1. Что такое “плавка на штейн”. При получении каких металлов используется.

2. Физические свойства и области использования меди.

3. Способы рафинирования меди.

4. Чем обусловлена необходимость рафинирования металлов.

5. Что такое “шламы”. Как они используются.

6. Какие минералы и ценные элементы содержат медные и никелевые руды.

Металлургия меди

Медь — элемент побочной подгруппы первой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 29. Обозначается символом Cu (лат. Cuprum). Простое вещество медь — это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). C давних пор широко применяется человеком.

Медь очень хорошо проводит электричество и тепло. Удельное сопротивление меди равно 0,018 Ом · мм²/м, а теплопроводность при 20 °С составляет 385 Вт/(м · К). По электропроводности медь лишь немного уступает серебру. Ее электропроводность в 1,7 раза выше, чем у алюминия, и примерно в 6 раз выше, чем у платины и железа. Медь обладает ценными механическими свойствами— ковкостью и тягучестью.

Плотность (при н. у.) 8,92 г/см³

Температура плавления 1356,55 K

Для получения меди применяют медные руды, а также отходы меди и ее сплавов. В рудах содержится 1—6% меди. В рудах медь обычно находится в виде сернистых соединений (медный колчедан или халькопирит CuFeS₂, халькозин Cu₂S, ковелин CuS), окислов (куприт Cu₂O, тенорит CuO) или гидрокарбонатов (малахит Cu₂CO₃(OH)₂, азурит Cu₃(CO₃)₂(OH)₂). Руды разделяют на сульфидные, окисленные и смешанные. Медные руды содержат ценные элементы Zn, Pb, Ni, Cd, Mo, Co, S, Te, Ag, Au. Схема переработки меди связана с их извлечением.

Из руд медь извлекают двумя способами: пирометаллургическим и гидрометаллургическим. Гидрометаллургический способ не нашел широкого применения. Его используют при переработке бедных окисленных и самородных руд. Этот способ в отличие от пирометаллургического не позволяет извлекать попутно с медью драгоценные металлы. Большую часть меди (85—90%) производят пирометаллургический способом из сульфидных руд.

Пирометаллургический способ

Пирометаллургический способ производства меди является многостадийным. Основные стадии этого производства: подготовка руд (обогащение и иногда дополнительно обжиг), плавка на штейн (выплавка медного штейна), конвертирование штейна с получением черновой меди, рафинирование черновой меди (сначала огневое, а затем электролитическое).

1. Подготовка медных руд к плавке

Сульфидные медные руды обогащают преимущественно методом пенной флотации. Предварительно руду измельчают до частиц крупностью 0,1—0,5 мм. После флотации получают медный концентрат, содержащий 8—35 % Сu, 40—50 % S, 30—35 % Fe и пустую породу, главными составляющими которой являются SiO₂, Al₂O₃ и СаО.

Большую часть концентратов (богатые концентраты, содержащие 25—35 % Сu) переплавляют на штейн без обжига, а незначительную часть (бедные концентраты, содержащие 10—25 % Сu) предварительно подвергают обжигу. Основная цель обжига — частичное окисление содержащихся в концентрате серы и железа с тем, чтобы в последующем обеспечивалось получение штейна с достаточно высоким (~ 25—30 %) содержанием меди.

2. Плавка на штейн

Штейн — смесь сульфидов железа, никеля, меди, кобальта и других элементов. Штейн — промежуточный продукт при получении некоторых цветных металлов (Cu, Ni, Pb и др.) из их сульфидных руд. Штейн — сплав сульфида железа FeS с сульфидом получаемого металла (напр., Cu₂S).

Медный штейн состоит в основном из сульфидов меди и железа и других сульфидов, а также оксидов железа, кремния, алюминия и кальция. Плавку на штейн или выплавку штейна осуществляют для того, чтобы путем расплавления шихты получить два жидких продукта - штейн и шлак и тем самым отделить медь, переходящую в штейн от оксидов шихты, которые образуют шлак.

Выплавку штейна производят несколькими способами: в отражательных, шахтных и электродуговых печах и автогенными процессами. Основным способом является переплавка в электродуговых печах (исходные материалы: медный концентрат, кокс, CaCO₃, SiO₂). При этом в штейн переходят Ag, Au, Se, Te.

Штейн содержит 80-90% Cu₂S + FeS, где 15-55 % Cu, 15-50% Fe, 20-30% S, 0,5-1,5 % SiO₂, 0,5 -3,0% Al2O3, CaO, MgO, ≈ 2% Zn, Au, Ag. Извлечение меди и благородных металлов в штейн достигает 96-99,5 %.