В.П. Перминов, В.А. Неронов         МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ


3. Металлургия цветных металлов

3.1. Производство меди

Содержание меди в земной коре составляет 4,7•10-3 %. Около 30 % всех мировых запасов сосредоточены в сульфидных рудах: медном колчедане CuS·FeS, халькозине Cu2S, ковеллите CuS и др. Содержание меди в рудах, как правило, не превышает 5 %. Медь самородная встречается редко.

Извлечение меди производят двумя способами: гидрометаллургическим и пирометаллургическим, причём второй нашёл более широкое распространение. Он включает операции обогащения руд с получением концентрата, его обжиг, плавку на медный штейн, получение черновой меди и её рафинирование.

После обогащения концентрат подвергают обжигу при температуре 800–900 oС для частичного удаления (до 50 %) серы. При этом образуются оксиды меди и железа. Руду, прошедшую обжиг, называют огарком. Плавка на штейн проводится в отражательных пламенных печах и электропечах. Штейн – это сплав, состоящий в основном из сульфидов Cu2S и FeS и небольшого количества примесей.

В рабочем пространстве температура достигает 1 600 oС. На поду печи скапливаются жидкие продукты плавки – шлак и штейн. Штейн, по мере накопления, выпускают в ковш при температуре 900–1 150 oС, и он поступает в конвертер для переработки в черновую медь. Этот процесс, длящийся в общей сложности до 30 ч, делится на два периода. Первый период заключается в окислении сульфидов железа кислородом дутья:

2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2 + Q1.

Образующийся оксид железа FeO взаимодействует с кремнезёмом флюса и переходит в шлак:

2FeO + SiO2 = SiO2·2FeO + Q2.

В результате получается белый штейн, состоящий в основном из сульфида меди, и силикатный шлак, который скачивают.

Во втором периоде продолжается окисление сульфида меди при продувке штейна воздухом:

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2.

Образующийся оксид меди взаимодействует с сульфидом с образованием черновой меди:

2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2.

Черновая медь содержит в качестве примесей до 0,1 % Fe, 0,5 % S, 1,0 % O2 и другие элементы. Полученную черновую медь разливают в слитки и отправляют на рафинирование, проводимое огневым или электролитическим способами. Огневое позволяет получать медь чистоты 99,5 %. Для получения большей чистоты (до 99,98 %), а также для извлечения из меди благородных металлов осуществляют электролитическое рафинирование.


© Сибирская государственная геодезческая академия (СГГА), 2007