Полезные ископаемые

При температурах красного каления (~ 800°С) медь окисляется, образуя СuО, а при более высоких температурах — Си2О. При нагреве СuО разлагается по реакции 4СиО →2Си2О + 02. Оба оксида меди легко восстанавливаются при температурах около 450°С и малой концентрации восстановителя.

С серой медь образует два сульфида: сернистую (СиS) и полусернистую (Си2S) медь. Сернистая медь выше 400—450°С разлагается по реакции 4СuS→2Си2S + S2 .

Медь и ее сульфид Си2S являются хорошими коллекторами (растворителями) золота и серебра, что делает возможным их высокое попутное извлечение при производстве меди.

Кроме благородных металлов, медь способна сплавляться со многими другими металлами, образуя многочисленные сплавы. Наиболее известными сплавами на медной основе являются: бронзы, латуни, мельхиор, нейзильбер и константан.

Перечисленные характерные свойства меди обусловливают многочисленные области ее применения. Основными потребителями меди и ее соединений являются:

1) электротехника и электроника (провода, кабели, обмотки электродвигателей, токопроводящие шины, детали радиоэлектронных приборов, фольга для печатных схем и др.);

2)    машиностроение    (теплообменники,   опреснительные   установки   и   др.);

3) транспорт (детали и  узлы железнодорожных вагонов, автомобилей, самолетов, морских и речных судов, тракторов и др.) ;

4) строительные  материалы (кровельные листы, детали  декоративных архитектурных украшений);

5) химическая промышленность (производство солей, красок, катализаторов) ;

6) изделия и приборы  бытового назначения (детали часов, посуда, скобяные изделия, детали холодильников, стиральных машин и бытовых электроприборов, декоративные изделия и украшения и др.);

7) сельское хозяйство  (ядохимикаты).

Соотношение между количествами потребляемой меди отдельными областями техники зависит от уровня социально-экономического развития отдельных стран.

Источниками получения меди являются руды, продукты их обогащения — концентраты — и вторичное сырье. На долю вторичного сырья в настоящее время приходится около 40 % от общего выпуска меди.

Медные руды практически полностью относятся к полиметаллическим. Возможными природными спутниками меди, как и других тяжелых цветных металлов, являются элементы 4—6-го длинных периодов периодической системы Д.И.Менделеева.

Ценными спутниками меди в рудном сырье в'различных комбинациях могут быть около 30 элементов. Важнейшие из них: цинк, свинец, селен, теллур, кадмий, никель, кобальт, золото, серебро, сера, германий, рений, таллий, индий, молибден, железо. В тех случаях, когда медьсодержащие руды содержат заметные количества других металлов-спутников, соизмеримые с содержанием меди, их называют медно-никелевыми, медно-цинковыми, медно-свинцово-цинковыми и т.д.

В медном производстве используют все типы руд: сульфидные (сплошные и вкрапленные), окисленные, смешанные и самородные. Однако основным медным сырьем являются сульфидные вкрапленники, запасы которых в недрах являются наибольшими. Из сульфидных руд в настоящее время получают 85 — 90% всей первичной меди.

Известно более 250 медных минералов. Большинство из них встречается редко. Наибольшее промышленное значение для производства меди имеет небольшая группа минералов, состав которых приведен ниже:

Минерал                                                    Содержание Сu, % 
Халькопирит СuFеS2, .............................. 34,5

Ковеллин СuS  ...................................   ……66,4

Халькозин Сu2S ........................................    79,8

Борнит Сu5 FеS….........................................  63,3

Малахит СuС03∙Сu(ОН)2 ...............................    57,4

 

     Азурит СиСО3∙2Си(ОН)2 ...............................   55,1

 

     Куприт СиО...........................................      88,8

Хризоколла СuSiO3∙2Н2О ...........................      36,2

Самородная медь Си, Аи, Аg, Fе, Вi и др.. .........    До 100

В  современной   практике обычно разрабатывают руды  с содержанием 0,8-1,5% Си, а иногда и  выше. Однако для крупных месторождений   вкрапленных   руд   минимальное  содержание меди,  пригодное для разработки в современных условиях, составляет 0,4-0,5 %. Наряду с медными минералами в рудах находятся в больших или меньших  количествах  сульфиды   других  тяжелых цветных  металлов (цинка, свинца, никеля) и железа. Железо может присутствовать как в форме   самостоятельных,   так   и   в   виде   комплексных   сульфидов типа   халькопирита  и  борнита.   Основными   природными  сульфидами железа являются пирит FeS2 и пирротин Fе1-x5 (часто Fе7S8).

Халькопирит, ковеллин, борнит и пирит относятся к так называемым высшим сульфидам. Они содержат избыток серы сверх стехиометрического содержания, соответствующего валентным соотношениям. При нагреве высшие сульфидыдиссоциируют с образованием низших (Си2S и FеS) и выделением паров элементарной серы.

 

 Кроме рудных минералов, в медных рудах содержится пустая порода в виде кремнезема, глинозема, кальцита, различных силикатов и др.

Вследствие низкого содержания меди и комплексного характера руд в большинстве случаев непосредственная металлургическая переработка их невыгодна, поэтому их обычно предварительно подвергают флотационному обогащению.

При обогащении медных руд основным продуктом являются медные концентраты, содержащие до 55 % Сu (чаще 10 - 30 %). Извлечение меди в концентраты при флотации колеблется от 80 до 95 %. Кроме медных, при обогащении руд получают пиритные концентраты и иногда концентраты ряда других цветных металлов (цинковый, молибденовый и т.д.).

Флотационные концентраты представляют собой тонкие порошки крупностью менее 74 мкм с влажностью 8-10 %.

Медная промышленность является одной из ведущих подотраслей цветной металлургии России. Выпуск меди в нашей стране постоянно растет, а технология ее получения непрерывно совершенствуется.

Высокими темпами развивается медная промышленность за рубежом. Крупнейшим производителем меди среди капиталистических и развивающихся стран являются США. Быстро развивается производство меди в Японии, импортирующей почти все сырье из стран Азии, Океании и Австралии. В больших количествах производят медь в Чили, Замбии, Канаде и ФРГ.

Для переработки медьсодержащего сырья применяют как пиро-, так и гидрометаллургические процессы. В общем объеме производства меди на долю пирометаллургических способов приходится около 85 % мирового выпуска этого металла. Гидрометаллургическим методом медь получают лишь в очень небольших масштабах.

Пирометаллургическая технология предусматривает переработку исходного сырья (руды или концентрата) на черновую медь с последующим ее обязательным рафинированием. Если принять во внимание, что основная масса медной руды или концентрата состоит из сульфидов меди и железа, а также минералов пустой породы, то конечная цель пирометаллургии меди - получение черновой меди -достигается за счет практически полного удаления пустой породы, железа и серы.

Получение черновой  меди в промышленных условиях может быть осуществлено  несколькими   путями.   На  схеме,  приведенной на рисунке, видно, что удаление железа и серы окислением можно производить в три (обжиг, плавка, конвертирование) две (плавка, конвертирование) или одну стадию (плавка на черновую медь). Наиболее распространенная до настоящего времени технология получения меди предусматривает обязательное использование следующих металлургических процессов: плавки на штейн, конвертирования медного штейна, огневого и электролитического рафинирования меди. В некоторых случаях перед плавкой проводят окислительный обжиг сульфидного сырья.

Плавку на штейн можно проводить в восстановительной, нейтральной или окислительной атмосфере. В первых двух случаях степень десульфуризации1 регулировать невозможно, и содержание меди в штейнах при этом будет незначительно отличаться от ее содержания в исходной шихте. В условиях окислительной плавки можно получать штейны любого заданного состава. Это достигается путем окисления главным образом сульфидов железа с последующим ошлакованием его оксидов.

Увеличение любым путем степени десульфуризации всегда приводит к обогащению штейна основным металлом, а следовательно, уменьшению его количества.

Существует много разновидностей плавки медных руд и концентратов, отличающихся технологическими особенностями и аппаратурным оформлением. Наиболее распространенным в настоящее время в медном производстве методом плавки на штейн является плавка в отражательных печах. Близким аналогом отражательной плавки является плавка в электрических (руднотермических) печах. До настоящего времени сохранил свое практическое значение самый старый способ извлечения меди из руд — плавка в шахтных печах.

Перечисленные способы плавки на штейн, несмотря на широкое распространение, не удовлетворяют требованиям современности и требуют замены. Основным направлением развития технологии переработки сульфидного сырья является разработка новых, более современных и более экономичных технологических схем, построенных на базе автогенных процессов.

Внедрение автогенных процессов в практику металлургии тяжелых цветных металлов, включая получение меди, позволяет упростить технологию за счет совмещения процессов обжига, плавки на штейн и частично или полностью процесса конвертирования в одном технологическом цикле. Это дает возможность повысить комплексность использования сырья, полностью исключить или резко сократить расход топлива, улучшить многие технико-экономические показатели и предотвратить загрязнение окружающей среды вредными веществами

5.2. Медь и сплавы на ее основе

 

 

Техническая медь (Сu) обладает высокими технологическими свойствами: электропроводностью, теплопроводностью, коррозионной стойкостью.

Основные свойства чистой Сu следующие: плотность – 8,9 г/см3, температура плавления –1830 °С, электропроводность–0,65 (мком ּм)-1 .

Прочность  Сu   невелика,  но  она  имеет  высокую  пластичность

σв = (20 – 25) кгс/мм2, относительное удлинение δ = (30 – 35) % (после прокатки и отжига). Сu легко деформируется в холодном и горячем состоянии. Прочность Сu в результате холодной деформации возрастает до 20 кгс/мм2, при этом пластичность снижается до (1 – 3) %.

Присутствие в меди примесей оказывает большое влияние на её свойства. По характеру взаимодействия примесей сСu их можно разделить на следующие группы:

1) примеси образующие  с медью твёрдые растворы – Ni, Cr, Sb, Sn, Al, Fe, P, As. Эти примеси улучшают механические свойства меди, но резко снижают, особенно сурьма (Sb) и мышьяк (As), её электро- и теплопроводность. Поэтому для проводников тока применяют медь марок  М0 и М1, содержащих не более 0,002 % Sb и 0,002 % As. Сурьма, кроме того, затрудняет горячую обработку давлением;

В зависимости от химического состава различают десять марок Сu, которые приведены в таблице 15

 

 

Таблица 15. Марки и химический состав технической меди (ГОСТ 859 - 78)

 

 

Марка	Си, % не менее	Примеси (Bi,Pb,O2, Fe, P,S), %	Марка	Си, % не менее	Примеси (Bi,Pb,O2,Fe, P,S), %
М 00	99,99	0,01	М 2	99,70	0,3
М 0	99,95	0,05	М 2р	99,70	0,3
М 06	99,97	0,03	М 3	99,50	0,5
M l	99,90	0,10	М Зр	99,50	0,5
M lp	99,90	0,10	М 4	99,00	1,0