Лекция 7 Огневое рафинирование черновой меди

Цель огневого рафинирования: перевести в шлак примеси, имеющие большее сродство к кислороду, чем медь.

Огневое рафинирование проводят при температуре 1130-1150 ⁰С в отражательных печах. Длительность - несколько суток.

Этапы рафинирования:

а) расплавление меди;

б) окисление примесей;

в) удаление растворенных газов;

г) раскисление меди;

д) разливка.

Окисление примесей

Основная реакция этой стадии:

4Cu + O₂  2 Cu₂O

Эта реакция идет вследствие преобладающей массы меди. Затем идет реакция взаимодействия оксида меди с примесями:

Cu₂O + Me  MeO + 2 Cu

В результате окисления образуется шлак (2-3% от массы меди, подвергающейся рафинированию), который содержит до 50% Cu, 5-40% SiO₂, 5-10% оксидов металлов. Этот шлак возвращают на конвертирование.

Удаление растворенных газов

После удаления шлака в ванну опускают сырое дерево. При этом происходит бурное выделение паров воды, что способствует перемешиванию меди, завершению окисления серы, удалению SO₂ и др. газов. Также для удаления газов можно использовать природный газ.

Раскисление. Основная задача раскисления - понижение содержания оксида меди.

При проведении раскисления ванну покрывают слоем угля, продувают природным газом, а если использовали жерди, то их погружают глубже и на более длительное время.

При продувке природным газом идет реакция:

4Cu₂O + CH₄  CO₂ + 2H₂O + 8Cu

Если используется уголь или жерди, то идет следующая реакция:

2Cu₂O + C  CO₂ + 4Cu

Coдержание Cu₂O понижается с 10-12% до 0,3-0,5% . Содержание меди после огневого рафинирования составляет 99-99,5%.

Электролитическое рафинирование меди

Электролиз ведут в ваннах ящичного типа, футерованных свинцом. Размеры ванны:

Длина -5,5 м, высота - 1 м, ширина – 1,2 м

В качестве анодов используется медь после огневого рафинирования, в качестве катодов - тонкие листы электролитической меди.

В качестве электролита используют раствор сульфата меди с концентрацией 30 -40 г/л, подкисленный серной кислотой . Температура процесса 55-70 ⁰С. В процессе электролитического рафинирования на электродах идут следующие реакции:

А: Cu⁰ – 2e Cu²⁺

К: Cu²⁺ + 2e  Cu⁰

В процессе электролиза присутствующие в анодной меди растворимые примеси переходят в электролит, благородные металлы и нерастворимые химические соединения концентрируются в шламе, который выгружают через 5 – 12 дней и направляют на извлечение благородных металлов.

Содержание меди после электролитического рафинирования составляет 99,9 %.

Накапливающиеся в электролите примеси ухудшают процесс электролиза и качество катодной меди, поэтому электролит приходится периодически менять.

Способы регенерации электролита

Электролиз с нерастворимым анодом

При использовании этого метода раствор отработанного электролита подвергают электролизу с нерастворимым анодом. При этом на электродах идут следующие реакции:

К: Cu²⁺ + 2e  Cu⁰

A : 2H₂O – 4e  O₂ +4H⁺

При использовании этого метода достигается только эффективное извлечение меди из электролита, причем качество ее тем хуже, чем выше содержание примесей в отработанном электролите. Расход электроэнергии в несколько раз больше, чем при электролитическом рафинировании.

Переработка отработанного электролита на купорос

При использовании этого метода расплавленную черновую медь с добавками серы выливают тонкой струей в большую емкость с водой, чтобы получить гранулы с развитой поверхностью, которые загружают в вертикальную цилиндрическую башню. Туда же подают раствор отработанного электролита, нагретый до 80 – 95 ⁰С, и обеспечивают циркуляцию этого раствора. В башне идет следующая реакция:

2Cu + 2H₂SO₄ + O₂  2CuSO₄ + 2H₂O

Процесс ведут до тех пор пока рН не достигнет 4,5-5,5. При этом образуются основные соли сурьмы, мышьяка и железа в нерастворимом состоянии. Их отделяют от раствора фильтрованием и направляют на переработку. При этом удаляется до 95 % мышьяка и сурьмы. Продолжительность нейтрализации до 24 часов.

После осветления раствор подвергают упариванию до плотности 1,45 – 1,48 г/см³ , затем направляют на кристаллизацию, в процессе которой образуются кристаллы CuSO₄ּ5H₂O. Полученную пульпу направляют на центрифугу, отфугованные кристаллы сушат и получают медный купорос первого сорта. Маточный раствор вновь подвергают упариванию, центрифугированию, сушке и получают купорос, но уже второго сорта. Затем раствор направляют на электролиз, где выделяют медь до ее остаточного содержания 0,5-1 г/л и после этого раствор опять упаривают и получают грязный никелевый купорос.

Лекция 8. Производство алюминия

Алюминий и его сплавы применяются в авиации, наземном транспорте, пищевой промышленности. По общему производству алюминий занимает второе место в мире после железа.

Электролитический метод получения алюминия

В настоящее время электролитический метод – это основной метод получения алюминия. При получении алюминия электролиз ведут не из раствора, а из расплава, так как алюминий находится в ряду активности значительно раньше водорода, следовательно при электролизе растворов солей алюминия на катоде будет восстанавливаться не алюминий, а водород.

Сырьем для производства алюминия служат алюминиевые руды, плавиковый шпат, известняк и сода.

Алюминиевые руды: бокситы, апатиты, нефелины, каолины. Наиболее часто используются бокситы. Они содержат более 40 химических элементов, основные компоненты бокситов:

Al₂O₃ – 28-70 % , SiO₂ – 0,5-20% , Fe₂O₃ – 2-50% , TiO₂ – 0,01-10% .

б) плавиковый шпат (СаF₂). В чистом виде в природе он не встречается, обычно он загрязнен кремнеземом, оксидами железа и алюминия.

Плавиковый шпат обогащают промывкой или флотацией. После обогащения содержание СаF₂ достигает 95 % .

Производство алюминия складывается из трех основных этапов:

1. производство глинозема

2. получение криолита

3. получение из него металлического алюминия