Технология обогащения медных руд реферат

Обновлено: 05.07.2024

Медные руды условно можно разделить на следующие типы; сульфидные (содержат не более 25% oкиcлeннoй меди), окисленные (содержат не более 25% сульфидов) и смешанные (промежуточный тип). К медным рудам России гравитационные методы обогащения не применимы; эти руды обогащают исключительно флотацией.
Сульфидные руды делят на вкрапленные и сплошные. Наибольшие запасы меди представлены вкрапленными рудами. На этих рудах работают наиболее крупные флотационные фабрики [Моренси — 55 000 т/сутки, Арчур и Магна (США) вместе перерабатывают 90 000 т/сутки, в Казахстане — Джезказганская, Балхашская, строится Алмалыкская и др.]. В большинстве случаев эти руды добывают открытыми способами.
Особенность схем обогащения вкрапленных руд — возможное выделение основной массы сульфидов в бедные концентраты при относительно грубом измельчении (до -0,5 мм). Для повышения извлечения меди в результате флотации крупнозернистых сростков сульфидов с пустой породой в процесс добавляют, кроме ксантата и вспенивателя, углеводороды. Полученные бедные концентраты затем доизмельчают в замкнутом цикле и перечищают. В некоторых случаях доизмельчают только промпродукты, получаемые после перечистки грубых концентратов и дофлотации хвостов. Промпродукты доизмельчают в том случае, если необходимо освободить сульфиды от кварца. Цель доизмельчения концентратов — доизмельчить не только сростки с кварцем, но. и сростки медных минералов с пиритом.
В порфировых рудах медные минералы представлены преимущественно халькозином или борнитом. Это дает возможность получать богатые медью концентраты (табл. 76).

Концентраты с 40—45% меди могут быть получены и на Джезказганской (Кенгирской) обогатительной фабрике, если усложнить схему — ввести доизмельчение концентратов и промпродуктов.
Относительная однородность порфировых руд, поступающих на фабрику, дает возможность даже на самых крупных фабриках иметь флотационное отделение — моносекции: в этом случае сливы всех классификаторов отделения измельчения подают в один пульподелитель (имеется резервный), распределяющий пульпу на ряд параллельных машин.
Большая производительность фабрик обеспечивает низкую стоимость обогащения и возможность перерабатывать руды с содержанием до 0,5% меди.
Принципиальная схема обогащения медных руд дана на рис. 34. Самая простая и дешевая схема — с открытым циклом в третьей стадии дробления, одностадиальным измельчением руды и доизмельчением промпродукта и концентратов или только промпродуктов (Моренси). На Джезказганской и Балхашской фабриках отвальные хвосты можно получить при измельчении до 45% — 0,074 мм. если доизмельчать промпродукты и концентраты в отдельных циклах.

На Балхашской фабрике до сих пор не введено доизмельчение промпродуктов, поэтому необходимо измельчать всю руду до 60— 65%) — 0,074 мм. При этом все же в крупных классах хвостов содержание меди близко к содержанию в руде, т. е. хвосты надо классифицировать и пески еще раз доизмельчать и флотировать. Для доизвлечения сростков из песков без их измельчения можно вести флотацию с добавкой углеводородов (типа трансформаторного масла и др.), как это предложено Гинцветметом (А.К. Лившиц) для Джезказганской руды.
При флотации порфировых руд пирит обычно депрессируют и в концентратах оставляют такое количество серы, которое обеспечивает получение наиболее экономичного шлака и штейна. Депрессия пирита производится или известью в сильно щелочной среде, или цианидом в слабо щелочной среде (pH = 9, в редких случаях pH>10).
Реагентный режим обычно таков. В измельчение дается известь до pH во флотации около 8; в некоторых случаях полезно в измельчение давать около 25 г/т труднорастворимого собирателя — диксантогената или тиокарбонилида. Во флотацию в несколько приемов дают ксантогенат или аэрофлот и вспениватель. Расход ксантогената и аэрофлота составляет от 35 до 100 г/т руды и соснового масла 25—50 г/т руды.
К типу сплошных сульфидных руд относятся — сплошные медистые пириты (Дегтярское месторождение, а также руды Красногвардейского и Ново-Левинского рудников) и сплошные медисто-пирито-пирротиновые руды (руды Норанда, Канада и др.).
Особенностью медистых пиритов является очень тонкое прорастание сульфидов меди и железа с образованием на пирите тончайших пленок вторичных сульфидов меди, главным образом ковеллина, особенно в верхних горизонтах. Руды содержат значительное количество растворимых продуктов окисления пирита и медных минералов в виде сульфатов, отчего немного понижается флотируемость медных сульфидов и активируется пирит. В связи с этим при обогащении этих руд необходимо очень тонкое измельчение для освобождения сульфидов меди. Например, из руд Дегтярки отвальные хвосты с содержанием меди ниже 0,2% можно получить лишь при измельчении сульфидов до -44 мк. Практически такое измельчение экономически не всегда целесообразно, например, совершенно нецелесообразно в том случае, когда пиритные огарки после обжига пиритного концентрата будут подвергаться при подготовке к доменной плавке хлорирующему обжигу для извлечения цветных, благородных и рассеянных металлов. Обычно три двухстадиальной (Среднеуральская фабрика) или трехстадиальной схеме (испытывалась на Красноуральской фабрике) измельчение ведут до 90—95% — 0,074 мм. При таком измельчении получают бедные концентраты (табл. 77).

Флотацию медистых пиритов ведут в сильно щелочной среде с содержанием свободной CaO около 600—900 г/м3 пульпы. Расход извести составляет 5—10 кг/т, ксантата 100—120 г/т. флотомасла — до 75 г/т.
Получение более богатых концентратов при снижении извлечения выгодно в том случае, если в пиритных хвостах при доводке концентратов содержание меди будет не выше содержания меди в шлаках. В этом случае при плавке концентратов общее извлечение меди в черновую медь будет такое же, как и при плавке более бедных концентратов или даже выше.
При флотации медистых пиритов расход энергии составляет 30—35 квт*ч/т, в то время как на фабриках, перерабатывающих порфировые руды, от 12—15 квт*ч/т (Юта, Чили и др.) до 20 квт*ч/т.
Медно-пиритно-пирротиновые руды также требуют тонкого измельчения. Например, на фабрике Норанда при относительно крупном помоле руды до 48%—0,074 мм, содержащей халькопирит, 20—30% пирита и 50—60% пирротина, освобождается большая часть халькопирита, HO остальная часть требует более тонкого помола: хвосты медного цикла содержат 80%, а окончательные — пирротинового цикла — 95% — 74 мк. Такое тонкое измельчение необходимо не для извлечения меди, а для извлечения золота.
Схема измельчения очень сложна — многостадиальная со многостадиальной флотацией. Особенность флотации пирротиновых руд — легкая окисляемость пирротина и накапливание в пульпе низших окислов серы, в частности, гипосульфита, являющихся депрессорами медных минералов. Поэтому необходимо строго регулировать восстановительную способность пульпы, для чего пульпу перед каждой стадией флотации подвергают аэрации в особых аэраторах, являющихся одновременно и классификаторами. На фабрике Норанда извлекают 96% Cu в концентраты с содержанием 9,1% Cu; извлечение золота составляет 85—90% (с цианированием пиритного золотосодержащего концентрата), в то время как при обогащении руд Дегтярки извлекается золота только 20—30%.
Хвосты флотации сплошных медистых пиритов обычно являются готовым пиритным концентратом, но качество их может быть улучшено (содержание серы доведено до 48—50%) в результате перефлотации после сгущения, разбавления свежей водой и добавления серной кислоты или кислых лежалых хвостов из отвала. Пиритная флотация экономически выгодна и обеспечивает комплексное использование серы и железа.
Медные руды промежуточного типа, в которых содержание сульфидов может колебаться от 10 до 50%, перерабатывают по такой же схеме, что и сплошные сульфидные руды, с той лишь разницей, что общее измельчение руды перед флотацией здесь тем грубее, чем меньше сульфидов, и для депрессии пирита не требуется столь высокой щелочности, как при флотации сплошные медистых пиритов.
При содержании пирита не более 25—30% и необходимости использовать 'Пирит целесообразна схема коллективной флотации сульфидов при относительно грубом помоле руды с последующей классификацией и доизмельчением коллективного концентрата или без доизмельченчя, с флотацией по режиму сплошных сульфидных руд, т. е. в сильно известковой среде или в слабощелочной среде с добавлением цианида для депрессии пирита.
Коллективная флотация с последующей селективной флотацией применяется для получения медного и пиритного концентратов на Пышминской обогатительной фабрике. Из руды с содержанием меди 0,6% получали медные концентраты, содержащие 27% Cu при извлечении 91,6%. Коллективную флотацию ведут в слабощелочной среде, а селективную — в сильнощелочной. Общий расход реагентов при такой схеме значительно меньший, чем при прямой селективной флотации руды в две стадии. Кроме Пышминской, схема коллективной флотации сульфидов меди и пирита применяется на Кировградской фабрике, на фабрике Алдермак (Канада) и др.
Для иллюстрации показателей флотации сульфидных вкрапленных руд в табл. 78 приведены результаты работы некоторых фабрик.

Если в руде много пирита, то флотацию цинковой обманки ведут в сильно щелочной среде (pH = 11), чтобы депрессировать пирит. Число перечисток цинкового концентрата зависит от содержания цинка: чем беднее руда, тем больше перечисток.
Для бедных медью и цинком первичных руд как вкрапленных, так и сплошных сульфидных Урала, кроме схем селективной флотации, Уралгипроцветметом в 40-х годах были разработаны схемы коллективной флотации медных и цинковых минералов, а для вкрапленных руд — коллективной флотации всех сульфидов с последующим разделением коллективных концентратов. В последние годы схемы коллективной флотации с последующей селекцией внедрены на Красноуральском, Кировградском и Карабашском заводах, можно применить на Среднеуральской фабрике для руд Дегтярки и др. На Красноуральской фабрике в коллективный концентрат извлекается медь и часть легко флотируемой цинковой обманки, а часть цинка затем извлекается из хвостов медной флотации. Такая схема носит название коллективноселективной.
Для улучшения качества концентратов и повышения извлечения цинка при тонком прорастании сульфидов приходится вводить в схемы доизмельчение концентратов или промпродуктов или и тех и других.
При обогащении медно-цинковых руд получают различные результаты в зависимости от характера руд: тонкости прорастания, наличия вторичных сульфидов меди и растворимых солей меди, состава сульфидов, наличия пирротина и пирита. Руды, содержащие пирротин — поглотитель ионов меди, — легче обогащаются, чем не содержащие пирротина.
Для иллюстрации (табл. 79) приведены показатели работы некоторых заграничных и советских фабрик.

Руды цветных металлов являются комплексным сырьём и источником получения не только цветных, но и благородных, редких, редкоземельных металлов, серы, барита, флюорита, кварца, полевых шпатов и других элементов и минералов. Из полученных в процессе обогащения концентратов и продуктов в настоящее время организовано промышленное производство 74 элементов периодической таблицы Д.И. Менделеева, увеличивается выпуск попутной продукции: пиритных, баритовых, полевошпатовых, слюдяных и других концентратов. Комплексность и экономическая эффективность использования руд цветных металлов определяются эффективностью процесса обогащения.

Прикрепленные файлы: 1 файл

флот курсак (Восстановлен).docx

Тема: Флотационное обогащение медно никелевой руды

Важнейшая роль в развитии тяжелой индустрии и всего народного хозяйства принадлежит цветной металлургии как одной из ведущих отраслей промышленности. Расширение производства, ускорение технического прогресса во всех отраслях народного хозяйства во многом зависит от роста производства цветных металлов и улучшения их качества.

Рост производства цветных металлов, в свою очередь, связан с увеличением добычи руд цветных металлов, то есть с их обогащением.

Сплошные и вкрапленные сульфидные медно-никелевые руды – основной источник получения никеля. Помимо основных ценных компонентов (меди, никеля и серы) они часто содержат такие сопутствующие элементы, как золото, серебро, платину, палладий, селен, теллур и другие редкие и рассеянные элементы тесно связанные с сульфидами основных металлов. Сульфиды никеля обычно представлены пентландитом (Fe, Ni)₉S₈, миллергитом NiS и никеленосным пирротином; сульфиды меди – халькопиритом CuFeS₂, кубической разновидностью его – кубанитом и иногда талнахитом [7].

Никель, медь и их сплавы имеют огромное значение во многих отраслях народного хозяйства.

Никель по большей части является составным компонентом различных сплавов. Все нержавеющие стали обязательно содержат никель, т.к. никель повышает химическую стойкость сплава. Также сплавы никеля характеризуются высокой вязкостью и и используются при изготовлении прочной брони. При изготовлении важнейших деталей различных приборов используется сплав никеля с железом (36-38% никеля), обладающий низким коэффициентом термического расширения.
При изготовлении сердечников электромагнитов широкое применение находят сплавы под общим названием пермаллои. Эти сплавы, кроме железа, содержат от 40 до 80% никеля. Из никелевых сплавов чеканяться монеты. Общее число различных сплавов никеля, находящих практическое применение, достигает нескольких тысяч.
Различные металлы никелируют, что позволяет защитить их от коррозии. На металл наносится тонкий никелевый слой, обладающий высокой коррозийной стойкостью. Вместе с этим никелирование придает изделиям красивый внешний вид.
Никель широко используют при изготовлении различной химической аппаратуры, в кораблестроении, в электротехнике, при изготовлении щелочных аккумуляторов, для многих других целей. Специально приготовленный дисперсный никель находит широкое применение как катализатор самых разных химических реакций. Оксиды никеля используют при производстве ферритных материалов и как пигмент для стекла, глазурей и керамики; оксиды и некоторые соли служат катализаторами различных процессов. Производство железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых, никель-водородных аккумуляторов[7].

Благодаря своим свойствам медь широко используется в электротехнике, радиотехнике, приборостроении и различных отраслях машиностроения. Среди цветных металлов по объему потребления медь занимает второе место (после алюминия), причем около половины производимой меди используют в электро- и радиотехнике, а вторую половину — для получения медных сплавов.

Цена одной тонны никеля на Лондонской бирже состовляет 182600$. Производство рафинированного никеля в 2008 году составила 1,47 млн т. Крупнейшими странами-производителями первичного никеля по итогам последних лет стали Россия, Япония, Австралия, Канада и Китай [22].

Обогащение жильных медно-никелевых руд Талнахского месторождения Норильского промышленного района с самого начала проводили по технологии селективной флотации с последовательным выделением медного, никелевого и пирротинового концентратов. Применение селективной флотации основано на заметной разнице в флотируемости медных и никелевых минералов, преимущественном содержании первых, а также относительно небольшом количестве породообразующих составляющих.

Учитывая важное значение флотационного процесса изучению его в целях усовершенствования и интенсификации уделяется большое внимание. На основе исследований формируются новые представления о физической и физико-химической сущности явлений при флотации, разрабатываются принципы их физико-химического моделирования, математические модели процессов, создаются совершенные машины и аппараты, технологические схемы и режимы флотационного обогащения, предлагаются новые процессы флотации и методы их интенсификации. Все это позволяет на научной основе осуществить автоматический контроль и регулирование процессов коллективной и селективной флотации, добиться высокого качества продукции, снизить потери ценных компонентов с отходами производства и повысить комплексность использования сырья в условиях полного водооборота и охраны окружающей среды[6].

В курсовой работе предложено рассмотреть технологию обогащения медно-никелевых руд Талнахского месторождения. Целью данной курсовой работы является отыскание наиболее оптимального режима обогащения руды, отыскания наиболее оптимального реагентного режима Талнахского месторождения, стабилизация технологического процесса одновременно с сохранением качественных показателей на высоком уровне.

Краткий обзор по обогащению медно-никелевых руд

Своеобразие технологических схем обогащения медно-никелевых руд обусловлено особенностями их вещественного состава, необходимостью комплексного использования сырья и извлечения в соответствующие продукты обогащения, кроме никеля и меди, других ценных компонентов (золота, серебра, кобальта, платины и др.), возможностями последующей переработки получаемых концентратов[7].

На фабриках применяют в основном три группы схем:

- схемы флотации с получением коллективного медно-никелевого концентрата;

- схемы коллективной флотации сульфидов с последующим разделением полученного концентрата на медный и никелевый;

- комбинированные магнито-флотационные схемы с получением как коллективных, так и одноименных концентратов.

Трудности селективной флотации сульфидов меди и никеля и удаления железа из никелевого концентрата обусловлены:

широким изменением степени изоморфного замещения никеля железом ( от 10 до 42%) и кобальтом в пентландите и железа никелем ( до 3%) в пирротине, что приводит к изменению поверхностных и флотационных свойств основных никельсодержащих минералов;
изменением соотношения кристаллических разновидностей пирротина (моноклинного и гексагонального) и сульфидов меди (халькопирита и кубанита), обладающих различными флотационными свойствами;
трудность активации никельсодержащих минералов после их депрессии в цикле медной флотации;
тонкой неравномерной вкрапленностью и тесным взаимопрорастанием ценных компонентов;
наличием в рудах легкофлотируемых слоистых алюмосиликатов (талька, хлорита, оталькованного серпентинита и других подобных им минералов)

Вследствие перечисленных трудностей к настоящему времени наибольшее распространение получили схемы, в которых предусмотрено предварительное получение коллективного медно- никелевого или медно-никелевого- пиротинового концентрата.

Схемы коллективной флотации минералов меди и никеля из исходной руды без последующего разделения коллективного концентрата применяются обычно, если отношение содержаний меди и никеля в концентрате не превышает 2. Разделение металлов осуществляется при металлургическом переделе концентрата, который подвергается плавке на файнштейн, затем направляется на флотационное разделение по методу И. Н. Масляницкого [6]. Файнштейн состоит из халькозина Cu₂S и хизлевудита Ni₃S₂ b и небольшого количества сплава меди и никеля. После измельчения его примерно до 50 мкм, загрузки ксантогената (1 – 1,3 кг/т файнштейна) и пенообразователя в сильнощелочной среде (рН ~ 12), создаваемой едким натром, сульфид меди флотируется, а в камерный продукт переходит сульфид никеля с небольшим количеством меди. Процесс характеризуется высокой эффективностью и является ярким примером решения трудной проблемы применения комбинированной схемы. При использовании таких схем легче преодолеть трудности обогащения, обусловленные особенностями вещественного состава медно-никелевых руд, устранить загрязнение концентратов тугоплавкой породой, повысить комплексность использования сырья за счет попутного извлечения металлов платиновой группы, золота, серебра и кобальта в цикле коллективной флотации благодаря использованию сильных реагентов-собирателей без применения какого-либо специального оборудования или с использованием его (например, шлюзов для улавливания крупных зерен металлов платиновой группы). По ней легче осуществить стадиальное обогащение с межцикловой флотацией в рудном цикле и раздельную флотацию песков и шламов при переработке шламистых медно-никелевых руд. По этим причинам схемы, предусматривающие получение коллективных медно-никелевых и медно-никелево-пирротиновых концентратов, получили в настоящее время широкое распространение на фабриках.

Получаемые коллективные концентраты содержат не менее 3,5% никеля и не более 15-20% окиси магния, входящей в состав силикатов породы[7]

Схема коллективной флотации с последующим разделением коллективного концентрата применяется обычно, как и схема прямой селективной флотации, например, сплошных медно-никелевых руд, в тех случаях, когда отношение содержаний меди и никеля в концентрате (или исходной руде) превышает 2. в процессе селективной флотации получают медный, никелевый, никель-пирротиновый и иногда самостоятельный пирротиновый концентраты. Предварительная коллективная флотация при этом позволяет несколько усреднить вещественный состав подлежащего дальнейшему разделению сульфидного продукта[7].

Схема коллективной флотации всех сульфидов с последующим их разделением является эффективной и рациональной, когда все (или почти все) никелевые минералы в руде обладают более или менее одинаковой флотируемостью. Однако чаще никель в рудах представлен сравнительно хорошо флотирующимся пентландитом и частично окисленным с поверхности никеленосным пирротином, который флотируется значительно хуже. В таких случаях сначала флотируют пентландит и лекгофлотирующуюся часть никеленосного пирротина вместе с сульфидами меди (чаще всего халькопиритом) с последующим разделением получаемого медно- никелевого концентрата, а затем из хвостов коллективной флотации доизвлекают труднофлотируемую часть пирротина в виде бедного никельсодержащего концентрата. При флотации пирротина по такой схеме можно создать условия для наиболее полного его извлечения (применять сильные собиратели, организовать большой фронт флотации). Бедный никельсодержащий пирротиновый концентрат присоединяется обычно к богатому никелевому концентрату, получаемому при разделении коллективного медно-никелевого концентрата.

При разделении коллективного концентрата депрессируют флотацию пирротина и пентландита и флотируют минералы меди. Никель, попавший в медный концентрат, теряется при металлургическом переделе, тогда как медь, перешедшая в никелевый концентрат, извлекается практически полностью[6].

Комбинированные магнито-флотационные схемы переработки медно-никелевых руд применяются при наличии в рудах значительных количеств никеля и меди, тесно связанных с выделениями сильномагнитных (моноклинных) разновидностей пирротина.

Магнитная сепарация может применяться для удаления крупных выделений пирротина из дробленой руды, разделения исходного питания флотации на магнитную и немагнитную фракции, для переработки каждой из которых могут быть созданы наиболее оптимальные условия последующей флотации, доизвлечения пирротина из различных продуктов флотации. Во всех случаях комбинирование методов флотации и магнитной сепарации позволяет более эффективно решать проблемы комплексного использования медно-никелевых руд с получением или коллективных медно-никелевых концентратов с оптимальным соотношением содержаний меди и никеля в них, или одноименных медных и никелевых концентратов[6].

Способ флотации сульфидных минералов меди из халькопиритаубанитовых пирротинсодержащих медно-никелевых руд

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых методом пенной флотации, в частности к флотационному выделению сульфидных минералов меди из халькопириткубанитовых пирротинсодержащих медноникелевых руд, и может быть использовано при флотации других руд и промпродуктов, содержащих минералы меди, никеля и железа. Позволяет выделить качественный готовый медный концентрат с более высоким соотношением массовых долей меди и никеля при одновременном повышении извлечения в него меди[21]. Способ включает измельчение руды до кондиционной крупности, аэрацию пульпы в присутствии сульфгидрильного собирателя, селективную флотацию сульфидных минералов меди в присутствии пенообразователя с выделением чернового медного концентрата, доизмельчение последнего и последующую его перечистку в присутствии сульфоксидного реагента-депрессора с получением готового медного концентрата. Получение медного концентрата проводят, используя в качестве сульфоксидного реагента-депрессора бисульфит-ионы, поддерживая массовое соотношение ионов железа, тиосульфат-ионов и бисульфит-ионов в жидкой фазе пульпы при ее аэрации, равным 1:(50-300):(25-150). Оптимальное соотношение данных ионов обеспечивают путем обработки пульпы бисульфитом натрия или диоксидом серы[21].

Аэрозольная колонная флотация Cu-Ni руд и россыпного золота

Разработана методика, позволяющая с опорой на данные седиментоволюметрических измерений рассчитать силу в контактах между частицами. Доказана зависимость прочности контактов от поверхностных сил структурного происхождения и установлена их параболическая зависимость от размера анизометричных частиц [46].

Россия обладает мощной цветной металлургией, отличительная черта
которой - развитие на основе собственных ресурсов.
Руды цветных металлов являются комплексным сырьем и источником
получения, как цветных, так и благородных, редких, редкоземельных
металлов. Из получаемых в процессе обогащения концентратов в настоящее
время организованно промышленное производство 74 элементов
периодической таблицы Д. И. Менделеева.
Экономическая эффективность и комплексность использования руд
цветных металлов определяются эффективностью процесса обогащения.
Медно-никелевая промышленность относится к цветной металлургии, а
именно добывающей промышленности, которая занимает важное место в
промышленности России. В отличие от черной металлургии, цветная
развивается на собственных ресурсах, так же специализируется на
обогащении металлургического передела.

Нет нужной работы в каталоге?

Сделайте индивидуальный заказ на нашем сервисе. Там эксперты помогают с учебой без посредников Разместите задание – сайт бесплатно отправит его исполнителя, и они предложат цены.

Цены ниже, чем в агентствах и у конкурентов

Вы работаете с экспертами напрямую. Поэтому стоимость работ приятно вас удивит

Бесплатные доработки и консультации

Исполнитель внесет нужные правки в работу по вашему требованию без доплат. Корректировки в максимально короткие сроки

Если работа вас не устроит – мы вернем 100% суммы заказа

Техподдержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры всегда на связи и оперативно решат любую проблему

Строгий отбор экспертов

Требуются доработки?
Они включены в стоимость работы

Работы выполняют эксперты в своём деле. Они ценят свою репутацию, поэтому результат выполненной работы гарантирован

Разделение металлов на черные и цветные является условным. Обычно к черным металлам относят железо, марганец и хром, а остальные металлы к цветным. Термин цветные металлы не следует понимать буквально. Фактически существует лишь два цветных металла: розовая медь и желтое золото, а в

Медь (лат. Cuprum) - химический элемент. Один из семи металлов, известных с глубокой древности. По некоторым археологическим данным - медь была хорошо известна египтянам еще за 4000 лет до Р. Хр. Знакомство человечества с медью относится к более ранней эпохе, чем с железом; это объясняется с одной стороны более частым нахождением меди в свободном состаянии на поверхности земли, а с другой - сравнительной легкостью получения ее из соединений. Древняя Греция и Рим получали медь с острова Кипра (Cyprum), откуда и название ее Cuprum. Особенно важна медь для электротехники.

По электропроводности медь занимает второе место среди всех металлов, после серебра. Однако в наши дни во всем мире электрические провода, на которые раньше уходила почти половина выплавляемой меди, все чаще делают из алюминия. Он хуже проводит ток, но легче и доступнее. Медь же, как и многие другие цветные металлы, становится все дефицитнее. Если в 19 в. медь добывалась из руд, где содержалось 6-9% этого элемента, то сейчас 5%-ные медные руды считаются очень богатыми, а промышленность многих стран перерабатывает руды, в которых всего 0,5% меди.

Медь входит в число жизненно важных микроэлементов. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоении растениями азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала, витаминов. Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата - медного купороса. В значительных количествах он ядовит, как и многие другие соединения меди, особенно для низших организмов. В малых же дозах медь совершенно необходима всему живому.

Таким образом, разделение металлов на черные и цветные является условным. Обычно к черным металлам относят железо, марганец и хром, а остальные металлы к цветным. Термин цветные металлы не следует понимать буквально. Фактически существует лишь два цветных металла: розовая медь и желтое золото, а в отношении же остальных металлов можно говорить не об их цвете, а об их различных оттенках, чаще всего серебристо-серого или красного тонов.

Также условно цветные металлы можно разделить на четыре группы:

1 Тяжелые металлы – Cu, Ni, Pb, Zn, Sn;

2 Легкие металлы – Al, Mg, Ca, K, Na, Ba, Be, Li;

3 Благородные металлы - Au, Ag, Pt и ее природные спутники

4 Редкие металлы:

СВОЙСТВА МЕДИ

Медь - химический элемент I группы периодической системы Менделеева; атомный номер 29, атомная масса 63,546. Температура плавления- 1083° C; температура кипения - 2595° C; плотность - 8,98 г/см 3 . По геохимической классификации В.М. Гольдшмидта, медь относится к халькофильным элементам с высоким сродством к S, Se, Te, занимающим восходящие части на кривой атомных объемов; они сосредоточены в нижней мантии, образуют сульфиднооксидную оболочку.

Вернадским в первой половине 1930 г были проведены исследования изменения изотопного состава воды, входящего в состав разных минералов, и опыты по разделению изотопов под влиянием биогеохимических процессов, что и было подтверждено последующими тщательными исследованиями. Как элемент нечетный состоит из двух нечетных изотопов 63 и 65 На долю изотопа Cu (63) приходится 69,09%, процентное содержание изотопа Cu (65) - 30,91%. В соединениях медь проявляет валентность +1 и +2, известны также немногочисленные соединения трехвалентной меди.

К валентности 1 относятся лишь глубинные соединения, первичные сульфиды и минерал куприт - Cu2O. Все остальные минералы, около сотни отвечают валентности два. Радиус одновалентной меди +0.96, этому отвечает и эк - 0,70. Величина атомного радиуса двухвалентной меди - 1,28; ионного радиуса 0,80.

Очень интересна величена потенциалов ионизации: для одного электрона - 7,69, для двух - 20,2. Обе цифры очень велики, особенно вторая, показывающая большую трудность отрыва наружных электронов. Одновалентная медь является равноквантовой и потому ведет к бесцветным солям и слабо окрашенным комплексам, тогда как разноквантовя двух валентная медь характеризуется окрашенностью солей в соединении с водой.

Медь - металл сравнительно мало активный. В сухом воздухе и кислороде при нормальных условиях медь не окисляется. Она достаточно легко вступает в реакции с галогенами, серой, селеном. А вот с водородом, углеродом и азотом медь не взаимодействует даже при высоких температурах. Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, на медь не действуют.

Электроотрицательность атомов - способность при вступлении в соединения притягивать электроны. Электроотрицательность Cu 2+ - 984 кДЖ/моль, Cu + - 753 кДж/моль. Элементы с резко различной ЭО образуют ионную связь, а элементы с близкой ЭО - ковалентную. Сульфиды тяжелых металлов имеют промежуточную связь, с большей долей ковалентной связи (ЭО у S-1571, Cu-984, Pb-733). Медь является амфотерным элементом - образует в земной коре катионы и анионы.

Медь входит более чем в 198 минералов, из которых для промышленности важны только 17, преимущественно сульфидов, фосфатов, силикатов, карбонатов, сульфатов. Главными рудными минералами являются халькопирит CuFeS₂ , ковеллин CuS, борнит Cu₅ FeS₄ , халькозин Cu₂ S.

Окислы: тенорит, куприт. Карбонаты: малахит, азурит. Сульфаты: халькантит, брошантит. Сульфиды: ковеллин, халькозин, халькопирит, борнит.

Чистая медь - тягучий, вязкий металл красного, в изломе розового цвета, в очень тонких слоях на просвет медь выглядит зеленовато-голубой. Эти же цвета, характерны и для многих соединений меди, как в твердом состоянии, так и в растворах.

Понижение окраски при повышении валентности видно из следующих двух примеров:

CuCl - белый, Cu₂ O - красный, CuCl₂ +H₂ O - голубой, CuO - черный

Карбонаты характеризуются синим и зеленым цветом при условии содержания воды, чем намечается интересный практический признак для поисков.

Практическое значение имеют: самородная медь, сульфиды, сульфосоли и карбонаты (силикаты).

СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИ

Для получения меди применяют медные руды, а также отходы меди и ее сплавов. В рудах содержится 1-6% меди.

В рудах медь обычно находится в виде сернистых соединений (медный колчедан или халькопирит CuFeS₂ , халькозин Cu₂ S, ковелин CuS), оксидов (куприт Cu₂ O, тенорит CuO) или гидрокарбонатов (малахит CuCO₃ × Cu(OH₂ ), азурит 2CuCO₃ × Cu(OH)₂ ).

Пустая порода состоит из пирита FeS, кварца SiO₂ , карбонатов магния и кальция (MgCO₃ и CaCO₃ ), а также из различных силикатов, содержащих Al₂ O₃ , CaO, MgO и оксиды железа.

В рудах иногда содержится значительное количество других металлов: цинк, олово, никель, золото, серебро, кремний и другие.

Руда делится на сульфидные, окисленные и смешанные. Сульфидные руды бывают обычно первичного происхождения, а окисленные руды образовались в результате окисления металлов сульфидных руд.

В небольших количествах встречаются так называемые самородные руды, в которых медь находится в свободном виде.

ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МЕДИ.

Известны два способа извлечения меди из руд и концентратов: гидрометаллургический и пирометаллургический.

Первый из них не нашел широкого применения. Его используют при переработке бедных окисленных и самородных руд. Этот способ в отличии от пирометаллургического не позволяет извлечь попутно с медью драгоценные металлы.

Второй способ пригоден для переработки всех руд и особенно эффективен в том случае, когда руды подвергаются обогащению.

Основу этого процесса составляет плавка, при которой расплавленная масса разделяется на два жидких слоя: штейн-сплав сульфидов и шлак-сплав окислов. В плавку поступают либо медная руда, либо обожженные концентраты медных руд. Обжиг концентратов осуществляется с целью снижения содержания серы до оптимальных значений.

Жидкий штейн продувают в конвертерах воздухом для окисления сернистого железа, перевода железа в шлак и выделения черновой меди.

Черновую медь далее подвергают рафинированию – очистке от примесей.

Подготовка руд к плавке.

Концентраты обычно обжигают в окислительной среде с тем, чтобы удалить около 50% серы и получить обожженный концентрат с содержанием серы, необходимым для получения при плавке достаточно богатого штейна.

Температура обжига концентратов применяют многоподовые печи с механическим перегреванием. Такие печи работают непрерывно.

Выплавка медного штейна

Медный штейн, состоящий в основном из сульфидов меди и железа (Cu₂ S+FeS=80-90%) и других сульфидов, а также окислов железа, кремния, алюминия и кальция, выплавляют в печах различного типа.

Комплексные руды, содержащие золото, серебро, селен и теллур, целесообразно обогащать так, чтобы в концентрат была переведена не только медь, но и эти металлы. Концентрат переплавляют в штейн в отражательных или электрических печах.

Сернистые, чисто медные руды целесообразно перерабатывать в шахтных печах.

При высоком содержании серы в рудах целесообразно применять так называемый процесс медно-серной плавки в шахтной печи с улавливанием газов и извлечением из них элементарной серы.

В печь загружают медную руду, известняк, кокс и оборотные продукты. Загрузку ведут отдельными порциями сырых материалов и кокса.

В верхних горизонтах шахты создается восстановительная среда, а в нижней части печи – окислительная. Нижние слои шихты плавятся, и она постепенно опускается вниз навстречу потоку горячих газов. Температура у фурм достигается 1500 0 С на верху печи она равна примерно 450 0 С.

Столь высокая температура отходящих газов необходима для того, чтобы обеспечить возможность из очистки от пыли до начала конденсации паров серы.

В нижней части печи, главным образом у фурм, протекают следующие основные процессы:

а) Сжигание углерода кокса

б) Сжигание серы сернистого железа

в) Образование силиката железа

Газы, содержащие CO₂ , SO₂ , избыток кислорода и азот, проходят вверх через столб шихты. На этом пути газов происходит теплообмен между шихтой и ними, а также взаимодействие CO₂ с углеродом шихты. При высоких температурах CO₂ и SO₂ восстанавливаются углеродом кокса и при этом образуется окись углерода, сероуглерод и сероокись углерода:

SO₂ + 2C = COS + CO

В верхних горизонтах печи пирит разлагается по реакции:

При температуре около 1000 0 С плавятся наиболее легкоплавкие эвтектики из FeS и Cu₂ S, в результате чего образуется пористая масса.

В порах этой массы расплавленный поток сульфидов встречается с восходящим потоком горячих газов и при этом протекают химические реакции, важнейшие из которых указаны ниже:

а) образование сульфида меди из закиси меди

б) образование силикатов из окислов железа

в) разложение CaCO₃ и образование силиката извести

г) восстановление сернистого газа до элементарной серы

Чтобы повысить содержание меди в штейне, его подвергают сократительной плавке. Плавку осуществляют в таких же шахтных печах. Штейн загружают кусками размером 30-100 мм вместе с кварцевым флюсом, известняком и коксом. Расход кокса составляет 7-8% от массы шихты. В результате получают обогащенный медью штейн (25-40% Cu) и шлак (0,4-0,8% Cu).

Температура плавления переплавки концентратов, как уже упоминалось, применяют отражательные и электрические печи. Иногда обжиговые печи располагают непосредственно над площадкой отражательных печей с тем, чтобы не охлаждать обожженные концентраты и использовать их тепло.

По мере нагревания шихты в печи протекают следующие реакции восстановления окиси меди и высших оксидов железа:

6CuO + FeS = 3Cu₂ O + SO₂ + FeO;

В результате реакции образующейся закиси меди Cu₂ O с FeS получается Cu₂ S:

Сульфиды меди и железа, сплавляясь между собой, образуют первичный штейн, а расплавленные силикаты железа, стекая по поверхности откосов, растворяют другие оксиды и образуют шлак.

Благородные металлы (золото и серебро) плохо растворяются в шлаке и практически почти полностью переходят в штейн.

Штейн отражательной плавки на 80-90% (по массе) состоит из сульфидов меди и железа. Штейн содержит, %: 15-55 меди; 15-50 железа; 20-30 серы; 0,5-1,5 SiO₂ ; 0,5-3,0 Al₂ O₃ ; 0.5-2.0 (CaO + MgO); около 2% Zn и небольшое количество золота и серебра. Шлак состоит в основном из SiO₂ , FeO, CaO, Al₂ O₃ и содержит 0,1-0,5 % меди. Извлечение меди и благородных металлов в штейн достигает 96-99 %.

Конвертирование медного штейна

В 1866 г. русский инженер Г. С. Семенников предложил применить конвертер типа бессемеровского для продувки штейна. Продувка штейна снизу воздухом обеспечила получение лишь полусернистой меди (около 79% меди) – так называемого белого штейна. Дальнейшая продувка приводила к затвердеванию меди. В 1880 г. русский инженер предложил конвертер для продувки штейна с боковым дутьем, что и позволило получить черновую медь в конвертерах.

Конвертер делают длиной 6-10, с наружным диаметром 3-4 м. Производительность за одну операцию составляет 80-100 т. Футеруют конвертер магнезитовым кирпичом. Заливку расплавленного штейна и слив продуктов осуществляют через горловину конвертера, расположенной в средней части его корпуса. Через ту же горловину удаляют газы. Фурмы для вдувания воздуха расположены по образующей поверхности конвертера. Число фурм обычно составляет 46-52, а диаметр фурмы – 50мм. Расход воздуха достигает 800 м 2 /мин. В конвертер заливают штейн и подают кварцевый флюс, содержащий 70-80% SiO₂ , и обычно некоторое количество золота. Его подают во время плавки, пользуясь пневматической загрузкой через круглое отверстие в торцевой стенке конвертеров, или же загружают через горловину конвертера.

Процесс можно разделить на два периода. Первый период (окисление сульфида железа с получением белого штейна) длится около 6-024 часов в зависимости от содержания меди в штейне. Загрузку кварцевого флюса начинают с начала продувки. По мере накопления шлака его частично удаляют и заливают в конвертер новую порцию исходного штейна, поддерживая определенный уровень штейна в конвертере.

В первом периоде протекают следующие реакции окисления сульфидов:

2FeS + 3O₂ = 2FeO + 2SO₂ + 930360 Дж

Пока существует FeS, закись меди не устойчива и превращается в сульфид:

Закись железа шлакуется добавляемым в конвертер кварцевым флюсом:

При недостатке SiO₂ закись железа окисляется до магнетита:

6FeO + O₂ = 2Fe₃ O₄ , который переходит в шлак.

Температура заливаемого штейна в результате протекания этих экзотермических реакций повышается с 1100–1200 до 1250-1350 0 С . Более высокая температура нежелательна, и поэтому при продувке бедных штейнов, содержащих много FeS, добавляют охладители – твердый штейн, сплески меди.

Во втором периоде, называемом реакционным, продолжительность которого составляет 2-3 часа, из белого штейна образуется черновая медь. В этот период окисляется сульфид меди и по обменной реакции выделяется медь:

Таким образом, в результате продувки получают черновую медь, содержащая 98,4-99,4% - меди, 0,01-0,04% железа, 0,02-0,1% серы, и небольшое количество никеля, олова, мышьяка, серебра, золота и конвертерный шлак, содержащий 22-30% SiO₂ , 47-70% FeO, около 3% Al₂ O₃ и 1.5-2.5% меди.

Рафинирование меди

Для получения меди необходимо чистоты черновую медь подвергают огневому и электролитическому рафинированию, и при этом, помимо удаления вредных примесей, можно извлечь также благородные металлы. Огневое рафинирование черновой меди проводят в печах, напоминающие отражательные печи, используемые для выплавки штейна из медных концентратов. Электролиз ведут в ваннах, футурованных внутри свинцом или винипластом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Медь имеет широкое применение. Так, например, чистая медь используется электротехнической промышленности.

Важное значение имеют сплавы меди: латунь (сплав меди с цинком), бронза (сплав меди с оловом), алюминиевая бронза (сплав меди с алюминием), мельхиор (сплав меди с железом, никелем и марганцем) и др.

Соли меди используется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями, в качестве микроудобрений, а также в качестве катализаторов в химическом синтезе.