МЕДНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Содержание статьи

• Медные руды.
• Металлургия.
• Обогащение.
• Плавление.
• Выщелачивание.
• Рафинирование.
• Применение.

МЕДНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Медь была одним из первых металлов, которыми научился пользоваться человек, и наиболее широко применявшимся металлом от начала письменной истории до периода Средних веков, когда были разработаны промышленные способы получения железа, а потом и стали. В наши дни, несмотря на наличие множества металлов, сплавов и других материалов, медь сохраняет свое значение.

Медные руды.

Многочисленные месторождения меди находятся на западе и юго-западе США, а также в шт. Мичиган и Теннесси. Значительны запасы медных руд в Чили, России (Урал), Казахстане (Джезказган), Канаде, Замбии и Заире, месторождения имеются также в Польше, Перу, на Филиппинах, в Австралии, в КНР, Мексике и ряде других стран.

Главным источником для получения меди служат сульфидные руды, содержащие чаще всего халькопирит CuFeS₂, называемый медным колчеданом (35% меди), или другие сернистые минералы меди, например халькозин Cu₂S (70% меди). Однако медные минералы сопровождаются большим количеством пустой породы – вскрыши и породных примесей. Поэтому перед плавкой руду подвергают обогащению.

Металлургия.

Почти вся медь вырабатывается из сульфидных руд. В процессе обогащения руды флотацией получают концентрат, содержащий до 35% меди, и плавят его на штейн. Штейн – это смесь сульфидов меди и железа, содержащая до 60% меди. Окислением штейна получают черновую медь (содержащую до 98% меди), которую рафинируют до металла высокой чистоты, поступающего на рынок.

Обогащение.

Обогащение низкокачественных (бедных) руд производится методом пенной флотации. Размельченную руду смешивают с водой, небольшим количеством масла, поверхностно-активным веществом, пенообразователем, и смесь перемешивают в баке флотационной машины. Частицы сульфида собираются на поверхности и уносятся пеной, а порода, не содержащая меди, оседает на дно.

Плавление.

Концентрат, к которому добавлен песок или карбонат кальция, нагревают до расплавления. При этом часть железа удаляется в виде силиката железа, а сера частично окисляется в оксид серы. Медный расплавленный штейн собирается на поду печи; его заливают в бочкообразный цилиндрический конвертер с боковым рядом фурм и продувают воздухом. По завершении процесса металлическая медь, образовавшаяся в результате окисления серы (Cu₂S + O₂® 2Cu + SO₂), разливается по изложницам. При охлаждении этой черновой меди (с концентрацией Cu ~98%) из нее выделяется растворенный диоксид серы, поэтому ее поверхность имеет пузырчатый вид. Диоксид серы, выделяющийся в процессе плавки и конвертерной переработки, улавливается, и из него получают серную кислоту, которую либо продают, либо используют для выщелачивания оксидных руд из породных отвалов.

Выщелачивание.

Это другой, гидрометаллургический метод переработки некоторых медных руд. Выщелачиванием серной кислотой из размолотой оксидной руды получают раствор сульфата меди. (Ранее выщелачивание производилось в больших резервуарах, но в наше время оно осуществляется по большей части на месте, непосредственно в породных отвалах или в массе размолотой руды.) Раствор очищают методом экстракции растворителем, а затем подвергают электролизу, что дает на катоде медь высокой чистоты. Иногда руду выщелачивают с применением бактерий, которые способствуют необходимому окислению с переводом меди в кислые растворы. Шахтные воды, откачиваемые из меднорудных шахт, часто содержат большие количества меди в форме растворенных соединений. Для улавливания этой меди шахтные воды используют в процессе выщелачивания.

Рафинирование.

Почти вся черновая медь рафинируется последовательно двумя методами – огневым (пирометаллургическим) и электролитическим. Огневым рафинированием в отражательных печах из черновой меди удаляют примеси Fe, Zn, Co, Ni и серу в виде оксидов, а затем растворенные газы, после чего медь раскисляют. Ранее для удаления растворенных газов из меди и восстановления Cu₂O в металл ванны погружали сырые деревянные жерди, древесина которых выделяет газообразные углеводороды, бурно перемешивающие расплав. Теперь сырую древесину заменяют природным газом, паромазутной смесью, углеводородными побочными продуктами других производств. После огневого рафинирования медь подают на разливочные машины для отливки анодов – квадратных плит с ушками для подвешивания в электролизере. Аноды помещают в ванны с подкисленным раствором сульфата меди. Катодом служит тонкий лист из чистой меди. В процессе электролиза медь и другие основные металлы (железо, цинк, свинец и никель) растворяются, оставляя на аноде шлам серебра, золота и платины. Разность электропотенциалов меди и других основных примесных металлов достаточно велика для того, чтобы медь в кислом растворе избирательно осаждалась на катоде с чистотой около 99,9%.

Применение.

У меди уникальное сочетание свойств, обеспечившее ей широкое применение, – высокие электро- и теплопроводность, хорошая коррозионная стойкость, высокая пластичность и привлекательный естественный цвет. Более 70% всей потребляемой меди идет на электротехнические изделия, 15% – на элементы строительных конструкций, 5% – на детали машин и механизмов, 4% – на транспортные конструкции и 4% – на другие виды изделий, в том числе на изготовление артиллерийского оружия. Строительная промышленность потребляет около 40% всей производимой меди, электротехника и электроника около 26%, общее машиностроение – около 14%, транспортное машиностроение – около 11%, промышленность товаров широкого потребления – остальные 9%. Кабели, электротехнические шины, трансформаторные обмотки и другие электротехнические изделия изготавливаются из разных сортов меди. В тех случаях, когда требуется максимальная электропроводность, применяется «бескислородная медь с высокой электропроводностью», в других же случаях пригодна «технически чистая» медь, содержащая 0,02–0,04% кислорода. Небольшая добавка мышьяка повышает прочность красной меди (продукта огневого рафинирования), но такая медь, содержащая кислород, с трудом поддается сварке. Медь с пониженным содержанием кислорода обладает хорошими литьевыми свойствами и применяется для изготовления химико-технологического оборудования, медных труб, автомобильных радиаторов, судовых конденсаторов, бытовых водопроводных труб, кровельного материала и других технических изделий.

Медные сплавы – это группа распространенных сплавов, свойства которых изменяются в широких пределах. Некоторые сплавы меди, содержащие кадмий, хром, серебро или теллур, обладают высокой прочностью при высокой технологичности и хорошей электропроводности. Наиболее известными и широко применяемыми сплавами меди являются латуни (сплавы с цинком) и бронзы (сплавы с оловом).