Металлургия меди

Схема получения меди.

Исходное сырье —  сульфидная медная руда или концентрат;

местная необогащенная руда с содержанием ≤ 2,4 % Сu.

1) в некоторых случаях частичный окислительный обжиг;

2) концентрационная плавка (на штейн) может производиться в шахтных, отражательных, электрических печах (штейн содержит ≤45 % Сu) иливо взвешенном состоянии(штейн содержит ≤60Сu);

3) продувка в конверторах на черновую медь;

4)рафинирование в отражательных печах на анодную медь (содержащую благородные металлы);

5) электролитическое рафинирование на катодную медь с последующей переплавкой:

—электролит (никель);

—анодный шлам (благородные металлы).

Процесс обжига.

Предварительный окислительный обжиг применяется при необходимости удаления избыточной S и подготовки части Fe к ошлакованию.

Концентрационная плавка на штейн

а. Отражательная плавка.

Ошлакование железа:

3Fe₂O₃ + FeS→7FeO + SO₂;

9Fe₂O₃ + FeS→FeO + 6Fe₃O₄ + SO₂;

3Fe₃O₄ + FeS→10FeO + SO₂

2FeO + SiO₂→2FeO-SiO₂.

Обратное  сульфидирование   меди и ее окислов:

6CuO + 4FeS→Cu₂S + 4FeO + SO₂;

Сu₂O + FeS→Cu₂S + FeO;

2Cu + FeS→Cu₂S + Fe

2Fe + O₂ + SiO₂→2FeO-SiO₂.

б.Шахтная плавка (восстановительная). Основа — равновесие   реакции  Будуара:

Fe₂O₃ + CO→2FeO + СO₂;

Fe₂O₃ + C→2FeO + СО

2FeO + SiO₂→2FeO*SiO₂   .

Иногда образуется металлическое железо (настыль).

Арсенаты и антимонаты при этом переходят в арсениды и антимониды, а сульфаты в сульфиды.

в.Продукты плавок штейн, содержащий в зависимости от применяемой технологии ≤45 % Сuили≤60 % Сu.

Получение черновой меди.

Переработка медного штейна конвертированием.

1-й период. Окисление FeSи ошлакованиеFeO:

2FeS + 3O₂→2FeO + 2SO₂

2FeO + SiO₂→2FeO-SiO₂.

Образуется белый штейн (матт) с 78 % Сu, который продувается на черновую медь, и конверторные шлаки с ~ 4 % Сu, которые возвращаются в плавку на штейн.

2-й период. Взаимодействие Cu₂S—Cu₂Oс образованием черновой меди:

2Cu₂S+ 3O₂→2Cu₂O+ 2SO₂,

2Cu₂O+ Cu₂S→6Cu+ SO₂.

Оставшиеся в меди примеси составляют ~ 2,5 % (Cu₂S, Ni, As, Sb, Fe, Co, благородные металлы, Bi, SO₂, Cu₂O).

Рафинирование черновой меди

—избирательное окисление в отражательных печах (Cu₂O окисляет Fe, Ni, Со, As, Sb, Pb; Cu₂S превращается в Сu);

—дразнение:

1) дразнение на плотность (удаление SO₂);

2) дразнение на ковкость (восстановление Cu₂O до 0,03 % 0₂);

—электролиз с растворимым анодом (в электролит переходятNi, As; в анодный шлам — благородные металлы, As, Sb, Bi, получается медь с ~99,95 % Сu).

Гидрометаллургия меди

а. Подготовка руды.

В зависимости от содержания Сu и Sприменяются различные виды обжига:

—окислительный (для сульфидных материалов) ;

—сульфатизирующий (когда отработанная щелочь может быть слита);

—хлорирующей (при наличии ≥3 % S после предварительного обжига).

б.Химическое разделение (аффинаж).

Рафинирование путем селективного растворениякомпонентов сплава в растворах соответствующих кислот.

Разновидность способа:

—при помощи H₂SO₄ — применяется наиболее широко;

—башенной кислоты (смесь HCI  +H₂SO₄);

—NH₄OH+(NH₄)₂CO₃, если пустая порода хорошо растворима в кислотах.

При этом используются выщелачивание методом просачивания (перколяция) и выщелачивание с перемешиванием пульпы (агитация).

в.Очистка растворов после выщелачивания.

—сернокислый медный раствор, загрязненный Fe, Ni, Со, As.

—аммиачный медный раствор, загрязненный Ni и Со.

1)восстановлениеFe₂(SO₄)₃:

Fe₂ (SO₄)₃ + SO₂ + 2H₂O→2FeSO₄ + 2H₂SO₄;

2)Feвыделяется в виде Fе(ОН)₃↓. При этом адсорбируется As;

3)удаление СO₂, NH₃, Обработка цементной медью:

Fe₂ (SO₄)₃ + Cu→CuSO₄ + 2FeSO₄.

г.Выделение меди из раствора.

1.Из сернокислого раствора:

—цементация; электролиз — Сu; кристаллизацияCuSO₄.

2.Из аммиачного раствора:

—осаждение СuО при термическом разложении;

—восстановительная плавка СuО с флюсом.