Život

Tehnološki proces proizvodnje bakra.

Oko 85% ukupne proizvodnje bakra trenutno se proizvodi u inostranstvu pirometalurškom metodom. U Rusiji udio bakra proizvedenog hidrometalurškom tehnologijom iznosi manje od 1%. Nema izgleda za značajniji razvoj hidrometalurgije bakra u narednim decenijama u našoj zemlji.

Dakle, prerada sirovina rude bakra i nikla uglavnom se obavlja pirometalurškim procesima.

Pirometalurški procesi koji se koriste u proizvodnji bakra uključuju oksidativno prženje, razne vrste topljenje (za mat, redukcija, rafiniranje), pretvorba mat i, u nekim slučajevima, procesi sublimacije.

Tehnološke sheme postojećih preduzeća za proizvodnju bakra i nikla u svakom slučaju imaju svoje specifične karakteristike, vezano za vrstu sirovina koje se obrađuju, metaluršku opremu koja se koristi, izvore toplotne energije i niz drugih lokalnih uslova. Međutim, svi su bliske strukture i uklapaju se u okvire osnovnih tehnoloških shema.

Uzimajući u obzir sorte prerađenih ruda bakra i nikla, u industriji se trenutno koriste tri osnovne pirometalurške sheme.

Pirometalurška prerada ruda i koncentrata sulfidnog bakra može se izvesti na dva načina. Prvi način uključuje potpunu oksidaciju cjelokupnog sumpora prerađenih sirovina korištenjem preliminarnog oksidativnog prženja (pečenje „tesno”) uz istovremeno pretvaranje bakra i željeza u oksidni oblik:

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2;

2Cu 2 S + ZO 2 = 2Cu 2 O + 2SO 2.

Proizvod pečenja (špek) se zatim podvrgava selektivnoj redukciji kada je materijal potpuno otopljen – redukcijskom topljenju. U ovom slučaju, bakar se reducira u metalno stanje, a željezo - uglavnom u wustit. Oksidi željeza zajedno sa rudom i fluksnim oksidima formiraju šljaku koja se uklanja na deponiju. Proces oporavka opisan je sljedećim glavnim reakcijama:

Cu 2 O + CO = 2Cu + CO 2,

Fe 2 O 3 + CO = 2FeO + CO 2,

FeO+CO=Fe+CO2.

Čini se da je ovaj način dobivanja bakra najjednostavniji i najprirodniji. Zato je to u suštini bio jedini način prerade bakrenih ruda u 18. i 19. veku. Međutim, niz značajnih nedostataka redukcionog topljenja natjerao nas je da napustimo njegovu upotrebu. Trenutno se samo za preradu sekundarnih bakarnih sirovina koristi proces blizak redukcijskom topljenju. Najvažniji nedostaci ove metode su:

1. Prilikom topljenja, rezultat je veoma prljav (crni) bakar, koji sadrži do 20% gvožđa i drugih nečistoća. Ovo se, kao što je poznato iz teorije pirometalurških procesa, objašnjava olakšanim uslovima za redukciju gvožđa u prisustvu rastaljenog bakra. Rafiniranje crnog bakra iz velike količine nečistoća je veoma teško i skupo, a takođe je povezano sa velikim gubicima bakra,

2. Šljake koje su u ravnoteži sa metalnim bakrom su veoma bogate, što smanjuje ekstrakciju bakra u komercijalne proizvode.

3. Topljenje se vrši uz veliku potrošnju (do 20% mase punjenja) deficitarnog i skupog koksa.

Drugi način, karakterističan za modernu pirometalurgiju, uključuje topljenje na mat u srednjoj fazi tehnologije sa njegovom naknadnom preradom u blister bakar U uslovima oksidativnog topljenja mogu se dobiti matovi bilo kog sastava.

2FeS + ZO 2 + SiO 2 = 2FeO SiO 2 + 2SO 2. (14)

Prilikom taljenja za mat u neutralnoj ili redukcijskoj atmosferi, nemoguće je regulisati stepen odsumporavanja i sadržaj bakra u matu će se značajno razlikovati od njegovog sadržaja u originalnom punjenju. Iz tog razloga, da bi se pri preradi loših koncentrata dobili matovi bogatiji sadržajem bakra, ponekad je preporučljivo prvo ukloniti dio sumpora oksidativnim prženjem, koje se izvodi bez topljenja materijala na 800-900 °C.

Daljnja obrada matte radi dobijanja metalurškog bakra od njih se vrši oksidacijom u tečnom stanju. U ovom slučaju, zbog većeg afiniteta željeza prema kisiku, željezni sulfid se prvo oksidira prema reakciji (14). Nakon što je svo željezo oksidirano i nastala troska je uklonjena, bakar sulfid se oksidira prema ukupnoj reakciji:

Cu 2 S + O 2 = 2Cu + SO 2. (15)

Tehnologija, koja uključuje topljenje za mat, omogućava dobijanje čistijeg metala koji sadrži 97,5-99,5% Cu. Ova vrsta bakra se naziva blister bakar. Rafinacija blister bakra u poređenju sa crnim bakrom je znatno pojednostavljena i jeftinija.

IN poslednjih godina U metalurgiji sulfidnih sirovina sve se više razvijaju autogeni procesi koji se izvode korištenjem topline oksidacije sulfida uz pomoć zagrijanog mlazovanja i mlazom obogaćenog kisikom. U ovim procesima, a to su oksidativno topljenje, procesi pečenja i mat taljenja se kombinuju u jednoj operaciji.

Moderna pirometalurgija bakra, unatoč fundamentalnoj zajedničkosti tehnoloških shema koje koriste razna poduzeća, nudi nekoliko opcija (I-IV) njegova praktična implementacija (slika 14).

Kako slijedi iz Sl. 14, tehnologiju za proizvodnju blister bakra karakterizira višestepeni proces (sa izuzetkom opcije IV, omogućava direktno topljenje koncentrata u blister bakar). U svakoj od uzastopnih tehnoloških operacija, koncentracija bakra u glavnom proizvodu koji sadrži metal postepeno se povećava odvajanjem otpadne stijene i pripadajućih elemenata, uglavnom željeza i sumpora. U praksi se gvožđe i sumpor uklanjaju oksidacijom u tri (pečenje, topljenje, konvertovanje), dva (topljenje, pretvaranje) ili u jednu fazu.

Najčešća tehnologija do danas uključuje (vidi Sliku 14) obaveznu upotrebu sljedećih metalurških procesa: taljenje u mat, pretvaranje bakarnog mat, vatreno i elektrolitičko rafiniranje bakra. U nekim slučajevima, prije topljenja u mat, vrši se prethodno oksidativno prženje sulfidnih sirovina.

Topljenje bakrenih ruda i koncentrata u mat - glavni tehnološki proces - može se izvesti gotovo bilo kojom vrstom topljenja rude. U savremenoj metalurgiji bakra za njegovu implementaciju koriste se reverberacijske, rudno-termalne (električne) i osovinske peći, kao i autogeni procesi nekoliko varijanti.

Specifična težina na razne načine Proizvodnja bakra u Sovjetskom Savezu izražena je sljedećim približnim brojkama,%: 60-65 - reflektirajuće topljenje; 18-22 - osovinsko topljenje; 10-15 - električno topljenje; 8-10 - autogeni procesi; 0,1-0,2 - hidrometalurgija.

Nikl dobiven iz oksidiranih ruda proizvodi se u granuliranom obliku (vatreni nikal) bez dodatnog rafiniranja. To je zbog činjenice da takav nikl ne sadrži velike količine nečistoća štetnih za crnu metalurgiju i uglavnom se koristi za legiranje specijalnih čelika.

Tehnologija prerade veoma siromašnih oksidisanih ruda nikla, podvrgnutih topljenju u mat bez prethodnog obogaćivanja, veoma je glomazna i višestepena, što je njen veliki nedostatak.

Što se odnosi na obojene metale, poznato je već duže vrijeme. Njegova proizvodnja je izmišljena prije nego što su ljudi počeli proizvoditi željezo. Vjeruje se da je nastao kao rezultat njegove dostupnosti i prilično jednostavne ekstrakcije iz spojeva i legura koji sadrže bakar. Dakle, pogledajmo danas svojstva i sastav bakra, vodeće svjetske zemlje u proizvodnji bakra, proizvodnju proizvoda od njega i karakteristike ovih područja.

Bakar ima visok koeficijent električne provodljivosti, što je povećalo njegovu vrijednost kao električnog materijala. Ako se prije do polovice sveg bakra proizvedenog u svijetu trošilo na električne žice, sada se aluminij u te svrhe koristi kao pristupačniji metal. I sam bakar postaje najoskudniji obojeni metal.

Ovaj video raspravlja hemijski sastav bakar:

Struktura

Strukturni sastav bakra uključuje mnoge kristale: zlato, kalcij, srebro i mnoge druge. Svi metali uključeni u njegovu strukturu odlikuju se relativnom mekoćom, duktilnošću i lakoćom obrade. Većina ovih kristala, u kombinaciji s bakrom, formira čvrste otopine s neprekidnim redovima.

Jedinična ćelija ovog metala je kubičnog oblika. Za svaku takvu ćeliju postoje četiri atoma smještena na vrhovima i središnjem dijelu lica.

Hemijski sastav

Sastav bakra tokom njegove proizvodnje može uključivati brojne nečistoće koje utiču na strukturu i karakteristike konačnog proizvoda. Istovremeno, njihov sadržaj treba regulisati prema pojedinačni elementi, i po njihovom ukupnom broju. Nečistoće koje se nalaze u bakru uključuju:

Bizmut. Ova komponenta negativno utječe i na tehnološke i mehanička svojstva metal Zbog toga ne bi trebalo da prelazi 0,001% gotovog sastava.
Kiseonik. Smatra se najnepoželjnijom nečistoćom u bakru. Njegov maksimalni sadržaj u leguri je do 0,008% i brzo se smanjuje tokom izlaganja visoke temperature. Kisik negativno utječe na duktilnost metala, kao i na njegovu otpornost na koroziju.
Mangan. U slučaju proizvodnje vodljivog bakra, ova komponenta negativno utječe na njegovu vodljivost. Već u sobnoj temperaturi brzo se rastvara u bakru.
Arsenic. Ova komponenta stvara čvrstu otopinu s bakrom i praktično nema utjecaja na njegova svojstva. Njegovo djelovanje je u velikoj mjeri usmjereno na neutralizaciju negativan uticaj od antimona, bizmuta i kiseonika.
. Formira čvrstu otopinu s bakrom i istovremeno smanjuje njegovu toplinsku i električnu provodljivost.
. Stvara čvrstu otopinu i povećava toplinsku provodljivost.
Selen, sumpor. Ove dvije komponente imaju isti učinak na konačni proizvod. Oni čine lomljivu vezu sa bakrom i ne iznose više od 0,001%. Kako koncentracija raste, stepen duktilnosti bakra naglo opada.
Antimon. Ova komponenta se dobro otapa u bakru i stoga ima minimalan uticaj na njegova konačna svojstva. Dozvoljeno je ne više od 0,05% ukupne zapremine.
Fosfor. Služi kao glavni deoksidant bakra, čija je maksimalna rastvorljivost 1,7% na temperaturi od 714°C. Fosfor, u kombinaciji sa bakrom, ne samo da pospešuje bolje zavarivanje, već i poboljšava njegova mehanička svojstva.
. Sadržano u mala količina bakar, praktično nema uticaja na njegovu toplotnu i električnu provodljivost.

Proizvodnja bakra

Bakar se proizvodi iz sulfidnih ruda, koje sadrže najmanje 0,5% ovog bakra. U prirodi postoji oko 40 minerala koji sadrže ovaj metal. Najčešći sulfidni mineral koji se aktivno koristi u proizvodnji bakra je halkopirit.

Za proizvodnju 1 tone bakra potrebno je uzeti ogromna količina sirovine koje ga sadrže. Uzmite, na primjer, proizvodnju lijevanog željeza, da biste dobili 1 tonu ovog metala, trebat ćete obraditi oko 2,5 tone gvozdene rude. A da bi se dobila ista količina bakra, biće potrebno preraditi do 200 tona rude koja ga sadrži.

Video ispod će vam reći o rudarstvu bakra:

Tehnologija i neophodna oprema

Proizvodnja bakra se sastoji od nekoliko faza:

Mljevenje rude u specijalnim drobilicama i njeno naknadno temeljitije mljevenje u kugličnim mlinovima.
Flotacija. Prethodno zdrobljena sirovina se pomeša sa malom količinom flotacionog reagensa i zatim stavi u mašinu za flotaciju. Ova dodatna komponenta je obično kalijum i krečnjak ksantat, koji je u mašinskoj komori obložen mineralima bakra. Uloga vapna u ovoj fazi je izuzetno važna, jer sprečava omotavanje ksantata česticama drugih minerala. Samo se mjehurići zraka lijepe za čestice bakra, koje ga nose na površinu. Kao rezultat ovog procesa dobiva se koncentrat bakra koji je usmjeren na uklanjanje viška vlage iz njegovog sastava.
Burning. Rude i njihovi koncentrati prolaze kroz proces prženja u monopod pećima, što je neophodno za uklanjanje sumpora iz njih. Rezultat je šljunak i plinovi koji sadrže sumpor, koji se kasnije koriste za proizvodnju sumporne kiseline.
Topljenje punjenja u reflektirajućoj peći. U ovoj fazi možete uzeti sirovu ili već pečenu smjesu i peći je na temperaturi od 1500°C. Važan uslov posao je održavanje neutralne atmosfere u pećnici. Kao rezultat toga, bakar se sulfidi i pretvara u mat.
Konverzija. Dobijeni bakar u kombinaciji sa kvarcnim fluksom se puhuje u posebnom konvektoru 15-24 sata. Rezultat je blister bakar kao rezultat potpunog sagorevanja sumpora i uklanjanja gasova. Može sadržavati do 3% raznih nečistoća koje se uklanjaju elektrolizom.
Rafiniranje vatrom. Metal se prethodno topi, a zatim rafinira u posebnim pećima. Izlaz je crveni bakar.
Elektrolitička rafinacija. Anodni i plameni bakar prolaze kroz ovu fazu za maksimalno pročišćavanje.

U nastavku pročitajte o fabrikama i centrima bakra u Rusiji i širom svijeta.

Poznati proizvođači

U Rusiji postoje samo četiri najveća preduzeća za rudarstvo i proizvodnju bakra:

Norilsk Nickel;
"Uralelectromed";
Novgorodski metalurški kombinat;
Kyshtym fabrika elektrolita bakra.

Prve dvije kompanije dio su poznatog UMMC holdinga, koji broji oko 40 industrijska preduzeća. Ona proizvodi više od 40% ukupnog bakra u našoj zemlji. Posljednja dva pogona pripadaju Ruskoj bakarnoj kompaniji.

Video ispod će vam reći o proizvodnji bakra:

Istorija proizvodnje bakra:

Zanimljiva je istorija proizvodnje bakra. Već 5-6 hiljada godina pne. Rudu bakra kopali su egipatski robovi u Nubiji, na Sinajskom poluostrvu. Najstarija peć za topljenje bakra pronađena je na Sinajskom poluostrvu. Na osnovu sastava šljake ustanovljeno je da se u ovoj peći topio bakar. Da bi poboljšali svojstva livenja bakra, Grci su rudi dodavali kositreni kamen (kalaj dioksid) i dobijali kalajnu broncu. Rimljani su dobijali rudu kalaja iz Engleske, koja se u to vreme zvala Kasiteridna ostrva. Zanimljivo je napomenuti da je mineral kalaj dioksid i da se još uvijek naziva kasiterit.

Metode proizvodnje bakra u Rusiji date su u malom, ali detaljnom djelu M.V. Lomonosova "Fondacija metalurgije" (1763), koja je odigrala izuzetnu ulogu u razvoju metalurške proizvodnje. Ista knjiga daje opis “sulfatizirajućeg pečenja”. Sastojao se u sporoj oksidaciji rude bakar sulfida u bakar sulfat sa atmosferskim kiseonikom: CuS+2O 2 >CuSO 4, nakon čega je usledilo luženje soli vodom da bi se dobio bakar sulfat.

· Proizvodnja bakra elektrolizom.

Elektroliza se široko koristi za pročišćavanje (rafiniranje) bakra. Za pročišćavanje bakra, anode - debele ploče - izlivaju se od blister bakra. Suspendiraju se u kadi koja sadrži otopinu bakar sulfata. Tanki limovi se koriste kao katode čisti bakar, na koji se tokom elektrolize taloži čisti bakar . Bakar se rastvara na anodi. Joni bakra prelaze na katodu, prihvataju elektrone sa katode i transformišu se u atome: Cu +2 +2e?>Cu. Čisto bakar taloži se na katodi.

Nečistoće sadržane u blister bakru ponašaju se drugačije. Više elektronegativnih elemenata - cink, gvožđe, kadmijum i drugi se otapaju na anodi. Ali ovi metali se ne oslobađaju na katodi, jer se u seriji elektrohemijskog napona nalaze lijevo od bakra i imaju više negativnih potencijala.

· Metalotermni način proizvodnje.
3CuO+2Al>Al 2 O 3 +3Cu
3Cu+2Fe>Fe 2 O 3 +3Cu+Q
· Pirometalurška metoda za proizvodnju bakra.

Pošto sadržaj bakra ne prelazi 1,5-2%, oni su podvrgnuti obogaćivanju, tj. odvojiti jedinjenja bakra iz otpadnog kamena metodom flotacije. Da bi se to postiglo, ruda se melje do najfinijeg praha i pomiješa s vodom, uz prethodno dodana sredstva za flotaciju - kompleks organske materije. Prekrivaju najmanja zrnca jedinjenja bakra i daju im nekvašenje. U vodu se dodaju tvari koje stvaraju pjenu. Snažna struja zraka se zatim propušta kroz suspenziju. Pošto se čestice (zrnca jedinjenja bakra) ne navlaže vodom, lepe se za mehuriće vazduha i plutaju na vrh. Sve se to dešava u uređajima za plutanje. Pjena, koja sadrži zrnca jedinjenja bakra, sakuplja se, filtrira, istiskuje iz vode i suši. Tako se dobija koncentrat iz kojeg bakar. U zavisnosti od sastava rude, postoji nekoliko metoda prerade.

Sulfidna ruda se prvo prži u slobodnom protoku zraka kako bi se uklonio dio sumpora: 2CuS+3O2. Ovo pečenje se izvodi u mehaničkim pećima sličnim uređajima za pečenje sumpornog pirita. IN u poslednje vreme počeo da koristi pečenje u fluidizovanom sloju. Proizvodi pečenja se zatim tope zajedno sa fluksovima u reverberacionoj peći. U ovom slučaju dolazi do mnogih hemijskih procesa, na primjer

2CuO+4CuS>3Cu 2 S+SO 2.

Otpadna stijena, dio sulfida i oksida željeza pretvara se u šljaku, a mat se nakuplja na dnu peći - talina bakrenog sulfida Cu 2 S i željeznog sulfida FeS. Mat se odvodi iz peći i obrađuje u konvektoru koji je po dizajnu sličan konvektoru za obradu čelika. Djelomično uklanjanje sumpora se događa upuhvanjem zraka kroz rastopljeni mat:

2Cu 2 S+3O 2 >2Cu 2 O+2SO 2 .

Bakar sulfid i bakrov oksid daju metalni blister bakar:

Cu 2 S+2Cu 2 O>SO 2 +6Cu

Sadrži oko 95-98% bakra. Tokom naknadnog pretapanja na dnu reverberacione peći, sadržaj bakra se može povećati na 99,7%. Dalje prečišćavanje bakra se vrši elektrolizom.

Rude oksida bakra, koje se sastoje od bakrovog oksida, bakrenog oksida i bakarnih karbonata (Cu 2 O, CuO, CuCO 3 Cu(OH) 2), lakše se prerađuju. Ove rude za obogaćivanje se kalciniraju koksom na visokoj temperaturi:

2CuO+C>CO 2 +2Cu.

Vađenje i proizvodnja soli bakra iz prirodnih nalazišta.

Oko 15% svih ruda bakra prerađuje se hidrometalurškom metodom - drobljena ruda se tretira rastvaračem, koji bakar prebacuje u rastvor. Rude koje sadrže bakrov oksid tretiraju se razblaženom sumpornom kiselinom:

CuO+H 2 SO 4 >CuSO 4 +H 2 O

U poređenju sa mnogim drugim oksidima koji se nalaze u rudi, bakrov oksid je relativno rastvorljiv. Odvajanje metalnog bakra iz rastvora vrši se elektrolizom.

Ako je bakar u rudi u obliku sulfida, tada se može prenijeti u otopinu tretiranjem rude otopinom željeznog sulfata:

CuSO 4 +2Fe 2 SO 4 >4FeSO 4 +2CuSO+S

· Hidrometalurški način proizvodnje

Ovu metodu koriste siromašni rude bakra, koji su podvrgnuti ispiranju. Za ispiranje, preporučljivo je fino usitniti rudu. Proces se odvija u gomilama, kao iu drvenim i betonskim bačvama. Ispiranje se vrši pomoću rastvarača H 2 S0 4, Fe (SO 4) 3, NH4OH itd.

Oksidirani se najlakše rastvaraju rude bakra:

CuO + H 2 SO 4 >CuSO 4 + H 2 O

CuCO 3 * Cu(OH) 2 + 2 H 2 SO 4 >2 CuSO 4 + 3 H 2 O + CO 2.

Jedinjenja bakra sumpora se izlužuju željeznim sulfatom:

Cu 2 S + 2 Fe 2 (SO 4) 3 >2 CuSO 4 + 4 FeSO 4 + S.

At ispiranje rude bakra postiže se gotovo potpuna ekstrakcija bakra, što omogućava preradu čak i niskokvalitetnih oksidiranih ruda. Dobijeni rastvori soli bakra tokom luženja se podvrgavaju daljoj obradi u cilju ekstrakcije bakra. Bakar se vadi iz siromašnih ležišta bakra metodom cementacije. Ostaci željeza (limovi, žica) umočeni su u otopinu. Željezo zamjenjuje bakar u sulfatnim solima, a bakar se oslobađa u obliku finog metalnog praha:

CuSO 4 + Fe>FeSO 4 + Cu.

Cementacijski bakar sadrži do 70% Cu. Rješenja koja sadrže veliki broj soli bakar sulfata se podvrgavaju elektrolizi sa nerastvorljivim trajnim anodama. Katoda je obično napravljena od čistog elektrolitičkog bakra. Elektrolit sadrži 40--60 g/l bakra, 10--20 g/l H 2 SO 4.

U manjim koncentracijama može biti prisutno sljedeće:

nikal;
zlato;
platina;
srebro.

Depoziti širom svijeta imaju približno isti skup hemijski elementi u sastavu rude razlikuju se samo po svom procentu. Za dobivanje čistog metala koriste se različite industrijske metode. Gotovo 90% metalurških preduzeća koristi isti metod za proizvodnju čistog bakra - pirometalurški.

Dizajn ovog procesa takođe omogućava dobijanje metala iz recikliranih materijala, što je značajna prednost za industriju. Kako ležišta spadaju u grupu neobnovljivih, rezerve se svake godine smanjuju, rude su sve siromašnije, a njihovo vađenje i proizvodnja poskupljuje. To u konačnici utiče na cijenu metala međunarodnom tržištu. Osim pirometalurške metode, postoje i druge metode:

hidrometalurški;
metoda rafiniranja vatre.

Faze pirometalurške proizvodnje bakra

Industrijska proizvodnja bakra pirometalurškom metodom ima prednosti u odnosu na druge metode:

tehnologija pruža visoku produktivnost - može se koristiti za proizvodnju metala od stijena u kojima je sadržaj bakra čak niži od 0,5%;
omogućava vam efikasnu obradu sekundarnih sirovina;
postignuto visok stepen mehanizacija i automatizacija svih faza;
njegova upotreba značajno smanjuje emisije štetne materije u atmosferu;
Metoda je ekonomična i efikasna.

Obogaćivanje

Šema obogaćivanja rude

U prvoj fazi proizvodnje potrebno je pripremiti rudu koja se direktno iz kamenoloma ili rudnika doprema u prerađivačke pogone. Često postoje veliki komadi kamena koji se prvo moraju smrviti.

To se dešava u velikim jedinicama za drobljenje. Nakon drobljenja, dobija se homogena masa, sa frakcijom do 150 mm. Tehnologija prethodnog obogaćivanja:

sirovine se sipaju u veliku posudu i pune vodom;
kisik se zatim dodaje pod pritiskom da se formira pjena;
metalne čestice se lijepe za mjehuriće i dižu se na vrh, a otpadna stijena se taloži na dnu;
Zatim se koncentrat bakra šalje na pečenje.

Burning

Ova faza ima za cilj smanjenje sadržaja sumpora što je više moguće. Rudna masa se stavlja u peć, gde se temperatura postavlja na 700–800 o C. Kao rezultat termičkog izlaganja, sadržaj sumpora je prepolovljen. Sumpor oksidira i isparava, a neke od nečistoća (gvožđe i drugi metali) prelaze u lako šljakasto stanje, što će olakšati kasnije topljenje.

Ova faza se može izostaviti ako je stijena bogata i sadrži 25–35% bakra nakon obogaćivanja, koristi se samo za niskokvalitetne rude.

Topljenje za mat

Tehnologija mat taljenja omogućava dobijanje blister bakra, koji varira u zavisnosti od razreda: od MCh1 - najčistijeg do MCh6 (sadrži do 96% čistog metala). Tokom procesa topljenja, sirovina se uranja u posebnu peć, u kojoj se temperatura penje na 1450 o C.

Nakon što se masa otopi, pročišćava se komprimiranim kisikom u konverterima. Imaju horizontalni izgled, a puhanje se vrši kroz bočnu rupu. Kao rezultat puhanja, željezo i sumporni sulfidi se oksidiraju i pretvaraju u šljaku. Toplota u pretvaraču nastaje zbog protoka vruće mase, ne zagrijava se dodatno. Temperatura je 1300 o C.

Na izlazu pretvarača dobija se grubi sastav koji sadrži do 0,04% gvožđa i 0,1% sumpora, kao i do 0,5% drugih metala:

lim;
antimon;
zlato;
nikal;
srebro

Ovaj grubi metal se lijeva u ingote težine do 1200 kg. Ovo je takozvani anodni bakar. Mnogi proizvođači se zaustavljaju u ovoj fazi i prodaju takve ingote. Ali budući da je proizvodnja bakra često praćena ekstrakcijom plemenitih metala sadržanih u rudi, prerađivački pogoni koriste tehnologiju rafiniranja sirove legure. U tom slučaju se oslobađaju i čuvaju drugi metali.

Rafiniranje pomoću bakrene katode

Tehnologija proizvodnje rafiniranog bakra je prilično jednostavna. Njegov princip se čak koristi i za čišćenje bakrenih kovanica od oksida kod kuće. Šema proizvodnje izgleda ovako:

grubi ingot se stavlja u kadu sa elektrolitom;
Kao elektrolit koristi se otopina sljedećeg sadržaja:
- bakar sulfat – do 200 g/l;
- sumporna kiselina – 135–200 g/l;
- koloidni aditivi (tiourea, ljepilo za drvo) – do 60 g/l;
- vode.
temperatura elektrolita treba da bude do 55 o C;
U kadu se postavljaju ploče od katodnog bakra - tanki limovi čistog metala;
struja priključena. U tom trenutku dolazi do elektrohemijskog rastvaranja metala. Čestice bakra se koncentrišu na katodnoj ploči, a ostale inkluzije se talože na dnu i nazivaju se mulj.

Da bi se proces dobivanja rafiniranog bakra odvijao brže, anodni ingoti ne bi trebali biti veći od 360 kg.

Cijeli proces elektrolize odvija se u roku od 20-28 dana. Tokom ovog perioda, bakarna katoda se uklanja do 3-4 puta. Težina ploča je do 150 kg.

Kako se to radi: vađenje bakra

Tokom procesa rafiniranja, na katodnom bakru se mogu formirati dendriti - izrasline koje smanjuju udaljenost do anode. Kao rezultat, brzina i efikasnost reakcije se smanjuju. Stoga, kada se pojave dendriti, oni se odmah uklanjaju.

Hidrometalurška tehnologija proizvodnje bakra

Ova metoda nije u širokoj upotrebi jer može dovesti do gubitka plemenitih metala sadržanih u rudi bakra.

Njegova upotreba je opravdana kada je stijena loša - sadrži manje od 0,3% crvenog metala.

Kako dobiti bakar hidrometalurškom metodom?

Prvo, kamen se drobi do fine frakcije. Zatim se stavlja u alkalni sastav. Najčešće korištene otopine su sumporna kiselina ili amonijak. Tokom reakcije, bakar je zamenjen gvožđem.

Cementiranje bakra sa gvožđem

Prođu rastvori soli bakra koji preostaju nakon ispiranja dalju obradu– cementiranje:

u otopinu se stavlja željezna žica, listovi ili drugi ostaci;
tokom hemijske reakcije, gvožđe istiskuje bakar;
Kao rezultat, metal se oslobađa u obliku finog praha, u kojem sadržaj bakra doseže 70%. Dalje čišćenje nastaje elektrolizom pomoću katodne ploče.

Tehnologija rafiniranja vatre za blister bakar

Ova metoda dobijanja čistog bakra se koristi kada je početni materijal bakarni otpad.

Proces se odvija u posebnim reverberacijskim pećima, koje se lože na ugalj ili ulje. Otopljena masa ispunjava kupku u koju se uduvava vazduh kroz gvozdene cevi:

prečnik cevi - do 19 mm;
pritisak vazduha - do 2,5 atm;
kapacitet rerne – do 250 kg.

Tokom procesa rafinacije, bakarne sirovine se oksidiraju, sumpor izgara, zatim metali. Oksidi se ne rastvaraju u tekućem bakru, već isplivaju na površinu. Za njihovo uklanjanje koristi se kvarc, koji se stavlja u kadu prije početka procesa rafiniranja i postavlja se uz zidove.

Ako otpadni metal sadrži nikal, arsen ili antimon, tehnologija postaje složenija. Procenat nikla u rafiniranom bakru može se smanjiti samo na 0,35%. Ali ako su prisutne druge komponente (arsenik i antimon), tada se formira nikl "liskun", koji se otapa u bakru i ne može se ukloniti.

Video: Rude bakra Urala

Bakar, koji se aktivno koristi u gotovo svim industrijama, vadi se iz raznih ruda, od kojih je najčešća bornit. Popularnost ove bakrene rude objašnjava se ne samo visokog sadržaja bakra u svom sastavu, ali i značajne rezerve bornita u utrobi naše planete.

Ležišta rude bakra

Rude bakra su skup minerala koji, osim bakra, sadrže i druge elemente koji oblikuju njihova svojstva, posebno nikal. Kategorija rude bakra uključuje one vrste ruda koje sadrže toliku količinu ovog metala da ga je ekonomski isplativo vaditi industrijskim metodama. Ove uslove zadovoljavaju rude čiji je sadržaj bakra u rasponu od 0,5-1%. Naša planeta ima rezerve resursa koji sadrže bakar, od kojih najveći dio (90%) čine rude bakra i nikla.

Većina rezervi rude bakra u Rusiji se nalazi u Istočni Sibir, on Kola Peninsula, u regionu Urala. Čile je na listi vodećih po ukupnim rezervama takvih ruda u kojima se razvijaju sljedeće zemlje: SAD (rude porfira), Kazahstan, Zambija, Poljska, Kanada, Jermenija, Zair, Peru (porfirne rude), Kongo, Uzbekistan. Stručnjaci su izračunali da velika nalazišta bakra u svim zemljama sadrže ukupno oko 680 miliona tona. Naravno, pitanje kako se kopa bakar raznim zemljama, moraju se razmatrati odvojeno.

Sva ležišta rude bakra podijeljena su u nekoliko kategorija, koje se razlikuju po genetskim i industrijsko-geološkim karakteristikama:

stratiformna grupa koju predstavljaju bakarni škriljci i pješčara;
rude pirita, koje uključuju prirodni i venski bakar;
hidrotermalne, uključujući rude zvane porfirni bakar;
magmatski, koji su predstavljeni najčešćim rudama tipa bakar-nikl;
rude tipa skarn;
karbonat, predstavljen rudama željezno-bakarnog i karbonatitnog tipa.

U Rusiji se odvija uglavnom u ležištima škriljaca i pijeska, u kojima se ruda nalazi u oblicima bakarnog pirita, bakra-nikla i porfirnog bakra.

Prirodna jedinjenja koja sadrže bakar

Čisti bakar, što predstavljaju njegovi grumenci, nalazi se u prirodi u vrlo malim količinama. Bakar se uglavnom nalazi u prirodi u obliku raznih spojeva, od kojih su najčešći sljedeći.

Bornit je mineral koji je dobio ime u čast češkog naučnika I. Borna. Ovo je sulfidna ruda, čiji hemijski sastav karakteriše njegova formula - Cu5FeS4. Bornit ima i druga imena: šareni pirit, bakar ljubičasti. U prirodi je ova ruda predstavljena u dva polimorfna oblika: niskotemperaturni tetragonalno-skaloedarski (temperatura manja od 228 stepeni) i visokotemperaturni kubično-heksaoktaedarski (više od 228 stepeni). Ovaj mineral može imati različite vrste ovisno o porijeklu. Dakle, egzogeni bornit je sekundarni rani sulfid, koji je vrlo nestabilan i lako se uništava vremenskim utjecajem. Drugi tip, endogeni bornit, odlikuje se promjenjivim hemijskim sastavom, koji može sadržavati halkocit, galenit, sfalerit, pirit i halkopirit. Teoretski, minerali ove vrste mogu sadržavati od 25,5% sumpora, više od 11,2% gvožđa i preko 63,3% bakra, ali se u praksi ovaj sadržaj ovih elemenata nikada ne održava.
Halkopirit je mineral čiji hemijski sastav karakteriše formula CuFeS2. Halkopirit, koji je hidrotermalnog porijekla, ranije se zvao bakarni pirit. Uz sfalerit i galenit spada u kategoriju polimetalnih ruda. Ovaj mineral, koji osim bakra sadrži željezo i sumpor, nastaje kao rezultat metamorfnih procesa i može biti prisutan u dvije vrste ruda bakra: kontaktno-metasomatskom tipu (skarns) i planinskom metasomatskom (greiseni).
Halkocit je sulfidna ruda, čiji hemijski sastav karakteriše formula Cu2S. Ova ruda sadrži značajan iznos bakar (79,8%) i sumpor (20,2%). Ova ruda se često naziva "bakarnim sjajem", zbog činjenice da njena površina izgleda kao sjajni metal, koji varira u nijansama od olovno sive do potpuno crne. U rudama koje sadrže bakar, halkocit se pojavljuje kao gusta ili sitnozrnasta inkluzija.

U prirodi postoje i rjeđi minerali koji sadrže bakar.

Kuprit (Cu2O), član oksidne grupe minerala, često se može naći na mjestima gdje ima malahita i prirodnog bakra.
Covelline je sulfidna stijena nastala metasomatski. Ovaj mineral, čiji je sadržaj bakra 66,5%, prvi put je otkriven početkom prošlog veka u okolini Vezuva. Sada se kovelit aktivno kopa u ležištima u zemljama kao što su SAD, Srbija, Italija i Čile.
Malahit je mineral svima poznat kao ukrasni kamen. Sigurno su svi vidjeli proizvode napravljene od ovog prekrasnog minerala na fotografiji ili ih čak posjeduju. Malahit, koji je veoma popularan u Rusiji, je bakar karbonat ili bakar dihidrokokkarbonat, koji spada u kategoriju polimetalnih ruda koje sadrže bakar. Pronađeni malahit ukazuje da se u blizini nalaze nalazišta drugih minerala koji sadrže bakar. U našoj zemlji veliki depozit Ovaj mineral se nalazi u regiji Nižnji Tagil, ranije je kopao na Uralu, ali sada su njegove rezerve tamo znatno iscrpljene i ne razvijaju se.
Azurit je mineral koji zbog svog plava naziva se i "bakrena glazura". Odlikuje se tvrdoćom od 3,5-4 jedinice, njegova glavna ležišta su razvijena u Maroku, Namibiji, Kongu, Engleskoj, Australiji, Francuskoj i Grčkoj. Azurit je često isprepleten s malahitom i javlja se u područjima gdje se u blizini nalaze nalazišta sulfidnih bakronosnih ruda.

Tehnologije proizvodnje bakra

Za ekstrakciju bakra iz minerala i ruda o kojima smo gore govorili, u moderna industrija Koriste se tri tehnologije: hidrometalurška, pirometalurška i elektroliza. Pirometalurški način obogaćivanja bakra, koji je najčešći, koristi halkopirit kao sirovinu. Ova tehnologija uključuje izvođenje nekoliko uzastopnih operacija. U prvoj fazi se obogaćuje ruda bakra, za šta se koristi oksidativno prženje ili flotacija.

Metoda flotacije temelji se na činjenici da se lanac i njegovi dijelovi koji sadrže bakar različito vlažu. Kada se cijela masa stijena stavi u kadu s tečnom kompozicijom u kojoj se formiraju mjehurići zraka, dio koji sadrži mineralne elemente prenosi se ovim mjehurićima na površinu, prianjajući za njih. Kao rezultat, na površini kupke se skuplja koncentrat - blister bakar, koji sadrži od 10 do 35% ovog metala. Od takvog praškastog koncentrata nastaje ono što slijedi.

Oksidativno prženje izgleda nešto drugačije, uz pomoć kojeg se obogaćuju bakrene rude koje sadrže značajnu količinu sumpora. Ova tehnologija uključuje zagrijavanje rude na temperaturu od 700-8000, zbog čega se sulfidi oksidiraju, a sadržaj sumpora u rudi bakra smanjuje se za gotovo polovicu. Nakon takvog prženja, obogaćena ruda se topi u reverberacijskim ili vratilnim pećima na temperaturi od 14500, što rezultira mat - legurom koja se sastoji od sulfida bakra i željeza.

Svojstva dobivenog mate treba poboljšati, za to se puhuje u horizontalnim pretvaračima bez dovoda dodatnog goriva. Kao rezultat ovog bočnog duvanja, željezo i sulfidi se oksidiraju, željezni oksid se pretvara u šljaku, a sumpor se pretvara u SO2.

Blister bakar, koji se dobija kao rezultat ovog procesa, sadrži do 91% ovog metala. Da bi metal bio još čišći, potrebno je rafinirati bakar, za što je potrebno ukloniti strane nečistoće iz njega. To se postiže upotrebom tehnologije rafiniranja vatre i zakiseljene otopine bakar sulfata. Ovakvo rafiniranje bakra se naziva elektrolitičko; omogućava dobijanje metala čistoće od 99,9%.