Основы металлургии цветных металлов(лекция 4)

Медь - один из важнейших металлов. Во всех областях машиностроения используются медные сплавы латуни и бронзы. Медь как лигирующий элемент входит в состав многих сплавов. Приблизительно 50% всей меди потребляет радио и электротехника. Медь встречается в природе главным образом в виде сернистых соединений CuS, Cu2S в составе сульфидных руд. Наибольшее промышленное значение в РФ имеют сульфидные руды, из которых получают больше 80% меди. Самый распространенный – медный колчедан.

В медных рудах 1-2% меди, приблизительно 90% меди получают пирометаллургическим способом. Около 10% - гидрометаллургическим способом: извлечение меди путем ее выщелачивания, например растворами H2SO4 и последующее выделение мет. меди из раствора. Этот способ применяется для переработки бедных окисленных руд.

Полиметаллургичекий способ состоит в получении меди путем ее выплаки из медных руд. Он включает обогащение руды, ее обжиг, плавку на полупродукт(штейн), выплавку из штейна черной меди и ее рафинирование.

Медные руды подвергают обогащению для получения концентрата содержащего 10-35% меди. Наиболее широко применяется метод флотации. При обжиге концентратов удаляется избыток серы в виде SO2, который используется для производства серной кислоты. Плавку на штейн концентрата проводят в пламенных печах при 1500-1600 °C.

В нижней части печи постепенно скапливается расплавленный штейн, состоящий до 60% из меди. В расплавленном состоянии он поступает на переработку в черновую медь, которую выплавляют путем продувки расплавленного штейна воздухом в конвекторах. В рез-те получается медь 1.5-2% примесей и не может быть использована для технических целей.

Рафинирование меди(очистку ее от примесей) проводят огневым и электролитическими способами. Огневое рафинирование ведут в пламенных печах. Сущность состоит в том, что примеси легче окисляются, чем сама медь и могут быть могут быть огневого рафинирования – 99.5-99.7%. Электролитическое рафинирование обеспечивает получение более чистой высококачественной меди. Электролиз проводят в ваннах с электролитом. При пропускании постоянного тока аноды постепенно растворяются в течении 10-20 суток, а катоды наращиваются. В дальнейшем катодную медь переплавляют и разливают в слитки. Электролитическая медь имеет чистоту 99.95%.

Производство алюминия

По размерам производства начатого с конца 19в алюминий в настоящее время занимает 1ое место среди всех цветных металлов. Алюминий входит в состав более 250 минералов.

Основная руда – бокситы, содержащие глинозем Al2O3. Современное производство алюминия состоит их 2х основных процессов получения глинозема из бокситов и получение мет. алюминия путем электролиза расплавленного глинозема. Глинозем получают щелочными и другими способами. Наиболее распространенный щелочной способ – состоящий из ряда термомеханических операций

1.подготовка боксита

2.выщелачивание

В рез-те реакции со щелочью NaOH образуется NaAlO2(алюминат натрия).

3.разбавление, сгущение, фильтрацию проводят для получения чистого раствора NaAlO2 с последующей декомпозицией разложения NaAlO2 в Al(OH)3.

4.кальценация т.е. обезвоживание Al(OH)3 проводят с прокаливанием при 1200 °C

с получением Al2O3+3H2O

Электролиз глинозема для получения мет. алюминия проводят в электролизерах – ваннах с катодной и анодной частями. Нагрев осуществляют электротоком. При электролизе в расплавленном электролите происходит диссоциация молекул, а на катоде разряжаются только анионы алюминия. Расплавл. Al на дне ванны и периодически удаляется. Для получения 1т алюминия расходуется около 2т глинозема и приблизительно 1800кв/ч. Полученный электролизом первичный алюминий содержит примеси и подвергается рафинированию химическим или электрохимическим способом.