Медь

Медь — это металл 11 группы 4 периода под номером 29 в актуальной периодической таблице. В прошлом этот же элемент находился в подгруппе 1 группы в устаревших таблицах. Плотность меди составляет 8,92 г/см³.

Основными ценными качествами Cu является высокая электропроводность и теплопроводность для изготовления проводников. Основным продуктом из этого металла является проволока, также медь выпускают в виде прутков различного сечения и лент для нужд промышленности.

Однако, Cu ценится весьма высоко, поэтому в тех случаях, когда в производстве не требуется высокой тепло и электропроводности от материала, производители предпочитают применять более недорогие сплавы бронзы или латуни. Там где в производстве счёт идёт на десятки тонн металла, легирование Cu недорогими элементами такими как алюминий, железо, свинец позволяет сократить расходы. Поэтому сплавы Cu применяются достаточно широко, а в некоторых областях превосходят чистый Cu по популярности, поскольку они обладают улучшенными характеристиками прочности, ковкости, коррозионной стойкости (особенно сплавы с Al) и более высокой твёрдостью.

Слово медь восходит к слову «мида» которое, на языке племён, населявших Восточную Европу в глубокой древности, обозначало металл вообще. Обозначение Cu (cuprum) восходит к древней латыни, на которой остров Кипр, на котором римляне добывали медь, назывался Cyprus, а металл aes cyproum.

В Северной Америке из самородной меди изготавливали оружие, ещё до заселения континента европейцами. В третьем тысячелетии до н.э. получать Cu стали из смешанных соединений. В Древнем Египте медь уже использовали при строительстве пирамиды Хеопса, для изготовления инструментов, которыми обрабатывали глыбы камня. Примерно в это же время в медь стали добавлять олово, что послужило началом бронзового века. Сегодня купить медь в России можно в интернет-магазине NFmetall.ru

Добыча и сырьё

Содержание меди в земной коре составляет 4,7-5,5*10^-3 % от общей массы. В морской воде содержится около 3*10^-7 %. Большинство месторождений меди имеют геотермальное происхождение. Богатые запасы меди содержатся на дне морей и океанов в виде отложений 5,7*10^-3 % от общей доли.

В природе Cu присутствует в виде смеси двух активных изотопов (атомов с одинаковым химическим номером, но разными массовыми числами). Cu встречается в виде самородков, но чаще – в смешанном виде. Cu производят, в основном, из соединений, которые имеют в составе S (Серу) (их называют сульфидами), либо оксидов (соединений с кислородом), либо из карбонатов (CO₃ в основе).

22% меди добывается в Чили, 20% в США, 9% в странах бывшего СНГ, 7,5% в Канаде, и около 5 % в Замбии. Большинство крупных месторождений самородной меди выработано в настоящий момент. Её производят из смешанных руд, содержание меди в которых равняется 0,5-1,2%. 1/3 медной продукции производят из вторсырья.

Основной интерес для добытчиков представляет халькопирит CuFeS₂ (более 50% запасов меди). Медь добывают также из сулфидных соединений: халькозина Cu_xS, ковеллина CuS, Cu₅FeS₄бронита, или кислородосодержащих соединений: CuCO₃Cu(OH)₂ малахита, Cu₂O куприта, CuSiO₃H₂O хризоколла.

Породы содержащие медь добываются в карьерах. Карьеры могут разрабатываться сколом с помощью экскаваторов, а также с применением взрывотехники. Основную массу работы в карьерах выполняют карьерные экскаваторы с ковшами вместительностью до 25м³ и грузовики, способные перевозить до 250 т ценной породы.

Получение меди из смешанных соединений

Для получения чистой руды из смешанных соединений используется пирометаллургический метод, в основе которого лежит воздействие огнём. Перемолотая до частиц размером 0,1-0,2 мм порода проходит ряд процедур очистки:

пенную флотацию,
обжиг,
плавку,
конвертирование,
рафинирование.

А теперь обо всём подробнее и по порядку.

Флотационное обогащение

Флотация переводится как плавание на поверхности. Пенная флотация — метод обогащения в металлургии, в процессе которого полезная порода поднимается на поверхность пульпы (смеси молотых минералов и реагентов) пузырьками воздуха подаваемого извне. Поднятая смесь образует на поверхности пену, которая снимается с помощью лопатного механизма и отправляется на сушку, а осадок — на переработку для последующего изготовления кирпичей, черепицы и других изделий. В результате данной процедуры содержание меди в концентрате возрастает до 15-20 %.

Флотационные реагенты создают особые условия на границе раздела пузырьков воздуха и соединений меди. Реагенты-собиратели поднимают на поверхность частицы с Cu. Побочные продукты же набирают массу под действием влаги и не всплывают. Вспениватели создают условия для оптимального пенообразования. Реагенты-модификаторы создают наилучшие условия для отделения схожих элементов от ценных, или осуществляют ряд других функций.

Обжиг Меди

Обжиг производят ниже температуры плавления сырья с целью изменения состава, удаления ненужных соединений и объедения мелких фракций концентрата в более крупные. В зависимости от применяемого концентрата, обжиг бывает стабилизирующим или окислительным. Стабилизирующий обжиг применяется для получения низших оксидов и металлов. Окислительный обжиг производится с целью получения сульфатов или оксидов.

Плавка Меди

Плавка — способ концентрирования, при котором основная часть или весь концентрат доводится до температуры плавления. При этом образуется несколько несмешиваемых слоёв:

сплавы оксидов, которые всплывают на поверхность (шлак)
и верхний слой сульфидов железа и цветных металлов (штейн).

Штейн — это слой основной массы цветных металлов (Cu, Ni, S), солей и других. Иногда в результате плавки, наоборот ценным является шлак. Концентрация меди после плавки составляет более 50%.

Конвертирование

Конвертирование меди проходит в 2 стадии в конвертере (цилиндрической установке, в которую подаётся воздух снизу или на поверхность металла).

На первой стадии удаляются остатки железа с помощью добавления в расплав флюса кремнезёма (SiO2) и подачи кислорода. Шлак кремнезёма составляет 21-30%, остальное — железо. После этой процедуры расплав меди получает название белый матт. На второй стадии белый матт окисляется кислородом и снова происходит разделение. Конечным продуктом конвертации меди является черновая медь.

Рафинирование

Рафинирование — окончательная очистка металла от примесей проводится в два этапа: огневым и электролитическим способом.

Огневое рафинирование производится в анодных печах с горизонтальным конвертером. В печь загружается черновая медь, далее следует расплавление, окислительная и восстановительная обработка, разливка. Окислительный процесс подразумевает подачу воздуха в расплав на глубину от 600 до 800 мм. Окисляются примеси с большим сродством кислороду Fe, Al, Ni, Sn, Sb, Zn, Bi, As, а также часть меди до состояния Cu₂O. На восстановительном этапе расплав обрабатывают природным газом или парамазутными смесями. В результате химической реакции расплав перемешивается, и из него удаляются газы, а часть окисленного Cu₂O восстанавливается. Сплав с содержанием S.

На втором этапе аноды погружаются в коробчатые ванны. Между ними подвешиваются катоды из чистой меди, через которые подаётся электричество. Вся медь переходит из анодов в катоды за 30 дней. Катоды выгружаются партиями через 6-12 дней. Из осадков в электролите же выделяют множество полезных элементов, таких как Золото и Серебро.

Розлив меди и дальнейшая обработка

Полученные катоды из чистой меди уже являются готовой продукцией, но большую часть из них переплавляют в печах и разливают с помощью установки непрерывной разливки сырья в слитки, после чего прокатывают через валки до получения: медной проволоки, листов медных, а так же прутков из меди.

Либо же из печей сплав попадает в карусельные разливочные машины, которые разливают медь в ваербасы для последующего изготовления проволоки.