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 ошлакование FeO:
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 Cu2SCu2Oс 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 анодомэлектролит переходят Ni, 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 растворения компонентов 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)восстановление Fe2(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; кристаллизация CuSO4.
2.Из аммиачного раствора:
осаждение СuО при термическом разложении;
восстановительная плавка СuО с флюсом.

 

 

Источник:
Р.Циммерман, К.Гюнтер "Металлургия и металловедение" М 1982