Меню

Лекция 6 Огневое рафинирование меди Электролитическое рафинирование меди

Рафинирование меди

В черновой меди, выплавленной из первичного или вторичного сырья, 0,6—4% примесей, главные из которых железо, сера, никель, висмут, мышьяк, сурьма, золото, серебро, селен, теллур и кислород. Многие из этих элементов ухудшают механические свойства металла, особенно его пластичность, и все, исключая серебро, снижают электропроводность. В черновой меди содержится, например, 400 г/т золота и 1000 г/т серебра. Благородные металлы, а также селен и теллур представляют значительную ценность, их необходимо извлечь при рафинировании в богатые отходы. Рис. 1. Печь для огневого рафинирования меди: 1 — газоход; 2 — лещадь; 3 — ось выпускной щели; 4 — рабочие окна; 5 —дверцы рабочих окон; 6 — свод; 7 — окна для горелок или форсунок. По ГОСТ 859— 66 предусмотрено 10 марок меди, допустимое содержание суммы примесей в них от 0,01 до 1%. Известны два способа рафинирования: огневой и электролитический. Первым можно получить металл чистотой 99,5—99,7%, но не удается извлечь благородные металлы. Электролиз, который сложнее и дороже, дает медь высших марок и позволяет выделить ценные элементы в отдельный богатый продукт, который окупает сравнительно большие расходы на передел. Качество рафинированной меди выше, а затраты на ее очистку меньше,, если металл предварительно очистить огневым способом. В современной практике электролитическому рафинированию обычно предшествует огневое.

Огневое рафинирование меди

Медь рафинируют в стационарных отражательных печах (рис. 1) или в поворотных — цилиндрических, похожих на конверторы (рис. 2). Ванна стационарных печей вмещает до 400 т, а поворотных — до 260.

Рафинировочные печи обогревают мазутом, естественным газом или угольной пылью. Необходимое требование к топливу — малое содержание в нем серы: SО 2 топочных газов загрязняет медь серой, как это следует из равновесия реакции. Ванну печи выкладывают из динасового или периклазошпинелидного кирпича. Стены и подвесной либо распорно-подвесной свод набирают из магнезитового или магнезито-хромитового кирпича. В стенах, облицованных снаружи чугунными плитами, устраивают рабочие окна с поднимающимися заслонками. Отопление больших печей часто автоматизировано: топливо и воздух подают в заданном соотношении.

Медь загружают механической лопатой, установленной на тележке шаржирного крана (рис. 3), которая захватывает до 3,5 штыков. Жидкую медь заливают ковшами спомощью крана или миксер-вагоном.

Рафинирование слагается из следующих последовательных стадий: расплавление (10—12 ч), окисление примесей и съем шлака (3—4 ч),раскисление (3—4 ч) и разливка (5—6 ч). Общая продолжи-тельность передела при работе на твердой меди 24 ч, а на жидкой почти вдвое меньше. Рис. 2. Поворотная печь для рафинирования меди: 1 — горелка; 2 — поворотный механизм 4 —воздушный коллектор; 5 —фурмы Примеси окисляют воздухом, который вдувают через погруженные в ванну футерованные железные трубки диаметром 20— 40 мм. Скорость реакций пропорциональна концентрациям, поэтому преимущественно окисляется медь: 4Cu + О 2 = 2Cu 2О. Cu 2О, растворимая в жидком металле, быстро насыщает ванну. При температуре 1150° С концентрация ее достигает 6% (по массе) и далее сохраняет постоянство.

Рис 3. Цех огневого рафинирования меди 1 — шаржирный кран; 2 — печь; 3 — разливочная машина; 4 — аноды; 5 — мостовые краны Окисление железа, цинка, марганца, никеля, свинца, или иного двухвалентного металла, можно описать общим уравнением: Mе + Cu 2О = MeO+2Cu. Окислы примесей нерастворимы в меди, они всплывают на ее поверхность и шлакуются кварцевым флюсом.

Реакции идут вправо до достижения равновесия. Пометив активности в металле квадратными, а в шлаке — круглыми скобками, получим

Остаточная равновесная концентрация каждой примеси приблизительно равна ее активности

При постоянной температуре активности меди и растворенной в ней Cu 2О постоянны, их можно ввести в величину К, а последнюю определить из формулы (18). Тогда равновесная концентрация для любой примеси Ме(II) будет: a [ Me] ≈ [Me] = a ( MeO) exp ( ΔZ° : RT) ; ΔZ° = ΔZ° Me O — ΔZ° Cu2O Из этого видно, что при постоянной температуре и насыщении растворенной закисью меди остаточная концентрация удаляемой примеси тем меньше, чем ниже активность ее в шлаке и больше сродство к кислороду, определяемое значение величины ΔZ 0 . Для понижения [ Me] необходимо чаще выпускать шлак, не допуская накопления в нем удаляемых элементов. Очередность выгорания примесей зависит от их сродства к кислороду и содержания в меди: менее прочные окислы отдают кислород более прочным, например 3FeO + 2Аl = Аl 2O 3 + 3Fe. Казалось бы, очередность окисления должна соответствовать ряду, в котором сродство к кислороду последовательно снижается. В действительности, все примеси выгорают одновременно, но с разными скоростями, зависящими от соотношения концентраций, способности шлаковаться, летучести, скорости реакций окисления и ряда других причин. Сурьма и мышьяк быстрее и полнее переходят в шлак, если добавлять соду, которая связывает эти элементы в прочные арсенаты и антимонаты. Подобные соединения висмута менее стойки и в меди его остается относительно больше. Сера, селен и теллур, вероятно, окисляются по реакциям, подобным реакции, которые в общем виде можно представить следующим образом, обозначив халькогениды буквой X: 2Cu 2O + Cu 2X⇄6Cu + XO 2 Запись константы равновесия здесь должна учитывать активности реагирующих веществ в расплаве меди:

По-прежнему, включая постоянные величины в К, получим

Остаточные активности (концентрации) в меди серы, селена и теллура экспоненциально зависят от Δ Z 0 Tподсчет которого для условий передела затруднен отсутствием данных. Сравнение стандартных величин при обычных температурах, приведенное в табл. 13, подтверждает результаты практики, показывающие, что селен удаляется труднее серы, но легче теллура; однако такое суждение можно считать лишь ориентировочным. Прием удаления из металла растворенных газов и раскисления называют дразнением. В ванну, очищенную от шлака, погружают сырое дерево (жерди или бревна), бурно выделяющие пары воды и газообразные углеводороды, которые перемешивают медь, способствуя удалению SO 2 и других газов. Таблица. Рафинирование меди. Сравнение величин ΔZ° 298, кДж для реакции (100) при участии разных халькогенидов

Соединение Сера Селен Теллур
XO 2
Сu 2 X
—300,2 — 88,8 — 132,3
— 68,2
—270,5 —309,8
ΔZ° 298 +88,6 +235,9 +339,3

Раскисление необходимо для получения пластичного металла: содержание растворенной Cu 2O в ванне к концу рафинирования может быть высоким. Раскислителями служат продукты сухой перегонки того же дерева — углеводороды, например: 4Cu 2O + СН 4 = СO 2 + 2Н 2O + 8Сu. При этом уменьшают избыток воздуха для сжигания топлива и продолжают дразнение. Восстановление Cu 2O до остаточных концентраций 0,3—0,5% достигается легко, его можно ускорить вдуванием в ванну мазута, угольной пыли или природного газа. На некоторых заводах древесина полностью заменена паро-мазутной смесью либо природным газом, иногда конверсированным. Рафинировочные шлаки, выход которых составляет 2—3% от количества меди, перед раскислением тщательно удаляют, в них обычно бывает 15—40% SiO 2, 5—10% FeO в виде силикатов и ферритов, а также окислы цинка, никеля и других примесей, меди же 35—45%; около 4 / 5 ее связано в закись, а остальная находится в виде неотстоявшихся капель металла. Рафинированную медь выпускают через вертикальную щель в стенке печи; для этого постепенно сбивают порог из огнеупорной глины. Металл отливают в аноды, предназначенные для электролиза. Применяемая для этого карусельная разливочная машина представляет собой горизонтальный круг, на котором установлены изложницы для анодов. Он медленно вращается; чугунные или медные изложницы заполняются медью из ковша, установленного на козлах. Наклоняясь, ковш заливает одну из них, после чего карусель автоматически поворачивается, подставляя под носок следующую. За время движения по кругу металл затвердевает и охлаждается водой из брызгал. Готовые аноды погружают для полного охлаждения в бассейн с водой, а затем отвозят на склад. Розлив автоматизирован. Шлаки подвергают восстановительной плавке в небольших шахтных печах на черновую медь, а иногда перерабатывают в конверторах при продувке штейнов извлечение в анодную медь составляет 98—99% ; расход условного топлива около 10—11% от меди; использование его иногда повышают установкой котлов-утилизаторов. Поворотные печи пока менее распространены из-за сравнительной сложности устройства и большего расхода топлива. Они удобны для установки в одном пролете с конверторами и дозированного разлива металла через горловину. В мировой практике пока более 60% меди рафинируют в стационарных печах. Статья на тему Рафинирование меди

Читайте также:  Ассортимент оснащения для кроссфита

Источник

Огневое рафинирование

date image2015-04-12
views image3476

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Черновая медь обычно содержит 97,5-99% меди, 0,03-0,35 серы, 0,01-0,1 железа, 0,1-0,5 никеля, 0,05-0,26 свинца, 0,03-0,3 мышьяка, 0,03-0,2 сурьмы, до 0,03 цинка, 30-40 г/т золота, 20-3000 г/т серебра и т.д.

Для непосредственного технического применения черновая медь непригодна, и поэтому ее обязательно подвергают рафинированию с целью очистки от вредных примесей и попутного извлечения благородных металлов. Состав и качество товарной меди, получаемой после рафинирования, должны отвечать требованиям ГОСТа.

Высшая марка рафинированной меди (М00) должна содержать не менее 99,99% меди. При этом в ней регламентируется максимальное содержание 10 примесей (Bi, As, Sb, Fe, Ni, Pb, Sn, S, O, Zn), которое суммарно не должно превышать 0,01%.

Огневое (окислительное) рафинирование черновой меди основано на различиях в сродстве к кислороду меди и ее примесей. Огневое рафинирование проводят с целью удаления части примесей, обладающих, по сравнению с медью, повышенным сродством к кислороду. Такие примеси в отличие от благородных металлов, которые в этой стадии рафинирования практически не удаляются, часто называют неблагородными. В результате огневого рафинирования содержание меди в анодах повышается до 99,5-99,8%.

Процесс огневого рафинирования состоит из следующих основных операций:

— расплавление твердой меди и разогрев расплава

— раскисление (дразнение) меди

— разливка меди в аноды.

Продолжительность процесса рафинирования зависит от многих факторов (состава черновой меди, вместимости печи, тепловой нагрузки, производительности загрузочных и разливочных устройств) и колеблется от 12 до 32 часов. Процесс окисления ведут при 1150-1170 о С. Кроме черновой меди, в шихту анодных печей входят оборотные материалы: анодный брак, бракованные изложницы, анодные остатки и т.д.

Химические основы огневого рафинирования.

Стадия окисления начинается с продувания ванны расплава воздухом или воздухом, обогащенным кислородом. При этом медь постепенно насыщается кислородом и происходит окисление примесей.

С расчетом сродства к кислороду первыми должны были бы окисляться неблагородные примеси, но из-за их низкой концентрации в расплаве происходит прежде всего окисление меди:

За счет растворения Cu2O, расплавленная медь постепенно насыщается кислородом.

Остаточное содержание примесей определяется равновесием реакций:

Легко и с большой полнотой удаляются железо, цинк, алюминий. Для их удаления даже не нужно глубокого насыщения меди кислородом.

Значительные трудности возникают при удалении никеля. Одна из причин этого явления – сравнительно небольшое различие в сродстве к кислороду меди и никеля. Рафинирование меди от никеля способствует получению ферритных шлаков, для чего в рафинировочную печь на стадии окисления необходимо вводить оксид железа Fe2O3.

В результате протекания реакции:

2Ni+O2+2Fe2O3=2(NiO*Fe2O3) образуется нерастворимый в жидкой меди феррит никеля.

Наиболее трудноудаляемыми огневым способом примесями являются мышьяк и сурьма. Отделение их при рафинировании происходит за счет испарения летучих низших оксидов As2O3 и Sb2O3. При этом, в начальной стадии окисления эти оксиды удаляются достаточно интенсивно.

С определенными трудностями сталкиваются при удалении свинца. Свинец, по сравнению с медью, обладает несколько большим сродством к кислороду, но это различие не слишком велико. Кроме этого, образующийся оксид свинца обладает большей плотностью чем медь и не всплывает на поверхность расплава.

Для устранения этих трудностей применяют кварцевый флюс. Образующийся глет в этом случае вступает во взаимодействие с SiО2, образуя силикат: PbO+SiO2=PbSiO3,

который всплывает в шлаке вследствие меньшей плотности силиката по сравнению с глетом и шлаком.

Таким образом, конечный результат окислительной операции огневого рафинирования меди можно охарактеризовать следующим образом: железо, цинк, свинец и алюминий удаляются почти полностью. Никель, мышьяк и сурьма при высоком их содержании в черновой меди удаляются лишь частично, а при низком содержании – почти полностью остаются в меди. Частично удаляется сера. Золото, серебро, металлы платиновой группы практически полностью сохраняются в меди, так же как висмут, селен и теллур.

Прежде, чем преступить к следующей операции, с поверхности ванны удаляют шлак, иначе присутствующие в шлаке оксиды восстановятся и примеси снова растворятся в металлической меди. Выход шлака составляет 1,2-4% от массы меди. Обычно рафинировочные шлаки содержат, %: 35-40 Cu, 6-10 Pb, 5-6 Sn, 1,7-2,5 Zn, 0,3-0,35 Ni, 11-13SiO2, 10-16 FeO, 1-2 Al2O3, 0,5-1,5 CaO. Съем шлака с поверхности ванны стационарных печей производят с помощью деревянных гребков, что предотвращает загрязнение меди железом. Рафинировочные шлаки перерабатывают в качестве оборотных материалов в конвертерах при конвертировании медных штейнов.

По окончании окислительной продувки меди и съема шлака, приступают к восстановлению Cu2O (раскислению меди) и удалению растворенных газов. Эта операция слагается из двух последовательно проводимых стадий – дразнения на плотность и дразнения на ковкость. Основная цель дразнения на плотность – удаление из меди серы и растворенных газов. Для этого в печи создают нейтральную либо слабоокислительную атмосферу и снижают температуру до 1120-1130 градусов. Расплавленную медь перемешивают газом, что создает благоприятные условия для протекания реакции:

Для продувки меди используют природный газ, продукты перегонки нефти и т.п. При обработке расплавленной меди восстановительными газами уже на стадии дразнения на плотность начинается восстановление Cu2O. По завершении операции дразнения на плотность, приступают к операции дразнения на ковкость. Цель этой операции – восстановление практически всего оставшегося Cu2O до металла. Процесс ведут в сильно восстановительной атмосфере при загрузке восстановителя на поверхность ванны. В качестве восстановителя используют древесину (бревна), древесный уголь, нефтяной кокс, конверсированный газ и мазут:

Вся операция дразнения на плотность и ковкость продолжается 2,5-3,5 часа. Разливка меди в аноды является завершающей стадией огневого рафинирования меди. Масса отливаемых анодов на отечественных заводов составляет 175-275, а на зарубежных – 275-375 кг. Одним из важных требований, предъявляемых к процессу разливки меди, является получение анодов точно заданной массы с ровной поверхностью, т.к. значительное отклонение в массе анодов и их грубо-шероховатая и волнистая поверхность ухудшают показатели электролиза и увеличивают выход анодных остатков(скрапа). Готовые аноды после отбраковки отправляются в цех электролитического рафинирования.

Читайте также:  Помощь в выборе ГБО на ваз 21099

Степень удаления примесей при огневом рафинировании в зависимости от их содержания в черновой меди и особенностей технологии, выражается следующими цифрами, %: 90-99 Zn, Fe, S; 80-90 Pb; 70-90 Sn; 20-70 Ni, Sb, As; до 5 Se, Te, Bi.

Источник



Лекция 6. Огневое рафинирование меди. Электролитическое рафинирование меди.

Огневое рафинирование меди.

Черновая медь может содержать до 4% примесей, делающих ее непригодной для прямого применения. По этой причине вся черновая медь в настоящее время обязательно подвергается двухстадийному рафинированию: огневым методом и последующим электролизом.

Возможны три варианта организации рафинирования меди в промышленных условиях:

1. Обе стадии рафинирования проводятся на том же предприятии,

где выплавляется черновая медь. В этом случае на огневое рафинирование поступает расплавленная медь.

2. Обе стадии рафинирования осуществляют на специальных рафинировочных заводах, на которые медь поступает в слитках массой до 1500 кг. Такая технология требует повторного расплавления чернового металла, но позволяет, как и в варианте I. на месте перерабатывать анодные остатки электролизнъ1Х переделов и технологический брак процессов огневого и электролитического рафинирования

3. Огневое рафинирование жидкой черновой меди осуществляют на медеплавильных заводах, а электролиз проводят централизованно на специальных предприятиях.

Третий вариант рафинирования черновой меди на отечественных предприятиях не применяется. Он является характерным, в частности, для заводов США.

Цель огневого рафинирования сводится к частичной очистке меди от примесей, обладающих повышенным сродством к кислороду, и подготовке ее к последующему электролитическому рафинированию. При огневом рафинировании из расплавленной меди стремятся максимально удалить кислород, серу, железо, никель, цинк, свинец, мышьяк, сурьму и растворенные газы. Медь после огневого рафинирования разливают в слитки пластинчатой формы с ушками — аноды, которые направляют в электролизный цех. Поэтому печи для огневого рафинирования часто называют анодными печами.

На современных предприятиях для огневого рафинирования меди используют в основном два типа печей: стационарные отражательные и наклоняющиеся.

Стационарная рафинировочная печь по устройству похожа на отражательную печь для плавки концентратов, но имеет ряд специфических конструктивных особенностей. Вместимость современных анодных печей — до 400 т жидкой меди.

Анодные печи покоятся на столбчатом фундаменте, что обеспечивает повышенную стойкость подины. На одной из продольных стен печи имеются рабочие окна с опускающимися заслонками, предназначенные для загрузки в печь твердых материалов и обслуживания печи во время работы. Рафинировочные печи отапливаются только высококачественным топливом (природный газ или мазут). Топочная сторона печи имеет форкамеру, в которой начинается горение топлива. Окна для съема шлака расположены обычно в задней торцовой стенке печи. Рабочие и шлаковые окна можно использовать для окислительной и восстановительной обработки расплавленной меди.

На противоположной длинной стороне печи имеется щелевая летка, которую перед началом загрузки закладывают огнеупорным кирпичом или заделывают глиной. Во время разливки меди в конце операции щель постепенно разбирают сверху, что обеспечивает почти постоянный напор струи жидкой меди.

Стационарные отражательные печи применяют для огневого рафинирования как жидкой, так и твердой черновой меди, а также для переплавки и дополнительного рафинирования катодной меди при изготовлении из нее вайербарсов — слитков особой формы, используемых в дальнейшем для проката и волочения проволоки.

Наклоняющиеся рафинировочные печи конструктивно сходны с горизонтальными конвертерами, но имеют большую вместимость (до 300 т). У таких печей горловина смещена обычно к одному торцу. Ее используют для заливки жидкой черновой меди, загрузки твердых оборотов и отвода отходящих газов. Для выпуска отрафинированной меди со стороны разливочной машины в печи сделана летка диаметром — 60 мм. Напор струи жидкой меди регулируется в этом случае углом поворота печи в сторону розлива.

Наклоняющиеся рафинировочные печи имеют ряд преимуществ перед стационарными, но пригодны только для переработки жидкой черновой меди. Загрузка через горловину (с большой высоты) массивных слитков черновой меди приводит к быстрому разрушению футеровки пода.

Огневое рафинирование меди — периодический процесс. Он состоит из последовательных стадий, включающих подготовку и загрузку печи, плавление или разогрев меди, окислительную обработку расплава и съем шпака, восстановительную обработку (дразнение) и разливку готовой меди.

Подготовка рафинировочной печи сводится к ее осмотру, заделке изъянов в футеровке и заправке выпускной летки. Далее проводят загрузку печи. При рафинировании твердой меди массивные слитки загружают в стационарную печь через рабочие окна с помощью загрузочной машины — шаржирного крана с хоботом. Жидкую медь заливают ковшами по желобу или через горловину (в наклоняющиеся печи); продолжительность загрузки — до 2 ч.

Расплавление твердой меди занимает до 10 ч. При переработке жидкой меди и небольшого количества твердых, главным образом оборотных материалов, длительность этой стадии значительно сокращается. Период расплавления и разогрева расплава сопровождается частичным окислением твердой меди и расплава кислородом, присутствующим в атмосфере печи.

После разогрева ванны до температуры — 1200 о С начинается стадия окислительной продувки меди для окисления примесей с повышенным по сравнению с медью сродством к кислороду. Расплавленную медь окисляют воздухом, который вдувают в ванну на глубину 600-800 мм с помощью погружаемых в расплав стальных трубок, покрытых снаружи огнеупорной обмазкой.

Теоретически при взаимодействии с кислородом дутья должны были бы сразу окисляться примеси, обладающие большим по сравнению с медью сродством к кислороду. Однако на практике с учетом закона действия масс в первую очередь окисляется медь, концентрация которой по сравнению с примесями является преобладающей. При продувке воздухом медь окисляется до Cu 20, которая, растворяясь в ванне меди до концентрации 10-12 %, переносит кислород к более активным металлам и окисляет их по обратимой реакции

Cu 20 + Me = 2Cu + MeO

Оксиды металлов-примесей вместе с избытком Сu 20 и кремнеземом, загружаемым в небольшом количестве в печь для ошлакования примесей, образуют на поверхности ванны шлак. В конце окислительной продувки шлак обычно сгребают деревянными гребками. Шлаки рафинировочных печей содержат до 5,0-5,5 % Си. Выход шлаков составляет I-2 % от массы меди. Рафинировочные шлаки для обеднения возвращают в процесс конвертирования.

Наиболее полно окисляются и удаляются в шлак примеси с наибольшим сродством к кислороду: алюминий, цинк, железо, олово. Однако если примесь обладает высокой растворимостью в меди, то степень ее удаления будет небольшой. Так, концентрацию никеля, обладающего неограниченной растворимостью в мели, не удается снизить ниже 0,25-0,3 %. К числу трудноудаляемых примесей относятся мышьяк и сурьма, особенно при их совместном присутствии с никелем. Практически полностью при огневом рафинировании в меди остаются благородные металлы, селен и теллур.

Продолжительность окислительной продувки зависит от степени загрязнения исходной черновой меди и составляет 1,5-4 ч. Продутая воздухом медь насыщена кислородом и газовыми пузырьками, которые удаляются при восстановительной обработке меди (дразнений).

Дразнение можно проводить свежесрубленной древесиной (бревнами), мазутом или природным газом. При разложении восстановительных реагентов образуются водород, оксид углерода и углеводороды, которые взаимодействуют с растворенной Си 20 и восстанавливают ее по реакциям:

Cu 20 + Н 2 = 2Cu + Н 20;

Cu 20 + СО = 2Си + СО 2;

4Cu 20 + СН 4 = 8Си + СО 2 + 2Н 2О.

Читайте также:  Аренда оборудования для кафе ресторанов баров

В процессе дразнения ванна хорошо перемешивается газовыми пузырьками, что обеспечивает высокую степень восстановления Cu 20, 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 %S и до 0,2%О 2. Такую медь разливают в аноды.

Для разливки применяют изложницы, установленные на горизонтальных разливочных машинах карусельного типа. Подачу жидкой меди из печи в изложницу проводят через промежуточный наклоняющийся ковш, оборудованный на ряде заводов дозирующим устройством, обеспечивающим постоянство массы отливаемых анодов. Этот ковш прерывает струю меди во время перемещения изложниц. Разливка анодов из печи емкостью 200- 250 т продолжается до 5- 6 ч.

Готовые аноды имеют длину 800- 900 мм, ширину 800 -900 мм и толщину 35- 40 мм. Масса анодов на разных заводах составляет 240-320 кг.

Источник

Огневое рафинирование меди

Устройство печей для огневого рафинирования меди (рис. 97) подобно устройству отражательных печей для плавки медных концентратов на штейн. Емкость ванны рафинировочных печей 400 т меди, глубина ее сравнительно небольшая — порядка 400—900 мм, длина 15 м, ширина 5 м, необходимая для процесса температура 1130— 1150°.

Печи отапливаются мазутом, естественным газом или пылевидным топливом. Необходимое требование к топливу — отсутствие или малое содержание в нем серы, так как SO2 из печных газов загрязняет рафинируемую медь серой.

Огневое рафинирование меди

Ванну выкладывают в кожухе из чугунных плит и устанавливают на столбах. Такое устройство предупреждает утечки меди через щели и неплотности кладки. Кладка ванны делается из кварцевого или магнезитового кирпича, лещадь кислых печей наваривают смесью мелкого кварца с медной окалиной; для подготовки лещади основных печей применяют магнезит с добавками извести, кварца и железной окалины.

Стены печи выложены из магнезитового или высокоглиноземистого шамотного кирпича, а снаружи облицованы чугунными плитами и укреплены двутавровыми балками. Прямоугольные рабочие окна шириной 1—1,7 м и высотой около 0,8 м снабжены поднимающимися заслонками.

Свод арочного типа выложен из динасового кирпича.

Штыковую медь загружают через рабочие окна лопатой, установленной на тележке мостового крана (рис. 98); лопата захватывает до 3,5 т штыковой меди; расплавленную медь заливают ковшами с помощью крана или миксер-вагоном, вмещающим до 70 т металла.

Огневое рафинирование меди — периодический процесс с продолжительностью цикла около 12—16 час. Каждый цикл слагается из следующих последовательно проводимых операций; расплавление, окисление примесей, удаление растворенных газов, раскисление меди и разливка.

Примеси окисляют воздухом, который вдувают через железные трубы диаметром 10—20 мм, погруженные в расплавленную медь. Окисление протекает на поверхности воздушных пузырей, всплывающих в жидком металле. Окисляются медь и все примеси, кроме благородных металлов.

Скорость окисления каждого из металлов пропорциональна концентрации его в ванне, поэтому с наибольшей скоростью окисляется медь по реакции:

Закись меди растворяется в расплавленной меди и благодаря перемешиванию вдуваемым воздухом быстро распространяется по всему объему ванны.

Окисление примесей протекает по реакциям, изображаемым в общем виде уравнением:

Окислы примесей, всплывая на поверхность ванны, образуют шлак, удаление которого с поверхности ванны способствует процессу.

Окислительному рафинированию способствует также понижение концентраций свободных окислов в шлаках путем связывания их в слабодиссоциированные химические соединения. Этим объясняются лучшие результаты рафинирования в печах с кислым подом, где кремнезем, переходящий в шлак из футеровки печи, связывает окислы в прочные силикаты.

Очередность выгорания примесей объясняется возможностью окисления их не только закисью меди, но и окислами других примесей, всплывающих в медной ванне.

Приближенно можно считать, что очередность окисления примесей должна соответствовать убыванию сродства этих примесей к кислороду, т. е. следующему ряду:

В действительности все примеси выгорают одновременно, но с разными скоростями, зависящими не только от сродства к кислороду, но и от соотношения концентраций, способности шлаковаться, летучести, скоростей протекания реакций окисления и ряда других причин.

Благородные металлы, имеющие меньшее сродство к кислороду, чем медь, при огневом рафинировании не удаляются, а висмут удаляется в весьма малой степени.

Сера присутствует в меди в виде растворенной CU2S; она окисляется по реакции:

Сродство к кислороду у селена и теллура меньше, чем у серы, поэтому при окислительном рафинировании эти элементы практически не удаляются.

Операцию удаления растворенных в меди газов называют дразнением на плотность. В ванну металла, очищенную от шлака, погружают сырое дерево (жерди или бревна), бурно выделяющиеся пары воды перемешивают медь, способствуя удалению SO2 и других газов.

Затем необходимо раскисление для получения пластичной меди, так как содержание растворенной Cu2O после окисления может достигать 10—12%.

Раскислителями служат продукты сухой перегонки дерева — углеводороды, например:

Для этого ванну покрывают слоем угля, а деревянные жерди или бревна погружают в нее на более длительное время. На поверхность ванны всплывают газовые пузыри, медь хорошо перемешивается, и восстановление Cu2O до остаточного содержания (0,3—0,5%) достигается легко. Раскисление меди на заводах называют дразнением на ковкость.

Продолжительность рафинирования зависит от масштабов производства и его механизации. При полной или частичной загрузке в печь расплавленной меди производительность значительно повышается, так как плавление занимает около 30% от общей продолжительности процесса; при этом значительно снижается расход топлива.

Раскисление меди вдуванием в расплавленную ванну древесно-угольной пыли или генераторного газа сокращает продолжительность этой операции.

Конец периода окисления определяют по характеру излома пробы; подобные пробы служат и для определения достаточности дразнений.

Шлаки удаляют из печи (через рабочие окна) в виде тестообразной массы, иногда они получаются «сухие», сыпучие, чаще вязкие.

Готовую медь выпускают через вертикальную щель в стенке печи, для этого постепенно сбивают перекрывающую щель плотнику из огнеупорной глины. Медь отливают в аноды, предназначенные для электролитического рафинирования, на карусельных разливочных машинах (рис. 99). Чугунные или медные изложницы заполняются медью из ковша емкостью около 2 т, установленного на козлах; наклоняясь, ковш заполняет сначала одну изложницу, после чего карусель автоматически поворачивается, подставляя под носок ковша следующую. За время движения по кругу медь затвердевает и охлаждается водой из брызгал. Готовые аноды погружают для полного охлаждения в бассейн с водой, а затем отвозят на склад.

Рафинировочные шлаки перед раскислением меди тщательно удаляют. Если не удалить шлак, то с понижением содержания Cu2O в ванне примеси, накопленные в шлаке, будут восстанавливаться из окислов и снова переходить в медь:

Шлаки кислых печей содержат 15—40% SiO2, 5—10% Ее в виде силикатов и ферритов, а также окислы цинка, никеля и других примесей. Меди в этих шлаках 35—45%; около 4/5 ее связано в закись, остальная медь находится в виде не отстоявшихся капель металла.

В шлаках основных печей 50—75% Cu и обычно не более 5—10% SiO2. Выход шлаков составляет 2—3% от веса меди. Шлаки подвергают восстановительной плавке в небольших шахтных печах на черновую медь и отвальный шлак, а также перерабатывают в конвертерах при продувке штейнов.

Источник