1.3. Производство меди

Медь– мягкий пластичный металл, имеющий характерный красный цвет. Плотность меди 8900 кг/м³; температура плавления 1083С. Медь имеет малое удельное сопротивление, вследствие чего нашла широкое применение в чистом виде в электропромышленности, радиотехнике и электронике.

Переработка медной руды осуществляется последовательным обогащением: дробление, измельчение, флотация и сушка.

При флотации используется свойство зерен, содержащих металл, плохо смачиваться при обработке специальными реагентами. В результате металлосодержащие зерна всплывают на поверхность, а пустая порода остается на дне ванны. Концентрат, содержащий металл, собираемый сверху, предварительно обжигают, а затем переплавляют на полупродукт – штейн, состоящий из 20-50 % меди, 20-40 % железа, 22-25 % серы, до 8 % кислорода и примесей: Au, Ag, Pb, Zn, Ni и др. Штейн перерабатывают в черновую медь в конверторах.

По своему устройству конверторы бывают вертикальные в форме груши и горизонтальные цилиндрические в виде длинной бочки. Последние наиболее распространены в промышленности, поскольку их устройство и обслуживание не сложно. Емкость таких конверторов составляет 100-120 т. Продувка штейна длится 15-20 ч, в результате чего получается черновая медь с содержанием 98,5-99,5 % меди, остальное – примеси.

Процесс выплавки черновой меди из штейна делится на два периода. В первом периоде происходит окисление FeS кислородом по реакции 2FeS + 3O₂ = 2FeO + 2SO₂ + Q. Образующийся FeOошлаковывается кремнеземом флюса: 2FeO + SiO₂= SiO₂2FeO +Q. К концу первого периода железо удаляется почти полностью. Штейн состоит в основном из Cu₂S и содержит до 80 % меди. Во второмпериоде протекают реакции: 2CuS + 3O₂ = 2Cu₂O + 2SO₂ + Q;Cu₂S + 2Cu₂O = 6Cu + SO₂–Q, приводящие к восстановлению меди.

Черновую медь на специальных машинах разливают в чушки или в плиты и рафинируют (очищают от примесей) огневым или электролитическим способом.

Огневое рафинированиечерновой меди производится в специальных печах, где в жидкий металл под давлением подается воздух, окисляющий примеси меди.

Электролитическое рафинированиепроизводят с целью получения наиболее чистой высококачественной меди и выделения из нее золота, серебра и других ценных примесей.

Процесс электролиза основан на следующем. В ванну с 12-16-процентным водным раствором медного купороса в серной кислоте погружают две медные пластины, одну из которых соединяют с положительным полюсом (анодом), и другую – с отрицательным (катодом). При пропускании тока анод растворяется, а ионы меди осаждаются на катоде.

Аноды отливаются из рафинированной огневым способом меди или из черновой меди в виде плит массой 200-250 кг, размером 0,9 0,9 м и толщиной 40-50 мм. В качестве катодов берут тонкие листы (0,5-0,7 мм) электролитической меди, на которых в течение 10-12 суток осаждается до 100 кг металла.

В процессе электролиза примеси частично переходят в раствор (Fe, Ni, Co, Zn и др.), а частично осаждаются на дне ванны в виде шлама, состоящего из 10-25 % меди, 5-50 % серебра, 0,05-5 % золота и других металлов. Раствор и шлам обрабатывают для выделения из них металлов в чистом виде. Электролитическая медь является весьма чистым металлом.

В качестве примесей в меди присутствуют следующие элементы: кислород, висмут, сурьма, мышьяк, железо, никель, свинец, олово, сера и цинк. Особенно нежелательны примеси висмута, вызывающего красноломкость меди, и кислорода, являющегося причиной возникновения так называемой «водородной» болезни меди – растрескивания слитка.

В современном машиностроении большое применение нашли медные сплавы (латуни, бронзы, медно-никелевые сплавы), характеризующиеся высокой прочностью, лучшей обрабатываемостью и литейными свойствами. Кроме того, сплавы на основе меди в подавляющей массе более дешевы, чем медь.