Технологічний процес виробництва міді
Мідь, яка відноситься за класифікацією до кольорових металів, стала відомою в далекій давнині. Її виробництво людина освоїла раніше, ніж залізо. Це можна пояснити як частим її знаходженням на земній поверхні в доступному стані, так і відносною легкістю виробництва міді шляхом вилучення її з сполук. Свою назву Cu вона отримала від острова Кіпру, де стародавня технологія виробництва міді набула великого поширення.
Завдяки своїй високій електропровідності (мідь з усіх металів - друга після срібла) вона вважається особливо цінним електротехнічним матеріалом. Хоча електропровід, на який раніше йшло до 50% світового виробництва міді, сьогодні найчастіше виготовляють з більш доступного алюмінію. Мідь, поряд з більшістю інших кольорових металів, вважається все більш дефіцитним матеріалом. Це пов'язано з тим, що сьогодні називаються багатими ті руди, що містять близько 5% міді, а основна її видобуток ведеться переробкою 0,5% -них руд. У той час як в минулі століття ці руди містили від 6 до 9% Cu.
Мідь відносять до тугоплавким металів. При щільності в 8,98 г / см3 її температури плавлення і кипіння складають відповідно 1083 ° C і 2595 ° C. У з'єднаннях вона зазвичай присутній з валентністю I або II, рідше зустрічаються з'єднання з трехвалентной міддю. Солі одновалентних міді трохи забарвлені або зовсім без кольору, а двовалентне мідь дає своїм солям в водному розчині характерну забарвлення. Чистий мідь являє собою тягучий метал червонуватого або рожевого (на зламі) кольору. В просвіті тонкогом шару вона може здаватися зеленуватою або блакитний. Більшість з'єднань міді мають такі ж кольори. Цей метал присутній в складі безлічі мінералів, з них при виробництві міді вУкаіни застосовують тільки 17. Найбільше місце в цьому відводиться сульфидам, самородної міді, сульфосолей і карбонату (силікатів).
У сировину заводів по виробництву міді крім руд входять ще мідні сплави з відходів. Найчастіше вони включають від 1 до 6% міді в з'єднаннях сірки: Халькозін і халькопірит, Ковелін, гідрокарбонатів і оксиди, мідному колчедане. Також руди, поряд з порожньою породою, що включає карбонати кальцію, магнію, силікатів, пірит і кварц, можуть містити компоненти таких елементів, як: золото, олово, нікель, цинк, срібло, кремній та ін. Крім самородні руд, що включають мідь в доступному вигляді, все руди підрозділяються на сульфідні або окислені, а також змішані. Перші виходять як результат реакцій окислення, а другі вважаються первинними.
Способи виробництва міді
Основною операцією такого процесу виробництва міді служить плавка. При її виробництві використовують мідні руди або їх обпалені концентрати. В ході підготовки до даної операції схемою виробництва міді передбачено їх збагачення способом флотації. При цьому руди, що містять поряд з міддю цінні елементи: телур або селен, золото з сріблом, варто збагачувати з метою одночасного переходу цих елементів в мідний концентрат. Утворений таким методом концентрат може містити до 35% міді, стільки ж заліза, до 50% сірки, а також порожню породу. Випалу він піддається з метою зниження до прийнятного вмісту в ньому сірки.
Концентрат обпалюється в переважно окислювальному середовищі, що дозволяє видалити приблизно половини вмісту сірки. Отриманий таким чином концентрат при переплавки дає досить змістовний штейн. Ще випал допомагає знизити вдвічі витрата палива відбивної піччю. Досягається це при якісному змішуванні складу шихти, що забезпечує її нагрівання до 600ºС. Але багаті міддю концентрати краще переробляти, не обпалюючи, так як після цього зростають втрати міді з пилом і в шлаку.
Підсумком такої послідовності виробництва міді є розподіл обсягу розплаву надвоє: на штейн-сплав і шлак-метал. Першу рідина, як правило, становлять мідні сульфіди і залізні, другу - оксиди кремнію, заліза, алюмінію і кальцію. Переробку концентратів в сплав штейн ведуть за допомогою електричної або відбивної печей різних видів. Чисто мідні або сірчисті руди краще плавити за допомогою шахтних печей. До останніх також варто застосувати мідно-сірчане плавлення, що дозволяє вловлювати гази, здобуваючи сірку.
У спеціальну піч невеликими порціями завантажуються мідні руди з кокс, а також вапняки і оборотні продукти. Верхня частина печі створює відновну атмосферу, нижня частина - окислительную. У міру розплавлення нижнього шару маса повільно спускається вниз для зустрічі з розігрітими газами. Верхня частина печі нагріта до 450 ºС, а температура газів, що відходять становить 1500 ºС. Це необхідно при створенні умов очищення від пилу ще до того, як почнеться виділення парів з сіркою.
В результаті такої плавки отримують штейн, що включає від 8 до 15% міді, шлак, головним чином містить вапно з залізним силікатом, а ще колошниковим газ. З останнього після попереднього осадження пилу видаляють сірку. Завдання збільшення в штейн-сплав відсотка Cu при виробництві міді в світі вирішується застосуванням скорочувальної плавки. Вона полягає в приміщенні в піч поряд зі Штейном коксу, флюсу з кварцу, вапняку.
При нагріванні суміші відбувається процес відновлення мідних оксидів і залізних оксидів. Сплавляються один з одним залізні і мідні сульфіди складають штейн початковий. Розплавляється залізний силікат при стікання уздовж поверхонь укосів приймають в себе інші компоненти, поповнюючи шлак. Результатом такої плавки є отримання збагаченого штейну з шлаком, що включають мідь до 40% і 0,8% відповідно. Дорогоцінні метали, такі як срібло з золотом, майже не розчиняючись в сплаві шлаку, цілком виявляються в сплаві Штейна.
Виробництво чорної і рафінованої міді
В ході видобутку чорнової міді виробництвом передбачено продування штейн-сплаву в конвертері бокового дуття повітрям. Це необхідно, щоб окислити поєднане з сірої залізо і перевести його до складу шлаку. Дана процедура називається конвертацією, вона поділяється на дві стадії.
Перша полягає у виготовленні білого штейну за допомогою окислення залізного сульфіду за допомогою флюсу з кварцу. Скупчується шлак видаляють, а на його місце поміщають чергову порцію початкового Штейна, заповнюючи постійний обсяг його в конвертері. При цьому в конвертері по ходу видалення шлаку залишається тільки білий штейн. Він містить переважно сульфіди міді.
Наступною частиною процесу конвертації служить безпосереднє виготовлення чорнової міді за допомогою переплавки білого штейну. Вона виходить шляхом окислення мідного сульфіду. Отримана в ході продування мідь чорнова складається вже на 99% з Cu з незначним додаванням сірки і різних металів. При цьому вона ще не годиться для технічного використання. Тому після конвертації до неї обов'язково застосовують метод рафінування, тобто очищення від домішок.
У виробництвах рафінованої міді необхідної якості мідь чорнова піддається спочатку вогневому, потім електролітичному впливу. За допомогою його разом з виключенням непотрібних домішок отримують також містяться в ній цінні компоненти. Для цього чорнову мідь на вогневої стадії занурюють в ті печі, що застосовують при переплавки концентрату міді в сплав Штейна. А для електролізу необхідні спеціальні ванни, їх зсередини покривають вініпластом або свинцем.
В ході електролітичного рафінування анод, відливається з міді, що пройшла вогневу стадію рафінування, і катод з тонколистової міді по черзі занурюються у ванну з сірчанокислим електролітом, через яку пропускають струм. Ця операція дозволяє якісне очищення міді від шкідливих домішок з одночасним вилученням супутніх цінних металів з анодної міді, що являє сплавом багатьох компонентів. Підсумком такого рафінування служить виробництво катодного міді особливої чистоти, що містить до 99,9% Cu, отримання шламу, що містить цінні метали, селен з телуром, а також забрудненого електроліту. Він може бути використаний для виготовлення мідного і нікелевого купоросу. Крім цього неповне хімічне розчинення компонентів анода дає анодний скрап.
Електролітичне рафінування виступає основним способом отримання технічно цінної міді для промисловості. В відноситься до країн-лідерів з виробництва медіУкаіни з її допомогою виготовляють кабельнопроводніковую вироби. Чистий мідь широко застосовується в електротехніці. Тут також велике місце займають мідні сплави (латунь, бронза, мельхіор тощо.) З цинком, залізом, оловом, марганцем, нікелем, алюмінієм. Мідні солі знайшли попит у сільському господарстві, з них отримують добрива, стимулятори синтезу і засоби для знищення шкідників.
