Спецпроект “Медь” — как на Урале получают самый нужный металл?

Способы получения меди

Для извлечения меди из минералов и руд, в которых она находится, на сегодняшний день используют три метода:

• гидрометаллургический
• пирометаллургичекий
• электролиз.

Получение меди пирометаллургическим методом является наиболее распространенным. Сырьем для этого процесса выступает халькопирит. Чтобы получить из халькопирита чистую медь, необходимо осуществить ряд операций. Первая, из которых, заключается в обогащении медной руды, методом окислительного обжига или флотации. В основе флотации лежит тот факт, что пустая порода и ее медесодержащие части, смачиваются по-разному. Если поместить всю массу породы в емкость с жидким составом, в котором имеются воздушные пузырьки, то часть с минеральными элементами, перемещается при помощи этих пузырьков на поверхность, и прилипает к ним. В результате на поверхности ванны наблюдается наличие концентрата или черновой меди. В этом составе присутствует от 10 до 35% чистой меди. Этот порошкообразный концентрат является сырьем для дальнейшего получения чистой меди. Совсем по-другому протекают реакции получения меди методом окислительного обжига. Этим методом обогащают медные руды, в составе которых имеется существенное количество серы. Для реализации этой технологии необходимо нагреть руду до температуры 700–8000 градусов. Под действием таких высоких температур происходит окисление сульфидов, и объем серы в медной руде снижается почти в два раза. Следующим этапом является расплавление обогащенной руды в отражательных или шахтных печах при температуре 14500. Результатом этого расплава является образование штейна – сплава, который состоит из сульфидов меди и железа.

Чтобы улучшить показатели штейна его подвергают обдуванию в горизонтальных конвертерах без добавления дополнительного топлива. Таким образом, железо и сульфиды окисляются, оксид железа превращается в шлак, а сера становится оксидом – SO2. Черновая медь, полученная таким способом, имеет в своем составе около 91% меди. Для дополнительной очистки металла выполняется рафинирование меди, то есть удаление посторонних примесей. Это осуществляется благодаря технологии огневого рафинирования в присутствии подкисленного раствора медного купороса. Это рафинирование меди носит электролитический характер, и дает возможность получить металл с чистотой 99,9%. Гидрометаллургический метод обогащения меди основан на процессе выщелачивания металла с помощью серной кислоты. Результатом такого процесса является получение раствора, из которого в дальнейшем выделяют чистую медь. Также этот метод подходит для выделения драгоценных металлов. Эту технологию применяют для обогащения руд, в которых присутствует крайне малое количество меди.

Способ электрохимического извлечения меди из сернокислых водных растворов

Использование: электрохимическое выделение меди из сернокислых водных растворов. Сущность изобретения: способ включает катодное осаждение меди из раствора, содержащего медь с концентрацией не более 40 г/л при катодной плотности тока 86-258 А/м2. Процесс проводят при концентрации серной кислоты в электролите 160-200 г/л и температуре 50-65°С. Это позволяет повысить степень извлечения меди и улучшить качество катодного осадка.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано на предприятиях цветной металлургии при переработке медьсодержащих водных растворов для глубокого извлечения из них меди.

Известен способ электрохимического извлечения меди из сернокислого раствора, содержащего, г/л: медь 70-75; серная кислота 20; сульфат-ион общий 150-155, при температуре 50оС и катодной плотности тока 200 А/м2. При этом происходит осаждение металлической меди на катоде с ее содержанием 99,2-99,5 мас. а концентрация меди в электролите снижается до 30 г/л, то-есть степень извлечения меди в твердый продукт составляет 48-50% Степень извлечения представляет собой отношение разницы исходной и конечной концентраций меди в растворе к ее исходной концентрации.Недостатком указанного способа является невысокая степень извлечения меди, загрязнение катодного осадка примесями (0,5-0,8 мас.) и необходимость утилизации сернокислых растворов, содержащих до 30 г/л меди.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ электрохимического извлечения меди из сернокислых водных растворов, заключающийся в электрохимическом осаждении меди из сернокислого раствора, содержащего, г/л: медь 25-30 и серная кислота 50-150, при температуре 25-45оС и катодной плотности тока 86-258 А/м2. При этом происходит осаждение меди на катоде, а концентрация меди в электролите снижается до 10-15 г/л, т.е. достигается степень извлечения меди 50-60% Содержание меди в катодном осадке составляет 99,3-99,6 мас. остальное составляет примесные металлы железо (0,1-0,05% ), никель (0,2-0,1%), свинец (0,2-0,1%), сурьма (0,2-0,1% ) и др. то-есть не удается получить катодную медь высокого качества.Недостатком указанного способа является невысокая степень извлечения меди, невысокое качество катодного осадка, а также необходимость утилизации сернокислых растворов, содержащих до 10-15 г/л меди.Утилизация меди из сернокислых растворов такого состава производится либо путем нейтрализации серной кислоты и последующим полным осаждением гидроксикарбонатов меди и примесных металлов, либо путем нейтрализации серной кислоты до рН 1-2 с последующей цементацией меди на железном или алюминиевом скрапе с дальнейшим осаждением оставшихся в растворе металлов известняком. Таким образом, процессы утилизации меди из отработанных электролитов, связанные с нейтрализацией свободной серной кислоты, приводит к повышению расхода реагентов и загрязнению осаждаемой меди осадителем и примесными металлами (до 10-15 мас.) или цементатором (до 20 мас.).Целью изобретения является повышение степени извлечения меди из сернокислых водных растворов и улучшение качества катодного осадка.Поставленная цель достигается тем, что в способе электрохимического извлечения меди из сернокислых водных растворов, включающем катодное осаждение меди из раствора, содержащего медь с концентрацией не более 40 г/л, при катодной плотности тока 86-258 А/м2, процесс проводят при концентрации серной кислоты в электролите 160-200 г/л и температуре 50-65оС.Это позволяет снизить конечную концентрацию меди до 1,8-3 г/л, повысить степень извлечения меди до 90-95% и улучшить качество катодного осадка.Снижение концентрации серной кислоты менее 160 г/л приводит к нарушению процесса катодного осаждения меди при ее низких концентрациях в электролите, что не позволяет снизить ее содержание менее 5-7 г/л. Это связано с тем, что при невысоком содержании меди и серной кислоты в растворе происходит значительная поляризация катода и процесс катодного выделения водорода начинает превалировать над процессом осаждения меди. Кроме того, при этих условиях осаждение меди происходит в условиях предельной плотности тока, что приводит к ухудшению качества катодного осадка за счет катодного соосаждения примесных металлов, содержащихся в электролите. Повышение концентрации серной кислоты более 200 г/л приводит к началу процесса обратного химического растворения катодной меди, что снижает катодный выход по току и приводит к дополнительным затратам электроэнергии на осуществление процесса катодного осаждения меди.Снижение температуры процесса ниже 50оС приводит к уменьшению скорости диффузии меди к катоду, уменьшению скорости ее осаждения и, в конечном итоге, к снижению степени извлечения меди на катоде. Кроме того, при температуре процесса менее 50оС при невысоких концентрациях меди (5-7 г/л) за счет катодного осаждения происходит загрязнение осадка меди металлическими примесями (железо, никель и т.п.), что вызывает ухудшение качества катодной меди.Повышение температуры процесса свыше 65оС вызывает усиленное испарение воды и тумана серной кислоты с зеркала электролита (более 4-5 кг/м2 ч), что приводит к необходимости частой корректировки состава электролита во избежание высаливания сульфата меди, необходимости организации сложной системы газоулавливания и существенному ухудшению условий труда.Таким образом, определяющими факторами, позволяющими повысить степень извлечения меди и улучшить качество катодного осадка, являются концентрация серной кислоты не менее 160 г/л и температура процесса не менее 50оС. При указанных параметрах удается снизить концентрацию меди в растворе до 1,8-3,0 г/л, что приводит к увеличению степени извлечения меди. Улучшение качества катодного осадка связано с уменьшением содержания в нем примесных металлов, которые соосаждаются на катоде совместно с медью.Примесные металлы железо, никель, свинец, сурьма и др. являются более электроотрицательными, чем медь, и процесс их соосаждения зависит от величины катодного потенциала (поляризация катода), изменяющейся в течение процесса электрохимического извлечения меди в зависимости от концентрации последней в растворе. Поэтому снижение степени соосаждения примесей и, таким образом, уменьшение их концентрации в катодном осадке меди достигается только за счет деполяризации катода. При концентрации серной кислоты не менее 160 г/л и температуре раствора не менее 50оС величина катодного потенциала при концентрации меди 1,8-3,0 г/л не достигает потенциала соосаждения примесных металлов совместно с медью и позволяет повысить качество катодного осадка.К понятию качества катодной меди относятся также и такие, не имеющие строгого количественного выражения, параметры, как дендритообразование, величина кристаллов меди и плотность ее посадки на катодную матрицу. Высокое содержание серной кислоты в электролите и повышенная температура приводят к увеличению рассеивающей способности электролита и улучшению его выравнивающих свойств. Это приводит к снижению дендритообразования при катодном осаждении меди, что позволяет получать более толстые осадки катодной меди и увеличить время наращивания меди на катодную матрицу. Кроме того, проведение процесса при указанных в предлагаемом способе параметрах приводит к снижению размера кристаллов меди, что увеличивает плотность осадки. Это вызывает снижение окклюзии электролита и частиц шлема в объемы между кристаллами катодного осадка, что соответственно уменьшает загрязнение катодной меди примесными металлами.Кроме того, при низком конечном содержании меди в электролите возможна очистка концентрированных сернокислотных растворов от металлов известными методами, например диализом, получая при этом чистые растворы серной кислоты с последующим использованием их для приготовления новых медьсодержащих растворов, направляемых на электрохимическое извлечение меди, то-есть осуществляется полная регенерация серной кислоты. Получаемые после отделения серной кислоты (диализом) растворы, содержащие незначительное количество меди и примесные металлы, обладают низкой кислотностью, что облегчает извлечение из них меди известными способами.Следует отметить, что предлагаемый способ за счет глубокого обезмеживания раствора (до 1,8-3,0 г/л меди) позволяет повысить сквозное извлечение меди в конечный продукт катодный осадок.П р и м е р 1. В электролизер, выполненный из винипласта и снабженный титановыми электродами, было залито 1,3 л раствора, содержащего 31,2 г/л меди и 160,7 г/л серной кислоты. Процесс электрохимического извлечения меди осуществляли при температуре 52оС и катодной плотности тока 168 А/м2 в течение 4,5 ч. При этом на катоде было получено 36,9 г металлической меди, а концентрация меди в электролите была снижена до 2,8 г/л, то-есть достигнута степень извлечения меди 91% Содержание меди в катодном осадке составило 99,91 мас. что существенно выше по сравнению с прототипом.П р и м е р 2. В электролизер было залито 1,6 л раствора, содержащего 35,8 г/л меди и 198,9 г/л серной кислоты. Процесс извлечения меди осуществляется при температуре 59оС и катодной плотности тока 195 А/м2 в течение 4,8 ч. При этом на катоде было получено 54,2 г меди, а концентрация меди в растворе снижена до 1,9 г/л, то-есть достигнута степень извлечения меди 94,7% Содержание меди в катодном осадке составило 99,93 мас.П р и м е р 3. В электролизер было залито 1,5 л раствора, содержащего 34,3 г/л меди и 181,3 г/л серной кислоты. Процесс электрохимического извлечения меди проводили при температуре 64оС и катодной плотности тока 218 А/м2 в течение 4,2 ч. При этом на катоде получено 47,8 г металлической меди, а концентрация меди в электролите снижена до 2,4 г/л, то-есть достигнута степень извлечения меди 93% Содержание меди в катодном осадке составило 99,92 мас.П р и м е р 4 по прототипу. В электролизер было залито 1,8 л раствора, содержащего 31,6 г/л меди и 132,3 г/л серной кислоты. Процесс извлечения меди осуществляли при температуре 41оС и катодной плотности тока 140 А/м2 в течение 5,6 ч. При этом на катоде получено 38,3 г меди, а концентрация меди в электролите снижена до 10,3 г/л, то-есть достигнута степень извлечения меди 67% Содержание меди в катодном осадке составило 99,43 мас.Из приведенных примеров видно, что проведение процесса при концентрации серной кислоты в растворе 160-200 г/л и температуре 50-65оС позволяет значительно с 60-70 до 90-95% увеличить степень извлечения меди в катодный осадок и существенно улучшить качество катодного осадка по сравнению с прототипом.

Формула изобретения
СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ ИЗ СЕРНОКИСЛЫХ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ, включающий катодное осаждение меди из раствора, содержащего медь с концентрацией не более 40 г/л, при катодной плотности тока 86 258 А/м2, отличающийся тем, что процесс проводят при концентрации серной кислоты в электролите 160 200 г/л и температуре 50 65oС.

Получение меди электролизом

Электролиз меди является одним этапов химико-физических процессов, которому подвергают руду, чтобы получить медь. Примечательно, что для получения 1 тонны чистой меди, потребуется переработать как минимум 200 тонн медной руды. Сама процедура обработки медной руды – это многоступенчатый и очень сложный процесс, который состоит из 7 стадий. Самой последней и является электролиз меди. Руду после добычи необходимо измельчить в особых машинах. Далее происходит процесс флотации, в результате которого, как мы знаем, формируется концентрат с сохранением минералов меди. После этого происходит обжиг при высоких температурах в специальных печах. Шихту, полученную в процессе обжига, помещают в печь для плавки, где она становится штейном, который в свою очередь оправляют на конвертирование. Продукт, полученный после этих процессов, называют черновой медью, где 2-3% объема занимают примеси. В качестве примесей выступают цинк, железо, или сера. Их удаляют реакцией окисления. На этом этапе образуется «красная» медь, в которой присутствует 99,7-99,9% Cu. Последним этапом является непосредственно электролиз меди, который позволяет добиться получения максимально чистой меди. Чтобы осуществить процесс электролиза меди понадобится специальное оборудование, а именно емкости, которые заполняют водным раствором сульфата меди с содержанием свободной серной кислоты. В результате проведения электролиза, мы получим осадок чистой меди на катодах. А все, что окажется на дне ванны, принято называть шламом. Он является сырьем для получения благородных металлов.

Спецпроект “Медь” — как на Урале получают самый нужный металл?

“Ох, заливают, медь — самый нужный металл! Почему самый?!”, — поправил монокль наш въедливый читатель. А если вся медь в радиусе пяти метров от вас вдруг превратится в арахисовую пасту, то: погаснет экран смартфона, вырубится компьютер, потухнет свет под потолком. Да и типичный холодильник без медных трубок тоже бесполезен. Полный блэкаут, короче, да еще и с талым мороженым. Впору выть.

Процесс выплавки и очистки меди очень сложный, многоступенчатый. Но “Хорошие новости” вам покажут, как это работает. Да, и про экологию любопытное расскажем, потому что видели все своими глазами и нюхали своими ноздрями.

Медный век человечества

Миру нужна максимально чистая медь и в невероятных количествах — медь есть в каждом электрическом или электронном приборе. Только металл чистотой 99,99% (грубо говоря: на сто килограммов меди один грамм примесей) подходит для изготовления электронных плат, компонентов, Li-ion аккумуляторов, проводов, кабелей и шлейфов.

Кыштымский медеэлектролитный завод не всегда был медеэлектролитным. Более того, когда завод строил Никита Демидов в 1757 году, в Кыштыме планировали выплавлять не медь, а железо и чугун. А к электролитическому рафинированию меди здесь приступили только в 1908 году.

История длинная, славная, с любопытными поворотами и персонами. Как-то раз мы писали, что работал здесь в начале XX века американец Герберт Гувер. Мужик был бесстрашный, вояка и авантюрист, да еще и блестяще образованный. Мы, правда, знаем мистера Гувера не как блестящего горного инженера, а как 31-го президента США.

Но вернемся к дню сегодняшнему, к выплавке меди. И к электролиту. Наша экскурсия на Кыштымский медеэлектролитный завод, входящий в состав Русской медной компании, начинается от печек. Желтые строения на фото — “историческая часть”. Цеха возвели в 1908 году, расширили в 1913, а спустя сто лет основательно реконструировали.

Ведет нас начальник медеплавильного цеха Александр Постников.

Как уверяет Александр, эти клепаные фермы и каменная кладка сто лет простояли и еще столько же простоят без ремонтов.

Печь на фото ниже выпускает медный порошок. Это сырье для получения купороса, а еще порошок — необходимый компонент в последующих технологических операциях, в частности для очистки растворов электролизного цеха и как катализатор в производстве драгоценных металлов.

Основная же часть цеха занята анодной печью, в которой плавится медь.

Поясним, что конкретно происходит. В качестве исходного сырья на завод поступает черновая медь, которую из медного концентрата получают в Карабаше; также в переплавку идут металлолом и остатки анодов, которые накапливаются на заводе по завершении всей цепочки (об этом позже). Задача металлургов — из черновой меди с примесями получить ту самую “четыре девятки”, то есть на 99,99% чистую. Первый этап очистки меди называется “рафинирование”.

Сначала из лома следует отлить медные аноды. Это плиты, похожие по форме на рыцарские щиты с “ушками” по краям. Оговоримся: аноды еще не “четыре девятки”!

Давайте переместимся из “исторической части” в новый цех по соседству, чтобы посмотреть на производство анодов поближе. В новом литейном цехе все аналогично, только оборудование побольше… и более высокопроизводительное. Начнем опять-таки с печи.

Анодная печь полностью автоматизирована, работает круглосуточно и контролируется одним оператором.

На фото ниже — рафинировочный шлак, то есть оксиды металлов, от которых очищается медь при переплавке. Кстати, какое-то количество меди в шлаке осталось, и ее еще извлекут в дальнейшем.

Расплавленный металл автоматически дозируется (разливается) по изложницам с точностью плюс-минус один килограмм, медь остывает, а затем аноды извлекают и перемещают дальше. Пролистайте галерею, красота невероятная!

В огнеупорные “ванночки” — изложницы — разливается расплавленная медь. После остывания анод извлекают.

В прошлом веке розливом управлял человек, “на глазок”, поэтому аноды получались с достаточно большим разбросом массы.

Готовые аноды по рельсам увозят в отделение электролиза.

Анод превращается… превращается…

Следующая остановка — большой цех электролиза. Здесь и происходит окончательное рафинирование меди. Встречает нас главный технолог цеха электролиза меди Евгений Самсонов.

Чтобы понять происходящее, придется вспомнить школьный курс физики. Электролиз — процесс выделения на электродах составных частей растворов веществ. В нашем случае выделяться будет чистая медь, а пока еще присутствующие примеси (на уровне десятых долей процента) уйдут в шлам.

Медный анод и пластину из нержавеющей стали — “матрицу” — опускают в ванну с электролитом и подают ток. На аноде “плюс”, на матрице “минус”. Ионы меди с анода “убегают” в электролит и пристают к матрице — на катод. Примеси остаются в электролите. В итоге, через 15 дней анод полностью исчезает, растворяется, остаются практически только крепежные уши (их потом снова переплавят). За это время катоды с медью “четыре девятки” достанут из ванны три раза.

Евгений Самсонов перечисляет: в одной серии — две линии, в каждой линии — 20 железобетонных ванн. В цехе два отделения по десять серий. А в каждой серии 800 матриц. Итого 16 000 матриц. И 400 ванн.

Загружаются ванны автоматическим краном: мощные мужички, несгибаемые ломики и сногсшибательно крепкое слово на этом этапе давным-давно не требуются.

На фото ниже хорошо видно чередующиеся аноды и катоды. Электролит непрерывно перемешивается с помощью насосов (зеленоватая жидкость на фото — электролит).

К слову, по территории завода бесконечно снуют фуры, из Бельгии они привозят новые ванны для технического перевооружения цеха электролиза меди. На фото хорошо виден размер каждой ванны в сравнении с грузовиком.

Чтобы отделить медь катода от стальной матрицы, катод проходит через специальную линию — катодосдирочную машину. Там его изгибают и “простукивают” зубилами. На все про все около минуты.

Ручного труда процесс обычно не требует, линия работает по принципу автоматического конвейера.

Итак, вот она, наша желанная медь “четыре девятки”! Катоды грузят в вагонетки и везут в переплавку. О, да! О вагонетках разговор особый.

О вагонетках разговор особый

Заводская узкоколейка — исчезающий вид, настоящий артефакт. В ближайшее время вагонетки заменят грузовыми машинами, рельсы разберут. Но пока “железка” работает, можно полюбоваться.

Ширина колеи — 75 сантиметров. Построили ее в 50-60-х годах, дорога полностью электрифицирована. Вагонетки тянут шахтными электровозами позднесоветского производства (с большой долей вероятности можно сказать, что это не серийные образцы).

Куда прикатили катод

Наш чистейший катод должен стать конечным изделием. Прямо сейчас Кыштымский завод делает катанку, это что-то вроде прутка толщиной 8 миллиметров, нарезанного по три километра и смотанного по бухтам. Самый же высокотехнологичный продукт — медную фольгу для электронных устройств — начнут выпускать в самое ближайшее время. О фольге еще поговорим, а пока прокатимся с прутком.

Из катанки на соответствующих предприятиях делают кабели, провода. Экскурсию ведет дальше главный технолог цеха производства медной катанки Вадим Гуньков.

Катоды, расфасованные по пачкам, с помощью вилочного погрузчика укладывают в плавильную печь.

Расплавленная медь из машины непрерывного литья подается по волочильному стану. За процессом следит один оператор.

Несколько затвердевший металл (температура 850 градусов) проходит через серию вращающихся роликов прокатного стана — валков. Валки друг к другу все ближе и ближе, сечение заготовки становится все меньше, и меньше…

…. и на выходе получается тот самый восьмимиллиметровый пруток. По ходу движения в стальной трубе катанку отмывают спиртом, сушат и покрывают воском. Для чистоты и блеска.

Готовую бухту стягивают, а затем погрузчик отвозит ее в сторонку.

Давайте подытожим, чтобы можно было за минуту объяснить детям, как это работает? На завод привозят черновую медь. Чтобы очистить ее, сначала отливают медные аноды. В электролизных ваннах анод растворяется, примеси остаются в электролите, а ионы меди “убегают” на катоды. Из шлама, кстати, потом на предприятии добывают драгоценные металлы! Катодную медь 99,99% снимают с нержавеющих матриц, а затем плавят, чтобы получить катанку. Катанку удобно транспортировать и делать из нее другие медные изделия. Отходы производства снова пускают в дело, чтобы извлечь всю медь без остатка. Всё!

Фольга — тонкое дело

Новый цех уже почти готов: оборудование под чехлами, вовсю идет инсталляция станков, систем водоочистки и подготовки воздуха. Новейшее оборудование демонстрирует начальник строящегося цеха электролиза медной фольги Игорь Тараканов. Рассказывает о своей вотчине вдохновенно, с чувством!

Подробно останавливаться на производстве фольги не будем, пусть будет задел для еще одной экскурсии. Покажем несколько самых любопытных уголков, почти полностью укомплектованных оборудованием.

Прямо сейчас чехи устанавливают систему очистки воды. Из пруда “зачерпнули”, использовали для производства, очистили — и ну ее по кругу гонять. Цеху требуется 20 кубометров воды в час.

Это — чистая комната. Именно здесь готовую фольгу будут нарезать на листы или ленты любого размера. На поверхность фольги не допускается попадание даже мельчайших пылинок, персонал в таких комнатах работает в специальных “скафандрах”.

Для подготовки и фильтрации воздуха в чистой комнате нужна отдельная система.

Фольга — важнейший компонент печатных плат и Li-ion аккумуляторов. У вас в кармане или на столе есть как минимум один такой аккумулятор, в телефоне или ноутбуке. Запуск цеха запланирован на середину 2021 года.

Завод для людей и наоборот

Заводу уж скоро три века, но, главное, самые тяжелые времена — пресловутые девяностые — он пережил.

Все, кто застал красный закат империи, в курсе: заводы и фабрики всегда были больше, чем просто стены, трубы и заводской гудок. Заметим, что здесь атмосфера очень человеколюбивая. Одни только автоматы с газировкой в цехах чего стоят!

Газированная минеральная вода хорошо очищает горло и восстанавливает солевой баланс. Если вдруг возник такой вопрос: разумеется, вода бесплатная.

В заводской столовой периодически собирается комиссия и решает, какие блюда не будут дорожать в ближайшее время. Работяга должен точно знать: на свои 80 рублей (столько стоит комплексный обед) он и через год сможет съесть борщ и макароны с печенью. А на проходной висят афиши и объявления: выступает ансамбль “Гусельки”, приглашают рабочих в поездки по святым местам, объявлен набор в женскую волейбольную команду… В лучших традициях государства рабочих, короче.

Ну а главное, пожалуй, что сделано для людей, это фильтр немецкой фирмы LÜHR FILTER на главной заводской трубе. Наши провожатые замечают: “Последний год люди, кто не знаком с обстановкой, спрашивают — а завод вообще работает? Дыма-то нет”. Действительно, в разгар рабочего дня, когда медь плавят вовсю, над трубой не то что дыма нет, нет даже облачка! Только пар котельных и эпизодические дымки транспорта. Фото прикладываем. Внимание на самую высокую трубу на снимке. А лучше приезжайте посмотреть своими глазами.

Системы очистки установлены повсеместно, даже на маленьких лабораторных печах. И снег на заводских газонах… белый.

За экскурсию сердечно благодарим руководство и сотрудников Кыштымского медеэлектролитного завода. Отдельная благодарность пресс-службе Русской медной компании.

Получение оксида меди

Оксид меди (II) CuO представляет собой кристаллы черного цвета, которые подвергаются кристаллизации в моноклинной сингонии. Плотность соединения составляет 6,51 г/см3, а плавится он при температуре 1447°С в условиях высокого давления. В результате нагревания до 1100°С является выделение оксида меди (I):

• 4CuO = 2Cu2O + O2.

В воде оксид меди не растворяется и не вступает в реакции с ней. Обладает слабыми амфотерными свойствами с преобладанием основных. С водными растворами аммиака реагирует с образованием гидроксида тетраамминмеди (II):

• CuO + 4NH3 + H2O = [Cu(NH3)4](OH)2.

Также легко вступает в реакции с разбавленными кислотами с выделением соли и воды:

• CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O.

Результатом сплавления оксида меди со щелочами является образование купратов:

• CuO + 2KOH = K2CuO2 + H2O.

Чистую медь из оксида можно получить методом восстановления водородом, угарным газом и активными металлами:

• CuO + H2 = Cu + H2O
• CuO + CO = Cu + CO2
• CuO + Mg = Cu + MgO.

Реакция получения оксида меди методом прокаливания гидроксида меди (II) при температуре 200°С:

• Cu(OH)2 = CuO + H2O

Также получить оксид меди можно в процессе окисления металлической меди на воздухе при температуре 400–500°С:

• 2Cu + O2 = 2CuO.

Рафинирование меди – это технология её поэтапной очистки от примесей других металлов и металлоидов.

В природе самородная элементарная медь существует в форме пластин, древовидных сростков (дендритов) или глыб. Однако таких месторождений этого металла далеко недостаточно для покрытия мировой потребности в нём.

В то же время во многих материалах медь присутствует в химически связанном состоянии. Медные руды, такие как медный колчедан (халькопирит) или медный блеск (халькозин), перерабатываются в процессе обогащения в черновую медь со степенью чистоты не выше 97 %. Однако такой уровень недостаточен для многих областей применения меди. В частности, для электронной промышленности необходима высокочистая медь.

Технология рафинирования меди включает в себя 2 метода и одновременно этапа очистки.

1. Пирометаллургический метод рафинирования

При пирометаллургическом (огневом) методе рафинирования производится продувка воздухом расплава черновой меди с добавлением шлакообразующих добавок. При этом происходит окисление примесей определённых металлов, содержащихся в черновой меди. Оксиды цинка, свинца, мышьяка или сурьмы испаряются, а оксиды олова, железа, кобальта или никеля переходят в шлак. В результате этого получается медь огневого рафинирования со степенью чистоты 99 %.

2. Электролитический метод рафинирования

При электролитическом рафинировании используются медные пластины-аноды толщиной 3 см, которые погружаются в раствор сульфата меди (II), подкисленный разбавленной серной кислотой. При этом в качестве катода служат тонкие листы из чистой меди. Электролиз протекает в больших ваннах с множеством параллельно включенных пластин-анодов.

При подаче напряжения величиной от 0,2 до 0,4 вольт медь огневого рафинирования и все химически более активные металлы, содержащиеся в аноде, окисляются с образованием катионов (Cu2+, Zn2+), которые переходят в раствор.

В то же время менее активные металлы, такие как серебро, платина или золото, обладающие более положительным по сравнению с медью нормальным потенциалом, не окисляются и не растворяются. Они осаждаются на дне электролизёра в виде анодного шлама, который представляет собой ценное сырьё для получения драгоценных металлов и металлоидов, таких как селен и теллур. При этом на катоде выделяется чистая медь со степенью чистоты около 99,95 %, в то время как ионы более активных металлов остаются в растворе.

Уравнения химических реакций

Окисление на аноде: Cu (неочищенная) → Cu2+ + 2 e–

Восстановление на катоде: Cu2+ + 2 e– → Cu (чистая)

Общая реакция: Cu (неочищенная) → Cu (чистая)

Одновременно с этим на аноде происходит разложение воды (реакция a). Выделяющийся при этом кислород окисляет медь уже на электроде до оксида меди (II) (реакция b):

a) 2 H2O → 4 H+ + O2 + 4 e–

b) 2 Cu + O2 → 2 CuO

Добавленная серная кислота преобразует нерастворимый оксид меди (II) в растворимый сульфат меди (II). Только в результате этого ионы приобретают способность перехода в раствор.

Для получения 1 тонны чистой меди требуется 250 кВтч электроэнергии. Для полного растворения пластин из меди огневого рафинирования может потребоваться несколько месяцев.

Медь является ценным сырьём, поддающимся регенерации путём вторичной переработки. Благодаря этому, 80 процентов меди, добытой за всю историю металлургии, до сих пор находится в обращении.

Электролитическое рафинирование также подходит для очистки других металлов, таких как цинк, олово или хром. Для этой цели рафинируемые металлы погружаются в подвешенном состоянии в раствор соответствующего сульфата.

Другие материалы по слесарному делу

• Технология вакуумного литья металлов
• Ультразвуковое формование металлов
• Определение марки стали по искре
• Холодное формование металлов
• Манганин

Получение хлорида меди

В природе хлорид меди находится в составе очень редкого минерала эрнохальцита CuCl₂•2H₂O, который представляет собой кристаллы синего цвета. Двухвалентный хлорид меди обладает важным практическим значением, и добычи его только лишь из природного минерала очень мало. Поэтому ученые придумали несколько способов искусственного получения данного соединения. Главной реакцией промышленного синтеза CuCl₂ можно назвать реакцию хлорирования сульфида меди в условиях высокой температуры от 300 до 400 градусов °С. Выглядит реакция так

• CuS + Cl₂ ―› CuCl₂ + S

Еще одним вариантом синтеза хлорида двухвалентной меди является хлорирующий обжиг, который осуществляется при температуре более 500 С:

• CuS + 2NaCl + 2O₂ ―› CuCl₂ + Na₂SO₄

Обе реакции нуждаются в использовании специализированного оборудования и соблюдении повышенных мер безопасности, по этой причине данные реакции можно проводить только в условиях промышленного производства. В лабораторных условиях также можно получить хлорид меди следующими реакциями

• Cu + Cl₂ ―› CuCl₂
• CuO + 2HCl ―› CuCl₂ +H₂O
• Cu(OH)₂ + 2HCl ―› CuCl₂ + 2H₂O. Реакция нейтрализации
• CuCO₃ + 2HCL ―› CuCl₂ + H₂O + CO₂. В результате этой реакции более сильная кислота вытеснит кислотный остаток более слабой кислоты. Протекает реакция замещения
• 3Сu + 2HNO₃ + 6HCl ―› 3CuCl₂ + 2NO +4H₂0. Эта реакция является наиболее оригинальной. Она протекает только в присутствии смеси двух сильных кислот.

Получение глицерата меди

Качественная реакция для выявления присутствия глицерина в растворах осуществляется в присутствии сульфата меди (II) и раствора гидроксида натрия. В результате реакции образуется глицерат меди – комплексное соединение сине-василькового оттенка. Химическую реакцию проводят следующим образом:

• к раствору сульфата меди (II) приливают раствор гидроксида натрия, в результате чего происходит окрашивание раствора в синий цвет. Таким образом, наблюдаем выпадения осадка гидроксида меди (II)
• после этого добавляем несколько мл глицерина и перемешиваем раствор. Образовавшийся осадок растворяется с образованием комплексного соединения оттенка индиго. Это и есть глицерат меди.

Уравнение выглядит следующим образом: CH2OH-CHOH-CH2OH + Cu(OH)2—> Cu(-O-CH2-CH-O-)-CH2OH

Получение сульфида меди

Сульфид меди(II) или моносульфид меди — CuS, является неорганическим бинарным соединением двухвалентной меди с серой. Он верного цвета, в воде не растворяется , также как и в разбавленных растворах кисло. В природе его можно встретить в виде редкого минерала ковеллина. Получение сульфида меди осуществляется при помощи прямого взаимодействия элементов, а также в результате обменной реакции солей двухвалентной меди с водорастворимыми сульфидами.

• Na2S+CuSO4=CuS+Na2SO4
• CuCl2 + H2S —> CuS + 2HCl
• 2CuS + H2 —>Cu2S + H2S. Эта реакция протекает в условиях высокой температуры от 600 до 700 oC

Получение сухим методом дает сульфиду меди возможность проводить электрический ток. Когда отметка термометра достигает 400 °C, наблюдается заметное разложение сульфида.