1.8 Рафинирование черновой меди
Прямое использование черновой меди потребителями не допускается вследствие присутствия примесей, ухудшающих электрические, механические и другие важнейшие свойства меди, и ценных элементов-спутников. Вся черновая медь подлежит обязательному рафинированию.
Рафинирование черновой меди по экономическим соображениям проводят в две стадии. Сначала очистку меди от ряда примесей проводят методом огневого (окислительного) рафинирования, а затем - электролитическим способом. Возможно одно электролитическое рафинирование. Однако без предварительной, частичной очистки меди электролиз становится чрезмерно дорогим и громоздким.
Цель огневого рафинирования меди – частичная очистка меди от примесей, обладающих повышенным сродством к кислороду. На этой стадии удаляют кислород, серу, железо, никель, цинк, свинец, мышьяк, сурьму и растворенные газы.
В основе огневого рафинирования лежат реакции:
4Cuж+O2= 2Cu2Oтв,
Cu2Oтв+Meж↔ 2Cuж+MeOТВ.
Процесс ведут при 1150-11700С, т.к. более высокие температуры удлиняют последующую стадию раскисления.
Для огневого рафинирования меди используют два вида печей: стационарные отражательные или поворотные (наклоняющиеся) конвертерного типа. В отражательных печах можно плавить медь и в жидком и в твердом состоянии, в наклоняющихся – только в жидком.
Окислительная обработка длится 1,5-4 часа. Печи отапливаются только высококачественным топливом (природным газом или мазутом). Рафинировочные шлаки постоянно удаляются.
Продутая воздухом медь насыщена кислородом и газовыми пузырьками, которые удаляются при восстановительной обработке меди (дразнении).
Дразнение можно производить свежесрубленной древесиной (бревнами), мазутом или природным газом. В процессе дразнения ванна хорошо перемешивается газовыми пузырьками, что обеспечивает высокую степень восстановления СuО, удаление растворенных газов и способствует глубокой десульфуризации меди.
Продолжительность периода дразнения достигает 2,5-3 ч и определяется степенью насыщения продутой ранее меди кислородом. После дразнения получают плотную красную медь, содержащую не более 0,01 % Sи до 0,2 % О2. Такую медь разливают в аноды.
Для разливки применяют изложницы, установленные на горизонтальных разливочных машинах карусельного типа, где медь разливают в слитки пластинчатой формы с ушками - аноды, которые и направляют в электролизный цех после отбраковки. Поэтому печи для огневого рафинирования часто называют анодными.
Готовые аноды имеют размеры 800-900х800-900х35-40 мм, масса анодов на разных заводах составляет 240-320 кг.
В процессе электролитического рафинирования меди решаются две основные задачи: глубокая очистка меди от примесей и попутное извлечение ценных компонентов. Согласно ГОСТу высшая марка электролитной меди М0 должна содержать не более 0,04% примесей.
Сущность электролитического рафинирования меди заключается в том, что литые аноды и тонкие матрицы из электролитной меди - катоды попеременно завешивают в электролитную ванну, заполненную электролитом, и через эту систему пропускают постоянный ток.
Электролит—водный раствор сульфата меди (160-200 г/л) и серной кислоты (135-200 г/л) с примесями и коллоидными добавками, расход которых составляет 50-60 г/т Сu. Чаще всего в качестве коллоидных добавок используют столярный клей и тиомочевину. Они вводятся для улучшения качества катодных осадков.
При электролизе меди чаще всего работают на плотности тока 240-300 А/м2.
Для электролитического рафинирования применяют цельнолитые железобетонные ванны ящичного типа прямоугольного сечения. Внутренняя часть ванн облицовывается винилпластом, стеклопластиком, полипропиленом, кислотоупорным бетоном или плиткой. Электролитные ванны группируют в блоки по 10-20 ванн, а затем - в серии из двух блоков.
Аноды и катоды завешивают поочередно. Число катодов в ванне всегда на один больше, что обеспечивает более равномерное растворение анодов. В зависимости от размеров ванн анодов завешивается 29-48 штук (рис. 10).
1-анод; 2- катод; 3- катодная штанга
Рисунок 10 – Поперечный разрез блока железобетонных ванн
Растворение анода обычно длится 20-30 суток и зависит от его толщины и режима электролиза. Анодные остатки (скрап), составляющие 12-18% первоначальной массы, переплавляют в анодных печах. За время работы анодов производят 2-3 съема катодов. Ко времени выгрузки масса катодов достигает 60-140 кг. Катоды тщательно промывают от остатков электролита, затем направляют потребителю или переплавляют.
Расход электроэнергии на современных заводах при электролизе меди составляет 230-350 кВт·ч/т меди.
Продукты электролитического рафинирования меди: катодная медь, шлам, электролит, который иногда используется для получения медного и никелевого купороса, анодный скрап.
Катодную медь чаще всего переплавляют и разливают в специальные слитки - вайербарсы (1500 мм в длину, 100х100 мм в сечении), являющиеся заготовками для дальнейшей прокатки и волочения.
В шламе концентрируются благородные и редкие металлы. Шламы перерабатываются для извлечения золота, серебра, селена и теллура на специализированных аффинажных заводах. Стоимость компонентов шлама в большинстве случаев окупает все затраты на рафинирование меди.