Рафинирование меди

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.