Сырье для производства меди. Схема пирометаллургического получения меди.

t-ра плавления меди 1083 ͦ, по электропроводности медь уступает лишь серебру, и в 1.7 раза выше чем у Al, и в 6 раз больше чем у Fe. Cu и ее сплавы используются в линиях электропередач.Около 50% всей производимой меди,используют в электронной промышленности. Cu и ее сплавы применяют в литом и кованном состоянии, а так же в виде порошка. В металлургии чистая медь используется для производства кристаллизаторов, головок фурм для подачи кислорода и для изготовления фурм для подачи воздуча в дом. печь. Для получения меди используют медные руды, а так же отходы меди и её сплавов. В рудах сод-ся 1-6 % меди. Обычно в рудах Cu сод-ся

1) в виде сернистых соединений: CuS₂медный колчедан, Cu₂S халькозин, CuS кавелин.

2) В виде оксидов (СuO и Cu₂O)

3) в виде гидрокарбонатов: CuCO₃*(CuOH)₂ малахит и 2CuCO₃*(CuOH)₂ азурит

Пустая порода руд состоит из перита(FeS₂), кварца(SiO₂), карбонатов кальция и магния, а так же из различных силикатов сод-их – (CaO,MgO,Al₂O₃ и оксиды железа). В небольших кол-вах встречаются самородковые руды, в которых медь находится в свободном виде. Существует два способа получения меди:

Гидрометаллургический.

Пирометаллургический.

Первый способ не нашел широкого применения, так как не позволяет попутно извлекать с медью драг. металлы. Второй способ пригоден для переработки любых медных руд и позволяет извлекать попутно с медью драг. металлы.

Пирометаллургический метод состоит из следующих основных этапов: 1. подготовка руд к плавке(флотационное обогащение и обжиг медного концентрата)

2. Выплавка медного штейна, состоящего из сплавов сульфидов меди и сульфидов Fe

3. Конвертирование медного штейна с получением черновой меди. 4.раффинирование меди(огневое и электролитическое).

 

 

Способы рафинирование меди.

Для получения меди необходимой чистоты, черновую медь подвергают огневому и электролитическому рафинированию. При этом помимо удаления вредных примесей извлекаются благородные металлы. Огневое рафинирование черновой меди проводят в отражательных пламенных печах. Сущность огневого рафинирования сводится к окислению вредных примесей, удалению их с газами или перевода их в шлак. Процесс длится около суток и состоит из следующих операций:

1. Расплавление черновой меди.

2. Окисление примесей.

3. Удаление растворенных газов (дразнение на плотность).

4. Раскисление меди (дразнение на ковкость).

5. Разливка.

Примеси окисляют воздухом, подаваемым по железным трубкам, погруженным в расплавленную медь.

Cu +O₂ →Cu₂O;

Cu₂O+Me→MeO + Cu;

Cu₂O + Cu₂S→Cu +SO₂↑;

Окисляются следующие примеси: Al, Fe, Zn, As, Sb, Ni. Благородные металлы не окисляются.

Затем начинается операция по удалению газов, растворенных в меди или дразнение на плотность. Для этого с поверхности расплава удаляют шлак и в ванну погружают на короткое время сырые, деревянные жерди. Вследствие бурного выделения паров воды, медь перемешивается, что способствует завершению окисления серы, удалению SO₂ и других газов. Затем необходимо раскислить медь, т. е. освободить ее от Cu₂O, образовавшегося в период окисления. Для этого ванну покрывают древесным углем и жерди погружают в расплав на более длительное время. Раскислителями служат углеводороды, явл-щиеся продуктами сухой перегонки дерева.

Cu₂O + CH₄ →Cu + H₂O +CO₂;

Содержание Cu₂O снижается с 10-12% до 0,3-0,5%. Этот этап называется дразнением на ковкость, т.к. по его итогам возрастает пластичность меди.

Для извлечения благородных металлов, медь очищенную огневым рафинированием разливают в слитки и подвергают электролитическому рафинированию. В качестве анодов используют слитки меди после огневого рафинирования, в качестве катодов – тонкие пластинки электролитической меди, а электролитом служит раствор сернокислой меди, подкисленной серной кислотой. При пропускании постоянного тока, анод растворяется, медь переходит в раствор и на катоде разряжаются ионы меди, осаждаясь на нем в виде прочных тонких слоев. Катоды выгружают через 5-12 дней в виде пластин, толщиной 8-10мм и размером 0.7м на 1м. Благородные металлы в процессе электролиза не участвуют и оседают на дне ванны в виде шлама. Периодически извлекаются оттуда и подвергаются соответствующей обработке(переработке).

Металлургия Mg

t_плMg=651 С;t_кип=1107С;плотность=1,738г/см³. В земной коре Мg содержится 2,1%.

Mg используется в самолетостроении, машиностроении, приборостроении. Mg в виде сплавов с Al, Mn и Zn используется для изготовления авиационных и автомобильных двигателей, а также корпусов приборов авиационного назначения. Магниевые сплавы обладают хорошими литейными св-вами, что позволяет получать из них сложные отливки. В природе Mg существует в виде следующих соединений:MgCO₃-магнезит;CaCO₃*MgCO₃-доломит;MgCl₂*6H₂O-бишофит;KCl*6H₂O*MgCl₂-корнолит.Наиболее распространенным способом получения Mg явл. его электролиз из расплава солей. Осн. компонентом электролита явл. хлористый Mg(MgCl₂), который получают после обезвоживания корнолита и бишофита или хлорированием оксида Mg(MgO).Для снижения t_пл электролита и повышения его электропроводности в электролите желательно присутствие хлоридов Na,Ca,K (NaCl, KCl, CaCl₂).Наибольшее распространение получил 4-х компонентный электролит, содержащий(10%MgCl₂+45%CaCl₂+30%NaCl+15%KCl). Могут использоваться добавки NaF,CaF₂ для регулирования электропроводности электролита. Для получения MgCl₂ осуществляют хлорирование оксида Mg при темп.=500-700С:

MgO+Cl→MgCl₂+ O₂-Q.Процесс облегчается в присутствии С. В этом случае MgO+Cl+C→MgCl₂+CO-Q₁ или

MgO+Cl₂+CO→MgCl₂+CO₂+Q₂. Оксид Mg хлорируют в шахтных электрич. печах, в которых тепло развивается в шихте из угольных брикетов, a Cl подается на раскаленные угольные брикеты. Хлористый Mg скапливается на падине печи и удаляется через лётку.

1- лёдка для выпуска MgCl₂                                                                                          2 -угальные электроды                                                       3- рабочее окно                                                                     4 – воронка для подачи MgO                                                                             5 – отвод отходящих газов                                                    6 – огнеупорная футеровка                                                  7 – фурма для подачи Cl₂                                                                                  8 – шихта                                                                                 9- угальные брикеты

 

 

 

Рис. 2 – электролитическая ячейка                                                                                                                  для получения Mg    

 

1 –угальный анод 

2 - катоды

3 –разделительная диафрагма

 

Электролитическое получение Mg осуществляют в электролизёрах при темп. 670-720С. Анодами служат графитовые пластины, а катодами стальные пластины. Плотность Mg<плотности эл-та, поэтому он всплывает на пов-сть около катода. На аноде выделяется газообразный хлор, который также всплывает. Чтобы исключить короткое замыкания катода и анода за счет взаимодействия Cl и Mg над анодом устанавливается разделительная диафрагма. В процессе электролиза расходуется хлористый Mg, который восполняют вводя свежие хлористые соли. С пов-ти катодного пространства Mg удаляют не реже одного раза в сутки с использованием вакуумных ковшей с электрическими нагревателями. Извлеченный Mg рафинируют при переплаве с флюсами и разливают в чушки. Основные марки Mg:

Мг 96=99,96%Mg;

Мг 95=99,95%Mg;

Мг 90=99,90%Mg.

 

Металлургия Ti

Ti отличается высокой механической прочностью, корозионной стойкостью, жаропрочностью и малой плотностью 4.51г/см^2. Темп. плавления = 1660 С.

Используется в самолетостроении и химической промышленности. Наиболее распространенным сырьём для получения Ti является ильменитовый концентрат, который выделяется при обогощении титано-магнетитовых железных руд, содержащих 40-50% TiO2, около 30% FeO, примерно 20% Fe2O3 и 5-7% пустой породы.Ильменитовый концентрат используют для выплавки ферротитана, титаносодержащего чугуна и шлака, содержащего 70-80% TiO2.

Такой шлак измельчают, смешивают с углём и каменно-угольным песком, а затем брикетируют при нагреве до 800 С без доступа воздуха. Упрочненные обжигом брикеты подвергают хлорированию в специальных печах, при этом получается TiO2+Cl2+C ->TiCl4+CO2+Q1, или TiO2+Cl -> TiCl4+CO+Q2

Тетрохлорид титана получают в виде паров, которые содержат также SiCl4 FeCl3 и VCl4. Общее количество других хлоридов не превышает 2,5%. Использую разную температуру кипения хлоридов, методом ректификации получают очищенный TiCl4, далее проводят восстановление Ti магнием из TiCl4 по следующей реакции: TiCl4(г)+Mg(ж) ->Ti(губчатый)+MgCl2(ж)+Q. Данная реакция проводится в специальных реакторах на подину которых укладывается чушковый Mg и после откачки из реактора воздуха, он заполняется аргоном и сверху падают TiCl4 с такой скоростью, чтобы температура в реакторе составляла 950-100 С, при этом TiCl4 испаряется и взаимодействует с Mg, а твердые частицы восстановленного Ti спекаются в пористую массу - губку, а жидкий MgCl2 выпускают через лёдку. Длительность цикла 30-50 часов и за один цикл получают 1-4тонны титановой губки. Остаток MgCl2 удаляют из титановой губки дестиляцией в вакууме и очищенную титановую губку переплавляют на компактный Ti в вакуумных электродуговых печах с медными водоохлаждающими тиглями. Процесс переплава состоит из двух стадий: на первой стадии электрическая дуга горит между угольным электродом и медным тиглем и в эту дугу подаётся титановая губка, которая плавится и за счёт высокой скорости охлаждения в медном тигле формируется компактный слиток Ti, частично загрязненный карбидами. на второй стадии переплава титановый слиток с карбидными включениями используют в качестве верхнего расходуемого электрода и в этом случае в медном тигле формируется титановый слиток с чистотой 99.6-99.7%. Для получения более высоких марок Ti используют иодный способ рафинирования.