Выплавка меди: Выплавка меди — Заклинание — TBC Classic

Плавка меди

Медь и медные сплавы можно приготовить во всех печах, обеспечивающих получение температур 1000—1300°С. Однако предпочтительнее использовать агрегаты, в которых перегрев до этих температур осуществляется в более короткое время. В этом отношении применяемые в современной практике печи для плавки меди и медных сплавов можно расположить в следующей последовательности: электрические индукционные (высокочастотные, низкочастотные и на промышленной частоте) печи, электродуговые с косвенной дугой (ДМ), тигельные и отражательные (пламенные) печи, отапливаемые мазутом или газом. Выбор печи обусловлен типом сплава, потребностью в металле, требованиями, предъявляемыми к отливкам, территориальными условиями производства, экономическими соображениями и др. В меднолитейных цехах поэтому можно встретить и допотопные горны, отапливаемые коксом, и современные электрические печи. Наилучшее качество металла получается при плавке в индукционных печах, но при правильном ведении плавки хороших результатов можно добиться, используя любой из перечисленных печной агрегат.

Плавка меди, бронз и латуней в различных печах в основном похожа, но имеются специфические особенности в зависимости от конструкции печей, времени плавки, возможности применения флюсов, разнообразия шихты и др. Общим является требование, чтобы время плавки металла было минимальным, металл был чистым от окислов, газов и вредных примесей, безвозвратные потери металла были небольшими; технология была проста и надежна, а затраты на материалы и обслуживание были минимальными.

Чистая медь применяется в технике в основном в виде проката (проволока, листы, прутки и др.). Фасонные литые изделия из меди трудно получить из-за низких литейных свойств ее. Слитки под прокатку получают отливкой в водоохлаждаемые изложницы или непрерывным методом.

Плавку меди, если необходимо сразу большое количество металла, производят в пламенных отражательных печах емкостью до 50 т и выше. При небольшом производстве медь можно плавить в электрических, а также в тигельных печах. Особо чистую бескислородную медь плавят в вакуумных индукционных печах или в печах с контролируемой атмосферой, исключающей контакт с кислородом.

Плавка меди заключается либо в простом расплавлении и перегреве ее до нужных температур с последующим раскислением, либо одновременно в процессе плавки производят рафинирование (очистку) ее от примесей, если применяемая шихта содержит значительное количество примесей (5—10%).

Рафинировочная плавка проводится в отражательных пламенных печах, где можно легко изменять атмосферу. Процесс окислительно-рафинировочной плавки состоит последовательно из окисления примесей, удаления образовавшихся окислов примесей и восстановления растворенной закиси меди.

Окисление происходит с начала плавки и в течение всего периода расплавления шихты, для этого в печи поддерживают сильно окислительную атмосферу. Окисляются цинк, железо и Другие примеси. Естественно, одновременно окисляется также и медь. Для более полного удаления вредных примесей ванну расплавленной меди продувают сжатым воздухом или кислородом. Окисление примесей происходит в последовательности, соответствующей упругости диссоциации их окислов, как в результате прямой реакции между кислородом и примесью, так и благодаря взаимодействию закиси меди Cu

2O с примесями, обладающими большим, чем у меди, химическим сродством к кислороду:

Cu₂O + Me = MeО + 2Cu.

По закону действующих масс наибольшая часть примесей окисляется через посредство Cu₂O, кроме того, Cu₂O хорошо растворяется в меди и обеспечивает удобные условия окисления примесей по всему объему металла. Последовательность окисления примесей, присутствующих в меди, следующая: цинк, железо, сера, олово, свинец, мышьяк, сурьма и т. д. Если имеются примеси алюминия, магния, кремния, то они окисляются в первую очередь, как обладающие более высоким сродством к кислороду.

Образующиеся окислы, имеющие основной характер, всплывают и ошлаковываются кремнеземом шлака:

ZnO + SiO₂ → (ZnO • SiO₂),

FeO + SiO₂ → (FeO • SiO₂)

и т. д.

Вместе с примесями в шлак переходит также и Cu₂O в количествах, определяемых химическим равновесием между металлом и шлаком:

[Cu₂O] + (SiO₂) → (Cu₂O • SiO₂).

Реакция эта нежелательна: она увеличивает потери меди. Поэтому шлак подбирают таким образом, чтобы в его состав входили окислы, у которых основность выше, чем у закиси меди, и они вытесняли бы Cu₂O из шлака в металл по реакции

(Cu₂O • SiO₂) + (Me`O) → (Me`O • SiO₂) + [Cu₂O].

Такими окислами могут быть CaO, MnO, FeO и др. На практике для этой цели находит применение основной мартеновский шлак состава: 24—40% СаО, 10—15% FeO, 10—15% Аl

2О₃, 8—12% MnО и 25—30% SiO₂. Шлак наводят на поверхность меди при плавке в количестве 1,5—2% от массы шихты. Для разжижения шлака в него дополнительно добавляют плавиковый шпат CaF₂, криолит Na₃AlF₆, кальцинированную соду Na₂CO₃ и др.

Ошлакование примесей ускоряют перемешиванием металла со шлаком. Перемешивание металла облегчает также удаление из меди свинца, так как он вследствие большей плотности оседает на дне. Сера удаляется в окислительный период в виде газообразного продукта SO₂ по реакции:

Cu₂S + 2Cu₂O ↔ 6Cu + SO₂.

Во время удаления серы наблюдается «кипение» металла.

Полноту окисления расплава определяют путем взятия проб на излом. Плотный, неноздреватый грубокристаллический излом коричневого цвета свидетельствует об окончании окислительного периода плавки. С поверхности жидкого металла снимают шлак и приступают к восстановлению закиси меди, которой содержится в растворе после снятия шлака до 10%. Такая медь в твердом состоянии хрупкая и без раскисления непригодна для отливки слитков. Атмосферу печи делают восстановительной, т. е.

горение факела происходит с избытком топлива и недостатком воздуха (коптящее пламя). Восстановление меди из закиси усиливается операцией, которую принято называть «дразнением» металла. Дразнение производится погружением в расплав сырых осиновых или березовых бревен. При сгорании дерева выделяются водяные пары и продукты перегонки древесины (водород и углеводороды), вследствие чего металл бурно кипит, хорошо перемешивается и более активно взаимодействует с восстановительной атмосферой печи.

Поверхность ванны на этот период покрывают древесным углем для усиления восстановительной атмосферы. Закись меди, растворенная в металле, соприкасаясь с такой атмосферой, восстанавливается: Cu₂O + CO = 2Cu + CO

2.

Поскольку медь в этот момент содержит большое количество кислорода, погружение сырых бревен относительно неопасно в отношении возможности насыщения металла водородом, так как его растворимость в меди при значительном количестве кислорода очень мала.

Проба на излом хорошо раскисленной меди имеет плотный, мелкозернистый излом светло-розового цвета. Металл считается готовым к разливке, когда содержание закиси меди доводится примерно до 0,4%, дальнейшее уменьшение содержания Cu₂O не считается желательным, так как с этого момента возрастает опасность насыщения меди водородом, который при последующей кристаллизации разлитой меди способен взаимодействовать с кислородом с образованием пузырьков паров воды, снижающих плотность и свойства меди.

Плавка меди из чистой шихты состоит из расплавления, перегрева, раскисления и разливки. Для этой цели в заготовительных цехах применяют электрические индукционные печи. Плавку ведут обычно под защитным покровом прокаленного древесного угля, который предохраняет металл от окисления. После расплавления шихты в ванну вводят раскислитель — фосфористую медь в количестве 0,1—0,3% от массы шихты. Затем расплав тщательно перемешивают, контролируют по излому, выдерживают в течение 3—5 мин, а затем по достижении температуры 1150—1200°С разливают.

Для удаления кислорода применяется также литий, который является хорошим раскислителем меди. Иногда применяют комплексный раскислитель из лития и фосфора (когда надо получить особо чистый металл), а также магний.

Однако почти все раскислители, оставаясь в меди, снижают ее важнейшее свойство — электропроводность, поэтому стремятся, чтобы их количество в меди было минимальным, а наиболее качественную бескислородную медь плавят в печах со специальной защитной атмосферой в виде генераторного газа или же в вакууме, при котором не требуется раскисления.

Бескислородная медь содержит не менее 99,97% Cu — она пластичнее меди обычного состава, более коррозионноустойчива и имеет высокую электропроводность.

Несмотря на плохие литейные свойства меди, в частности низкую жидкотекучесть, из нее можно получить довольно сложные пустотелые отливки литьем в песчаные или металлические формы. Медь в этом случае должна быть очень хорошо раскислена и очищена от водорода (продувкой азотом). Для улучшения ее литейных свойств вводят до 1,0% Sn + Zn + Pb. Чем при меньших количествах этих элементов возможно получение фасонной отливки, тем выше ее свойства (электропроводность и теплопроводность). Из такой меди отливают фурмы доменных печей, задвижки, кольца и другие детали.

Медь Исл выплавка — Справочник химика 21

    Самые древние следы выплавки меди датируются археологами 7-6-м тыс. до н.э. Еще раньше человек познакомился с самородными металлами золотом, серебром, медью, а затем и с метеоритным железом. Овладение искусством выплавки меди из окисленных медных руд с применением древесного угля и придания ей нужной формы литьем в 5-4-м тыс. до н. э. привело к быстрому росту ее производства и расширению сфер использования. Центром металлургии меди в то время был древний Египет. Этот период развития цивилизации археологи называют медным веком. К середине 2-го тыс. до н. э. относится освоение на Ближнем Востоке и в Центральной Европе получения меди из гораздо более распространенных в природе сульфидных руд с применением предварительного обжига руды на воздухе и рафинирования меди путем повторного плавления с различными флюсами. 

[c.32]
    В процессе выплавки меди из руды СигЗ образуется 802. Если предположить, что ежегодно получают [c.38]

    В ряде технологических процессов в металлургической промышленности промежуточным или готовым продуктом являются сульфиды металлов. Сульфидирование металлов и их окислов широко применяют в пирометаллургических процессах, протекающих в цветной и черной металлургии в печах при высоких температурах. Сульфидирование является основны.м процессом при выплавке меди, никеля II кобальта из их окислов. Весьма целесообразно применение ВОС при производстве сульфидов бария, стронция, натрия и др. 

[c.104]

    Пирометаллургические методы выплавки меди нецелесообразно применять для переработки бедных руд, не поддающихся обогащению. К этой категории относятся окисленные руды как бедные, так и более богатые, а также отвалы бедных сульфидных руд и хвостов от обогащения. Для этого сырья применяются методы выщелачивания меди из руды и ее извлечение из растворов посредством осаждения железом или электролиза с нерастворимыми анодами. [c.219]

    После получения металла из руды может оказаться необходимой его дальнейшая очистка. Например, губчатая медь, получаемая выплавкой из медных руд, имеет чистоту приблизительно 99%. Она содержит небольшие примеси мышьяка, сурьмы, сере- [c.358]

    Выплавку меди из руд, содержащих оксиды, осуществляют путем прокаливания их с углем  [c.417]

    Первыми используемыми металлами были, вероятно, золото и серебро, поскольку их можно было найти в природ в свободном состоянии. Применяли их в основном в декоративных изделия . Медь начали использовать около 8000 лет до нашей эры для изготовления орудий труда, оружия, кухонной утвари и украшений. Около 3800 лет до нашей эры была изобретена бронза — сплав меди и олова. В результате человечество перешло из каменного в бронзовый век. Затем был найден способ выплавки железа, и начался железный век. По мере того как люди накапливали свой химический опыт, расширялся и круг полезных материалов, которые человек научился получать путем переработки самых разнообразных руд. [c.150]

    Древесный уголь получают сухой перегонкой дерева (нагревание дерева без доступа воздуха). Он употребляется в металлургии для выплавки высокосортного чугуна и рафинирования меди, для очистки спирта от посторонних примесей, для изготовления активированного угля, применяемого в противогазах, для производства черного пороха, в медицине, в быту и т. д. [c.464]

    Г. Выплавка меди из руды и металлолома (обрезки и стружки)  [c.47]

    Важным источником получения диоксида серы служат отходящие газы заводов цветной металлургии. Значение этого источника видно хотя бы из того, что при выплавке 1 т меди образуется 7,5 т SO2, из которого можно получить более 10 т серной кислоты. [c.465]

    Кокс используется в различных процессах и в зависимости от них кокс может быть разделен на доменный кокс — для выплавки чугуна в доменных печах литейный кокс — для плавки чугуна и других металлов в вагранках кокс для электротермических производств — для получения фосфора, карбида кальция, ферросплавов кокс для шахтных печей — применяется для обжига руд цветных металлов (медь, олово, цинк, никель, кобальт) и для обжига известняка кокс — для подготовки рудного сырья (агломераты и окатыши) кокс для бытовых целей. [c.9]

    Выплавка меди из оксидных руд несравненно проще, чем из сернистых, так как сводится к легко протекающему восстановлению углем. Именно таким путем и добывали, по-видимому, медь в древности. Выработка ее в Египте достигала значительных размеров уже за 3000 лет до н. э. [c.418]

    Металлы можно извлекать из их руд непосредственно электролитическим или химическим восстановлением. Электролитическое восстановление, которое уже обсуждалось в разд. 19.6, используется в промышленных масштабах для получения наиболее активных металлов натрия, магния и алюминия. Менее активные металлы — медь, железо и цинк-получают в промышленных масштабах с помощью химического восстановления, причем большую часть менее активных металлов получают методом высокотемпературного восстановления в расплавленном состоянии. Поэтому такие процессы называются выплавкой. [c.356]

    Получение. Выплавка меди и ее сульфидных руд — сложный процесс. При обжиге сернистые концентраты частично окисляются до оксидов меди, которые затем восстанавливаются избытком суль- [c.412]

    Так, аргон используют в качестве защитной атмосферы (предохранение от окисления) при выплавке таких металлов, как уран, торий, германий, цирконий и гафний, а также при получении чистого кремния. На практике широко распространен способ электросварки (а также наплавки и резки) металлов в защитной атмосфере инертного газа —обычно аргона (аргонно-дуговая сварка титановых, алюминиевых, магниевых и др. сплавов, меди, вольфрама, нержавеющих сталей и т. д.). Чистые гелий и аргон—непревзойденные защитные газы при работе с химически малоустойчивыми веществами, легко поддающимися окислению. [c.544]

    В металлургии фосфорные руды применяются в смеси с железной рудой для выплавки в доменной печи феррофосфора и при переработке в доменной печи малофосфористых железных руд, не пригодных для получения нормального томасовского или литейного фосфористого чугуна. Апатито-нефелиновые руды используются также в литейном деле (для получения металла с повышенным содержанием фосфора), при получении фосфористой меди, в качестве раскислителя при производстве фосфористой бронзы и др. [c.19]

    Реальные химические и металлургические реакции совершаются с участием растворов. Расплавленные чугун, сталь, медь, другие цветные металлы представляют собой жидкие растворы различных элементов, преимущественно неметаллов (углерод, кислород, сера и др.) в основном металле. Расплавленные шлаки доменных и сталеплавильных печей являются растворами оксидов. Промежуточный продукт при выплавке меди (штейн) есть раствор сульфидов меди и железа. Подавляющее большинство промышленных сплавов содержит в своем составе твердые растворы. Сталь — твердый раствор углерода в железе. Предшественница железа в истории техники — бронза есть раствор олова и меди. Водные растворы солей, кислот и оснований широко используются в гидрометаллургии при извлечении цветных металлов из руд. Значение водных растворов выходит за рамки техники вследствие их исключительной роли во всех биологических процессах. [c.96]

    Выплавка меди, из ее сернистых руд распадается на несколько стадий. Прежде всего руду обжигают на воздухе для удаления главной массы содержащейся в ней серы. Обожженную руду с добавкой флюсов затеи переплавляют. При этом пустая порода и часть железа переходят в шлак, а СигЗ, Ре8 и небольшие количества других примесей сплавляют в штейн (который собирается на дне печи). Последний переводят в специальные конверторы, где медь освобождается от серы и железа путем продувания сквозь расплавленную массу воздуха. [c.418]

    Несмотря на высокую стоимость выплавки металла в вакуумных печах, их использование расширяется, так как они окупаются высоким качеством получаемого металла и малым угаром дорогостоящих легирующих присадок. Детали, изготовленные из стали, выплавленной в вакуумных печах, имеют в 2—2,5 раза больший срок службы, а медь — меньшее удельное электрическое сопротивление. [c.149]

    Выплавка черновой меди из окисленных медных руд. ……. [c.473]

    Возникновение М. относится к глубокой древности, выплавка меди производилась уже в 7-б-м тыс. до н.э. (юго-зап. часть Малой Азии). Вначале человек познакомился с самородными металлами-золотом, серебром, медью и метеоритным железом, а затем научился производить металлы. Первые металлич. изделия изготовлялись в холодном состоянии. После открытия горячей обработки (ковки) металлич. изделия получают более широкое распространение. Первоначально выплавку Си производили из окисленных медных руд (литье, 5-4-е тыс. до н.э.), переработка сульфидных руд, их окисление и рафинирование Си относятся ко 2-му тыс. до н. э. (Ближний Восток и Центр. Европа). Во 2-м тыс. до н.э. медь стала вытесняться ее сплавом — бронзой (бронзовый век). В сер. 2-го тыс. до н.э. осваивается получение Ре из руд (сыродутный процесс). В дальнейшем успехи в произ-ве Ре (овладение процессами его науглероживания и закалки) привели к появлению литого металла и стали. Эти усовершенствования обеспечили главенствующее положение черным металлам среди материалов уже в 1-м тыс. до н.э. (железный век). На протяжении почти трех тысячелетий М. железа не претерпевала принципиальных изменений. В 18 в. в Европе открыт способ произ-ва литой стали (тигельная плавка), а в 19 в.-еще три новых процесса (бессемеровский, мартеновский и тома-совский). [c.52]

    Выплавка меди из ее сульфидных руд или концентратов представляет собою сложный процесс. Обычно он слагаетсн на следующих операций обжиг. [c.570]

    Селен и теллур встречаются в таких редких минералах, как СпзЗе, РЬ5е, А 25е, Си2Те, РЬТе, А 2Те и Аи Те, а также в виде примесей в сульфидных рудах меди, железа, никеля и свинца. С промышленной точки зрения важными источниками добычи этих элементов являются медные руды. В процессе их обжига при выплавке металлической меди большая часть селена и теллура остается в меди. При электролитической очистке меди, описанной в разд. 19.6, такие примеси, как селен и теллур, наряду с драгоценными металлами золотом и серебром скапливаются в так называемом анодном иле. При обработке анодного ила концентрированной серной кислотой приблизительно при 400°С происходит окисление селена в диоксид селена, который сублимируется из реакционной смеси  [c.307]

    Выплавка металлов-процесс получения металлов из руд и шихт, основанный на полном их расплавлении и разделении расплава. Таким образом получают сталь, чугун, никель, кобальт, свинец, черновые медь и кадмий, олово, сурьму и др. (см. Металлургия). [c.505]

    Перспективными в гидрометаллургии меди могут оказаться и другие методы, основанные на обработке сульфидов расплавленной серой, электролизе расплавов или органических растворов солей меди, модернизации традиционных методов выплавки меди. [c.68]

    Как увеличение объема переработки медного лома металлургической промышленностью повлияет на доступность этого металла в будущем Ограничена ли чем-нибудь выплавка меди из отходое Почему  [c.148]

    Большую часть висмута получают переработкой отходов произ-водства свинца и меди (из анодных шламов, образующихся при рафинировании этих металлов, нылей и возгонов, выделяющихся при их выплавке). [c.425]

    В процессе восстановительной плавки сопутствующие глинозему окислы восстанавливаются при температурах более низких, чем глинозем (кроме окиси кальция и магния), что и послужило основой для создания этого процесса. Однако восстановление окислов идет не до конца (5—7% окислов остается в электрокорунде). Наличие окислов в больших количествах плохо влияет на рост кристаллов корунда. При оксисульфидной плавке вредные примеси при помощи сульфидирующих агентов (например, РеЗг) предварительно переводят в сульфиды. Сульфидирование металлов и их окислов широко применяют в цветной и черной металлургии. Оно является основным процессом при выплавке меди, никеля и кобальта из их окислов, а также при производстве полупроводников и др. Конец реакции сульфидирования определяют по содержа- [c.33]

    В результате в печи образуются два жидких слоя — сверху более легкий шлак, а внизу — расплав, состоящий из FeS и U2S (штейн). Шлак сливают, а жидкий штейн переливают в конвертор, в- который добавляют флюс и вдувают воздух. Конвертор для выплавки меди аналогичен используемому для получения стали, только воздух в него подается сбоку (при подаче воздуха снизу медь сильно охлаждается и затвердевает). В конверторе образуется расплавленная медь, сульфид железа превращается в оксид, который переходит в шлак  [c.582]

    Литье меди и ее сплавов. При выплавке медных и особенно медно-цинковых сплавов вместо печей, отапливаемых нефтяным топливом, применяют электрические печи. Чистое газовое топливо используют весьма редко. Основные причины, ограничивающие применение газового топлива, — возможность потенциальных потерь металла в виде окиси цинка при выплавке в отапливаемых открытым пламенем печах и опасение загрязнения чистых металлов сульфидами или какими-либо окислами, особенно ряда сплавов, нуждающихся в тщательном рафинировании. Однако имеются примеры успешного использования газового топлива. В ФРГ применяют небольшие закрытого типа тигли, обогреваемые снаружи СНГ. Газовые печи оригинальной конструкции имеются в США. Печь, разработанная фирмой Асарко (рис. 66), загружается сверху медными катодами. Воздух и газ вдуваются внутрь печи по ее окружности вблизи донной части через горелки предварительного смешения. При этом для обеспечения необходимо качества металла следует выдерживать соотношение газ— воздух. Например, избыток воздуха не должен превышать 0,5%, содержание серы в СНГ — 0,001%. В атмосфере печи содержание водорода должно быть не более 1 %. Соблюдение этих условий гарантирует достижение требуемого качества переплавляемой меди. [c.314]

    Выплавка меди из ее сульфидных руд или концентратов представляет собой сложный процесс. Обычно он слагается из следующих операций обжиг, плавка, конвертирование, огневое и электролитическое рафинирование. В ходе обжига большая часть сульфидов примесных элементов преврап(ается в оксиды. Так, главная примесь большинства медных руд пирит FeSj превращается в РегОз- Газы, отходящие при обжиге, содержат SO2 и используются для получения серной кислоты. [c.534]

    Как область практич. деятельности X. уходит корнями в глубокую древность. Так, задолго до нашей эры в разл. регионах Древнего мира (Египет, Китай, Индия) возникли ремесла, основанные на использовании хим. процессов выплавка металлов (железо, медь) из руд, изготовление сплавов (бронза) получение кожи из шкур животных с помощью дубильных в-в крашение тканей прир. красителями произ-во стекла и керамики. Отсюда берут начало примитивные хим. знания. Никаких науч. представлений о составе в-ва и его превращениях в Древнем мире не существовало. Отсутствовало само понятие хим. элемента его заменяло неопределенное натурфилософское учение о стихиях, или элементах (огне, воде, воздухе, земле), получившее т1аиб. законченный вид у Аристотеля. Эти отвлеченные представления не были связаны с практикой. [c.651]

    История химии. Как основанная на опыте практика, X. возникла вместе с зачатками человеческого общества (использование огня, приготовление пищи, дубление шкур) и в форме ремесел рано достигла изощренности (получение красок и эмалей, ядов и лекарств). Вначале человек использовал хим. изменения биол. объектов (брожение, гниение), а с полным освоением огня и горения — хим. процессы спекания и сплавления (гончарное и стекольное произ-ва), выплавку металлов. Состав древнеегипетского стекла (4 тыс. лет до н. э.) существенно не отличается от состава совр. б)ггылочного стекла. В Египте уже за 3 тыс. лет до н.э. выплавляли в больших кол-вах медь, используя уголь в качестве восстановителя (самородная медь применялась с незапамятных времен). Согласно клинописным источникам, развитое произ-во железа, меди, серебра и свинца существовало в Месопотамии также за 3 тыс. лет до н. э. Освоение хим. процессов произ-ва меди и бронзы, а затем и железа являлось ступенями эволюции [c.257]

    Туман фосфорной кислоты Ваграночная пыль Колошниковая (доменная) пыль Пыль известковых печей Пыль, содержащая окислы цинка, из печей, выплавляющих латунь Щелочной аэрозоль из известковых печей Аэрозоль сульфата меди Дурногихнущие вещества мыльных фабрик Пыль мартеновских печей, работающих на дутье, обогащенном кислородом Пыль мартеновских пе- ей, работающих на воздушном дутье Пыль из томасовского конвертера Пыль, образующаяся при выплавке 45уо ферросилиция в закрытых электроне 1зх Пыль, образующаяся в печах производства целлюлозы Производство черного щелока обработка предварительно увлажненные газов обработка сухих газов [c.145]

    Локальные загрязнения биосферы. Зафязнение окружающей среды происходит весьма неравномерно. Основные очаги анфопогенного воздействия на природу расположены в регионах с развитой промыщ-ленностью, максимальной конценфацией населения и интенсивным сельскохозяйственным производством. Такие зафязнения, обычно наблюдающиеся вокруг какого-либо промышленного предприятия, крупного рудника, населенного пункта, называются локальными. Их химизм определяется, с одной стороны, отраслевой принадлежностью источника зафязнения, с другой — рельефом, климатическими особенностями и другими природными условиями места зафязнения. Так, почва вокруг рудников полиметаллических руд и комбинатов по выплавке цветных металлов всегда содержит повышенное количество тяжелых металлов — меди, цинка, свинца, кадмия. Такое же локальное зафязнение почвы свинцом наблюдается вдоль автострад с напряженным движением. [c.48]

    Восстановительная способность углерода широко используется в пирометаллургии. Для этого служит кокс — высокопористая прочная форма углерода, получаемая обжигом каменного угля. Кокс применяют для выплавки чугуна, при восстановительном обжиге большинства цветных металов меди, никеля, свинца, цинка, олова, сурьмы, мышьяка и др. Восстановление коксом обычно протекает через стадию образования монооксида углерода по схеме [c.147]

    Кадмий открыт в 1817 г. немецким ученым Ф. Штромейером в карбонате цинка и назван им по греческому названию руды цннка кадменя или кадмиа , которую древние греки добавляли к меди при выплавке латуни. [c.104]

---

Сербию бронзового века назвали центром развития медной металлургии

M. Mehofer et al. / Journal of Archaeological Science, 2021

Австрийские археологи установили, что добыча меди в восточной Сербии активно велась уже в конце раннего бронзового века (XIX–XVIII века до нашей эры), то есть более чем на 500 лет раньше, чем предполагалось. Выплавка меди велась в открытых печах и развивалась одновременно с ранними производственными центрами Центральной Европы. Исследователи также обнаружили, что уже к началу среднего бронзового века (около 1700 года до нашей эры) была налажена сеть поставок меди из альпийских месторождений. Это позволило сделать вывод, что Балканский полуостров сыграл одну из решающих ролей в развитии всей медной металлургии Европы. Статья опубликована в Journal of Archaeological Science.

Территория восточной Сербии богата на залежи руд. Их активная разработка в XX веке привела не только к развитию промышленности, но и к открытию многочисленных археологических объектов. Так, древняя шахта Рудна Глава и находки в неолитическом поселении Беловоде показали, что добыча меди здесь началась уже в конце VI тысячелетия до нашей эры. Однако предполагалось, что к середине III тысячелетия до нашей эры большая часть поверхностных медно-оксидных руд истощилась, а технологии не позволяли перерабатывать сульфидные руды.

Первое доказательство производства меди в бронзовом веке в восточной Сербии обнаружено на стоянке Трняне в 1985 году близ современного города Бора – крупнейшего центра добычи меди. Недавние радиоуглеродные анализы подтвердили, что поселение Трняне относится к 1900–1700 годам до нашей эры. Дальнейшие признаки выплавки меди в этот период обнаружены на небольших раскопках Ружана и Чока Ница в 1,5–3 километрах от Трняне. Многочисленные находки шлака и керамики бронзового века также известны из окрестных мест, но отсутствует четкая датировка.

Матиас Мехофер (Mathias Mehofer) совместно с учеными из Венского института археологических наук проанализировали и сопоставили свидетельства медного производства со стоянок Трняне, Ружаны и Чоки Ницы на территории восточной Сербии близ современного города Бора, относящиеся к бронзовому веку.

Образец медной руды

M. Mehofer et al. / Journal of Archaeological Science, 2021

Обнаруженные в Трняне шлаки находились в основном в слоях с высокой плотностью других находок (керамикой, костями животных, каменными орудиями). Однако эта территория сильно пострадала от эрозии и сельскохозяйственной деятельности, поэтому найти остатки печей или других свидетельств выплавки не удалось. Исследователи изучили морфологию шлаков и предположили, что, скорее всего, здесь использовались небольшие печи в виде ямы диаметром от 25 до 40 сантиметров.

На стоянке Ружане большинство шлаков, в том числе и крупные куски до 1,7 килограмма, находились вперемешку с другими находками, как и в Трняне, но здесь есть свидетельства выплавки. Они обнаружены и на третьей стоянке Чоке Нице в ходе раскопок 2019 года. Так, найден овальный объект размером 100 на 80 сантиметров с остатками глиняной стены и остекловатой областью, которая появилась, вероятно, из-за воздействия очень высоких температур.

Археологи пришли к выводу, что находки и расположение исследованных стоянок между меднорудными месторождениями указывают на наличие технологических методов, выходящих за рамки бытовой выплавки предыдущих периодов. По их данным, передовая технология выплавки медного штейна использовалась во всех трех местах, где проводились исследования. По форме и структуре шлаков ученые предположили, что сам процесс заключался в последовательной серии плавок в одной и той же небольшой открытой печи. Полученный штейн плавился до тех пор, пока не была достигнута необходимая стадия меди. Радиоуглеродная датировка показала, что такую выплавку можно относить к 1880–1650 годам до нашей эры.

Ученые также отметили, что не вся медь получена из местной руды. Химические анализы артефактов показали, что в это время уже шли поставки из северной Италии (Трентино) или с территории современной Австрии (Хохкениг-Миттерберг). Ранее считалось, что медь из северной Италии широко распространялась по Средиземноморью и достигала даже северной Европы с XV века до нашей эры. Авторы статьи предположили, что на территории Балкан это произошло уже к 1700 году до нашей эры.

Ранее мы рассказывали, что европейские археологи смогли реконструировать процесс выплавки меди по древнеегипетской технологии, используя в качестве топлива сырую древесину и ослиный навоз. Также мы сообщали о том, что альпийские рудокопы бронзового века полагались на доставку продуктов питания из соседних сел.

Михаил Подрезов

Подробное сравнение эксплуатационных затрат на современные технологии выплавки меди с применением моделей HSC-SIM

Все соответствующие узлы имели свои собственные вещественные и тепловые балансы, подготовленные с помощью HSC-SIM. В зависимости от технологии в качестве дополнительного топлива использовался природный газ, уголь или электричество. Количество дополнительной энергии в технологиях варьировалось от случая к случаю в зависимости от общего энергетического баланса и времени простоя, включая обогащение кислородом. Дополнительным топливом для печей взвешенной плавки (FSF), взвешенного конвертирования (FCF) и «Мицубиси» являлся природный газ. Энергетический уголь использовался в плавильных печах Ausmelt (ASF), конверторных печах Ausmelt (ACF,) реакторах с донной продувкой (BBR), печах с боковым дутьем (SBF). Природный газ использовался во всех технологиях для компенсации потерь тепла в режиме простоя, что составляет 50% от обычной потери тепла.

Все габариты печей были рассчитаны для получения соответствующих значений огнеупорности, часов ежегодной эксплуатационной готовности предприятия, значений потерь тепла и потребления электроэнергии для данной технологии. Огнеупорная масса в основном определялась продолжительностью пребывания в зависимости от требуемого объемного потока расплава и газа, умноженного на толщину кирпича на каждой поверхности. Годовое рабочее время приравнивалось к полным годам срока службы с продолжительными и небольшими остановами и вычетом аварийных ситуаций. Потери тепла оценивались в зависимости от площади поверхности и того, какой средой были охлаждены ─ с помощью воды или воздуха. Расчеты потребления электроэнергии основывались на ранее опубликованной работе одного из авторов.

Как правило, все результаты сверялись с реальными установками и литературой. В случаях, когда данные были достоверными, авторы оставляли информацию без изменений. Там, где ситуация была противоречивой, например, когда параметр, примененный к модели процесса, приводил к невозможному результату (как при флотации шлака  BBR), отклонение к заявленным данным вносилось с большой осторожностью.

Результаты и обсуждение

Результаты моделирования технологического процесса HSC-SIM отображены в Таблице 2, и так же сравнительные данные в переводе на доллары США представлены на Рисунке 2. В целом, результаты ясно показывают, что общие эксплуатационные затраты сильно зависят от выбора технологии плавки меди. В данном исследовании с примененными эксплуатационными параметрами и учетом стоимости оборудования наименьших затрат достигли следующие процессы: FSF-FCF, FSF-PSC, ASF-ACF и SBF-TBC. Это в основном объясняется сбалансированностью процессов, не имеющих каких-либо явных недостатков, таких как, например, чрезмерное потребление электроэнергии или низкое извлечение меди.

Естественно, данное исследование лишь кратко отображает реальную картину; потребуется еще немало работы для моделирования процессов с полной оценкой плавильного завода, включая капитальные затраты и анализ чувствительности (гибкости) технологии.

Авторы: Али Бунджаку (Ali Bunjaku), Ханну Джохто (Hannu Johto), Лаури Песонен (Lauri Pesonen)

Эта статья является сокращенным вариантом материала конференции «Copper 2019», опубликованного в августе 2019 года. Для получения более подробной информации о результатах или методологии, пожалуйста, ознакомьтесь со статьей или свяжитесь с авторами.

 

 

«Норникелю» ничего не стоит производство никеля

Себестоимость производства никеля у крупнейшего его производителя в России – «Норильского никеля» была тайной с 2007 г. Последние опубликованные данные компании гласили, что выплавка 1 т металла в Заполярном филиале (Норильский промышленный район, полуостров Таймыр) обходилась в $5855, а на Кольской ГМК (Кольский полуостров) – в $7712. Средняя же цена никеля на LME в 2007 г. составила $40 000.

Спустя пять лет, в 2012 г., когда цена на никель упала на 25% до $16 700 за 1 т, прежний гендиректор компании Владимир Стржалковский успокаивал акционеров: «Нет причины беспокоиться, компания может сохранять рентабельность и поддерживать прибыльность даже при цене на никель $15 000 за 1 т». Сейчас никель на LME стоит $10 000 за 1 т, но рентабельность по EBITDA «Норникеля» за первое полугодие составила 47%. А топ-менеджмент компании вот уже четыре года повторяет: себестоимость производства никеля находится лишь в самом начале кривой затрат.

И лишь на прошлой неделе из презентации UC Rusal к размещению евробондов стало известно, что себестоимость производства никеля у «Норникеля» отрицательная – примерно минус $9000 за 1 т. В данных, которые UC Rusal использовала для презентации инвесторам, указано, что они основаны на презентации «Норникеля» за 2015 г., в ней схематично приведены затраты всех мировых производителей, но место «Норникеля» на кривой затрат не обозначено. Откуда UC Rusal взяла данные, не ясно. Представитель UC Rusal это не поясняет.

Выручка от продажи меди и металлов платиновой группы (платина, палладий и др.) покрывает все затраты на производство, объясняет представитель «Норникеля». Приведенные данные – методика оценки себестоимости производства никеля от Wood Mackenzie, добавляет он. «Ее результат плавающий, он зависит от ряда факторов: от цены на медь и металлы платиновой группы, а также от курса локальной валюты, – говорит представитель «Норникеля». – Указанная [в презентации UC Rusal] цифра была актуальна для III квартала 2016 г., в другой период она может существенно отличаться. Тем не менее на основании этой методики можно делать вывод, что «Норникель» – компания с самой низкой себестоимостью производства никеля в мире».

«Норникель» не выделяет затраты на производство отдельных металлов и, соответственно, не раскрывает их, продолжает представитель компании. В принципе, считать себестоимость никеля, вычитая выручку по сопутствующим металлам (медь, платина, палладий), и уже потом делить на производство по тоннам, можно, считает аналитик АКРА Максим Худалов. Ведь содержание сопутствующих металлов в руде компании очень высокое. Намного выше, чем, например, в Индонезии, указывает он. «Норильский никель» действительно обладает уникальной ресурсной базой, соглашается начальник аналитического отдела БКС Кирилл Чуйко. Таких запасов нет практически ни у кого в мире.

Портфельный управляющий УК «Капиталъ» Дмитрий Постоленко к такой методике относится скептично. Нужно распределять затраты по всем металлам, так будет лучше видно доходность каждого, считает он.

За первое полугодие 2016 г. выручка компании составила $3,6 млрд. На никель пришлось 35,8%, 24% – на медь и 40% – на металлы платиновой группы и прочие металлы. Согласно консенсус-прогнозу Bloomberg «Норникель» и по итогам 2016 г. останется самым эффективным производителем никеля в мире: у его ближайшего конкурента Rio Tinto ожидается рентабельность по EBITDA лишь на уровне 22,5%.

Плавка меди в домашних условиях: температура, инструменты, правила

Просмотров 1.1к. Опубликовано 07.01.2018 Обновлено 07.01.2018

Ювелирные изделия, другие предметы из меди или с элементами меди получили широкое распространение во всем мире. Найти ее у себя дома, в металлоломе не составит труда. Применений для этого металла масса. Нередко, чтобы добиться поставленной цели необходимо расплавить медь, причем сделать это в домашних условиях. Процедура довольна проста, если знать ее характеристики и температуру плавления.

Характеристики

Медь относится к одному из первых металлов, который люди начали получать и использовать для дальнейшей переработки. Изделия из сплава или чистой меди применялись еще до нашей эры. Такой спрос появился в результате легкой обработке обычными методами, а также простоте плавления и литья.

Материал имеет характерный красно-желтый оттенок, а за счет мягкости, можно легко деформировать, переплавлять, обрабатывать и делать разные предметы. Поверхность при контакте с кислородом начинает образовывать оксидную пленку, что и дает красивый оттенок.

Очень значимая характеристика – электро и теплопроводность материала, которые имеют второе место среди всех видов металлов, на первом месте стоит серебро. Эти характеристики дали возможность применять ее в электрической сфере, а также для быстрого отвода тепла.

Температура плавления

Плавление – процесс, при котором металл переходит из твердой формы в жидкое состояние. Для каждого материала есть своя температура плавления, под которой можно получить жидкое состояние. Большую роль в выплавке отыгрывает наличие присутствующих примесей.

Сам металл начинает плавиться от 1083 градусов. Если в составе содержится олово, то температура сокращается, и будет колебаться от 930 до 1140 градусов. Подобная разница температуры именно за счет наличия в составе олова. Если включен цинк, то растопить сплав получится в температурном диапазоне 900-1050 градусов.

Данный металл может кипеть при относительно невысокой температуре для металлов. Она составляет 2560 градусов, во время кипения процесс будет аналогичным другим жидкостям в таком состоянии. Литьё начинает пузыриться, выделяется газ.

Чтобы знать, как плавить материал дома, нужно изучить пошаговую инструкцию и различные варианты процедуры, описанные ниже.

Пошаговая инструкция по плавлению

Чтобы переплавить медь в домашних условиях, нужно сделать температуру немного выше, чем та при которой она будет плавиться. В данном случае не получится использовать банку и костер или подобные методы. Результата не будет.

Рекомендуется использовать доменную печь, причем важно, чтобы была возможность регулировать жар. Можно сделать печь для плавки своими руками из обычных материалов. Точную схему и принцип действия можно использовать на разных форумах, посмотреть видео в пошаговыми инструкциями.

Для создания печи часто используются старые огнетушители. Если выбрать такой метод, то надо срезать верхнюю часть и сделать крышку, которая будет закрываться. Дополнительно обрабатывается внутреннее пространство глиной, монтируется нагревательный элемент.

Выплавка должна проводиться в такой емкости, которая сама не будет от высокой температуры плавиться и деформироваться, соответственно способная выдержать более 1100 градусов. Дополнительно переплавка медных изделий требует создания азотной среды, если ее не будет, то материал испортится.

Когда все готово можно переплавить материал и получить из него единый слиток, который можно применять в дальнейшем для своих нужд.

Плавление в муфельной печи

Расплавлять медь дома можно при помощи такого инвентаря:

• Тигель, в который будет закладываться металл для плавки.
• Щипцы, которые могут достать тигель из печи.
• Муфельная печь или горн для нагревания.
• Форма для выливания жидкой меди.
• Стальной крючок.

Пошаговый алгоритм отливки следующий:

1. Металл для плавки надо измельчить и положить в тигель. Чем мельче будет состояние, тем быстрее получится расплавить материал. Готовый тигель ставится в прогретую до нужной температуры печь.
2. Когда медь станет жидкой и полностью расплавиться, надо щипцами изъять тигель, причем нужно действовать аккуратно, но быстро. На поверхности жидкой массы будет плева, крюком ее надо сдвинуть и слить материал в приготовленную емкость.
3. Не рекомендуется использовать чистый металл для создания сложных фигур или маленьких предметов, это вызвано плохой текучестью меди без примесей. В данном случае лучше использовать сплавы, в которых будет цинк, олово и другие металлы.

Самодельные приспособления

Чтобы выплавлять медь необязательно использовать специальные устройства, можно применять самодельные конструкции. Основное условие – соблюдать технику безопасности и основные правила работы с материалом.

Если муфельной печи или горна нет, то используется простая горелка на газу. Правда, сама медь будет контактировать с кислородом, за счет чего происходит быстрое окисление. Для исключения появления толстой плевы на поверхности, надо использовать измельченный уголь, когда металл примет жидкую форму.

Для получения жидкой консистенции материала надо:

1. Установить на земле опору, для этого используются силикатные кирпичи, на них кладется сетка из металла с малыми ячейками.
2. На сетку насыпается уголь и раскаляется, используя газовую лампу. Для получения высокой температуры можно использовать пылесос, который направляется на уголь и дает сильный воздушный поток.
3. На раскаленный материал ставится тигель, нужно подождать, пока все расплавиться. После чего слить полученную жидкость в форму.

Еще можно использовать в домашних условиях пропан-кислородное пламя. Его рекомендуется использовать для сплава, где есть олово или цинк.

Если дома есть мощная микроволновая печь, то провести плавильную процедуру можно в ней. Для безопасности, а также сохранения тепла, защиты самой печи необходимо тигель обернуть в жаропрочный материал, а также использовать накрытие для него. После помещения надо поставить максимальный режим и ждать, когда металл переплавиться.

За счет невысокой температуры плавления медь можно легко использовать для изготовления различных деталей, предметов прямо у себя дома. Применяя описанные методы можно добиться качественного результата с минимальными вложениями. Как только температура будет снижаться, материал начнет принимать твердое состояние и после этого остывает окончательно. Для создания мелких или сложных деталей, надо применять сплавы.

В ходе выполнения работы рекомендуется не доводить материал до кипения, поскольку он теряет свои свойства, становится после остывания не таким твердым, портится визуально. В результате кипения выделяется газ, а после остывания изделия будут иметь пористую поверхность.

10 Интересных фактов о меди. | Новости | Ростехком | Цветной и черный металлопрокат оптом, доставка по России и СНГ

Дата публикации: 11.04.2018

 

1. Латинское название меди Cuprum произошло от названия острова Кипр, где уже в III тысячелетии до н. э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди.

2. Польские ученые установили, в водоемах, где присутствует медь , карпы отличаются крупными размерами. В прудах или озерах, где нет меди, быстро развивается грибок, который поражает карпов.

3. Статуя Свободы в Нью-Йорке изготовлена из меди. Конечно же, этот памятник медный не целиком. Для отлива статуи была использована 31 тонна меди, при этом общий вес стальной конструкции составляет 125 тонн.

4. Инструменты изготовленные из меди или медных сплавов не вызывают искру, и, таким образом, используются везде, где есть опасность взрыва.

5. По объёму мирового производства и потребления, медь занимает третье место в мире после железа и алюминия.

6. Медь является природным антибактериальным средством и «тормозит» распространение бактерий в воде и воздухе. Таким же образом, латунные дверные ручки и поручни в общественных зданиях могут помочь свести к минимуму риск бактериальной передачи.

7. Самое древнее сооружение из меди, обнаруженное археологами — это части водопровода в Пирамиде Хеопса. Эти медные трубы смонтированы более пяти тысяч лет назад и до сих пор находятся в рабочем состоянии.

8. Медь, как полезное ископаемое, достаточно редко встречается в виде самородков. На сегодняшний день, самый крупный самородок был обнаружен на территории США массой 420 тонн.

9. В организме взрослого человека содержится до 80 мг меди.

10. Лучшие повара мира предпочитают медную посуду, потому что высокая теплопроводимость меди позволяет производить нагрев быстро, и главное, равномерно по всей площади сковороды или кастрюли. 

 

Подробное сравнение эксплуатационных расходов современных технологий выплавки меди с использованием hsc-sim

количества огнеупоров, годовые часы работы, значения тепловых потерь и потребление электроэнергии для данного процесса. Масса огнеупора в основном зависела от времени пребывания в зависимости от требуемого объема потока расплава и газа, умноженного на толщину кирпича на каждой поверхности. Годовое время работы равнялось полным годам кампании, за вычетом основных и незначительных остановов и резервных ситуаций.Потери тепла оценивались на основе площади поверхности и того, охлаждались ли они водой или воздухом. Расчеты потребления электроэнергии основывались на ранее опубликованной работе одного из авторов.

Как правило, все результаты сверялись с реальными ссылками и литературой. Там, где данные были надежными, авторы использовали информацию как таковую. Там, где возник конфликт, например, когда параметр, примененный к модели процесса, привел к невозможному результату (как при флотации шлака BBR), отклонение от заявленной точки данных было сделано с большой осторожностью.

Результаты и обсуждение

Результаты моделирования HSC-SIM показаны в таблице 2, и та же информация была переведена в долларовые значения на рисунке 2. В целом, результаты ясно показывают, что общие эксплуатационные расходы сильно зависят от технологии плавки меди. используется в процессе плавки. В этом исследовании процессы FSF-FCF, FSF-PSC, ASF-ACF и SBF-TBC достигли самых низких затрат с применяемыми параметрами и удельной стоимостью. Это в основном объясняется их сбалансированными процессами без каких-либо очевидных недостатков, таких как чрезмерное потребление электроэнергии или плохое извлечение меди.

Естественно, это исследование отражает лишь моментальный снимок истинной картины; требуется дополнительная работа для моделирования процессов в полном объеме плавильного завода, включая элемент капитальных затрат и анализ чувствительности.

 

от  Али Бунджаку, Ханну Йохто, Лаури Песонен

Эта статья представляет собой сокращенную версию доклада конференции Copper 2019, опубликованного в августе 2019 года. Для получения более подробной информации о результатах или методологии см. статью или свяжитесь с авторами.

Глогувский медеплавильный завод и рафинировочный завод

Общая информация

Глогувский медеплавильный завод состоит из двух технологических линий – плавильного завода Глогув I и плавильного завода Глогув II. Оба используют технологию одностадийной взвешенной плавки медных концентратов непосредственно в черновую медь с содержанием Cu примерно 98,5%. Конечным продуктом является катодная медь с содержанием меди 99,99%, зарегистрированная на Лондонской бирже металлов как марка А в соответствии со стандартом BS EN 1978:1998 и на Шанхайской фьючерсной бирже (SHFE) под торговыми марками HMG-S и HMG. -Б.Подразделение драгоценных металлов Глоговского плавильного завода производит серебро 99,99 пробы в виде свиней и гранулята, слитки золота с содержанием золота 99,99% и технический селен.

Серебро в виде свиноматок, зарегистрированное под торговой маркой KGHM HG, имеет сертификаты Good Delivery Лондонской ассоциации рынка драгоценных металлов и свидетельство о регистрации на Нью-Йоркской товарной бирже COMEX). Вся продукция Глогувского медеплавильного завода может похвастаться очень стабильным и высоким качеством, гарантированным всемирно признанными торговыми марками.

На медеплавильном заводе в Глогуве также действуют подразделения, в которых перерабатываются металлы и соединения, содержащиеся в медных рудах: 

• Отдел свинца, перерабатывающий свинецсодержащее сырье в сырой свинец, который в конечном итоге перерабатывается на медеплавильном заводе в Легнице для получения рафинированного свинца, коммерческий продукт, предлагаемый KGHM;
• два отделения электрорафинирования, которые помимо установок по производству катодной меди эксплуатируют установки по извлечению никеля, производящие сульфат никеля;
• два завода по производству серной кислоты, преобразующие технологический газ из испарительных печей в серную кислоту.

Глоговский медный завод внедрил Интегрированную систему менеджмента, основанную на следующих стандартах:

• ISO 9001 Система менеджмента качества
• ISO 14001 Система экологического менеджмента
• ISO 45001 Система менеджмента охраны труда и техники безопасности
• ISO 1
• Менеджмент энергии Система

История

Строительство Медеплавильного завода Глогув I в Жуковицах недалеко от Глогува началось в 1967 году, а в июле 1971 года завод был сдан в эксплуатацию.В апреле 1972 года плавильный завод в Глогуве I вышел на производственную мощность, предусмотренную для первой очереди предприятия, т. е. 80 000 тонн электролитической меди в год. В июле 1974 года было завершено строительство второй очереди Глогувского медеплавильного завода I, в результате чего годовая производственная мощность была увеличена до 160 000 тонн электролитической меди. Медь производилась с использованием шахтных печей, в которых концентрат перерабатывался в медный штейн с содержанием Cu примерно 52%.

В 1974 году было начато строительство второго медеплавильного завода – Медеплавильного завода Глогув II.Использовалась передовая и уникальная в мировом масштабе технология: одноступенчатая взвешенная черная медь. Медеплавильный завод Глогув II начал производство 9 января 1978 года с годовой проектной мощностью 150 000 тонн электролитической меди.

В 1990-1993 годах Глоговский медеплавильный завод был расширен за счет добавления отдела драгоценных металлов для извлечения драгоценных металлов из анодного шлама. Первая партия серебра произведена 14 сентября 1993 года.

Свинцовый цех, действовавший с 1973 года, в 2000-2001 годах был модернизирован.После запуска четвертой печи Doerschl с 2011 года годовая производственная мощность подразделения составляет около 30 000 тонн сырого свинца.

На медеплавильном заводе в Глогуве I в 2014 году началась подготовка к замене шахтной печи на технологию взвешенной печи. В апреле 2015 года шахтная печь № 1 была остановлена ​​и выведена из эксплуатации. Шахтные печи № 2 и 3 были остановлены в июле 2016 года, что ознаменовало прекращение производства меди по этой технологии на медеплавильном заводе в Глогуве I. В октябре 2016 года была введена в эксплуатацию самая крупная в мире электропечь и электропечь как самая передовая линия по производству металлургической меди.

Производство

В настоящее время производство на обеих технологических линиях плавильного завода в Глогуве основано на технологии одностадийной взвешенной плавки, при которой черновая медь производится непосредственно из медных концентратов.

Производственный процесс включает:

• подготовку сырья к плавке — засыпку и сушку медного концентрата;
• плавка концентрата во взвешенной печи для черновой меди примерно с 98.содержание меди 5%;
• обезмеднение шлаковой суспензии в электропечи для извлечения меди;
• Производство черновой меди в конвертерах из сплава Cu-Pb-Fe;
• рафинирование черновой меди для удаления примесей во вращающихся и стационарных анодных печах и отливка медных анодов;
• электрорафинирование, при котором анодная медь растворяется в электролите и осаждается на катодной плоскости. Это производит медные катоды с 99.Содержание меди 99%. Образующийся анодный шлам используется в качестве сырья при производстве драгоценных металлов.

Катодная медь — это конечный продукт, продаваемый сторонним клиентам или подвергающийся дальнейшей обработке для получения других продуктов на медепрокатном заводе Cedynia.

Медь: древний металл | Дартмутские токсичные металлы

Люди встречают металл

Между семью и десятью тысячами лет назад наши древние предки обнаружили, что медь ковкая, имеет острую кромку и может быть превращена в инструменты, украшения и оружие легче, чем из камня, — открытие, которое навсегда изменит человечество.Эта встреча людей и металлов станет первым шагом из каменного века в века металлов: бронзовый и железный века. Так начался усиленный перенос элементов и минералов из исходных геологических образований в воздух, почву, воду и живые организмы через плавильные печи, печи и хвостохранилища.

Первые несколько тысяч лет производства меди мало повлияли на глобальное или даже локальное загрязнение. Медь не очень токсична по сравнению с другими металлами, и ранние люди использовали ее слишком мало, чтобы начать концентрировать ее в почве, воздухе или воде до такой степени, что это могло повлиять на здоровье человека или экосистемы.Похоже, что в течение первых нескольких тысяч лет ее использования люди экспериментировали с медью и изучали методы ее использования. По мере того, как они становились лучше в работе с ним, цивилизации становились более сложными, что, в свою очередь, часто позволяло улучшить технологию обработки меди. С этим пришло более широкое использование меди и более широкое распространение меди в нашу повседневную среду.

Рождение металлургии

Считается, что золото

использовалось раньше, чем медь, хотя его мягкость и редкость делали его непрактичным для широкого использования, в то время как медь тверже и встречается в чистом виде («самородная медь») во многих частях мира.(Различные цвета золота и меди и их существование в чистом виде позволяли нашим далеким предкам легко отличать эти два металла от других минералов и камней, с которыми они сталкивались.)

Археологи расходятся во мнениях относительно точной даты и места первого использования меди человеком. Археологические данные свидетельствуют о том, что медь впервые была использована между 8000 и 5000 годами до нашей эры, скорее всего, в регионах, известных сейчас как Турция, Иран, Ирак и — ближе к концу этого периода — на Индийском субконтиненте.Археологи также обнаружили свидетельства добычи и отжига изобилия самородной меди на Верхнем полуострове Мичигана в Соединенных Штатах, датируемые 5000 г. до н.э.

Самородная медь, вероятно, использовалась первой, поскольку для ее очистки не требовалось никакого процесса. Ему можно было придать форму, хотя он был бы очень хрупким. Отжиг был первым шагом к настоящей металлургии, когда люди обнаружили, что медь становится более гибкой и с ней легче работать, если ее нагреть перед ковкой.Далее было разработано литье расплавленной меди в формы. В какой-то момент люди обнаружили медную руду и — возможно, случайно — что руду можно нагревать до очень высоких температур в среде с низким содержанием кислорода, чтобы расплавить чистую медь, процесс, известный как плавка. Это придало больше гибкости обработке меди; Самородная медь больше не была единственным видом полезной меди, если медь можно было извлечь из руд.

Инновационные египтяне

Медное зеркало с деревянной ручкой из Среднего царства Египта (ок.2000-1500 до н.э.) или позже. Предоставлено: Художественный музей Худа, Дартмутский колледж; Дар имения Гарольда Годдарда Рагга, класс 1906 г.

Считается, что шумеры и халдеи, жившие в древней Месопотамии, были первыми людьми, широко использовавшими медь, и их знания в области обработки меди были переданы древним египтянам. Египтяне добывали медь на Синае и использовали ее для изготовления сельскохозяйственных инструментов, таких как мотыги и серпы, а также посуды, посуды и ремесленных инструментов, таких как пилы, долота и ножи.Египтяне, известные своей любовью к самоукрашению, делали зеркала и бритвы из меди, а зеленую и синюю косметику из малахита и азурита — двух соединений меди ярко-зеленого и синего цветов.

Сравнивая чистоту медных артефактов из Месопотамии и Египта, ученые определили, что египтяне усовершенствовали методы плавки своих северных соседей в Месопотамии. Большинство изделий из меди в Египте изготавливались путем отливки расплавленной меди в формы.Египтяне, по-видимому, были одной из нескольких групп, которые независимо друг от друга разработали метод литья по выплавляемым моделям, который используется до сих пор. (Проще говоря, воск формуется в форме конечного продукта, а затем покрывается глиной. Воск выплавляется, оставляя глиняную форму, которая затем заполняется расплавленной медью. Форма разламывается, когда металл остынет.)

Бронза лучше

Египтяне, возможно, были первой группой, которая обнаружила, что смешивание меди с мышьяком или оловом делает более прочный и твердый металл, который лучше подходит для оружия и инструментов и легче отливается в формы, чем чистая медь.(Поскольку медная руда часто содержит мышьяк, это могло быть непреднамеренным результатом выплавки медной руды, которая включала встречающийся в природе мышьяк.) Этот сплав меди с мышьяком или оловом называется бронзой, и есть археологические свидетельства того, что египтяне впервые произвели бронзу в 4000 г. до н.э. Бронза, возможно, также была разработана независимо в других частях Ближнего Востока и других частях мира. Независимо от того, где она возникла, металлургия бронзы вскоре обогнала медь во многих частях земного шара, что положило начало бронзовому веку.(В тех частях мира, где не было месторождений олова, медь использовалась отдельно или в сплавах с другими металлами, пока не было введено железо.)

В процессе выплавки бронзы с мышьяком выделялись бы ядовитые пары. Люди могли предпочесть бронзу на основе олова или обнаружили, что легче контролировать количество олова, добавляемого в медь, чем контролировать количество мышьяка, который часто встречается в медной руде естественным образом. Какова бы ни была причина, бронза, изготовленная из олова, вскоре стала излюбленной бронзой на всем Ближнем Востоке.

Месторождения олова были в большей степени ограничены определенными географическими районами, чем медь, которая была легко доступна во многих частях Ближнего Востока, а также в других частях мира. Когда люди начали использовать бронзу вместо чистой меди для изготовления оружия и инструментов, развилась торговля оловом. Доступность бронзы привела к созданию более совершенных инструментов и оружия, а с более совершенным оружием армии могли лучше завоевывать соседние общества (и грабить их оловянные и медные ресурсы).

Бронзовый кинжал раннего-среднего бронзового века (2700-1600 гг. до н.э.) с Кипра.Предоставлено: Художественный музей Худа, Дартмутский колледж; Завещание Эмили Хоу-Хичкок

Остров Кипр в Восточном Средиземноморье был основным местом назначения для европейцев и ближневосточных людей бронзового века, которые хотели купить или добыть медь. Кипр был основным поставщиком меди в Римскую империю. Название «медь», вероятно, происходит от латинского «aes Cyprium», что означает «кипрский металл». Однако некоторые предполагают, что название «Кипр» могло появиться на втором месте; возможно, оно произошло от более старого слова, обозначающего медь.

Изготовление меди и духовность

Поскольку медь помогала людям в военном деле, она также играла роль в религиозной и духовной жизни людей во всем мире. Хатхор, египетская богиня неба, музыки, танцев и искусства, была также покровительницей Синая, главного региона египтян по добыче меди; ее часто называли «Леди Малахита».

Для жителей Анд в Южной Америке, разработавших самую передовую металлургию в доколумбовой Америке, металлургия меди была чем-то большим, чем светским ремеслом по производству инструментов.Используя самородную медь, андские ремесленники изготавливали религиозные предметы из толченой медной фольги и позолоченной меди.

Женский ножной браслет/инструмент для гадания, сделанный из медного сплава народом сенуфо из Берега Слоновой Кости, Африка, 19 век. Credi: Художественный музей Худа, Дартмутский колледж; Подарок Арнольда и Джоанн Сироп

Во многих доколониальных культурах к югу от Сахары медники также считались обладателями сил шаманов, магов и священников из-за их глубокого знания земли, минералов и огня, а также их способности производить металл. из руды.В некоторых частях континента кузнечное дело передавалось по наследству, и мастера-кузнецы передавали секретные знания своим сыновьям. Добыче, выплавке и отливке медной руды предшествовали тщательно продуманные церемонии, чтобы гарантировать, что усилия были безопасными и плодотворными.

Медь сегодня также играет роль во многих верованиях Нью Эйдж. В некоторых современных религиях считается, что он обладает целительной силой, как духовной, так и физической. Некоторые люди носят медь, чтобы облегчить симптомы артрита.

Бронзовые будды и медь «Наличные»

Бронзовый Будда Дипанкара VII века из Индии. Предоставлено: Художественный музей Худа, Дартмутский колледж; Дар Пола Э. Манхейма

Жители Индийского субконтинента используют медь и ее сплавы так долго, как никто другой. Бронзовое литье было широко распространено в древние времена, и бронза использовалась для изготовления религиозных статуй и произведений искусства. Эта практика также распространилась на Юго-Восточную Азию, где медь и ее сплавы даже сегодня широко используются в буддийских произведениях искусства.

Медь впервые была использована в Китае около 2500 г. до н.э. Китайцы также быстро начали использовать бронзу и использовали разное процентное содержание олова в бронзе для разных целей. Они широко использовали медь и бронзу для чеканки монет. Во время процветания экономической деятельности и расширения внешней торговли при династии Сун, примерно с 900 по 1100 год нашей эры, резко возросло использование наличных денег — круглых медных монет с квадратным отверстием посередине. Производство меди достигло в некоторых цивилизациях почти промышленных масштабов, хотя, вероятно, нигде больше, чем в Древнем Риме.

Римляне: преждевременные загрязнители

Хотя железо и свинец использовались в эпоху древних римлян, медь, бронза и латунь (сплав меди и цинка) использовались римлянами для изготовления монет, элементов архитектуры, таких как двери, и некоторых частей их обширная водопроводная система (хотя трубы были сделаны из свинца). Они также разработали органы из медных труб.

Римская медная монета номиналом «Ас» времен правления Калигулы, ок. 37-38 гг. н.э. Авторы и права: Художественный музей Худа, Дартмутский колледж; Дар Артура Фэрбенкса, выпуск 1886 г.

 

Римляне контролировали обширные месторождения меди по всей своей империи.Ученые, анализирующие изотопы меди и микроэлементы, присутствующие в римских медных монетах, определили, что Рио-Тинто, Испания (все еще действующий медный рудник), Кипр и, в меньшей степени, Тоскана, Сицилия, Великобритания, Франция, Германия и другие части Европы и Ближний Восток был источником меди для Империи. Повышение чистоты римских медных монет с течением времени также показывает, что методы их плавки быстро улучшались.

Римляне в период своего расцвета производили около 17 000 тонн меди ежегодно, больше, чем производилось до промышленной революции в Европе.С этим огромным производством меди пришло загрязнение, которое было непревзойденным в течение почти двух тысяч лет, когда началась промышленная революция. Влиял ли загрязненный воздух от ранней выплавки меди на здоровье людей, живших в древние времена? Наверное. Ранние методы плавки в то время были грубыми и неэффективными по сегодняшним меркам. При выплавке меди и, в меньшей степени, при добыче меди образуется сверхтонкая пыль, которая выносится в атмосферу воздушными потоками, создаваемыми интенсивным теплом от плавильных операций.Большая часть загрязнения выпала бы вблизи мест плавки, вызывая проблемы со здоровьем и загрязняя почву и воду.

Римский бронзовый смерч 2 века н.э. Фото: Художественный музей Худа, Дартмутский колледж; Подарок Лео А. Маранца, выпуск 1935 г.

Ученые в 1990-х годах обнаружили, что загрязнение медью присутствует в 7000-летних слоях льда в ледниковых шапках Гренландии. Ежегодно на ледниковых шапках откладывается слой льда, что позволяет ежегодно анализировать состав льда.Когда в начале бронзового века выплавка меди получила широкое распространение, в воздух было выброшено достаточно меди, чтобы загрязнить лед за тысячи километров. Пики концентраций меди в слоях льда соответствуют эпохе Римской империи, расцвету династии Сун в Китае (ок. 900–1100 гг. н.э.) и промышленной революции, при этом пониженные концентрации обнаруживаются во льду, отложившемся сразу после падения Римской империи и в позднее средневековье в Европе, когда использование меди и бронзы было ниже.

Загрязнение медью времен Римской империи до сих пор не дает нам покоя. Один бывший римский медный рудник и место плавки в Вади-Файнан, Иордания, спустя две тысячи лет после того, как он прекратил свою деятельность, до сих пор представляет собой токсичную пустошь, заваленную шлаком от плавки меди. Исследователи обнаружили, что растительность и домашний скот в Вади-Файнан сегодня имеют высокий уровень содержания меди в своих тканях.

Промышленная революция: продолжение того, на чем остановились римляне

Начиная с конца 1600-х годов выплавка меди стала основной отраслью промышленности Великобритании.Медная руда из Корнуолла и других районов, а также угольные месторождения по всей стране способствовали выплавке меди. Изобилие угля в Суонси, Уэльс, сделало этот прибрежный город отличным местом для британской выплавки меди, начиная с начала 1700-х годов. Медная промышленность двигала экономику этого города. Состоятельные англичане часто владели плавильными заводами, а местные валлийцы работали в промышленности. Как и в Древнем Риме, выплавка меди имела свою цену. Город и когда-то пышная сельская местность вокруг Суонси были лишены растительности из-за ядовитого медного дыма, который поднимался из плавильных труб и оседал на окружающий город и поля.Верхний слой почвы на оголенных склонах холмов подвергся эрозии. У домашнего скота появились странные новые болезни, такие как опухшие суставы и гнилые зубы. Фермеры обвинили дым. Сообщается, что дым также вызывал одышку, снижение аппетита и другие жалобы у людей.

Медная руда Корнуолла, очищенная в плавильнях Суонси, содержала большое количество мышьяка, серы и плавикового шпата (соединение фтора). Плавильные заводы выбрасывали пары этих соединений вместе с выхлопными газами угля, от которых сжигались работы.Сера и плавиковый шпат из дыма смешиваются с водой и кислородом в атмосфере с образованием сернистой, серной и плавиковой кислот, которые выпадают на Суонси в виде кислотных дождей. Медный шлак и другие отходы покрывали ландшафт возле плавильных заводов.

Историческая гравюра о выплавке меди 18 века в нижней части долины Суонси

В 1821 году в Суонси был создан фонд с взносами некоторых владельцев плавильных заводов, которые пошли бы тому, кто мог бы разработать технологию для снижения уровня выбрасываемых ядов. от плавильных заводов.(Промышленники, вероятно, были больше озабочены экономикой и эстетикой, чем здоровьем рабочих и местных жителей.) Хотя несколько групп людей выдвинули идеи по очистке дыма, ни одна из них не увенчалась успехом.

Одиннадцать лет спустя группа валлийских фермеров из-за пределов Суонси подала в суд на одного из крупных владельцев плавильного завода за нарушение общественного порядка, утверждая, что дым плавильного завода наносит ущерб их фермам. Владелец медеплавильного завода нанял одного из лучших юристов в стране, который боролся с истцами на том основании, что экономическое выживание города зависело от медной промышленности и что неурожай и больной скот были результатом действий валлийцев. отсталые методы ведения сельского хозяйства и неприятная валлийская погода.Фермеры потеряли иск.

Токопроводящая медь

Медь играла центральную роль в технологиях, разработанных во время промышленной революции. Одним из наиболее важных применений меди в то время была электротехника. Ранние ученые, экспериментировавшие с электричеством, выбрали медь в качестве передатчика, потому что она обладает высокой проводимостью (может легко передавать электрический ток). Электротехническая промышленность сегодня является вторым по величине потребителем меди.

Цена индустриализации

Хотя методы производства улучшились со времен римлян и промышленной революции, сегодня производство меди вносит значительный вклад в глобальное загрязнение.

Бьютт, штат Монтана, является домом для заброшенного медного рудника, когда-то принадлежавшего ныне несуществующей компании Anaconda Copper Mining Company, основанной в Бьютте в 1895 году. До закрытия крупного рудника Бьютт в 1980-х годах на руднике было произведено 20 миллиардов фунтов меди. До 1950-х годов он производил треть меди страны и был важным поставщиком для страны во время двух мировых войн. Бывший рудник теперь является крупнейшим сайтом Superfund в стране. Основной открытый карьер заполнился водой после прекращения добычи, образовав озеро площадью 600 акров.Медь, свинец, кадмий и мышьяк загрязняют огромную яму, которая каждый день пополняется водой из нижнего водоносного горизонта, что делает токсичное озеро почти невозможным для очистки. Сера, минерал, который обычно входит в состав медной руды, вступает в реакцию с воздухом и водой, образуя серную кислоту, которая заполняет карьер. Сток шахты и радиоактивные осадки от плавильного завода, когда-то принадлежавшего Анаконде, покрывают ландшафт. Рядом с основным карьером находится хвостохранилище площадью 1000 акров.

Яма Беркли, Бьютт Монтана. Авторское право на фото 2000 г., Энтони Лейзеровиц.Используется с разрешения

Во время работы медный рудник в Бьютте формировал социальную структуру города. Компания Anaconda Copper Mining играла тяжелую руку в политике Монтаны и оказывала прямое влияние на жизнь горняков и их семей. Жизнь в Бьютте на протяжении большей части 20-го века вращалась вокруг ожиданий увольнений и забастовок, которые происходили по истечении трехлетних контрактов между компанией Anaconda и профсоюзом горняков. Условия труда были ужасными. Несчастные случаи на шахтах, «легкие горняков», сильное загрязнение окружающей среды, насилие и беспорядки между профсоюзами и компанией — вот некоторые из издержек для жителей Бьютта.Хотя в городе все еще ведется небольшая добыча меди, жители Бьютта остались с ядовитым наследием шахты.

Компании Anaconda также принадлежал крупный медный рудник в Чукикамата, Чили, который работал с 1920-х по 1970-е годы. Чилийские шахтеры жили в крошечных квартирах, принадлежавших компании, с минимальной сантехникой. Жены и семьи шахтеров ежедневно стояли в очередях, чтобы получить доступ к скудным продуктам в фирменном магазине, предназначенном для низшего класса горняков.Их статус занятости также диктовал, какие школы могли посещать их дети. Забастовки также были обычным явлением в жизни горняков и их семей. Этнограф и уроженка Бьютта из Монтаны Джанет Финн пишет: «В установлении трудовых, общественных и правительственных отношений в Чукикамате компания обратилась к проверенным и проверенным методам, практикуемым в Бьютте: черные списки, взяточничество и случайная грубая сила, смешанная с развлечениями, которые включали в себя оба порока. и добродетель».

Рудник Chuquicamata компании Anaconda был закрыт в 1971 году после того, как правительство Чили национализировало запасы меди в стране.Однако добыча меди по-прежнему остается крупной отраслью в Чили. Исследование Университета Чили, проведенное в 1999 г., показало, что на добычу, выплавку и очистку меди приходится значительная часть производства парниковых газов и другого загрязнения воздуха в этой стране, а также наибольшее потребление ископаемого топлива в Чили, а также значительное количество электричества. Это способствует глобальному уровню углекислого газа, который способствует глобальному потеплению. Кроме того, в процессе плавки из сульфидных руд, наиболее часто добываемых медных руд в Чили, выделяется большое количество диоксида серы (SO2), прекурсора кислотных осадков.

Местная добыча меди

Историческое фото шахты Элизабет, Страффорд, штат Вирджиния. Источник фотографии: веб-сайт «Наследие рудника Элизабет»,

В нескольких городах в округе Ориндж в центральном Вермонте в 1800-х годах располагались небольшие медные рудники и плавильные заводы. Ни один из рудников не производил столько меди, сколько крупные рудники в других частях страны, но местные рудники были источником занятости для корнуоллских и ирландских иммигрантов и помогали поддерживать местную экономику. Эли (ныне Вершир) был классическим горнопромышленным городком «бум и крах», местом расположения одного из крупнейших медных рудников в этом районе и ареной двух «войн Эли» между шахтерами и владельцами шахт, в которых горняки бунтовали, чтобы вернуться. выплаты, причитающиеся им обанкротившейся горнодобывающей компанией.

Еще одним местным медным рудником был рудник Элизабет в Южном Страффорде, штат Вермонт, который работал с 1830 по 1958 год. Сегодня он является частью программы Superfund Агентства по охране окружающей среды.

Источники включают:

• Green Mountain Copper: The Story of Vermont’s Red Metal автора Collamer Abbott, опубликовано Herald Printery, Randolph, Vermont, 1973.
• Красное золото Африки Юджинии В. Герберт, опубликовано издательством University of Wisconsin Press, Мэдисон, 1984.
• «Ранняя металлообработка в Центральных Андах из Мина Пердида, Перу» Ричарда Л. Бургера и Роберта Б. Гордона в Science, New Series, Vol. 282, № 5391, стр. 1108-1111, 6 ноября 1998 г.
• «Шестьдесят веков меди» Б. Вебстера Смита, опубликовано лондонским издательством Hutchinson для Ассоциации развития меди, 1965 г.
• «Кипр живет в любви и раздорах» Роберта Верника в Smithsonian, Vol. 30, выпуск 4, июль 1999 г.
• «Медь, ценившаяся на протяжении веков», Джеффри А. Сковил в Earth, Vol.4, выпуск 2, апрель 1995 г.
• «Медь» Дональда Дж. Барселу в клинической токсикологии, Vol. 37, № 2, стр. 217–230, 1999.
• «Древние металлические рудники запятнали мировое небо» Р. Монастерски в Science News, Vol. 149, выпуск 15, 13 апреля 1996 г.
• «Долгосрочные экологические проблемы производства меди, связанные с энергетикой», С. Альварадо, П. Мальдонадо, А. Барриос, И. Жак в энергетике, Vol. 27, выпуск 2, страницы 183-196, февраль 2002 г.
• «Как Рим загрязнил мир» Дэвида Киза в Geographical, Vol.75, выпуск 12, декабрь 2003 г.
• «Великие медные испытания» Рональда Риса в History Today, Vol. 43, выпуск 12, декабрь 1993 г.
• «Мышьяковистая бронза: грязная медь или избранный сплав? Взгляд из Америки», Хизер Лехтман в Journal of Field Archaeology, Vol. 23, № 4, стр. 477-514, Зима, 1996.
• «Пенни за ваши мысли: истории о женщинах, меди и обществе» Джанет Л. Финн в Frontiers, Boulder, CO, Vol.19, Issue. 2, стр. 231, 1998.
• «Пенни из ада» Эдвина Добба в журнале Harper’s Magazine, Vol.293, выпуск 1757, октябрь 1996 г.
• «Загрязнение атмосферы и британская медная промышленность, 1690–1920» Эдмунда Ньюэлла в журнале «Технологии и культура», Vol. 38, № 3, страницы 655-689, июль 1997 г.

Мезоамериканская технология выплавки меди помогла колониальному оружию | Новости Массачусетского технологического института

Когда испанские захватчики прибыли в Америку, они, как правило, смогли подчинить себе местное население, отчасти благодаря своему превосходному вооружению и технологиям.Но археологические данные указывают на то, что, по крайней мере, в одном важном отношении испанцы весьма зависели от более древней местной технологии в некоторых частях Мезоамерики (сегодняшние Мексика, Гватемала, Белиз и Гондурас).

Захватчикам нужна была медь для артиллерии, а также для монет, чайников и сковородок, но им не хватало знаний и навыков для производства металла. Даже Испания в то время не производила металл внутри страны на протяжении столетий, полагаясь на импорт из Центральной Европы.В Мезоамерике им приходилось зависеть от местных плавильщиков, строителей печей и горняков для производства необходимого материала. Эти квалифицированные рабочие, в свою очередь, могли добиться освобождения от налогов, взимаемых с других коренных народов.

Эта зависимость продолжалась по крайней мере столетие, а возможно, и два века или более, согласно новым открытиям, опубликованным в журнале Latin American Antiquity в статье Дороти Хослер, профессора археологии и древних технологий в Массачусетском технологическом институте. и Йохан Гарсиа Зайдуа, исследователь из Университета Порту в Португалии.

В исследовании, проведенном на месте Эль-Манчон в Мексике, использовалась информация, собранная из археологических объектов и артефактов, насчитывающих более четырех веков, раскопанных Хослер и ее командой в течение многих лет полевых работ, а также из лабораторных работ и исторические архивы Португалии, Испании и Мексики, проанализированные Гарсией.

Эль-Манчон, большое и отдаленное поселение, изначально не имело признаков присутствия испанцев. Участок состоял из трех крутых секторов, два из которых представляли собой длинные фундаменты домов, некоторые с внутренними комнатами и религиозными святилищами, патио и конфигурацией, которая была концептуально мезоамериканской, но не имела отношения к каким-либо известным этническим группам, таким как ацтеки.Между ними была область, которая содержала насыпи шлака (неметаллический материал, который отделяется во время плавки от чистого металла, всплывающего на поверхность).

Испанские захватчики срочно нуждались в огромном количестве меди и олова, чтобы сделать бронзу для своих пушек и другого вооружения, говорит Хослер, и это задокументировано в исторических и архивных записях. Но «они не умели плавить», — говорит она, тогда как археологические данные свидетельствуют о том, что коренные жители уже несколько сотен лет плавили медь в этом поселении, в основном для изготовления ритуальных или церемониальных материалов, таких как колокольчики и амулеты.Эти ремесленники были высококвалифицированными, и в Герреро и других местах сотни лет производили сложные сплавы, включая медь-серебро, медь-мышьяк и медь-олово, работая в небольших масштабах, используя паяльную трубку и тигли для плавки меди и других руд. .

Но испанцы отчаянно нуждались в больших количествах меди и олова, и, посоветовавшись с местными металлургами, внедрили в процесс некоторые европейские технологии. Хослер и ее коллеги раскопали загадочную особенность, которая состояла из двух параллельных рядов камней, ведущих к большой лепешке шлака в зоне плавки.Они идентифицировали это как остатки до сих пор не задокументированного гибридного типа закрытой конструкции печи, приводимой в действие модифицированным ручным европейским сильфоном. Небольшой региональный музей в Хайленде Герреро иллюстрирует именно такую ​​гибридную конструкцию печи, включая модифицированную систему сильфонов, представленную в Европе, способную производить большие объемы меди. Но фактических остатков таких печей ранее обнаружено не было.

Период, когда это место было заселено, длился примерно с 1240 по 1680 год, говорит Хослер, и, возможно, простирался как на более ранние, так и на более поздние времена.

Участок Герреро, который Хослер раскапывал в течение четырех полевых сезонов, прежде чем работы пришлось приостановить из-за деятельности местного наркокартеля, содержит большие кучи медного шлака, образовавшиеся за столетия интенсивного использования. Но потребовалось сочетание вещественных доказательств, анализа руды и шлаков, археологических находок в районе плавки, архивных работ и реконструкции рисунков, чтобы определить многовековую взаимозависимость двух народов в этом отдаленном аванпосте.

Более ранние исследования состава шлака на объекте, проведенные Хослер и некоторыми из ее студентов, показали, что он образовался при температуре 1150 градусов по Цельсию, чего нельзя было бы достичь с помощью только системы паяльной трубы и потребовалось бы мехи. По словам Хослера, это помогает подтвердить продолжающуюся работу сайта в колониальный период.

Годы работы ушли на то, чтобы найти способы датировать различные залежи шлака на участке. Команда также попробовала археомагнитные данные, но обнаружила, что этот метод неэффективен для материалов в этом конкретном регионе Мексики.Но письменные исторические записи оказались ключом к пониманию широкого диапазона дат, отражающих столетия использования этого места.

Документы, отправленные обратно в Испанию в ранний колониальный период, описывают доступность меди местного производства и успешные испытания колонистами ее использования для отливки бронзовых артиллерийских орудий. В документах также описывались сделки, заключенные местными производителями для получения экономических привилегий для своего народа, основанных на их специальных металлургических знаниях.

«Из документов мы знаем, что европейцы поняли, что единственный способ плавить медь — сотрудничать с коренными народами, которые уже делали это», — говорит Хослер. «Им пришлось заключить сделки с местными металлургами».

Хослер говорит, что «что мне так интересно, так это то, что мы смогли использовать традиционные археологические методы и данные анализа материалов, а также этнографические данные «из печи в музее в этом районе», а также исторические и архивные материалы XVI века. вековых архивов в Португалии, Испании и Мексике, а затем объединить все данные из этих различных дисциплин в абсолютно надежное объяснение.”

Исследование получило поддержку от Чарльза Барбера, генерального директора Asarco; Фонд Веннера-Грена; ФАМСИ; и Программа бакалавриата Массачусетского технологического института.

Переработка | Бесплатный полнотекстовый | Плавильный и аффинажный завод первичной меди как перерабатывающее предприятие — системный комплексный подход к оценке устойчивости к вторичному сырью

1. Введение

Объем производства меди на аффинаже в 2015 году оценивается в 22,9 млн тонн [1]. В 2014 году объем производства НПЗ составил 22.2 млн т, из которых около 14,2 млн т было получено первичным электрорафинированием и огневым рафинированием и 4,1 млн т электролизом, а вторичное производство составило 3,9 млн т [2]. На основании серии данных Геологической службы США (USGS) [3] за период 1990–2011 гг. увеличение производства первичной меди составило 0,39 млн т/год, тогда как увеличение производства вторичной меди составило менее 0,07 млн ​​т/год. Мировое потребление рафинированной меди в 2014 г. составило 22,9 млн т [2]. В 2010-х годах мировое потребление превысило мировое производство [2]. За последние десять лет коэффициент затрат на рециркуляцию снизился с 35% до примерно 30% [1].Использование меди можно разделить, например, на электротехнику, электронику и связь, строительство, транспорт, промышленные машины и оборудование, а также товары народного потребления и товары общего назначения [1]. Электротехническая и электронная продукция включает в себя провода и оборудование для электроэнергетики и телекоммуникаций, деловую электронику, а также осветительные и электромонтажные устройства. Строительство зданий включает в себя электрические провода, водопровод и отопление, кондиционирование воздуха и коммерческое охлаждение, строительную технику и архитектурное использование.К транспортному оборудованию относятся автомобильные, железнодорожные, морские, воздушные и космические транспортные средства. Промышленные машины и оборудование включают внутризаводское оборудование, промышленные клапаны и фитинги, неэлектрические инструменты, транспортные средства и теплообменники. Потребительские и общие товары включают в себя различные бытовые приборы, наборы шнуров, боеприпасы и боеприпасы, бытовую электронику, застежки и крышки, монеты, посуду и столовые приборы, а также разные продукты [4]. Медный лом образуется на всех этапах жизненного цикла медного изделия. , включая производство металлов, производство продукции и утилизацию после потребления [5].Лом, образующийся при производстве металлов, как и лом медных анодов, называется бытовым ломом. Брак от производства продукции является новым ломом, а лом, собранный как устаревшая продукция, — старым ломом [6]. Самый чистый медный лом переплавляется и перерабатывается без рафинирования для неэлектрических применений. Менее чистый медный лом переплавляют в первичной или вторичной плавке и очищают. Лом сплава обычно перерабатывается непосредственно для изготовления нового сплава, так как нет никаких преимуществ в плавке и рафинировании его до чистой меди [6]. Марки медного лома указаны, например, в Технической спецификации CEN/TS 13388:2013 «Медь и медные сплавы.Компендиум композиций и продуктов» Европейского комитета по стандартизации (CEN). CEN/TS 13388 описывает 13 различных марок медного лома с максимальными уровнями примесей и источниками. CEN/TS 13388 также описывает 11 различных марок латунного лома и шесть марок сплавов, получаемых из теплообменников. Институт Scrap Recycling Industries, Inc. (ISRI) публикует Scrap Specifications Circular, в котором более 40 различных сортов меди и медных сплавов описываются кодовыми словами [7].Классы лома ISRI определяются с использованием материала и его источника, и большинство описаний включают минимальные уровни меди, а иногда и максимальные уровни примесей.

Решающим фактором при использовании вторичных источников является требуемое качество производимого металла. Медь можно многократно перерабатывать без потери важных свойств благодаря чрезвычайно эффективному электролитическому рафинированию. Предыдущие этапы процесса, такие как конвертирование и огневое рафинирование, также играют важную роль в производстве высококачественной меди.Будут обсуждаться традиционные способы плавки, конвертирования и электрорафинирования для производства первичной меди, а также некоторые материальные потоки примесей и ценных побочных продуктов.

2. Первичное производство меди

Комиссия ЕС по реализации Решения 2016/1032 об установлении НДТ для цветной металлургии определяет первичное производство как производство металлов с использованием руд и концентратов, а вторичное производство как производство металлов с использованием остатков и/или отходы, включая процессы переплавки и легирования.Традиционное первичное производство меди использует в качестве сырья халькопирит-пиритные концентраты, но медный лом и другие вторичные материалы перерабатываются в различных печах. Основной медный минерал халькопирит может содержать около 15 сопутствующих элементов, таких как благородные металлы, As, Sb, Bi и т. д., тогда как вторичные материалы могут включать более 40 элементов в виде сплавов и соединений по причинам функциональности продукта [8,9]. Чтобы максимизировать ресурсоэффективность вторичных материалов, необходимо рассмотреть подход, ориентированный на продукт или минерал, вместо того, чтобы сосредотачиваться на одном основном металле, как в подходе, ориентированном на материалы [9].Продукто- и минерально-ориентированные подходы учитывают потоки малоценных и вредных элементов в процессе. Извлечение меди возможно с использованием различных сочетаний пиро- и гидрометаллургических методов. Основным первичным технологическим маршрутом является плавка сульфидного концентрата в штейн Cu ₂ S-FeS с последующей конвертацией штейна в черновую медь огневого и электрорафинирования, и в 2014 году по этому технологическому маршруту было произведено 14,2 млн тонн [2]. В результате гидрометаллургического выщелачивания, экстракции растворителем и электролиза было получено 4.1 Мт в 2014 г. [2], но этот технологический маршрут не будет обсуждаться в этой статье, так как он не используется для вторичных материалов. Пути первичной пирометаллургической и гидрометаллургической обработки показаны на рисунке 1. Вторичная медь может добавляться в трех местах в процессе первичной плавки и электрорафинирования меди. Наиболее распространенным агрегатом является конвертер, но также добавляют лом в плавильных и анодных печах.

Системная интеграция в инженерии — это процесс объединения составных подсистем в одну систему и обеспечения того, чтобы подсистемы функционировали вместе как система.Цель основного плавильного и рафинировочного заводов — производить медь, поэтому работа любой подсистемы не должна ставить под угрозу эту задачу. Основные этапы процесса производства меди включают подготовку сырья, плавку, конвертирование, огневое рафинирование, литье анодов и электрорафинирование, а также шесть технологических этапов или подсистем. Очистка отходящих газов плавки включает сбор и рециркуляцию пыли, а также производство кислоты. Иногда обработка отходящих газов может включать в себя удаление примесей из пыли перед возвратом пыли в плавильную печь.Отходящие газы конвертирования и огневого рафинирования часто содержат так мало SO ₂ , что производство кислоты невозможно. Таким образом, обработка отходящих газов включает от двух до трех подсистем. Обработка шлака включает охлаждение, дробление, измельчение и флотацию. Большинство шлаков, производимых на различных плавильных заводах, имеют такое высокое содержание меди, что их приходится перерабатывать в новый концентрат. Ценные металлы, не связанные с соединениями меди, обычно теряются в выбрасываемом шлаке. Таким образом, обработка шлака включает три-четыре подсистемы.Границей между пирометаллургическим и гидрометаллургическим этапами является анодное литье. Подсистемами, связанными с электрорафинированием, являются очистка электролита и обработка анодного шлама. Обработка электролита электрорафинирования включает удаление Cu, удаление Sb-Bi-As и удаление Ni, которые вместе образуют три подсистемы. Обработка анодного шлама включает такие процессы, как обезмеднение, извлечение селена, плавка Доре, извлечение теллура и от двух до трех стадий электровыделения для извлечения благородных металлов, поэтому обработка анодного шлама включает от шести до восьми стадий.Таким образом, медеплавильный и рафинировочный заводы имеют шесть подсистем для производства меди и около 15 подсистем для внутренней переработки, обработки отходов и извлечения ценных продуктов.

Первичный плавильный и рафинировочный завод использует концентрат в качестве сырья, производит медные катоды, серную кислоту и драгоценные металлы, а также сбрасывает шлак и отходящие газы. Вплоть до производства черновой меди в конвертере основной целью является удаление железа и серы. После производства черновой меди целью является удаление примесей.Основным сырьем для плавильных заводов является сульфидный медный концентрат с содержанием Cu 20–30 %, а текущий средний показатель составляет ~25 % Cu, что значительно ниже, чем в начале 2000-х гг. [11]. Плавильная подсистема дает штейн с содержанием Cu 45–75 %, наиболее распространен 56–60 % Cu [11]. Сырье плавильной печи также включает переработанный шлак и металлургическую пыль и может включать вторичные материалы. Подсистема преобразователя принимает штейн и вторичные материалы и производит черновую медь (98–99% меди). Огневое рафинирование и отливка черновой меди в аноды (>99% меди) удаляют растворенные газы и некоторые металлические примеси.Целью окончательной электролитической очистки является получение катодов с максимальным содержанием металлических примесей 65 частей на миллион. Основными технологическими стадиями извлечения ценных элементов и удаления избыточных примесей являются обработка анодного шлама и очистка электролита.

Увеличение концентрации меди вдоль основного технологического потока указывает на то, что нечистые вторичные материалы следует подавать в начале процесса, а на более поздних стадиях следует использовать только чистые материалы. В противном случае нечистые вторичные материалы могут ухудшить качество меди.Использование вторичного сырья определяется содержанием в нем примесей и способностью отдельного процесса удалять эти примеси. Также необходимо учитывать образование шлака и пыли, тепловой баланс и состав отходящего газа, направляемого на кислотную установку. Поскольку явления на всех стадиях процесса сложны, можно сделать только приблизительное распределение элементов от входных потоков к выходным потокам.

2.1. Плавка

Плавка медных концентратов в штейн из сульфидов железа и меди осуществляется взвешенной плавкой или плавкой в ​​ванне.Методы взвешенной плавки включают плавильные печи Outotec и INCO. Взвешенная плавка основана на окислении и плавлении переносимых по воздуху частиц в сухом корме. Прореагировавшие частицы попадают в отстойник, где происходит разделение штейна и шлака. Штейн и шлак сливаются и перерабатываются, а отходящие газы из печи по приемной шахте направляются в пылеуловитель и сернокислотный цех. Плавка в ванне осуществляется в ряде печей, таких как отражательные, доменные, электрические, Ausmelt/Isasmelt, Noranda, Mitsubishi, El Teniente, Baiyin и Ванюкова.При плавке в ванне процессы окисления и плавки происходят в ванне расплава, а в разных печах используются различные методы разделения и выпуска шлака и штейна. Различия между процессами в ванне заключаются в расположении точек добавления воздуха/кислорода или топлива. Плавильные печи с ваннами обычно имеют отдельную раздачную печь или отстойник. По данным опроса 2016 года, 50% металлургических заводов используют технологию взвешенной плавки и 50% используют технологию плавки в ванне [11]. И плавильные печи во взвешенном состоянии, и плавильные печи с ванной используют топливную ценность исходного материала для плавки шихты.При плавке первичных концентратов энергия поступает от окисления серы. При выплавке вторичных материалов ценность топлива обычно заключается в полимерных материалах, таких как печатные платы (ПХД), в отработанном электрическом и электронном оборудовании (WEEE). Процесс взвешенной плавки не может легко обрабатывать переработанный лом, потому что сырье должно быть очень сухим, а размер его частиц должен быть менее 100 мкм [12]. Процессы плавки в ванне могут работать с различным сырьем, поскольку не требуется переработка до небольших размеров и эффективная сушка.Перемешивание от газовой продувки также способствует плавке лома [12]. При плавке медных концентратов цель состоит в том, чтобы получить жидкий штейн Cu ₂ S-FeS. Это достигается за счет использования высокой температуры и низкого парциального давления кислорода. При плавке штейна железо и сера удаляются в шлак и отходящие газы. Обычный химический состав шлаков в плавке основан на фаялите (2FeO·SiO ₂ ). Количество железа в концентрате влияет на количество шлака, образующегося при плавке. Штейн и шлак не смешиваются, и более легкий шлак плавает над штейном.Некоторые примеси в исходных материалах, такие как As, Bi, Sb и Pb, имеют высокое сродство к меди, и шлак должен обладать способностью поглощать их. Ценные металлы, такие как драгоценные металлы, в значительной степени растворяются в меди, и они должны содержаться в меди до этапа электрорафинирования. Как правило, распределение металла между штейном и шлаком описывается коэффициентом распределения, уравнением (1):

Лм/с(Me) = [Me]штейн[Me]шлак

(1)

где [Me] _штейн и [Me] _шлак относятся к концентрации металла (обычно в мас.% или ppm) в соответствующих фазах.Коэффициенты распределения не являются постоянными и зависят, например, от температуры, марки меди и парциального давления кислорода [12,13]. Увеличение содержания штейна приводит к более высоким потерям меди в шлаке и большему количеству As и меньшему количеству Bi и Pb в штейне, тогда как распределение Sb и Ni не зависит от содержания штейна [14,15]. При более высоком содержании меди и более низкой температуре увеличивается распределение благородных металлов в штейне [13]. Промежуточным продуктом плавки является либо сульфидный штейн для конвертирования, либо черновая медь для огневого рафинирования.Распределение элементов между штейном и шлаком или штейном и отходящими газами в значительной степени зависит от метода плавки и продукта. Например, штейн печи взвешенной плавки содержит 90–95 % Ag, Au и МПГ, 60–70 % Sb, 30–75 % Bi, 15–40 % As, 70–80 % Ni. , 85 % Se и 60–80 % Te содержится в сырье [6]. В ванновых плавильных печах в штейн поступает меньше вредных примесей, таких как As, Bi, Sb. Ni и Se ведут себя при плавке в ванне так же, как и при плавке во взвешенном состоянии. Некоторые ценные металлы также могут попасть в шлак и дымовую пыль.Чем выше марка меди по штейну, тем больше меди и других ценных металлов поглощается шлаком. Шлаки медеплавильного производства обычно содержат более 1 % Cu [11]. Шлак перерабатывается путем флотации или отстаивания в электродуговой печи для извлечения меди, которая затем используется в плавильном сырье. Пыли обычно возвращают обратно в плавку без дальнейшей обработки [6].

2.2. Конверсия

Конверсия представляет собой окисление сульфидного штейна в черновую медь. Наиболее распространенным процессом конвертирования является периодический процесс, в котором используется цилиндрический роторный конвертер Пирса-Смита для окисления FeS до шлака с последующим окислением Cu ₂ S до черновой меди, как показано в реакциях (2)–(4).

FeS + 1,5 O ₂ = FeO + SO ₂

(2)

Cu ₂ S + 1,5 O ₂ = Cu ₂ O + SO ₂

(3)

Cu ₂ S + 2 Cu ₂ O = 6 Cu + SO ₂

(4)

Поскольку реакции (2)-(4) являются экзотермическими, скрап добавляют для охлаждения. Количество лома может составлять более 35 % шихты [6]. Этот холодный материал содержит анодный лом, возвращенный после электрорафинирования, отбракованные аноды, шлак с высоким содержанием меди и другие относительно чистые материалы.Избыточное тепло в преобразователе также способствует разрушению органического материала, присутствующего, например, в печатных платах и ​​изоляции кабелей [16]. При конвертировании меди распределение малых элементов происходит между фазами Cu ₂ S и Cu. Фазы Cu ₂ S и Cu почти чистые, активность близка к единице. Коэффициенты распределения между металлической и сульфидной фазами L ^м/с (Me) обычно больше 1 и в основном зависят от температуры [12].Это означает, что второстепенные элементы имеют тенденцию растворяться в черновой меди. Распределение благородных металлов в черновой меди высокое, что делает возможным их извлечение [17]. Распределение элементов при конвертировании зависит от марки меди штейна. При использовании штейна низкого качества большее количество As, Sb и Bi попадает в виде пыли в отходящие газы, тогда как при использовании штейна высокого качества они растворяются в черновой меди. Использование более высоких марок штейна на плавильных заводах привело к увеличению содержания примесей в анодных шламах из-за уменьшения количества образующегося конвертерного шлака [6].As и Sb обогащены расплавленной медью. Bi в основном улетучивается, но также растворяется в меди [14]. Ni и Co распределяются в шлаке. Ценные Ge, Ga и In из ОЭЭО распределяются в шлаке [17].

2.3. Огневое рафинирование и литье анодов

Огневое рафинирование используется для контроля содержания серы, кислорода и примесей в меди перед литьем анодов. Огневое рафинирование осуществляется путем продувки расплавленной меди воздухом для окисления примесей и снижения уровня серы. Шлак удаляют перед второй продувкой углеводородов для частичного удаления растворенного кислорода из жидкой меди.Анодные печи аналогичны конвертеру Пирса-Смита. Печи загружаются расплавленной черновой медью, анодным ломом и бракованными анодами. Анодная печь подходит для плавки и рафинирования высококачественного лома с содержанием меди более 90 % [16]. Одним из способов переработки старого лома в первичном производстве является подача высокосортного медного лома, такого как медные гранулы, изготовленные из кабелей, непосредственно в анодную печь [16]. Распределение элементов-примесей при огневом рафинировании можно разделить на три группы с помощью константа равновесия реакции (5):

Cu ₂ O _(л) + Me _(л) = 2 Cu _(л) + MeO _{(с, м)}

(5)

Примеси со значениями константы равновесия K менее 10 ^-2 , такие как Au, Hg, Ag, Pt, Pd, Se, Tl и Te, не будут окисляться.Эти элементы растворяются в расплавленной меди и попадают в анодный шлам во время электрорафинирования. Металлы со значениями K выше 10 ³ , такие как Fe, Zn, Na, Cr, Mn, Si, Ti, Al, Ba, Mg, Be и Ca, легко окисляются и не остаются в анодной меди. Элементы с промежуточными значениями K вызывают проблемы при извлечении или удалении из меди, и к ним относятся Bi, Pb, Ga, Ni, Cd, Sb, As, Co, Ge, Sn и In [18]. После обработки в анодной печи аноды из нечистой меди содержат в среднем 99.2–99,3 % Cu. Основные примеси: Ni+Co (1370–2040 г/т), O (1460–1630 г/т), Pb (1000–1290 г/т), As (790–1480 г/т), Sb (240–350 г/т), Bi (130 г/т). –300 г/т), ценными металлами являются Ag (710–810 г/т), Au (30–60 г/т), Se (340–410 г/т), Te (90–110 г/т) [19]. Аноды содержат различные оксидные, селенидные и теллуридные соединения. As, Sb и Bi могут привести к образованию плавающих шламов, если молярное отношение As/(Sb+Bi) в аноде меньше 2 [19]. Желателен однородный состав анода для достижения гомогенного растворения во время электрорафинирования.

2.4. Электрорафинирование

При электрорафинировании нечистые медные аноды растворяются и медь осаждается в виде чистого катода. Элементы более благородные, чем медь, будут выделяться в анодном шламе, а менее благородные элементы растворяются в электролите. В зависимости от состава и минералогии анода и состава электролита может происходить несколько других реакций, которые могут повлиять на качество катода. Целью производителей меди является производство товарной катодной меди, требуемые свойства которой описаны, например, в технической спецификации CEN/TS 13388 «Медь и медные сплавы.Справочник составов и продуктов» описывает катодную медь марки Cu-CATH-1 с максимальным содержанием металлических примесей 65 частей на миллион и марку Cu-CATH-2 с минимальным содержанием Cu 99,90% и максимальным содержанием металлических примесей 0,03% (исключая Ag). Как правило, Cu-CATH-1 используется для производства электролитически прочной медной смолы, подходящей для большинства применений. Марка A Лондонской биржи металлов (LME) идентична марке Cu-CATH-1. Нью-Йоркская товарная биржа (NYMEX) использует катод класса 1 ASTM B115-10, а Шанхайская фьючерсная биржа (SHFE) использует спецификации GB/T 467-2010.Эти сорта почти такие же, как Cu-CATH-1, с небольшими различиями в максимальных уровнях Bi, Se, Te и Ni.

Состав анодов может влиять как на работу электрорафинирования, так и на качество катодов. Растворение Ni и As влияет на проводимость, вязкость и плотность электролита. Эти физические свойства влияют на энергопотребление электрорафинирования. Избыток Ni и As в электролите также может влиять на растворимость меди и скорость осаждения меди. Некоторые анодные примеси будут образовывать анодные шламы, которые могут прилипать к поверхности анода, падать на дно электролизера или образовывать плавающие шламы.Прилипшие шламы могут вызвать увеличение напряжения на ячейке или даже пассивацию анода. Если шламы быстро не упадут на дно, они могут переместиться на поверхность катода, что приведет к загрязнению.

Основными механизмами загрязнения катода являются включения электролита из-за грубого и неравномерного роста отложений, соосаждения и включения взвешенных или плавающих шламов [20]. Почти весь свинец, олово и селен из анода переходят в донный шлам. Висмут и сурьма растворяются, но также могут образовывать плавающие шламы.Мышьяк, никель и кобальт растворяются и остаются в растворе. Наиболее неприятные примеси, такие как As, Sb и Bi, растворяются в растворе, но могут образовывать плавучие шламы, когда их концентрация достаточно высока из-за накопления в растворе. Аморфные плавающие шламы обычно имеют составы Sb-As-O и Bi-As-O. Для поддержания качества катода необходимо контролировать уровни примесей как в аноде, так и в электролите.

2.5. Обработка анодного шлама и очистка электролита

Анодный шлам электрорафинирования собирается и перерабатывается для извлечения благородных металлов, Se и Te.Сегодня средний состав шлама составляет 21,5 % Cu, 12,7 % Ag, 0,6 % Au, 9,0 % Se, 1,6 % Te, 10,8 % Pb, 2,5 % Ni, 3,4 % As, 1,5 % Sb и 1,5 % Bi [19]. . Свинец в основном представляет собой нерастворимый PbSO ₄ . Серебро и золото встречаются как в твердом растворе, так и в виде селенидов и теллуридов. Сурьма, мышьяк и висмут образуют ряд множественных оксидов [6]. Типичная обработка анодного шлама включает обезмедивание для растворения Cu, Ni и Te для извлечения, обжиг для извлечения Se и выплавку благородных металлов в аноды Доре с последующими последовательными стадиями электролиза для извлечения Ag, Au и МПГ.Целью очистки электролита является контроль уровня меди и удаление избыточных примесей. Очистка электролита состоит из электролиза для извлечения меди и кристаллизации для извлечения солей металлов. Восстановленная и очищенная серная кислота и медный купорос используются для изготовления нового электролита. Равновесие As/Sb/Bi, которое может вызвать образование плавающих шламов, также можно использовать для контроля уровней этих металлов, обычно с использованием восстанавливающих соединений, таких как SO ₂ , и адсорбционных материалов [21].

3. Медьсодержащие вторичные материалы

Вторичные источники меди включают первичные производственные отходы, промышленные отходы и электронные отходы. «Бытовой лом» — это лом, образующийся на плавильном или очистительном заводе и включающий шлак, пыль, анодный лом, шлам и т. д. Обычно он перерабатывается на заводе. «Новый лом» образуется на последующих предприятиях по производству металла, как и в полуфабрикатах (пруток, труба, проволока и т. д.). Он может быть переработан на заводе-изготовителе или на первичном производственном предприятии. Устаревшие потребительские товары и WEEE относятся к «старому лому».В 2010 году производство первичной меди составило 16,2 млн тонн, производство вторичной меди из нового лома — 4,2 млн тонн, а из старого лома — 5,2 млн тонн [22]. Количество WEEE, произведенного в 2010 году, составило 33,8 млн тонн, содержащих около 3,5 млн тонн меди [22]. В 2014 г. количество ОЭЭО составило 41,8 млн т, из которых только 15,5% были надлежащим образом переработаны [23]. Ожидается, что количество WEEE увеличится до 50 млн тонн или 6,7 кг на душу населения в 2018 году [23]. Ожидается, что увеличение количества WEEE потребует увеличения мощностей вторичного плавильного производства.

Техническая спецификация CEN/TS 13388 описывает 13 сортов медного лома с минимумом 96–99.90% меди с основными примесями железа, свинца и цинка, 11 марок лома латуни и 6 марок лома труб теплообменников. Европейский стандарт EN 12861:1999 «Медь и медные сплавы. Лом» определяет те же сорта лома, что и CEN/TS 13388, и они используются для прямой плавки. Это означает, что уровни примесей в них достаточно низки для запланированных производственных целей, и нет необходимости в электролитическом рафинировании. Медные сплавы могут содержать сурьму, мышьяк и фосфор для ингибирования децинкификации, свинец, теллур, селен и серу для улучшения обрабатываемости, алюминий для устойчивости к ударной коррозии и хром для образования термообрабатываемого сплава.Эти легирующие элементы в медном ломе могут стать примесями при переработке в новую катодную медь.

Металлический состав различных электронных отходов сильно различается в зависимости от возраста, происхождения и технологии производства продукта. В WEEE, включая все виды собираемой продукции, медь составляет около 7 % веса, печатные платы — 3,1 %, а другие цветные металлы (исключая Al) — 1 % [24]. Эти фракции могут быть переработаны в производство меди. Основные металлы в печатных платах включают 11-40% Cu, 0.3–3 % Pb, 0,3–2,7 % Sn, 0,3–3,2 % Zn, 0,05–0,9 % Ni; благородные металлы 50–5700 м.д. Ag, 10–1300 м.д. Au и 3–50 м.д. PGM; основные примеси до 3500 ppm Sb, 690 ppm Bi и 27 ppm As [24]. Основным экономическим стимулом для переработки электронных отходов является извлечение драгоценных металлов, но медь имеет почти такое же экономическое значение, как и благородные металлы [23]. WEEE перерабатываются на заводах по выплавке первичной меди, например, Noranda в Канаде в качестве добавок к конвертерам Пирса-Смита и Boliden в Швеции, которые переплавляют WEEE, содержащие лом, в черную медь, а затем добавляют его в конвертеры Пирса-Смита.

4. Распределение элементов

Основным сырьем для выплавки меди является CuFeS ₂ -FeS ₂ концентрат, в состав которого, помимо Cu и Fe, обычно входят Ag, Au, МПГ, As, Sb, Bi, Mo, Ni , Pb, Se и Te. Учитывая второстепенные элементы в медных концентратах, многие из них вредны для окружающей среды или здоровья человека, вызывают трудности в работе или могут повлиять на качество продукции. В таможенной плавке они известны как штрафные элементы и включают, например, As, Bi, Cd, Cl, Co, F, Hg, Ni, Pb, Sb, Zn [25].Медный лом может привносить Mo, Ni, Mn, Sn и Zn в поток материала. Лом WEEE содержит драгоценные металлы Ag, Au, Pd и Pt; неблагородные металлы, включая Cu, Al, Ni, Sn, Zn и Fe; и металлы, требующие внимания, такие как Hg, Be, In, Pb, Cd, As, Sb и Bi [26]. Переработка лома не должна нарушать электрорафинирование избыточными примесями. В таблице 1 представлена ​​подборка составов штейна и металла на различных стадиях процесса первичной плавки и электрорафинирования. Диапазоны составов концентратов в таблице 1 широки, так как включают несколько типов концентратов.Концентраты из первичных сульфидов (халькопирита и борнита) содержат от 20 до 30 % меди, тогда как концентраты вторичных сульфидов (халькозин и ковеллит) могут содержать до 40 % меди [27]. Обычно концентрации основных элементов составляют 22–32 % Cu, 23–30 % Fe, 27–35 % S [6]. Для марки Cu-CATH-1 все металлы-примеси не имеют отдельных ограничений, вместо этого применяются следующие комбинированные ограничения:

• (As + Cd + Cr + Mn + P + Sb) макс. 15 частей на миллион.

• (Bi + Se + Te) макс.3 ч/млн, (Se + Te) макс. 3,0 ч/млн.

• (Co + Fe + Ni + Si + Sn + Zn) макс. 20 частей на миллион.

По результатам опроса 2016 г. многие электрорафинированные заводы могут достигать критических уровней примесей в катодной меди, составляющих всего 10% от принятого максимума в Cu-CATH-1 [28].

Основным вторичным источником благородных металлов является лом WEEE, а некоторое количество серебра может содержаться в ломе медных сплавов. На этапах пирометаллургического процесса все благородные металлы растворяются в штейн, черную медь, черновую медь и анодную медь.В процессе электролиза благородные металлы попадают в анодный шлам, откуда их можно извлечь пирометаллургическими и электролитическими методами.

Вторичными источниками цветных металлов являются металлолом и лом WEEE. Алюминий выбрасывается в шлак, но может увеличить вязкость шлака и потери меди. Большая часть никеля и 50% кобальта распределяются в медные фазы. Избыток никеля в аноде образует соединения, образующие шлам при электрорафинировании. При электрорафинировании никель растворяется и удаляется в контуре очистки электролита.Часть никеля заканчивается в анодном шламе. Pb, Zn и Sn выбрасываются в шлак или отходящие газы, особенно при плавке в ванне, а при конвертировании менее 10% из них попадает в черновую медь. Pb также можно удалить в анодной печи с помощью кремнеземного флюса. Pb, Zn и Sn попадают в анодный шлам во время электрорафинирования.

Основными примесями, влияющими на процесс электролиза, являются As, Sb, Bi и Pb [28]. Их источниками являются первичное сырье и лом WEEE. Эти металлы оказывают комплексное влияние на анодную металлургию, но обычно целью является ограничение их концентраций и в то же время наличие высокого отношения As по сравнению с другими.Целью контроля состава анода является обеспечение плавного растворения, предотвращение образования шлама и пассивации. При плавке Bi и часть As и Sb распределяются в колошниковой пыли и могут быть извлечены гидрометаллургическими методами. При электрорафинировании в электролите накапливаются As, Sb и Bi, и их концентрацию необходимо контролировать. Уровни Sb и Bi должны составлять всего сотни мг/л, в то время как As допускается в граммах на литр. Высокое молярное соотношение As/(Sb+Bi) в электролите предотвращает образование плавающих шламов, которые могут загрязнить катод.Свинец осаждается в анодном шламе. As, Sb и Bi обычно удаляются на последних стадиях очистки электролита в виде нечистых отложений Cu-As-Sb-Bi. Методы выщелачивания и извлечения ценных Sb и Bi начинают появляться в промышленных масштабах.

5. Обсуждение

Основными причинами повторного использования лома в первичном производстве меди являются контроль внутренних потоков лома, потребность в холодном материале для охлаждения конвертера и извлечение благородных металлов из старого лома, особенно из WEEE. Анодный лом от электрорафинирования составляет в среднем менее 13% веса анода, и несколько процентов анодов отбраковываются после литья [6,19].Этих потоков домашнего лома часто недостаточно для охлаждения конвертера, поэтому необходим покупной медный лом. Покупаемые партии лома, как правило, довольно чистые, так как легирующие элементы имеют небольшую ценность, и цель состоит в том, чтобы удалить их из меди. Использование старого лома может привносить посторонние элементы, но их содержание контролируется пирометаллургической обработкой. Высокое содержание никеля является основным фактором, который может повлиять на электролиз. Металлический лом не будет привносить вредные элементы As, Sb, Bi, Se и Te. Переработка WEEE в первичном производстве меди осуществляется в основном для извлечения благородных металлов.Например, в [29] общее распределение значений WEEE составило 29 % для черного металла, 26 % Cu, 24 % Au, 11 % Al, 6 % PGM и 2 % для Sn и Ag. Распределение значений в ПХБ составило 59 % Au, 15 % МПГ, 15 % Cu, 7 % Sn и 4 % Ag. ПХБ составляют только 4% от общего веса WEEE, но содержат 40% значения извлечения металла [29]. WEEE можно подавать на пирометаллургических стадиях, но для взвешенной плавки можно использовать только небольшое количество сырья, а сжигание органического материала создает избыточное тепло в конвертере. Используя подход металлического колеса и металла-носителя, можно сделать вывод, что Ag, Au, МПГ, Pb, Sn, Zn, As, Sb и Bi следуют за медью и могут быть извлечены на дальнейших стадиях обработки.Вероятно, оксиды металлов теряются в шлаках, а РЗЭ, нерастворимые в меди, теряются. Поскольку ПХБ имеют более высокое содержание Pb, Sb и Bi по сравнению с As [24], для бесперебойной работы необходимо поддерживать уровень As как в анодах, так и в электролите.

Переработка металлов практиковалась всегда, но в настоящее время извлечение определенного металла может оказаться невозможным из-за технологических ограничений. В некоторых случаях извлечение металлов из вторичных потоков может оказаться технически невозможным или экономически нецелесообразным, поскольку они находятся в слишком низких концентрациях или в более проблематичных формах, чем в природных рудах.Это приводит, например, к потерям Ge, Ga и In из WEEE в шлаки во время плавки. Вторичная плавка и гидрометаллургические методы более подходят для извлечения небольших количеств ценных и специальных металлов, чем первичная плавка и рафинирование. Переработка старого лома может быть технологически сложной, если устаревшие продукты не могут быть демонтированы или механически обработаны для разделения металлических фракций. Загрязнение основного металла другими материалами приводит к появлению примесей, которые могут отрицательно сказаться на свойствах металла.Увеличение содержания Ni, Sb, Bi и Pb в WEEE увеличивает риск загрязнения катода.

6. Выводы

Целью производства первичной меди является получение медных катодов с содержанием металлических примесей менее 65 ppm. Этого можно добиться только за счет ограничения концентрации примесей как в анодах, так и в электролите. Первичная плавка меди, конвертирование и огневое рафинирование эффективны для извлечения ценных второстепенных металлов из вторичного сырья.К сожалению, расплавленная медь также растворяет нежелательные примеси. К счастью, процесс электрорафинирования меди эффективен для удаления нежелательных металлов, если их концентрации можно поддерживать на достаточно низком уровне с помощью предыдущих стадий процесса и очистки электролита.

Элементы из сырья, загружаемого в медное производство, выходят в виде шлаков, пыли отходящих газов, медных катодов, анодного шлама, продуктов очистки электролитов. Сегодня второстепенные элементы в шлаках теряются. Пыль, анодный шлам и остатки очистки электролита обрабатываются для извлечения ценных металлов, в основном благородных металлов Se и Te, а также Sb, Bi, Ni и As.

Сточные воды медеплавильного завода Альтонорте

]]>

В марте 2003 года медеплавильный завод Альтонорте недалеко от Антофагасты на севере Чили завершил расширение стоимостью 170 миллионов долларов, которое началось в 1998 году.

Расширение, способное увеличить производство меди с нынешних 160 000 т/год до 290 000 т/год, стало возможным только благодаря внедрению нового процесса очистки воды почти в 40 км и системе передачи воды, которая транспортировала воду на 600 м выше. уровня моря до завода.

В апреле 2002 года вода с водоочистных сооружений в Антофагасте начала поставлять промышленную воду в район, считающийся одним из самых засушливых мест на земле. Этот проект является первым в своем роде в Чили, где очищенные сточные воды используются для удовлетворения потребностей в воде промышленности и внес положительный вклад как в окружающую среду, так и в экономику.

Проект по промышленным сточным водам и транспортировке стоимостью 6 миллионов долларов США, которым управляла англо-голландская компания Cascal, в основном очищает сточные воды, которые когда-то загрязняли прибрежные воды, и транспортирует их на север для промышленного использования, где они хранятся в местных резервуарах.

РАСПОЛОЖЕНИЕ

Это новое предприятие по очистке воды расположено на севере Чили и снабжает водой промышленную зону Ла-Негра, расположенную в 35 км от Антофагасты.

КОНСТРУКЦИЯ ВОДЯНОЙ СИСТЕМЫ

Основным заказчиком проекта была Noranda, многонациональная компания с канадским капиталом, которой принадлежит медеплавильный завод Altonorte в Ла-Негра.

Вода поступает из существующего предприятия BAYESA в Антофагасте по недавно разработанному 40-километровому выделенному трубопроводу, нескольким насосным станциям и резервуарам для подъема воды примерно на 600 м над уровнем моря.

Одним из требований этого проекта было обеспечение альтернативной подачи воды в случае выхода из строя водопроводной сети. Региональная компания по водоснабжению Empresa de Servicios Sanitarios de Antofagasta (ESSAN) согласилась обеспечить подачу воды в случае любого сбоя. Это государственно-частное партнерство с ESSAN обеспечивает необходимую поддержку.

Станция очистки сточных вод в BAYESA в настоящее время очищает все сточные воды из Антофагасты. Часть очищенных сточных вод сбрасывается в море, а часть подвергается дальнейшей очистке с получением воды достаточного качества для использования в ирригационных и промышленных целях на всей территории Антофагасты.Эта новая операция означает, что больше сточных вод будет очищаться по более высоким стандартам.

СТРОИТЕЛЬСТВО

Британская компания Cascal была основным подрядчиком проекта. Строительство началось в декабре 2001 года, когда компания Cascal привлекла ряд местных чилийских субподрядчиков, включая компанию Montec, которая поставила и построила 40-километровый трубопровод и насосные станции, а также компанию IMO, выполнившую все электрические работы.

Основной клиент Cascal по проекту передачи, Noranda, построил медеплавильный завод в Ла-Негра, который включал в себя установку обратного осмоса, поставленную чилийскими горными инженерами Minera Escondida, которая использует оборотную воду.

Проект передачи, который был представлен правительству Чили в качестве одного из проектов к 200-летию независимости Чили, состоит из 12-километрового подъема магистрали от водохранилища Грандон до Салар-дель-Кармен, предназначенного для транспортировки 120 л/с. Две насосные станции, построенные компанией Montec, используются для подачи воды на высоту от 70 до 600 м над уровнем моря. Как только вода достигает Салар-дель-Кармен, очищенная вода под действием силы тяжести попадает на объекты в Норанде, расположенные в 27 км.Снабжение гарантировано 24 часа в сутки благодаря аккумуляционному резервуару, расположенному очень близко к заводу, и резервному соединению с ESSAN.

ВОДНЫЕ СИСТЕМЫ АНТОФАГАСТА

Город Антофагаста, расположенный в северных пустынных районах Чили, получает питьевую воду по 350-километровому трубопроводу из Анд.

В середине 1990-х компания Cascal провела полную реконструкцию существующих очистных сооружений и масштабную модернизацию систем сбора и распределения очищенной воды.Новые строительные работы и усиление существующих канализационных коллекторов позволили перехватчикам соединить существующие береговые выпуски, пересадить насосные станции и новые коллекторы. Насосные станции были построены для того, чтобы перекачивать городские сточные воды в магистральные коллекторы, которые затем транспортировали их на завод предварительной очистки. Для обработки сточных вод на территории построены новая установка предварительной очистки и длинный морской водосброс.

ПРЕИМУЩЕСТВА

Антофагаста — одно из самых засушливых мест на земле, и вода всегда стоила очень дорого.Предыдущие водные ресурсы для Норанды поставлялись из колодцев в Юнгае, примерно в 100 км от Ла-Негра, которые имели очень высокую стоимость и ограниченные запасы.

С экономической точки зрения медь является крупнейшим экспортным товаром Чили, на долю которого приходится 40% мирового годового производства. Существующая ограниченная подача воды оказала непосредственное влияние на производство меди в Норанде. Благодаря новой системе поставок Noranda недавно завершила модернизацию своего завода для увеличения производственных мощностей.

Помимо увеличения производственных мощностей Норанды, региональные власти предполагают, что усиление водоснабжения привлечет новые предприятия и возможности трудоустройства в зону развития Ла-Негра.

Медеплавильное производство

На протяжении этого столетия основное производство меди (в том, что касается выплавки меди) и большинства других цветных металлов производилось пирометаллургическими методами, обрабатывая сульфидные руды с помощью различных периодических процессов. Преобладающим процессом получения меди является плавка сульфидных концентратов в отражательных печах с получением штейна и шлака с последующей обработкой штейна в конвертерах с получением черновой меди. Отходящие газы из отражательной печи обычно содержат не более 2 процентов SO2, а содержание SO2 из конвертеров варьируется, что в большинстве случаев препятствует экономичному извлечению серы.

Взвешенная медь Плавка на штейн была усовершенствованием процесса, что привело к более высокой концентрации SO2. В процессе взвешенной плавки Outokumpu, разработанном Outokumpu Oy в Финляндии, шихта вдувается в печь через специально сконструированную горелку с воздухом, предварительно нагретым примерно до 850°C. Тепло от реакций покрывает большую часть общей потребности в тепле. Достигается концентрация газа SO2 около 13 процентов. В процессе взвешенной плавки International Nickel Company в Садбери, Онтарио, используется коммерческий кислород (95 процентов O2) для производства 45-процентного медного штейна и газа SO2 с постоянной концентрацией более 70 процентов.Последний известен как автогенный (самоплавящийся) процесс, поскольку для плавки остатка шихты в штейн и шлак не используется постороннее топливо. В обоих этих процессах взвешенной плавки штейн обрабатывается в конвертерах.

Два недавних процесса, Noranda и Worcra, используют взвешенную плавку и преобразование в черновую медь в одной установке. Оба используют воздух или воздух, обогащенный кислородом, и постороннее топливо для обеспечения потребностей в тепле. Процесс Норанды включает следующие основные этапы:

1. Концентраты и флюс вводятся в один конец реактора, который по поперечному сечению аналогичен конвертеру Пирса-Смита;
2. плавка происходит на загрузочном конце;
3. потоки штейна и шлака контролируются по мере их медленного движения к выпускным отверстиям;
4. окислительный газ вводят в штейн для окисления FeS;
5. продолжающееся введение газа в полученный белый металл окисляет Cu2S до металлической меди; и
металлическую медь
6. периодически выпускают после периодов отстаивания.

Процесс Воркра, изобретенный доктором Говардом К. Уорнером, существенно отличается от процесса Норанды следующим образом:

1. Поток шлака является противотоком, тогда как в системе Норанда он является параллельным;
2. воздух или воздух, обогащенный кислородом, продувается через шлак под высоким давлением для контакта с ванной штейна для преобразования в медь, тогда как Noranda использует фурмы;
Поток меди
3. практически непрерывен из плотины, тогда как в системе Норанды медь снимается периодически после периодов отстаивания; и
Шлак
4. очищается путем пропускания через зону подачи с низким потенциалом кислорода, тогда как в печи Норанда используются фурмы с восстановительным газом.

Описанный в данном отчете процесс непрерывной кислородной плавки (COS) принципиально отличается от ранее описанных процессов следующим образом:

1. Это непрерывный процесс с использованием коммерческого кислорода для производства черновой меди в единой установке;
2. производится очень высокая концентрация SO2, более 80 процентов (малый объем дымовых газов); и
3. кислород конвертера вводится под поверхность штейна с помощью погружного зонда.
Процесс плавки меди

В автогенной системе, описанной в этом отчете, сульфидный концентрат и флюс кремнезема вдуваются в печь через специально сконструированную горелку с кислородом и плавятся во взвешенном состоянии до примерно 50-процентного медного штейна.Штейн стекает по наклонному тиглю противотоком потоку шлака в зону конвертирования на одном конце печи. Кислород вводят с помощью водоохлаждаемого зонда, погруженного в ванну штейна, где происходит преобразование в черновую медь.

Отношение потерь тепла к подводу по своей природе велико для небольшой печи, и поскольку желательно поддерживать атмосферу, не разбавленную внешними загрязняющими веществами, с присутствием только продуктов реакции, была спроектирована двойная печь, как показано на рисунках 1 и 2. .Наружная топка служит тепловым барьером. Длинное пламя углеводородной горелки пропускает горячие газы по внешней топке. Эти газы выводятся через водоохлаждаемый дымоход в водяной скруббер. Газы из внутренней топки выходят через другой водоохлаждаемый дымоход через крышу, а также в водяной скруббер. На рис. 3 показаны места в своде, где в печь поступают различные продукты и где выходит газ. Концентрат халькопирита, просушенный и просеянный от крупных комков, вместе с кремнеземным флюсом шнеком из бункера подается в питатель концентрата (рис.4). Сырье смешивается с кислородом в водоохлаждаемой секции питателя концентрата и подается в печь на первой позиции (рис. 1), где происходит сочетание взвешенного обжига и плавления.

Штейн, содержащий от 45 до 55 процентов меди и оставшуюся часть шлака из силиката железа, образуется в результате очень быстрой, почти мгновенной реакции; отсюда и название «взвешенная плавка». Штейн опускается через более легкий слой шлака и стекает по

наклонный тигель.Преобразование в медь происходит в зоне вокруг второй позиции. Сульфид железа окисляется преимущественно, так как сродство кислорода к сере и железу больше, чем к меди. Система находится в динамическом состоянии с сосуществованием меди, белого металла и штейна, а новый штейн постоянно образуется в зоне 1. Относительное количество каждого из них зависит от скоростей конвертирования и подачи. Кислород вводят непосредственно в матовую ванну в положении два с помощью погружного зонда. Согласно сравнительным испытаниям, зонд обеспечивает гораздо лучший контакт газа с жидкостью и, по крайней мере, на 50% повышает эффективность использования кислорода.Также производится более чистый шлак, поскольку содержание меди в шлаке напрямую связано с его кислородным потенциалом. Рядом с кислородным зондом добавляется диоксид кремния для получения дисперсии и хорошего контакта с новым образовавшимся оксидом железа. Обычно считается, что без кремнезема, непосредственно доступного для образования силикатов, оксид железа будет дополнительно окисляться до магнетита и накапливаться в более холодных частях печи. К сожалению, даже при большом дефиците кремнезема высокая температура и доступность сульфида железа предотвращает отложение магнетита в зоне конвертирования, где желательно компенсировать потери огнеупоров.Более холодная стенка для осаждения магнетита может быть достигнута в экспериментальной печи путем обеспечения большей зоны конвертирования или в промышленной печи с помощью стен с водяной рубашкой.

Шлак, образовавшийся в результате реакций плавления и конвертирования, стекает в шлаковый колодец. Очистка шлака происходит в результате контакта с более низким штейном при прохождении зоны 1, реакции обжига сульфида меди и оксидов меди, восстановления оксида меди серой и сульфидом железа, восстановления магнетита.

Поскольку имеется небольшое количество расплавленного материала по отношению к теплопроводной поверхности, характерной для небольшой печи, угольная дуга используется для предотвращения замерзания и поддержания потока шлака и штейна из печи. Неподвижный электрод представляет собой графитовый стержень, вставленный в каждую летку. Подвижные электроды контактируют с расплавом в соответствующих лунках. Шлак нагревается за счет комбинации нагрева сопротивления и дугового разряда, в то время как медь из-за ее высокой проводимости нагревается только за счет дугового разряда на поверхности.Таким образом, скважины легко держать открытыми и поддерживать непрерывный поток шлакового продукта. Некоторое количество штейна образуется в результате очистки шлака и осаждения унесенного штейна, который можно периодически выпускать и возвращать в конвертерную часть печи.

Инжекция кислорода через фурмы в штейн была прекращена из-за быстрой эрозии огнеупора на входе в фурму и, таким образом, чрезвычайной сложности поддержания фурмы в открытом состоянии.

Зонд с водяным охлаждением, показанный на рис. 5, был разработан для подачи кислорода непосредственно в штейн, в отличие от продувки высокоскоростной струей через шлак, как это делается в процессе Worcra.Эта процедура приводит к улучшению контакта газ-штейн, увеличению скорости реакции и полному использованию кислорода. Другие преимущества заключаются в том, что тепло концентрируется в штейне там, где это необходимо, а не над шлаком, что сводит к минимуму расход огнеупоров над уровнем шлака. Кроме того, поскольку кислород не проходит через шлак, шлак остается с более низким кислородным потенциалом, что снижает содержание в нем меди. Кислород подается к основанию зонда по медной трубке, где он разделяется по желанию в соответствии с количеством и положением отверстий в делительном диске кислорода и поступает в ванну под прямым углом к ​​зонду.Такая конструкция способствует распределению кислорода и позволяет расположить зонд вблизи дна.

Тепловой баланс с использованием чистого кислорода и воздуха

В таблице 1 приведен простой тепловой баланс, иллюстрирующий большое количество тепла, доступного при кислородной плавке халькопиритовых концентратов. По оценкам, 24 процента производимого тепла приходится на потери в печах, включая водяное охлаждение.

Если, например, вместо коммерческого кислорода 95-процентной чистоты использовался воздух, то 0.435 кг кислорода на килограмм халькопирита разбавляют 1,43 кг азота, что дает 1,43/28 x 9790 = 501 ккал; таким образом, общие потери будут на 258 ккал больше, чем произведено. Следовательно, использование воздуха вместо кислорода потребует дополнительного топлива.

Конструкция медеплавильной печи и используемые огнеупоры

Печь состоит из трех неотъемлемых секций, включающих дно и внутреннюю печь, четыре наружные стены и крышу, что обеспечивает простоту сборки и разборки и избавляет от различных характеристик расширения этих секций.Крышу и боковые стенки можно поднимать отдельно как единое целое для облегчения доступа к внутренней печи. На рис. 2 показаны различные типы используемых кирпичей. Стандартная изоляция из минеральной ваты покрывает всю внешнюю поверхность. Арочная крыша выполнена из огнеупорного жаропрочного литья поверх металлической пластины, образующей нижнюю часть. Стены выполнены из теплоизоляционного силикатного кирпича, уложенного в угловой железный каркас и поддерживаемого стойками из двутавровых балок и швеллерными задними стойками. Различные отверстия в крыше между внутренней печью и внешней печью имеют номер

.

, изготовленный из магнезиальной смеси.Дно кирпичное, уложено в металлический поддон, внутренняя топка встроена за одно целое с дном. Кирпич высокой плотности с высоким содержанием глинозема окружает тигель, что обеспечивает максимальную стойкость любых испытанных огнеупоров к коррозионному штейну.

Процедура испытаний и обсуждение результатов

Экспериментальная печь непрерывной плавки в кислороде (COS), показанная на рисунках 6 и 7, предварительно нагревается перед загрузкой с помощью трех газовых горелок, расположенных в шлаковом конце внешней печи, через отверстие в крыше для очистки шлака (FeS2) и через матовый леток.Достигается температура внутри печи от 1200° до 1300°С, а температура снаружи печи составляет от 400° до 700°С, измеренная на выходе из дымохода. Внешняя стенка внутренней печи становится самой горячей вокруг тигля для штейна, достигая температуры от 800° до 1000°C. Предварительно расплавляют около 100 фунтов штейна для герметизации медного колодца. Поскольку перед введением водоохлаждаемого зонда штейн должен иметь температуру не менее 1250°C, его сначала нагревают до 1400°C, а затем вручную переносят в горшках в печь COS.На матовой поверхности сразу после зарядки зажигается дуга для предотвращения замерзания в скважине. Требуемая первоначально мощность в 8 кВт постепенно снижается до 3-4 кВт.

После зарядки штейна сразу начинается подача. Сырье состоит из медного концентрата с добавлением кремнеземистого флюса. Анализы концентрата и минерального состава приведены в таблицах 2 и 3.

Конверсию начинают после плавки примерно через 1 час, чтобы создать ванну штейна и шлака и нагреть штейн примерно до 1250°С.Горелка внутренней внутренней топки снимается, а горелка внешней топки регулируется в соответствии с потребностью в тепле. Уровень резервуара в тигле может повышаться для получения потока шлака и поддерживается на этом уровне. Было обнаружено, что нет необходимости герметизировать шлак, пока остаточный шлак в колодце предварительно расплавляется электрической дугой. Температура шлака, перетекающего через кромку тигля в шлаковую яму, составляет от 1250° до 1300°C. Типичные рабочие скорости показаны в таблице 4.

Загружаемые материалы и продукты, полученные в двух типичных испытаниях, представлены в таблице 5, в которой протекала конверсия в медь, и в таблице 6, в которой реакция была остановлена ​​перед конверсией в медь.Штейн, полученный при очистке шлака, возвращается в печь вместе с дымовыми наростами, скрубберными остатками, твердыми частицами дымовой трубы и другими материалами очистки с использованием обычных устройств и процессов. Медь в растворе не будет присутствовать в такой степени в промышленной эксплуатации, поскольку растворимые сульфаты будут удалены до очистки газа. Из таблицы 7 видно, что при переходе в медь количество образующихся шлаков выше, как и следовало ожидать. Эти высокие значения шлака могут быть снижены за счет добавления восстановителей, таких как пирит, пирротин.или медный сульфидный концентрат в секцию очистки печи. Эта фаза испытаний не была начата, а полученные шлаки были обработаны флотацией. Шлаковый композит выше, чем чистый шлак, из-за того, что он содержит штейн от очистки шлака, который вытекал вместе со шлаком, так как не было предусмотрено его отдельного выпуска. Типичным было низкое извлечение металлической меди из-за потерь меди, в данном случае 24,4 процента, как показано в колонке неучтенных данных. Медь остается в углублениях и трещинах тигля и теряется в брызгах штейна во время конверсии.

На сегодняшний день испытания проводились в одну смену из-за сложности выдерживания продолжительного цикла в небольшой печи. Следует предпринять попытки непрерывной работы в течение как минимум 24 часов, поскольку возможности увеличиваются.

В первую очередь следует обратить внимание на баланс между конверсией, подачей и кислородом. Только когда это выполнено, можно адекватно определить такие важные переменные, как содержание меди в шлаке, возвратный штейн, концентрация SO2, потери дымовой трубы и скорости флюсования.Собранные до сих пор данные являются лишь указанием на то, чего можно ожидать при непрерывной кислородной плавке. Что еще более важно, испытания показывают, что непрерывная кислородная плавка возможна в пределах одной установки.

Эрозия малой печи чрезмерная из-за близкого расположения кислородных струй к стене; однако он замедляется по мере разрушения тигля. Используя низкие температуры на внешней печи, можно приблизиться к равновесию с отложением магнетита для защиты стены. Если настоящая печь окажется неудовлетворительной для проведения расширенных испытаний, необходимо будет спроектировать печь с конверсионной зоной большего диаметра для продолжения испытаний в масштабе от 2 до 5 фунтов в минуту.Согласно оценкам, основанным на расчетах и ​​нашем опыте в Исследовательском центре металлургии Олбани, печь, достаточно большая, чтобы плавить достаточное количество концентрата для преодоления потерь тепла в автогенной системе, будет составлять порядка 25 тонн в день (35 фунтов в минуту). Это было примерно размером с последнюю печь, построенную International Nickel Company для опытных испытаний их процесса взвешенной плавки.

Теоретически почти 100-процентно чистый диоксид серы можно получить, выплавляя сульфидный концентрат с чистым кислородом.Самое высокое значение, проанализированное в наших тестах, составило 81,7 процента из-за атмосферного разбавления в системе. Семьдесят пять процентов диоксида серы регулярно производится путем взвешенной плавки медного концентрата с использованием чистого кислорода на плавильном заводе Международной никелевой компании в Садбери, Онтарио. На этом заводе (единственный процесс взвешенной плавки в Западном полушарии) медный концентрат выплавляется примерно до 45% штейна. Используется товарный кислород, произведенный на месте, и извлекается чистый жидкий диоксид серы.

Для сравнения с погружным зондом были проведены испытания со струйной подачей кислорода через шлак примерно на 6 дюймов над шлаком при манометрическом давлении 40 фунтов на кв. дюйм. Конверсия лучше всего происходила в течение первых 30 минут, прежде чем образовывался большой шлаковый покров, затем быстро уменьшалась по мере накопления шлака до рабочего уровня. Использование более высоких давлений, конечно, увеличило бы проникновение струи через шлак в штейн. Результаты этих испытаний приведены в таблице 8. Эффективность кислорода в испытаниях, в которых использовалась струя, составляет лишь около одной трети эффективности погружного зонда.Кажущийся выход кислорода более 100 процентов, вероятно, обусловлен разрушением магнетита, содержащегося в исходном штейне, и реакцией с кислородом воздуха.

Хотя вода и штейн вступают в бурную реакцию, существует встроенный фактор безопасности, заключающийся в том, что при возникновении течи происходит быстрое охлаждение и накопление наростов вокруг течи, которые ее герметизируют. Это произошло в двух случаях, когда остановка подачи кислорода из-за формирования черепа была единственным признаком развития утечки.В промышленной эксплуатации вместо воды может использоваться нереакционноспособная охлаждающая жидкость.

Состав шлака, потери и формы меди
Аналитические тесты

Шлаки из печи COS широко варьируются от 20 до 40 процентов кремнезема и от 35 до 60 процентов оксида железа. Шлаки, содержащие около 30 процентов кремнезема и 55 процентов оксида железа, имели низкую вязкость, приемлемую температуру ликвидуса и относительно низкое содержание меди. Типичный анализ шлака выглядит следующим образом:

Известняк был снят с производства, потому что использование только кремнезема для флюса железа облегчало контроль.Образовавшиеся шлаки выглядели одинаково текучими и имели меньшее пенообразование. Необходима дополнительная работа, чтобы определить идеальный состав шлака и установить оптимум.

Исследования с помощью микрозонда, рентгеновской дифракции и фотомикрофотографии идентифицировали первичную медную фазу в этих шлаках как металлическую медь микронного размера, часто связанную или связанную с магнетитом и ферритами. Некоторое количество меди присутствовало в виде уносимых сульфидов, наростов из раствора и медной шпинели, а при использовании хромомагнезитового огнеупора — в осадках оксида меди в центре крупных зерен хромита.На микрофотографии шлака с воздушным охлаждением на рис. 8 показаны типичные черты мелкодисперсной металлической меди с глыбистыми кристаллами магнетита и длинными тонкими кристаллами силиката. Кристаллы меди имеют размер от 1 до 80 микрон. На рис. 9 представлены электронно-лучевые сканы микрозондового исследования шлака с медного конца при использовании хромомагнезитового огнеупора. Длинноигольчатые кристаллы силиката типа фаялита сочетаются с магнием. Магний в результате эрозии огнеупоров образует более сложный шлак, чем примеси глинозема из огнеупоров, используемых в настоящее время.

Испытания индукционных печей

Небольшая индукционная печь использовалась для определения влияния на содержание меди в конвертерных шлаках вдувания природного газа, кокса и серы (таблица 9). Кокс вызывает сильное пенообразование из-за выделения CO и CO2. Трудно получить хороший контакт с пропаном и серой, так как они очень быстро улетучиваются. Контрольные опыты, в которых шлак расплавляли и выдерживали 15 минут, были столь же эффективны для снижения содержания меди, как и те, в которых добавлялись восстановители, поскольку происходило восстановление из угольного тигля.

Испытания на плавучесть

Флотационные испытания 11 шлаков COS, обработанных в индукционной печи, и двух необработанных шлаков (таблица 10) показали следующее:

1. Происходит быстрый рост кристаллов меди при температуре несколько ниже ее точки плавления.
2. Наилучшее извлечение было получено из переточного шлака печи COS, охлажденного при комнатной температуре (извлечение 72% при содержании меди 48%).
3. Наиболее заметное влияние на восстановление меди оказывает скорость охлаждения.
4. Добавление извести для получения более жидкого шлака не привело к лучшему извлечению меди флотацией.
5. Выдерживание вблизи точки плавления в течение длительного времени может быть нежелательным, поскольку этот температурный диапазон способствует образованию магнетита, медной шпинели и медных ферритов. Результаты флотации шлаков, выдержанных при этой температуре, были хуже, чем у необработанных печных шлаков.

Микрозондовое исследование закаленного шлака, СН-17, табл. 10, показывает, что большая часть меди, за исключением увлеченных частиц штейна, находится в растворе или находится в виде очень мелкого микровыделения, в то время как в естественно охлажденном шлаке.SN-13, таблица 10, содержит частицы меди с расчетным распределением по размерам следующим образом: от 20 до 40 микрон, 50%; от 10 до 20 микрон, 30 процентов; и менее 10 микрон, 20 процентов. Похоже, что медь находилась в растворе во время расплавления и остается в таком же состоянии при закалке. Рост кристаллов происходил при относительно медленном охлаждении при комнатной температуре. Эти различия в размерах частиц объясняют большую разницу в результатах флотации двух шлаков.

Выводы

Непрерывная кислородная плавка была продемонстрирована в лабораторных масштабах в течение нескольких часов.По мере увеличения возможностей требуются более длительные прогоны для адекватного определения параметров процесса. Рекомендуется, чтобы для продолжения испытаний в лабораторных масштабах была спроектирована печь производительностью около 5 фунтов в минуту с радиатором, подобным настоящей печи, но с большей площадью преобразования и более длинным тиглем. Печь, достаточно большая, чтобы плавить достаточное количество материала для компенсации потерь тепла в автогенной системе, должна иметь производительность порядка 25 тонн в день.

Погружной кислородный зонд позволяет подавать кислород ниже поверхности штейна и вдали от стенки, это более эффективно, чем продувка шлака, и превосходит фурмы.

Медь в шлаке в основном находится в форме металлической меди, и хорошее извлечение путем флотации может быть достигнуто путем медленного охлаждения шлака при температуре окружающей среды, что способствует росту кристаллов меди.