Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Получение меди переплавом

29.01.2019

Получение штейна


Плавку концентратов и руд для получения медного штейна ведут в шахтных или пламенных печах.

Шахтная печь (рис. 17) имеет прямоугольную форму высотой от 10 до 11 м, шириной 1,3—1,4 мм. Высота шахты от фурм загрузочной площадки 4,5—6,0 м. Шахта печи охлаждается водой.

Загрузку шихты, состоящей из руды или концентрата и кокса, производят сверху, а воздух для горения топлива через фурмы подают в горн печи.

Пламенная печь для плавки медных руд или концентратов (рис. 18) в настоящее время является основным плавильным агрегатом для получения штейна. Пламенные печи имеют длину 28—29, ширину 6,5—9,0 м; площадь пода печей находится в пределах от 170 до 240 м2. Основное преимущество пламенных печей по сравнению с шахтными печами состоит в том, что в них можно использовать низкосортное пылевидное топливо, а также жидкое и газообразное топливо с высоким содержанием серы.

Во время плавки в печах развиваются температуры порядка 1500—1600° С, а для того чтобы сернистое железо полностью не окислялось, поддерживают слабо окислительную атмосферу. В печи при этих условиях протекают следующие основные реакции (температура 900° С):
Получение меди переплавом

Образовавшаяся чистая медь, находясь в расплаве, вступает в соединение с сернистым железом:

Закись железа соединяется с кремнеземом по реакции 2FeO + SiO2 = 2FeO*SiO2 и переходит в шлак. В результате протекания этих реакций образуется в жидком виде штейн, содержащий 20—50% Cu, 20—40% Fe и 22—25% S. Температура плавления штейна около 1000°C и плотность около 5. Пустая порода руд переходит в шлак, который, имея меньшую плотность по сравнению со штейном, всплывает на поверхность и легко отделяется от штейна. Полученный медный штейн в жидком виде используется для получения черновой меди.

Получение черновой меди


Полученный штейн перерабатывают на черновую медь в конвертерах. На наших заводах применяют конвертеры горизонтального типа (рис. 19). Перед заливкой штейна через горловину в конвертер последний поворачивают на такой угол, чтобы не залить фурмы. Затем на залитый штейн загружают кварцевый флюс, необходимый для ошлакования FeO. После загрузки кварцевого флюса подают дутье под давлением 0,8—1,2 ат и поворачивают конвертер в нормальное положение. Плавку в конвертере ведут в два периода. В первый период сернистое железо, содержащееся в штейне, окисляется, образуя закись железа и сернистый ангидрид по реакции

Сернистый ангидрид улетучивается, а закись железа реагирует с кремнеземом флюса по реакции

Эти реакции протекают с выделением тепла, поэтому температура расплава не понижается, а повышается.

В результате окисления сернистого железа и перехода его в шлак, в сплаве остается почти чистая полусернистая медь (Cu2S); на этом заканчивается первый период плавки. После первого периода конвертер поворачивают и шлак сливают. После того как шлак слит, опять включают дутье, поворачивают конвертер в нормальное положение и производят второй период продувки.

В этот период в конвертере протекает окисление сульфидов меди по реакции

Окисленная медь в свою очередь взаимодействует с полусернистой медью

и образуется чистая медь. Последняя реакция протекает с поглощением тепла, но так как в конвертере имеется некоторый запас тепла от первого периода, при подаче воздуха в заданных пределах эта реакция протекает нормально.

Во второй период плавки шлаки не сливают и подачу воздуха в конвертер не прекращают. После второго периода в конвертере получается черновая медь, содержащая 98,5—99,5% Cu, 0,03—0,8% S, 0,03—0,1% Fe, 0,3—0,5% Ni, 15—250 г/т Ag, 1,0—350 г/т Au, до 0,1% O2. Шлаки второго периода содержат до 5,0% Cu, их используют как оборотные материалы. Продолжительность плавки в конвертере емкостью 40 т составляет — 15 час.

Так как черновая медь содержит примеси, ухудшающие качество меди, ее рафинируют. Рафинирование меди ведут двумя способами: огневым и электролитическим.

Огневое рафинирование меди


Рафинирование черновой меди огневым способом ведут в тех случаях, когда в ней содержится малое количество благородных металлов (золота и серебра), и когда в полученной рафинированной меди допустимо повышенное содержание нежелательных примесей. Процесс рафинирования ведут в пламенных печах. Для этого черновую медь загружают в печь, расплавляют, затем металл продувают воздухом при давлении 1,5—2,0 ат. Воздух для продувания подают через металлические трубы сверху. Во время продувания кислород воздуха окисляет примеси Si, Al, Zn, Mn, Sn, Pb, Fe и др. Часть примесей окисляется и переходит в шлак (FeO, SiO2, Аl2O3), а часть примесей (ZnO, PbO и др.) в парообразном состоянии- удаляется с печными газами. Одновременно с окислением примесей окисляется и некоторое количество меди по реакции 4Cu + O2 —> 2Сu2O. После окончания окисления примесей подачу воздуха в печь прекращают и ведут восстановление окисленной меди. Восстановление меди производят методом «дразнения». Для этого в металл вводят березовые или сосновые бревна диаметром 250—350 мм, длиной 7—10 м. При дразнении происходит процесс перемешивания металла, благодаря образующимся газам и восстановление меди по реакциям:

В результате получают техническую медь с содержанием 99,5—99,7% Cu. Готовую медь из печи выпускают в ковши и разливают на слитки или анодные плиты. Медные слитки в основном используют для получения сплавов бронзы или латуни при производстве фасонных отливок. Анодные плиты направляют на электролиз.

Электролитическое рафинирование меди


Электролитическому рафинированию подвергают до 95% черновой меди. Процесс рафинирования ведут в электролизных ваннах (рис. 20). Ванны изготовляют из дерева или бетона. Внутри ее покрывают свинцовыми листами толщиной от 2 до 4 мм. Ванна имеет размеры: ширину 1,2 м, длину от 2,5 до 3,0 м и глубину до 1,0 м. Перед электролизом в ванну заливают электролит, состоящий из 10—16% раствора медного купороса с добавкой 10—16% серной кислоты. После заливки электролита в ванну опускают анодные плиты и катоды. Катодами являются медные листы толщиной от 0,5 до 0,7 мм, полученные электролитическим способом в специальных матрицах. В ванне размещают 20—40 анодных плит, число размещенных катодов на единицу больше числа анодов. К анодам подводят шинами электрический ток с положительным полюсом, а к катодам — с отрицательным полюсом. Ток пропускают силой до 10 000 а при напряжении 100—220 в.

При пропускании тока в ванне протекают электролитические процессы. В растворе под воздействием тока сернокислая медь, диссоциирует на катионы Cu2+ и анионы SO4++. Катионы осаждаются на катоде, в то же время на аноде отрываются электроны

и переходят в раствор. В результате протекания этого процесса в течение 10—12 суток на каждом катоде осаждается до 90 кг меди с содержанием 99,95% Cu.

Примеси, содержащиеся в анодной меди, частью растворяются, а частью осаждаются на дно ванны (шлам). При высоком содержании благородных металлов количество шлама составляет до 1,0%. Он содержит 18% Cu,— 0,65% Au,—3,5% Ag, — 0,7% Pb, — 3,5% Sb, — 3,0% As , — 0,7% Se и — 1,0% Fe. Шлам из ванны спускают и извлекают из него благородные металлы. При электролизе меди расход электроэнергии составляет 250—300 квт*ч/т катодной меди.

Электролитическую медь используют для изготовления электроматериалов — проволоки, шин, кабелей, а также при производстве труб и различных медных сплавов.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: