Металлургия меди

Введение

Медь, никель и кобальт условно относятся к тяжёлым цветным металлам. Их исходным сырьём являются сульфидные медные и медно - никелевые руды и окисленные никелевые руды. Переработка таких руд осуществляется как пирометаллургическими, так и гидрометаллургическими методами. Переработка сульфидных медных и медно - никелевых руд включает их предварительную подготовку к металлургическому переделу, включая обогащение, грануляцию или агломерацию. Окисленные никелевые руды плохо подвержены процессу обогащения, поэтому их подготовка к металлургической переработке включает, в основном, их окускование, которое осуществляется также путём грануляции или агломерации. Подготовленные соответствующим способом руды подвергаются плавке в металлургических агрегатах на штейн, последующая переработка которого через ряд технологических операций позволяет получить черновые металлы. Получение относительно чистых меди и никеля осуществляется с помощью электролитического рафинирования этих металлов. Развитием пирометаллургических способов переработки сульфидных медь- и никельсодержащих материалов является широкое внедрение в производство меди и никеля автогенных процессов, которые не только, позволяют сэкономить значительное количество дорогостоящего топлива, но и дают возможность наиболее комплексной переработки рудного сырья.

В производстве никеля существенное развитие получили гидрометаллургические способы переработки, которые выгодно отличаются от пирометаллургических способов высоким извлечением ценных компонентов, возможностью широкого внедрения контроля и автоматизации, безопасностью труда и экологии. Наиболее широкое распространение в гидрометаллургической переработке никельсодержащих материалов получили автоклавные методы.

В металлургии кобальта получили распространение следующие основные процессы: обеднение конверторных шлаков, автоклавное аммиачное и сернокислотное выщелачивание.

1. Минералы и руды меди

Известно более 250 минералов, которые содержат медь. Промышленное значение представляют собой следующие минералы:

МинералыФормулаСодержание меди, %Уд.вес, г/cм3АтакамитCuCl2·3Cu(OH)259,433,76БорнитCu5FeS463,34,9 - 5,2Блеклые руды3(СuAg2FeZnHg) (Sb9AsZn)2H2CuSiO222,574,4 -5,1Медный блеск (халькозин)Cu2S79,92 - 2,2КовеллинCuS66,45,5 -5,8ХалькопиритCuFeS234,54,6МалахитCuCO3·Cu(OH)257,43,7 - 4,1КупритCu2O88,85,7 - 6,0ТеноритCuO79,96,0ХризоколаCuSiO2·2H2O36,22 -2,2ЭнаргитCu3AsS448,34,4 - 4,5АзуритCu(CO3)?2Cu(OH)255,23,7 - 3,9Самородная медьСuдо 1008,94

По характеру соединений меди в минералах медные руды разделяются на три основные группы: сульфидные, окисленные и самородные.

В природных месторождениях медь в основном представлена сульфидными рудами. Медь в них представлена халькопиритом и борнитом.

Окисленные руды по распространению в земной коре занимают второе место после сульфидных руд. В них медь представлена купритом, азуритом и малахитом

Месторождения самородной меди в природе встречаются довольно редко и в настоящее время не представляют промышленного интереса.

Различают следующие типы промышленных месторождений: медистые песчаники и доломиты (пластовые месторождения), медно - порфировые руды (прожилково- вкрапленные), колчеданные, медно- никелевые, кварцево - медные жилы, скарновые (контактово - месоматические), самородной меди и медно - титано - ванадиевые месторождения.

Примерный состав основных типов медных руд представлен в таблице 1.1

Таблица 1.1- Химический состав медных руд

РудыСодержание компонентов в руде, %CuFeSSiO2Al2O3ZnPbПорфировые Колчеданные Полиметаллические Медистые песчаники0,9 - 1,5 2-3 1,5-5 1,9-71 - 3 38-42 15-30 1-21-2 36-44 20-32 0,2-0,550- 80 5-10 12-30 67-755- 15 1-2 2-3 12-18- - 5-8 -- - 3-7 -

Экономически целесообразна промышленная переработка руд, содержащих не менее 0,5%Cu. Руды, содержащие менее 0,5%Cu промышленной переработке, как правило, не подлежат.

Наиболее крупные месторождения медных руд в мире: Верхняя Катанга, Северная Родезия (Африка), местрождения Браден, Чумикакта (Чили), месторождение Бингхем, Сантта Рита, Рей (США, штаты Юта, Нью - Мексико, Аризона,), месторождение Рио - Тинто (Испания), месторожление Оуткумпо (Финляндия), Садонское месторождение (Алания, Россия), Прегорья Урала (Россия), Каджаранское месторождение (Армения).

Казахстан также располагает крупными месторождениями медных руд. Главнейшее из них Джезказганское месторождение представляет собой медистые песчаники. Основные минералы - халькопирит, борнит, халькозин.

Вторым важнейшим типом медных месторождений Казахстана является Коунрадское месторождение, представляющее собой медно - порфировые руды. Основные рудные минералы - пирит, халькопирит, халькозин, второстепенныне- борнит, ковеллин.

Крупными месторождениями меди располагает Восточный Казахстан, которые представлены колчеданным типом руд. Основные минералы - пирит, халькопирит, второстепенные - пирротин, халькозин, борнит.

Переработка медных руд и концентратов осуществляется на заводах в городах Жезказган и Балхаш, которые относятся к корпорации «Казахмыс».

Принципиальная технологическая схема переработки сульфидных медных руд приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1- Принципиальная технологическая схема переработки сульфидных медных руд.

Она включает основные технологические операции: обогащение медных руд, обжиг медных концентратов, плавка на штейн, конвертирование медных штейнов, огневое рафинирование меди и электролитическое рафинирование меди. Электролитически рафинированная медь направляется в большей части потребителю, коим является, в основном, электротехническая промышленность. Часть меди подвергается плавке на вайербарсы, которые направляются на изготовление специальных медных изделий.

Плавке на штейн могут подвергаться непосредственно медная руда (III), медный концентрат (II) или обожженный концентрат (I). В некоторых технологических процессах возможно получение черновой меди непосредственно из медной руды (V) или медного концентрата (IV). Черновая медь, получаемая различными способами, обязательно подвергается огневому и электролитическому рафинированию. Образующиеся в процессе электролитического рафинирования шламы содержат благородные и рассеянные металлы. Они направляются на соответствующую переработку, с целью извлечения этих металлов.