cu2S + FeO
Сульфиды меди и железа, сплавляясь между собой, образуют первичный штейн, а
расплавленные силикаты железа, стекая по поверхности откосов, растворяют другие
оксиды и образуют шлак.
Благородные металлы (золото и серебро) плохо растворяются в шлаке и практически
почти полностью переходят в штейн.
Штейн отражательной плавки на 80-90% (по массе) состоит из сульфидов меди и
железа. Штейн содержит, %: 15-55 меди; 15-50 железа; 20-30 серы; 0,5-1,5 SiO2;
0,5-3,0 Al2O3; 0.5-2.0 (CaO + MgO); около 2% Zn и небольшое количество золота и
серебра. Шлак состоит в основном из SiO2, FeO, CaO, Al2O3 и содержит 0,1-0,5 %
меди. Извлечение меди и благородных металлов в штейн достигает 96-99 %.
Конвертирование медного штейна
В 1866 г. русский инженер Г. С. Семенников предложил применить конвертер типа
бессемеровского для продувки штейна. Продувка штейна снизу воздухом обеспечила
получение лишь полусернистой меди (около 79% меди) - так называемого белого
штейна. Дальнейшая продувка приводила к затвердеванию меди. В 1880 г. русский
инженер предложил конвертер для продувки штейна с боковым дутьем, что и
позволило получить черновую медь в конвертерах.
Конвертер делают длиной 6-10, с наружным диаметром 3-4 м. Производительность за
одну операцию составляет 80-100 т. Футеруют конвертер магнезитовым кирпичом.
Заливку расплавленного штейна и слив продуктов осуществляют через горловину
конвертера, расположенной в средней части его корпуса. Через ту же горловину
удаляют газы. Фурмы для вдувания воздуха расположены по образующей поверхности
конвертера. Число фурм обычно составляет 46-52, а диаметр фурмы - 50мм. Расход
воздуха достигает 800 м2/мин. В конвертер заливают штейн и подают кварцевый
флюс, содержащий 70-80% SiO2, и обычно некоторое количество золота. Его подают
во время плавки, пользуясь пневматической загрузкой через круглое отверстие в
торцевой стенке конвертеров, или же загружают через горловину конвертера.
Процесс можно разделить на два периода. Первый период (окисление сульфида
железа с получением белого штейна) длится около 6-024 часов в зависимости от
содержания меди в штейне. Загрузку кварцевого флюса начинают с начала продувки.
По мере накопления шлака его частично удаляют и заливают в конвертер новую
порцию исходного штейна, поддерживая определенный уровень штейна в конвертере.
В первом периоде протекают следующие реакции окисления сульфидов:
2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2 + 930360 Дж
2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2 + 765600 Дж
Пока существует FeS, закись меди не устойчива и превращается в сульфид:
Cu2O + FeS = Cu2S + FeO
Закись железа шлакуется добавляемым в конвертер кварцевым флюсом:
2FeO + SiO2 = (FeO) (SiO2
При недостатке SiO2 закись железа окисляется до магнетита:
6FeO + O2 = 2Fe3O4, который переходит в шлак.
Температура заливаемого штейна в результате протекания этих экзотермических
реакций повышается с 1100-1200 до 1250-1350 0С. Более высокая температура
нежелательна, и поэтому при продувке бедных штейнов, содержащих много FeS,
добавляют охладители - твердый штейн, сплески меди.
Из предыдущего следует, что в конвертере остается главным образом так
называемый белый штейн, состоящий из сульфидов меди, а шлак сливается в
процессе плавки. Он состоит в основном из различных оксидов железа (магнетита,
закиси железа) и кремнезема, а также небольших количеств глинозема, окиси
кальция и окиси магния. При этом, как следует из вышесказанного, содержание
магнетита в шлаке определяется содержанием магнетита в шлаке определяется
содержанием кремнезема. В шлаке остается 1,8-3,0% меди. Для ее извлечения шлак
в жидком виде направляют в отражательную печь или в горн шахтной печи.
Во втором периоде, называемом реакционным, продолжительность которого
составляет 2-3 часа, из белого штейна образуется черновая медь. В этот период
окисляется сульфид меди и по обменной реакции выделяется медь:
2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2
Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + O2
Таким образом, в результате продувки получают черновую медь, содержащая 98,4-99,4% - меди, 0,01-0,04% железа, 0,02-0,1% серы, и небольшое количество никеля, олова, мышьяка, серебра, золота и конвертерный шлак, содержащий 22-30% SiO2, 47-70% FeO, около 3% Al2O3 и 1.5-2.5% меди.
Рафинирование меди
Для получения меди необходимо чистоты черновую медь подвергают огневому и электролитическому рафинированию, и при этом, помимо удаления вредных примесей, можно извлечь также благородные металлы. Огневое рафинирование черновой меди проводят в печах, напоминающие отражательные печи, используемые для выплавки штейна из медных концентратов. Электролиз ведут в ваннах, футурованных внутри свинцом или винипластом.
На большинстве современных заводов плавку ведут в отражательных или в электрических печах. В отражательных печах рабочее пространство вытянуто в горизонтальном направлении; площадь пода 300 м 2 и более (30 м х 10 м); необходимое для плавления тепло получают сжиганием углеродистого топлива (природный газ, мазут) в газовом пространстве над поверхностью ванны. В электрических печах тепло получают пропусканием через расплавленный шлак электрического тока (ток подводится к шлаку через погруженные в него графитовые электроды).
Однако и отражательная, и электрическая плавки, основанные на внешних источниках теплоты, - процессы несовершенные. Сульфиды, составляющие основные массу медных концентратов, обладают высокой теплотворной способностью. Поэтому все больше внедряются методы плавки, в которых используется теплота сжигания сульфидов (окислитель - подогретый воздух, воздух, обогащенный кислородом, или технический кислород). Мелкие, предварительно высушенные сульфидные концентраты вдувают струей кислорода или воздуха в раскаленную до высокой температуры печь. Частицы горят во взвешенном состоянии (кислородно-взвешенная плавка).
Богатые кусковые сульфидные руды (2-3% Сu) с высоким содержанием серы (35-42% S) в ряде случаев непосредственно направляются на плавку в шахтных печах (печи с вертикально расположенным рабочим пространством). В одной из разновидностей шахтной плавки (медносерная плавка) в шихту добавляют мелкий кокс, восстановляющий в верхних горизонтах печи SO 2 до элементарной серы. Медь в этом процессе также концентрируется в штейне.
Получающийся при плавке жидкий штейн (в основном Cu 2 S, FeS) заливают в конвертер - цилиндрический резервуар из листовой стали, выложенный изнутри магнезитовым кирпичом, снабженный боковым рядом фурм для вдувания воздуха и устройством для поворачивания вокруг оси. Через слой штейна продувают сжатый воздух. Конвертирование штейнов протекает в две стадии. Сначала окисляется сульфид железа, и для связывания оксидов железа в конвертер добавляют кварц; образуется конвертерный шлак. Затем окисляется сульфид меди с образованием металлической Меди и SO 2 . Эту черновую Медь разливают в формы. Слитки (а иногда непосредственно расплавленную черновую Медь) с целью извлечения ценных спутников (Au, Ag, Se, Fe, Bi и других) и удаления вредных примесей направляют на огневое рафинирование. Оно основано на большем, чем у меди, сродстве металлов-примесей к кислороду: Fe, Zn, Co и частично Ni и другие в виде оксидов переходят в шлак, а сера (в виде SO 2) удаляется с газами. После удаления шлака Медь для восстановления растворенной в ней Cu 2 О "дразнят", погружая в жидкий металл концы сырых березовых или сосновых бревен, после чего отливают его в плоские формы. Для электролитического рафинирования эти слитки подвешивают в ванне с раствором CuSO 4 , подкисленным H 2 SO 4 . Они служат анодами. При пропускании тока аноды растворяются, а чистая Медь отлагается на катодах - тонких медных листах, также получаемых электролизом в специальных матричных ваннах. Для выделения плотных гладких осадков в электролит вводят поверхностно-активные добавки (столярный клей, тиомочевину и другие). Полученную катодную Медь промывают водой и переплавляют. Благородные металлы, Se, Те и других ценные спутники Медь концентрируются в анодном шламе, из которого их извлекают специальной переработкой. Никель концентрируется в электролите; выводя часть растворов на упаривание и кристаллизацию, можно получить Ni в виде никелевого купороса.
Наряду с пирометаллургическими применяют также гидрометаллургические методы получения Меди (преимущественно из бедных окисленных и самородных руд). Эти методы основаны на избирательном растворении медьсодержащих минералов, обычно в слабых растворах H 2 SO 4 или аммиака. Из раствора Медь либо осаждают железом, либо выделяют электролизом с нерастворимыми анодами. Весьма перспективны применительно к смешанным рудам комбинированные гидрофлотационные методы, при которых кислородные соединения Меди растворяются в сернокислых растворах, а сульфиды выделяются флотацией. Получают распространение и автоклавные гидрометаллургические процессы, идущие при повышенных температурах и давлении.
В металлургии известны два основных способа получения меди: пирометаллургический (плавка) и гидрометаллургический (выщелачивание). Сульфидные руды обогащают методом флотации и полученный концентрат подвергают пирометаллургической переработке, а окисленные руды перерабатывают гидрометаллургическим способом (кучное и подземное выщелачивание).
выплавка штейна (химическое обогащение).
Наиболее целесообразным способом освободится от основного количества пустой породы оказалась плавка медных концентратов с получением 2-х расплавов – штейна , содержащего сульфиды меди и железа (Cu 2 S, FeS) и шлака, состоящего из оксидов SiO 2 , Al 2 O 3 , CaO. Благодаря существенному различию по плотности (у штейна 4,8-5,3, а у шлака – около 2,8-3,2 г/см 3), происходит практически полное разделение штейна и шлака. Возможность концентрации меди в штейне обусловливается следующими обстоятельствами:
1. Медь из всех тяжелых металлов, за исключением марганца, обладает наибольшим сродством к сере. В следствие этого, она в первую очередь связывает серу, независимо от того, в каких соединениях медь находится в руде, при этом образуется химическое соединение Cu 2 S, устойчивое при высоких температурах.
2. Железо, обладая большим сродством к кислороду, чем медь, легко окисляется и шлакуется кремнекислотой.
3. Оставшаяся после связывания всей меди сера соединяется с железом, с которым образует FeS – соединение, устойчивое при высоких температурах.
4. Cu 2 S и FeS легко растворяются одно в другом в любых пропорциях, образуя штейн.
5. Штейн почти не растворяется в силикатных шлаках, что дает возможность разделить отстаиванием расплавленный штейн и шлак.
Для получения хороших результатов плавки “на штейн” требуется определенное содержание в рудном материале серы, соответствующее примерно стехиометрическому соотношению в молекулах Cu 2 S и FeS. Медные концентраты, в которых концентрация серы превышает оптимальную, перед плавкой подвергаются окислительному обжигу для удаления избытка серы.
Обжиг - этопирометаллургический процесс, проводимый в интервале температур 600-1200 о С с целью изменения химического и фазового состава перерабатываемого сырья. В металлургии меди наибольшее распространение получили окислительный и сульфатизирующий виды обжига.
Цель окислительного обжига – частичное удаление из обжигаемых материалов серы и перевод сульфидов железа в легкошлакуемые при последующей плавке оксиды. Предварительный обжиг высокосернистых руд и концентратов позволяет получать при последующей плавке относительно более богатый по содержанию меди штейн.
Сульфатизирующий обжиг применяют в гидрометаллургии меди для перевода извлекаемых металлов в водорастворимые сульфаты, а железа – в нерастворимые в воде оксиды. В общем виде окисление сульфидов при обжиге может быть выражено следующими основными реакциями:
2MeS+3O 2 ->2MeO+2SO 2
MeS+2O 2 ->MeSO 4
MeS+O 2 ->Me+SO 2
Обжиг медных руд и концентратов осуществляется в кипящем слое. Преимущество обжига в кипящем слое заключается в простоте конструкции печей, высокой производительности, возможности эффективного использования отходящих газов для производства серной кислоты, возможности полной автоматизации и механизации процесса.
Принцип обжига в кипящем слое состоит в следующем: если через слой сыпучего материала продувать снизу какой-либо газ, этот слой при определенных параметрах дутья будет разрыхляться до такого состояния, что приобретает основные свойства жидкости – подвижность, способность перемешиваться, принимать форму сосуда в который она помещена.
Вам понадобится
- - химическая посуда;
- - оксид меди (II);
- - цинк;
- - соляная кислота;
- - спиртовка;
- - муфельная печь.
Инструкция
Медь из оксида вы сможете восстановить водородом. Сначала повторите технику безопасности при работе с нагревательными приборами, а так же с кислотами и горючими газами. Напишите уравнения реакций: - взаимодействие и соляной кислоты Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2;- восстановление меди водородом CuO + H2 = Cu + H2O.
Прежде чем проводить опыт, подготовьте для него оборудование, так как обе реакции должны идти параллельно. Возьмите два штатива. В одном из них закрепите чистую и сухую пробирку для оксида меди, а в другом - пробирку с газоотводной трубкой, куда положите несколько кусочков цинка. Зажгите спиртовку.
Насыпьте черный порошок меди в приготовленную посуду. Сразу же залейте цинк . Газоотводную трубку направьте на оксид. Помните, что идет только . Поэтому поднесите спиртовки ко дну пробирки с CuO. Все старайтесь делать достаточно быстро, так как цинк с кислотой взаимодействует бурно.
Еще медь можно восстановить . Составьте уравнение реакции:2CuO + C = 2Cu + CO2Возьмите порошок меди(II) и просушите его на огне в открытой фарфоровой чашке (порошок должен быть цвета). Затем насыпьте полученный реактив в фарфоровый тигель и добавьте мелкодисперсный древесный (кокс) из расчета 10 частей CuO к 1 части кокса. Все тщательно разотрите пестиком. Закройте неплотно крышкой, чтобы при реакции улетучивался образующийся углекислый газ, и поместите в муфельную печь с температурой около 1000 градусов по Цельсию.
После того как реакция закончится, тигель охладите, а содержимое залейте водой. После этого перемешайте полученную суспензию, и вы увидите, как частички угля отсоединяются от тяжелых красноватых шариков. Достаньте полученный металл. Позднее, при желании, можете попытаться сплавить в печи меди между собой.
Прежде чем нагревать дно пробирки с оксидом меди, прогрейте ее целиком. Это поможет избежать трещин на стекле.
Источники:
- как получить оксид меди
- Восстановление меди водородом из оксида меди
Медь (Cuprum) является химическим элементом I-ой группы периодической системы Менделеева, имеющим атомный номер 29 и атомную массу 63,546. Чаще всего медь имеет валентность II и I, реже – III и IV. В системе Менделеева медь располагается в четвертом периоде, а также входит в группу IB. Сюда входят такие металлы благородного происхождения, как золото (Au) и серебро (Ag). А теперь мы распишем способы получения меди.
Инструкция
Промышленное получения меди – сложный и многоступенчатый. Добытый металл дробится, а затем очищается от пустой породы посредством использования флотационного метода обогащения. Далее полученный концентрат (20-45% меди) подвергается обжигу в печке с воздушным дутьем. После обжига должен образоваться огарок. Это твердое , которое содержится в примеси многих металлов. Расплавьте огарок в отражательной либо электрической печи. После такой плавки помимо шлака штейн, содержащий в себе 40-50% меди.
Штейн далее подвергается конвертированию. Это значит, что нагретый штейн продувается сжатым и обогащенным воздухом. Добавьте кварцевого флюса (песка SiO2). При конвертировании нежелательный сульфид FeS перейдет в шлак и выделится в форме сернистого газа SO2. Одновременно будет окисляться сульфид одновалентной меди Cu2S. На следующей ступени будет образовываться оксид Cu2O, который вступит в реакцию с сульфидом меди.
В результате всех описанных операций получится черновая медь. Содержание самой меди в ней составляет около 98,5-99,3% по массе. Черновая медь подвергается рафинированию. Этот на первой стадии в оплавлении меди и пропускании через полученный расплав кислорода. Содержащиеся в меди примеси более активных металлов незамедлительно вступают в реакцию с кислородом, переходя тут же в оксидные шлаки.
В заключительной части процесса получения меди она подвергается электрохимическому рафинированию серы. Черновая медь при этом является анодом, а очищенная – катодом. Благодаря такой очистке выпадают в осадок примеси менее активных металлов, которые присутствовали в черновой меди. Примеси более активных металлов вынуждены оставаться в электролите. Стоит отметить, что чистота катодной меди, прошедшей все стадии очистки, достигает 99,9% и даже более.
Медь – широко распространенный металл, который одним из первых был освоен человеком. С давних времен, ввиду своей относительной мягкости, медь использовалась главным образом в виде бронзы – сплава с оловом. Встречается она как в самородках, так и в виде соединений. Представляет собой пластичный металл золотисто-розоватого цвета, на воздухе быстро покрывается окисной пленкой, придающей меди желто-красный оттенок. Как определить, содержится ли медь в том или ином изделии?
Инструкция
Для того чтобы найти медь, можно провести довольно простую качественную реакцию. Для этого настрогайте кусочек металла на стружку. Если вы хотите проанализировать проволоку, ее необходимо нарезать небольшими кусочками.
Затем налейте в пробирку немного концентрированной азотной . Осторожно опустите туда же стружку или куски проволоки. Реакция начинается практически сразу, и требует она большой аккуратности и осторожности. Хорошо, если есть возможность провести эту операцию в вытяжном шкафу или, в крайнем случае, на свежем , поскольку ядовитые , очень вредные для . Их легко , поскольку они бурый цвет - получается так называемый «лисий хвост».
Образовавшийся раствор необходимо выпарить на горелке. Это также очень желательно делать в вытяжном шкафу. В этот момент удаляются не только безопасный водяной пар, но и пары кислоты, и оставшиеся окислы азота. Полностью выпаривать раствор не нужно.
Видео по теме
Обратите внимание
Необходимо помнить, что азотная кислота, а особенно концентрированная – очень едкое вещество, работать с ней надо предельно аккуратно! Лучше всего – в резиновых перчатках и защитных очках.
Полезный совет
Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью, низким удельным сопротивлением, уступая в этом отношении только лишь серебру. Благодаря чему этот металл находит широкое применение в электротехнике для изготовления силовых кабелей, проводов, печатных плат. Сплавы на основе меди применяются также в машиностроении, судостроении, военном деле, ювелирной промышленности.
Источники:
- где можно найти медь в 2019
Сегодня металлы используются повсеместно. Их роль в промышленном производстве трудно переоценить. Большинство металлов на Земле находятся в связном состоянии - в виде оксидов, гидроксидов, солей. Поэтому промышленное и лабораторное получение чистых металлов, как правило, основано на тех или иных реакциях восстановления.
Вам понадобится
- - соли, оксиды металлов;
- - лабораторное оборудование.
Инструкция
Восстановите цветные металлы путем проведения электролиза водных их с высоким показателем растворимости. Этот метод применяется в промышленных масштабах для получения некоторых . Также данный процесс можно осуществить в лабораторных условиях на специальном оборудовании. Например, можно восстановить в электролизере медь из раствора ее сульфата CuSO4 (медного купороса).
Восстановите металл путем электролиза расплава его соли. Подобным образом можно получать даже щелочные металлы , например, натрий. Этот способ также используется в промышленности. Для восстановления металла из расплава соли необходимо специальное оборудование ( имеет высокую температуру, а образующиеся в процессе электролиза газы необходимо эффективно отводить).
Осуществите восстановление металлов из солей их и слабых органических путем прокаливания. Например, в лабораторных условиях можно произвести железа из его оксалата (FeC2O4 - железо щавелевокислое) путем сильного прогревания в колбе из кварцевого стекла.
Получите металл из его оксида или смеси оксидов путем восстановления углеродом или . При этом оксид углерода может образовываться непосредственно в зоне реакции вследствие неполного окисления углерода кислородом воздуха. Подобный процесс протекает в доменных печах при выплавке железа из руды.
Восстановите металл из его оксида более сильным металлом. Например, можно произвести реакцию восстановления железа алюминием. Для ее осуществления готовится смесь порошка оксида железа и алюминиевой пудры, после чего она поджигается с помощью магниевой ленты. Данная проходит с выделением очень большого количества тепла (из оксида железа и алюминиевого порошка производятся термитные шашки).
Видео по теме
Обратите внимание
Производите реакции восстановления металлов только в лабораторных условиях, на специальном оборудовании и с соблюдением всех правил техники безопасности.
Перенесенные воспалительные заболевания легких, вредное производство, аллергены, отказ от курения и другие факторы требуют активного оздоровления. Смолы, шлаки и токсины годами накапливаются в органах дыхания. Они становятся источником воспалительных процессов. Для восстановления легких необходимо комплексное воздействие на них. На помощь придут дыхательные упражнения, физическая активность на свежем воздухе и, конечно же, фитотерапия.
Вам понадобится
- - корень алтея;
- - живица, сахарный песок;
- - сосновые почки;
- - корень солодки, лист шалфея, листья мать-и-мачехи, плоды аниса;
- - эфирные масла эвкалипта, пихты, сосны, майорана;
- - чабрец.
Инструкция
Какие существуют оксиды меди
Кроме вышеупомянутого основного оксида меди CuO, бывают оксиды одновалентной меди Сu2O и оксид трехвалентой меди Сu2O3. Первый из них может быть получен при нагревании меди при сравнительно невысокой температуре, порядка 200 оС. Однако такая реакция протекает только при недостатке кислорода, что в опять-таки невозможно. Второй оксид образуется при взаимодействии гидроксида меди с сильным окислителем в щелочной среде, к тому же при низких температурах.
Таким образом, можно сделать вывод, что условиях оксидов меди можно не опасаться. В лабораториях и на производстве при работе и ее соединениями необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.
