§ 2 Производство меди

Медь – элемент 1 группы ПС Д. И. Менделева, мягкий пластичный металл, розовато-красного цвета, обладающий высокой электропроводностью, теплопроводностью, коррозионной стойкостью, хорошо обрабатывается давлением (прокаткой, ковкой и др.). Благодаря этим свойствам медь получила широкое распространение, как в чистом виде, так и в виде различных сплавов в электротехнической промышленности, для радиаторов и оснащения двигателей.

Сырьем для производства меди служат концентраты. Главный минерал меди халькопирит CuFeS₂. Плавкой концентратов в отражательных и электрических печах получают медные штейны. Основным способом получения меди является отражательная плавка.

Отражательная печь имеет длину 28 - 32 м, ширину 6 – 10 м, высоту 4 м, арочный подвесной свод. Производительность печи составляет до 2000 т шихты. Рабочее пространство выложено кирпичом. Газоотводный боров печи называется аптейком.

На плавку подается сырая или обожженная шихта и расплавленный конверторный шлак. Топливом обычно является природный газ, сгорающий в газовых горелках. За счет получаемого тепла происходит плавление шихты, разделение её на штейн и шлак. Шлак с меньшей плотностью образует верхний слой расплава. Выпускаются продукты плавки через разные сливные устройства.

Полученный штейн в расплавленном виде поступает на конвертирование для получения черновой меди, т.е. меди, содержащей различные примеси. Сопутствующим продуктов конвертирования является газ, используемый для производства серной кислоты. Затем черновая медь поступает на огневое рафинирование, где окисляется воздухом. При этом из неё удаляются кислород, сера, железо, никель, кобальт, получая анодную медь в виде пластин. Для достижения более высокой степени очистки и получения хороших электропроводных свойств медь затем подвергают электролитическому рафинированию ваннах ящичного типа, получая при этом катодную медь.

1 – форсуночное окно; 2 – загрузочное окно; 3 – шпуровые отверстия; 4 – шлаковое окно; 5 – аптейк

Схема отражательной печи

§ 2 Производство свинца

Свинец – элемент 4 группы ПС Д.И. Менделеева. Он плавится при 327 ^°С. Плотность 11,36 г/см³. Из физических свойств свинца важны его высокая пластичность и мягкость. Свиней расплющивается при нажатии или ударе мо­лотком. В металлургии используют полную инертность свинца к железу. Оба металла не сплавляются и не образуют соединений. Из химических свойств большое значение имеет устойчивость к растворам серной кислоты. Благодаря мягкости из сплавов свинца изготовляют вкладыши подшипников.

Основной вид сырья – свинцовые концентраты, получаемые в результате обогащения руд, содержащих свинец. Основной минерал свинца галенит РbS.

Свинец в основном получают по следующей техноло­гической схеме: подготовка шихты, агломерирующий обжиг, шахт­ная плавка, огневое рафинирование чернового свинца. Эти стадии остаются основными и при попутной выплавке свинца на цинко­вых заводах. При очень богатых концентратах иногда применяют плавку в горнах или электропечах.

Агломерирующий обжиг. Шихту агломерационных машин составляют из концентратов, богатых руд, оборотов цинкового и свинцового производства и флюсов. Полученный агломерат должен быть самоплавким. Цель процесса — превратить сульфиды свинца и других металлов в оксиды и получить окускованный материал, пригодный для плавки в шахтной печи. Основная реакция — окисление сульфида свинца кислородом воздуха. При агломерации, помимо окисления сульфидов, оксид свинца взаимодействует с кислотными оксидами, в результате чего обра­зуются силикаты и ферриты. Оборудование - агломерационные машины.

Полученный агломерат поступает на шахтную плавку. Цель плавки — максимально извлечь свинец в черновой металл и получить наиболее подходящий для последующей переработки шлак. Для восстановления свинца из РbО требуется слабовосстано­вительная атмосфера, получаемая от горения кокса. Способ шахтной плавки экономически выгоден для переработки концентратов, содержащих 45—50 % свинца. При содержании в концентрате свыше 65 % свинца выгоднее ис­пользовать реакционные методы, основанные на реакциях между сульфидом и окисленными соединениями свинца. При шахтной плавке в шлаки переходит более 80% цинка, 20% меди, 2—3% свинца и ряд ценных элементов (индий, германий, немного серебра, золота). Наиболее распространенными методами переработки свин­цовых шлаков являются фьюмингование и вельцевание.

Фьюмингованием называется продувка в печи шахтного типа расплавленного, шлака углевоздушной смесью или природным газом с возду­хом с отгонкой свинца и цинка в газы. Свинец и олово, присутствующие в шлаке, возгоняются преи­мущественно в виде сульфидов. Фьюмннгованием из шлаков извлекают 90—94 % цинка и до 98 % свинца, индия и кадмия.

Вельцеванием называется процесс отгонки ценных компонентов в трубчатой вращающейся печи при нагреве материала ниже температуры его плавления. Процессы аналогичны процессам фьюмингования.

Из новых способов выплавки свинца наиболее пригоден спо­соб плавки во взвешенном состоянии с применением технологиче­ского кислорода — КИВЦЭТ. Суть способа состоит в об­жиге-плавке концентрата в струе кислорода. В этих условиях во взвешенной смеси частиц концентрата протекают с участием кис­лорода реакции горновой плавки и выплавляется большая часть свинца. Остаток свинца в виде оксида образует с пустой породой и флюсами богатый шлак, из которого свинец восстанавливают коксом в электропечной части агрегата.

Полученный черновой свиней очищают от примесей с помощью рафинирования.