В черновой меди, выплавленной из первичного или вторичного сырья, 0,6—4% примесей, главные из которых железо, сера, никель, висмут, мышьяк, сурьма, золото, серебро, селен, теллур и кислород. Многие из этих элементов ухудшают механические свойства металла, особенно его пластичность, и все, исключая серебро, снижают электропроводность. В черновой меди содержится, например, 400 г/т золота и 1000 г/т серебра. Благородные металлы, а также селен и теллур представляют значительную ценность, их необходимо извлечь при рафинировании в богатые отходы.
Известны два способа рафинирования: огневой и электролитический. Первым можно получить металл чистотой 99,5—99,7%, но не удается извлечь благородные металлы. Электролиз, который сложнее и дороже, дает медь высших марок и позволяет выделить ценные элементы в отдельный богатый продукт, который окупает сравнительно большие расходы на передел. Качество рафинированной меди выше, а затраты на ее очистку меньше, если металл предварительно очистить огневым способом. В современной практике электролитическому рафинированию обычно предшествует огневое.
Огневое рафинирование
Медь рафинируют в стационарных отражательных печах или в поворотных — цилиндрических, похожих на конверторы. Ванна стационарных печей вмещает до 400 т, а поворотных — до 260.
Рафинировочные печи обогревают мазутом, естественным газом или угольной пылью. Необходимое требование к топливу — малое содержание в нем серы: S02 топочных газов загрязняет медь серой, как это следует из равновесия реакции (23). Ванну печи выкладывают из динасового или периклазо-шпинелидного кирпича. Стены и подвесной либо распорно-подвесной свод набирают из магнезитового или магнезито-хромитового кирпича. В стенах, облицованных снаружи чугунными плитами, устраивают рабочие окна с поднимающимися заслонками. Отопление больших печей часто автоматизировано: топливо и воздух подают в заданном соотношении. Медь загружают механической лопатой, установленной на тележке шаржирного крана,

Печь для огневого рафинирования меди:
1 — газоход; 2 — лещадь; 3 — ось выпускной щели; 4 — рабочие окна; 5 — дверцы paбочих окон; 6 — свод; 7 — окна для горелок или форсунок
которая захватывает до 3,5 штыков. Жидкую медь заливают ковшами с помощью крана или миксер-вагоном.
Рафинирование слагается из следующих последовательных стадий: расплавление (10—12 ч), окисление примесей и съем шлака (3—4 ч), раскисление (3—4 ч) и разливка (5—6 ч). Общая продолжительность передела при работе на твердой меди 24 ч, а на жидкой почти вдвое меньше.
Примеси окисляют воздухом, который вдувают через погруженные в ванну футерованные железные трубки диаметром 20 — 40 мм. Скорость реакций пропорциональна концентрациям, поэтому преимущественно окисляется медь. Окисление железа, цинка, марганца, никеля, свинца, или иного двухвалентного металла, происходит по следующей реакции:
4Cu + О2 = 2Cu2О.
Ме + Сu2О = МeO + 2Сu.
Окислы примесей нерастворимы в меди, они всплывают на ее поверхность и шлакуются кварцевым флюсом. Для понижения [Me] необходимо чаще выпускать шлак, не допуская накопления в нем удаляемых элементов.
Труднее всего из меди удаляется сера, селен, теллур. Причем селен удаляется труднее серы, но легче теллура, поэтому исполняется прием удаления из металла растворенных газов и раскисления называют дразнением. В ванну, очищенную от шлака, погружают сырое дерево (жерди или бревна), бурно выделяющие пары воды и газообразные углеводороды, которые перемешивают медь, способствуя удалению S02 и других газов.
Раскисление необходимо для получения пластичного металла: содержание растворенной Cu20 в ванне к концу рафинирования может быть высоким. Раскислителями служат продукты сухой перегонки того же дерева — углеводороды, например:
4Си2О + СН4 = СО2 + 2Н2О + 8Си.
При этом уменьшают избыток воздуха-для сжигания топлива и продолжают дразнение. Восстановление Cu20 до остаточных концентраций 0,3—0,5% достигается легко, его можно ускорить вдуванием в ванну мазута, угольной пыли или природного газа.
Рафинированную медь выпускают через вертикальную щель в стенке печи; для этого постепенно сбивают порог из огнеупорной глины. Металл отливают в аноды, предназначенные для электролиза. Применяемая для этого карусельная разливочная машина представляет собой горизонтальный круг, на котором установлены изложницы для анодов. Шлаки подвергают восстановительной плавке в небольших шахтных печах на черновую медь, а иногда перерабатывают в конверторах при продувке штейнов.
|