METALURGIA MIEDZI

1. Miedź. Właściwości chemiczne i fizyczne.

1. Złoża miedzi. Występowanie, charakterystyka.

1. Metalurgia. Definicja, podział metalurgii.

2. Metody hutnicze - pirometalurgia:

Czym jest pirometalurgia?

Podział metod pirometalurgicznych.

Technologie pirometalurgiczne wykorzystywane w produkcji miedzi.

Proces zawiesinowy OUTOKUMPU, jako metoda najszerzej wykorzystywana w przemyśle metalurgicznym miedzi. Omówienie etapów procesu.

Rafinacja elektrolityczna.

5. Metody hydrometalurgiczne.

6. Wykorzystanie odpadów poflotacyjnych.

5. Wykorzystanie miedzi w przemyśle. Największe huty miedzi na świecie, w Europie

i w Polsce.

1. Miedź. Własności fizyczne i chemiczne:

Miedź na ziemi występuje w różnych związkach, a także w stanie rodzimym, dlatego towarzyszyła człowiekowi od najdawniejszych czasów. Najwcześniejsze znaleziska przedmiotów wykonanych z miedzi datuje się na siódme tysiąclecie przed nasza erą. Miedź wówczas wykorzystywana była do wyrobu biżuterii, narzędzi i broni.

Znaczne zapotrzebowanie na miedź odnotowane zostało dopiero w wieku XIX,

ze względu na jej doskonałą przewodność elektryczną oraz właściwości fizykochemiczne, które zaczęły być wykorzystywane na skalę przemysłową.

Co sprawia, że miedź jest tak pożądanym metalem?

Tabela 1. str 11 „Metalurgia miedzi”

Czysta miedź charakteryzuje się niezwykłą wysoką plastycznością zarówno w normalnych, jak i podwyższonych temperaturach. W temp pokojowej przeróbka miedzi powoduje wzrost jej twardości oraz wytrzymałości. Do bardzo cennych właściwości miedzi zaliczyć można także bardzo dobrą odporność na korozję. Miedź jest odporna na działanie wody morskiej, a w wilgotnym powietrzu pokrywa się ścisłą warstewką zasadowego węglanu miedzi, który zapobiega przed dalszą korozją. Nie jest jednak odporna na działanie wód naturalnych zawierających O₂ i CO₂ , jednak przy bardzo dobrej przewodność elektryczna i cieplna nie stanowi to dużej przeszkody w szerokim wykorzystywaniu miedzi.

2. Złoża miedzi. Występowanie, charakterystyka.

Miedź w stanie rodzimym występuje bardzo rzadko, jej zasoby stanowią głównie związki chemiczne. Jest ich ok. 240. Nie wszystkie jednak minerały, przy obecnym stanie techniki, mogą być wykorzystywane do produkcji miedzi.

Eksploatowane rudy miedzi, ze względu na charakter chemiczny występujących w nich minerałów, dzielimy na:

• Siarczkowe

• Utlenione (tlenkowe)

• Mieszane(polimetaliczne)

• Rudy miedzi rodzimej

Tabela 2.Rudy miedzi.

Rudy siarczkowe ze względu na zawartość w nich siarczków dzieli się na:

• Pirytowe

• Półpirytowe

• Wpryśnietę - skałę płonną, w rudach miedzi, stanowią zróżnicowane minerały. Podstawowe ich składniki, które mają wpływ na powstawanie żużla, to:

tlenek krzemu

tlenek magnezu

tlenem glinu

Złoża tych rud występują bardzo często, stanowiąc jeden z podstawowych surowców miedzi. Łatwy zaś sposób wzbogacania rud powoduje, że eksploatuje się nawet złoża zawierające tylko 0,4% miedzi.

Najbogatsze złoża rud miedzi występują w USA, Chile, Rosji, Afryce i Kanadzie.

W Europie uboższe złoża występują w Jugosławii, Portugalii, Albanii oraz na Półwyspie Skandynawskim. W Polsce rudy miedzi występują skałach wieku cechsztyńskiego (perm) na monoklinie przedsudeckiej - na Dolnym Śląsku, między Lubinem Legnickim i Głogowem, a także w niecce środsudeckiej. Te ostatnie straciły swoje znaczenie gospodarcze.

3. Metalurgia. Definicja, podział metalurgii.

1. Najkrótsza definicja metalurgii mówi o tym, że:

Metalurgia jest dziedzina techniki zajmującą się wydzielaniem metali z ich związków chemicznych - rud, oraz przetwarzaniem metali lub ich mieszanin fizycznych - stopów,

w surowce, półprodukty i gotowe materiały użytkowe o właściwościach odpowiednich

dla wielu dziedzin gospodarki.

2. Metalurgię dzielimy na:

1. pirometalurgię - procesy otrzymywania metali z rud na drodze suchej; obejmuje procesy redukcji tlenków metali w wysokich temperaturach.

1. hydrometalurgię - procesy otrzymywania metali z ich związków lub oczyszczania (rafinacji), za pomocą ługowania; a następnie wydzielenie metali z wodnych roztworów ich soli. Polega na oddziaływaniu na rudę lub koncentrat rudowy, (otrzymany w procesie flotacji), wodnymi roztworami odpowiednich związków chemicznych, które w wyniku stosowanych reakcji wprowadzają metal do roztworu. Metale z roztworu można wydzieli przez redukcję wodorem, redukcję mniej szlachetnymi metalami lub przez elektrolizę z zastosowaniem nierozpuszczalnych elektrod.

1. elektrometalurgię - procesy przebiegające w wysokich temperaturach uzyskiwanych poprzez wykorzystanie energii elektrycznej,

2. metalurgię próżniową

1. metalurgię proszków - procesy polegające na otrzymywaniu metali w stanie znacznego rozdrobnienia, a następnie ich spiekaniu w temperaturze niższej od temp. Topnienia

Dominującą pozycję produkcji miedzi z rud i koncentratów mają metody hutnicze.

Ponad 80% miedzi wytwarza się metodami pirometalurgicznymi z koncentratów siarczkowych, głownie chalkopirytowych. Pozostała część odzyskiwana jest metodami hydrometalurgicznymi

z ubogich rud, odpadów i półproduktów, w których występują minerały utlenione, tj. tlenki, wodorotlenki, węglany i siarczki oraz minerały siarczkowe z małym udziałem chalkopirytu.

Wykres: udział technologii pirom. I hydrom. w produkcji miedzi.

3) Podział metod pirometalurgicznych:

Obecnie stosowanych jest kilkanaście procesów pirometalurgicznych do otrzymywania miedzi z koncentratów siarczkowych:

• proces zawiesinowy OUTOKUMPU

• proces zawiesinowo-konwertorowy OUTOKUMPU

• proces zawiesinowy INCO

• piece płomienne

• piece szybowe

• proces MITSUBISHI

• piece elektryczne

• proces NOVARANDA

• proces VANIUKOVA

• konwertor TENIETE

• proces CONTOP

• proces ISASMELT+AUSMELT

• stapianie koncentratów w konwetrorach P.S.

Wykres: Produkcja miedzi metodami pirometalurgicznymi

Jak widać na wykresie, udział procesu zawiesinowego OUTOKUMPU w produkcji miedzi metodami pirometalurgicznymi jest największy, dlatego też proces otrzymywania miedzi zostanie omówiony na jego przykładzie.

Warto dodać, że szybki rozwój procesu zawiesinowego OUTOKUMPU obserwuje się

od początku lat 70tych. Wcześniej, na początku lat 60tych ok. 70% miedzi wytapiano w piecach płomiennych. W połowie lat 70tych liczba ta radykalnie spadła do 30%, już wówczas na koszt procesu zawiesinowego OUTOKUMPU, by w 2006 roku spaść do zaledwie 7% całkowitej produkcji miedzi. Większość pieców płomiennych uległa likwidacji lub została zaadoptowana jako element pieców INCO.

4. Omówienie technologii pirometalurgicznej do otrzymywania miedzi z koncentratów siarczkowych na podstawie najpopularniejszego: procesu zawiesinowego OUTOKUMPU:

Głównym składnikiem rud siarczkowych jest chalkopiryt, bornit, chalkozyn oraz kowelin. Koncentracja tych minerałów w rudach jest na ogół tak niska, że zawartość miedzi waha się od 0,5% do 3%. Aby wydobycie rud było ekonomiczne, zawartość miedzi powinna wynosić od 0,5% do 1% Cu dla kopalń odkrywkowych i powyżej 1% Cu dla kopalń podziemnych.

Ze względu na tak niski procent masowy miedzi w rudach, pierwszym etapem produkcji miedzi jej wzbogacanie rud siarczkowych i tym samym otrzymywanie koncentratów zawierających 25-35% Cu.

Proces wzbogacania składa się z dwóch etapów:

 Odpowiedniego rozdrobnienia rudy.

 Procesu flotacji, który ma na celu oddzielenie metali od minerałów skałotwórczych, z równoczesnym rozdzieleniem minerałów poszczególnych metali.

Proces rozdrabniania rudy polega na otrzymaniu bardzo drobnych ziaren, celem odsłonięcia minerałów siarczkowych. Stopień do jakiego należy rozdrobnić rudę zależy od jej charakterystyki.

Przykładowo, dla rud zawierających piaskowce dostateczne uwolnienie minerałów użytkowych osiąga się już przy rozdrobnieniu poniżej 0,3mm, natomiast rudy węglanowe i łupkowe wymagają bardzo drobnego mielenia: 90-95% ziaren powinno być poniżej 70m. To zróżnicowanie wynika przede wszystkim z uziarennienia minerałów miedzionośnych i wytrzymałości na ściskanie skał rudonośnych.

Przy zbyt dużych ziarnach minerały zawierający miedź może być otoczony skałą płonną, co sprawi, że takie ziarna są zwilżone i przechodzą do odpadów. Natomiast zbyt małe ziarna tworzą muł, który osiadając na ziarnie zawierającym minerały miedzi, zmniejsza jego zdolność do flotacji.

Proces rozdrabniania rudy jest wieloetapowy. Pierwszy etap polega na kruszeniu dużych kawałków rudy.

Kruszarka szczekowa

Natomiast drugi etap polega na mieleniu materiału otrzymanego z kruszarek w młynach kulowych lub prętowych.

Młyn kulowy i prętowy.

Flotacja jest to proces, podczas którego rozdrobniona ruda miedzi jest wzbogacana.

Podczas flotacji wykorzystywana jest niejednakowa przyczepność ziaren drobno

zmielonej rudy do pęcherzyków powietrza wprowadzanych do mieszaniny rudy z wodą. Do pęcherzyków powietrza przyczepiają się cząstki niezwilżanle przez wodę, a więc hydrofobowe. Pęcherzyki powietrza z przyczepionymi ziarnami minerałów przemieszczają się na powierzchnię pulpy, gdzie tworzą pianę. Po ściągnięciu piany i usunięciu z niej wody otrzymuje się koncentraty miedzi, które zawierają zazwyczaj powyżej 20% Cu.

W procesie flotacji wykorzystuje się następujące typu odczynników:

 Zbieracze (kolektory) - które przyczepiają się do powierzchni nieflotujących się minerałów, upodabniają się do powierzchni węglowodorowych i w ten sposób umożliwiają przyczepienie się minerałów do pęcherzyków gazowych

Kwas organiczne, zasady organiczne i ich sole.

 Regulatory(modyfikatory) - które regulują działanie zbieraczy

 Odczynniki pianotwórcze(spieniacze) - które ułatwiają powstanie stabilnej piany.

Alkohole alifatyczne, o długości łańcucha 5-8 węgli.

Do flotacji polskich rud miedzi stosuje się etylowy ksantogenian sodu lub jego mieszankę z ksantogenianem izobutylowym.

Warto również wspomnieć o flotacji selektywnej, która polega na kolejnym wyflotowaniu koncentratów poszczególnych minerałów. Każdy następny koncentrat wydziela się z odpadów z poprzedniej flotacji. I tak operując pH można selektywnie wyflotować piryt. Piryt bardzo łatwo flotuje w środowisku kwaśnym, podczas gdy większość siarczków miedzi na ogół flotuje w środowisku zasadowym lub obojętnym.

Zalkalizowanie więc środowiska np. wapnem, prowadzi do przejścia pirytu do odpadów, z których w kolejnym etapie flotacji można go wyodrębnić.

Schemat obrazujący zasadę flotacji selektywnej.

Ostatnim etapem otrzymywania koncentratów jest ich odwodnienie, które przebiega w trzech fazach: zagęszczenie, filtrowanie i suszenie.

Tak przygotowany koncentrat nadaje się do topienia w piecach hutniczych.

Topnienie koncentratu, jest następnym po flotacji procesem wzbogacania i polega na

uzyskaniu dwóch faz ciekłych. Jedną z nich jest żużel(faza tlekowa), a drugą jest kamień miedziowy(faza siarczkowa). Do fazy siarczkowej przechodzi praktycznie cała miedź zawarta w topionym koncentracie.

Wytop kamienia miedziowego w piecach zawiesinowych:

Wytop kamienia miedziowego w piecu zawiesinowym charakteryzuje się tym, że większość potrzebnej energii jest dostarczana przez utlenianie siarczków. Stąd zapotrzebowanie tego pieca na energię jest wielokrotnie mniejsza, aniżeli pieca płomieniowego czy elektrycznego.

Przetop kamienia miedziowego w tym piecu polega na wdmuchiwaniu suchego koncentratu razem z tlenem, gorącym powietrzem lub wzbogaconym w tlen powietrzem do pieca o specjalnym kształcie. W piecu cząsteczki koncentratu reagują z tlenem zawartym w gazie, co powoduje utlenianie koncentratu, które wiąże się z wydzieleniem znacznej ilości ciepła, są to bowiem reakcje egzotermiczne.

CuFeS₂ + 5/4 O₂ = ˝(CuS-FeS) + 1/2FeO +SO₂

H₂₉₈ = -326 500 kJ/(kgmol)

FeS +3/2 O₂ = FeO +SO₂

H₂₉₈ = -481 500 kJ/(kgmol)

2 FeO + SiO₂ = 2 FeOSiO₂

H₂₉₈ = -49 800 kJ/(kgmol)

Ciepło wydzielone podczas tych reakcji dostarcza znaczną część zapotrzebowania pieca na energię cieplną potrzebną do podgrzania wsadu, jego stopienia i pokrycia strat pieca. Jeśli zawartość tlenu jest dość wysoka, to proces staje się samowystarczalny pod względem cieplnym. Utlenianie siarczków następuj bardzo szybko. Tworzące się krople opadają do warstwy żużlu, gdzie kończy się reakcja odpowiedzialna za tworzenie żużlu i kamienia miedziowego, mianowicie: częściowo utleniona miedź reaguje z siarczkiem żelaza:

Cu₂O +FeS = Cu₂S _kamień + FeO _żużel

Krople stopionych siarczków opadają poprzez warstwę żużlową do fazy siarczkowej.

Jak już wcześnie zostało wspomniane, metoda topnienia kamienia miedzianego w piecach zawiesinowych wykorzystywana jest na skalę przemysłową i w obecnej chwili zajmuje pierwsze miejsca w rankingu technologii produkcji miedzi metodami pirometalurgicznymi. W dzisiejszych czasach na świecie stosowane są dwie wiodące metody topnienia kamienia miedziowego w piecach zawiesinowych

 Proces OUTOKUMPU, w którym używa się podgrzanego powietrza lub podgrzanego powietrza wzbogaconego w tlen.

 Proces INCO, w którym używa się tlenu technicznego do utleniania koncentratów i dlatego jest to proces samowystarczalny.

Pomimo, iż proces OUTOKUMPU nie jest procesem samowystarczalnym, w ostatnich

latach odnotowano bardzo szybki rozwój tego procesu. W obecnej chwili jest on już w pełni opanowany technicznie i technologicznie, zarówno w zakresie konstrukcji urządzeń, jak i sterowania parametrami. Równocześnie zapewnia on przestrzeganie ostrych norm emisji zanieczyszczeń.

Co sprawia, że proces OUTOKUMPU stał się najważniejszym procesem w pirometalurgii miedzi?

• Została opanowana produkcja kamienia miedziowego o bardzo wysokiej zawartości miedzi 60-70%, co pozwoliło uzyskać główne źródło siarki w postaci stabilnego strumienia o wysokiej koncentracji SO₂.

• Wzbogacono powietrze procesowe w tlen do 80% obj, co pozwoliło wyraźnie zmniejszyć ilość gazów technologicznych. Stosowanie wysokiego wzbogacenia dmuchu w tlen umożliwia prowadzenie procesu w warunkach prawie autogenicznych tzn praktycznie bez użycia paliw dodatkowych.

• Zastosowanie jednego palnika koncentratu w piecu, zamiast czterech, co pozwoliło zredukować prawie o połowę ilości pyłów, co ma istotne znaczenie dla zmniejszenia zużycia energii.

• Gazy technologiczne przerabiane są bezpośrednio na kwas siarkowy.

• Proces jest całkowicie skomputeryzowany.

Schemat pieca zawiesinowego Outokumpu.

Konwertowanie kamienia miedziowego:

Proces konwertowania polega na utlenieniu kamienia miedziowego Cu-Fe-S, co w konsekwencji prowadzi do powstawania miedzi blister.

W większości przypadków proces przeprowadzany jest w konwektorze Peirce'a-Smitha.

Konwektor Peirce'a-Smitha.

Głównymi materiałami wsadowymi są: kamień miedziowy, topnik, powietrze i tlen. Natomiast produktami procesu konwertowania są:

• Miedź blister, która jest następnie rafinowana.

• Żużel fajlitowy, zawierający znacznie ilości miedzi, która musi być odzyskana, aby żużel mógł być zwałowany.

• Gazy, z których odzyskuje się ciepło, natomiast pyły i SO₂ zostają przerobione w fabryce na kwas siarkowy.

Proces konwertowania można podzielić na dwa okresy:

I okres konwertorowania: tworzenie żużlu, który powstaje w wyniku utleniania się żelaza do tlenku żelaza i magnetytu, a siarki do dwutlenku siarki:

FeS + 3/2O₂ = FeO + SO₂

2FeS + 7/2 O₂ = Fe₂O₃ + 2 SO₂

Fe₂O₃ + FeO = Fe₃O₄

Temperatura FeO i Fe₃O₄ wynoszą odpowiednio, 1385C oraz 1597C, d dlatego też dodaje się krzemionkę SiO₂, która tworzy z tlenkami żelaza żużel w znacznie niższych temperaturach:

2 FeO + SiO₂ = 2 FeOSiO₂

Ten okres uważa się za zakończony, gdy zawartość Fe w kamieniu obniża się do ok. 1%.

Proces ten prowadzi się kilkakrotnie, dodając każdorazowo do żużlu, po usunięciu prawie czystego Cu₂S , nowej porcji kamienia miedziowego. W miarę, jak zachodzi proces konwertowania, zmieniają się zawartości w kamieniu miedziowym żelaza, siarki i tlenu, co można zaobserwować na przedstawionym wykresie:

Czas procesu konwertorowania + Zawartość Cu w kamieniu

II okres konwertorowania: utlenianie miedzi zawartej w kamieniu miedziowym do miedzi metalicznej, z wykorzystaniem strumienia powietrza.

Ze względu na większą gęstość niż Cu₂S, miedź szybko opada na dno, poniżej poziomu dysz. Jednocześnie, aby nie spowodować zbytniego utlenienia miedzi, dmuch powietrza podnosi się stopniowo coraz wyżej, aż do powierzchni kąpieli.

Reakcje, które zachodzą w konwektorze, są następujące:

Cu₂S +3/2 O₂ = Cu₂O + SO₂

Cu₂S + 2 Cu₂O = 6 Cu + SO₂

Cu₂S + O₂ = 2 Cu + SO₂

Po zakończeniu II okresu konwertorowania stężenie siarki w miedzi osiąga bardzo niski poziom ok.0,03%.

Rafinacja ogniowa miedzi:

Praktycznie cała miedź produkowana w procesie topnienie-konwertorowanie jest rafinowana elektrolitycznie. Rafinacja elektrolityczna wymaga od anod odpowiedniej jakości: muszą być cienkie, mocne i gładkie. Aby takie anody otrzymać, z miedzi blister należy usunąć prawie całą siarkę, znaczną ilość tlenu i innych zanieczyszczeń jak żelazo.

Miedź blister z konwektorów Peirce'a-Smitha zawiera ok. 0,03% S i 0,5% O, do 1% Fe, a także w mniejszych ilościach takie zanieczyszczenia, jak: As, Sb, Bi, Ti, Sn i inne metal szlachetne.

Podczas krzepnięcia miedzi zawierającej duże ilości siarki i tlenu zachodzi reakcja łączenia się siarki z tlenem w SO₂, które tworząc pęcherzyki powoduje, że odlewne anody są słabe i nierówne. Z drugiej zaś strony w surowej miedzi zanieczyszczenia innymi metalami obniżają jej właściwości fizyczne, mechaniczne, a także chemiczne.

W procesie rafinacji ogniowej usuwa się więc zanieczyszczenia poprzez następujące procesy:

• Powietrze przepływające przez kąpiel powoduje utlenianie miedzi, zachodzące zgodnie z reakcją:

2Cu + ½ O₂ = Cu₂O

Powstały produkt, tlenek miedzi, łatwo rozpuszcza się w miedzi i reaguje z zanieczyszczeniami.

Zanieczyszczenia występujące w miedzi można podzielić na 3 grupy, w zależności o tego, jak zachowują się podczas procesu rafinacji:

I grupa:

Zn, Pb, Fe oraz siarka, a także Al., Si, Mn, Sn, Ti oraz Se. Wszystkie te zanieczyszczenia usuwa się podczas rafinacji prawie całkowicie wg tej samej reakcji:

Cu₂O + Me = MeO + 2 Cu

wyjątkiem jest siarka:

Cu₂O + Cu₂S = SO₂ + 6 Cu

Podczas procesu rafinacji można utlenić siarkę oraz żelazo do zawartości 0,001% masowego.

II grupa:

As, Sb, Bi i Ni, które mogą zostać usunięte tylko częściowo, a których obecność w miedzi jest szczególnie niekorzystna, ponieważ wykazują one zbliżony do miedzi potencjał elektrochemiczny i w czasie rafinacji elektrochemicznej mogą częściowo wydzielić się na katodach.

III grupa :

Au, Ag oraz Se i Te, które w czasie rafinacji ogniowej nie dają się usunąć i pozostają całkowicie w miedzi.

• Redukcja tlenu do zawartości 0,15% masowych, za pomocą węglowodorowych reduktorów z utworzeniem CO i H₂O.

Tabela: zawartość siarki w różnych etapach rafinacji ogniowej

Rafinację ogniową przeprowadza się w piecu obrotowym, przypominającym konwertor Peirce'a-Smitha.

Schemat obrotowego pieca anodowego.

Proces rafinacji ogniowej przeprowadza się w temp. 1200*C, co zapewnia wystarczającą ilość ciepła do odlania dobrych anod. W pierwszym etapie rafinacji usuwa się zanieczyszczenia poprzez przedmuchiwanie kąpieli powietrzem do chwili, aż stężenie siarki nie obniży się do ok. 0,0001% mas. Wówczas rozpoczyna się odtlenianie miedzi, które zachodzi poprzez wdmuchiwanie do kąpieli mieszaniny olej/powietrze lub gaz/powietrze.

Rafinacja elektrolityczna miedzi:

Praktycznie cała miedź otrzymana metodami pirometalurgicznymi jest rafinowana elektrolitycznie. Elektrorafinacja polega na przejściu miedzi z anod do elektrolitu, którym jest roztwór CuSO₄ - H₂SO₄ - H₂O, a następnie selektywne osadzenie czystej miedzi na katodzie bez zanieczyszczeń anody.

Proces ten zapewnia otrzymanie miedzi bez zanieczyszczeń i izolację cennych zanieczyszczeń takich jak Au czy Ag w postaci szlamów.

I tak przykładowo w 2002 roku w zakładach KGMH Polska Miedź S.A. wyprodukowano 500 tys. ton miedzi i 1 200 ton srebra.

Schemat procesu elektrorafinacji miedzi.

Zasadę procesu elektrorafinacji przedstawia ilustracja.

Rafinację elektrolityczną prowadzi się w długich, prostokątnych wannach z betonu lub żelbetonu, które wyłożone są ołowiem lub kwasoodpornymi płytami. U góry na przemian powieszone są anody i katody. Anody wykonywane są z miedzi otrzymanej metodami pirometalurgicznymi, natomiast katody mogą być wykonane z czystej miedzi lub z blach kwasoodpornych.

Pod wpływem przyłożonego napięcia anody ulegają roztworzeniu, a powstałe kationy rozładowują się na katodzie. W roztworze i na granicy faz zachodzą następujące reakcje:

• Miedź przechodzi z anody do elektrolitu w formie kationów Cu²⁺ z uwolnieniem dwóch elektronów:

Cu*_anoda = Cu²⁺ + 2e^- E*=0,34V

• Elektrony są przewodzone do katody poprzez źródło prądu.

• Kationy miedzi zawarte w elektrolicie migrują do katody w wyniku przyłożonego napięcia.

• Kationy miedzi rozładowują się na katodzie w myśl rekacji:

Cu²⁺ + 2e^- = Cu*_katoda E*=0,34V

Całkowity efekt procesu elektrolitycznego sprowadza się więc do przeniesienia miedzi z anody na katodę:

Cu*_anoda = Cu*_katoda

W okresie rafinacji elektrolitycznej, oprócz wydzielania się miedzi na katodzie, bardzo ważnym zjawiskiem jest zachowanie się zanieczyszczeń, które ze względu na właściwości elektryczne można podzielić na 3 grupy:

• Zanieczyszczenia wykazujące potencjał bardziej ujemny od miedzi, takie jak: Ni, Fe, Zn, Mn, Pb i Sn, które po rozpuszczeniu się anody przechodzą do roztworu, ale w warunkach elektrolizy nie wydzielają się na katodzie.

• Zanieczyszczenia wykazujące potencjał bliski miedzi: As, Sb, Bi. Są to najbardziej szkodliwe zanieczyszczenia, które przechodzą tylko częściowo do szlamu. Przy zwiększonym ich stężeniu mogą wraz z miedzią osiadać na katodzie.

• Zanieczyszczenia wykazujące potencjał bardziej dodatni niż miedź, tzn., Au, Ag, Se i Te, które nie rozpuszczają się w elektrolicie i całkowicie przechodzą do szlamu, za wyjątkiem niewielkich ilości Ag, które może przejść do roztworu w postaci Ag₂SO₄

Rafinowana miedź jest topiona i odlewana, powinna zawierać mniej niż 25ppm zanieczyszczeń metalicznych i niewielką ilość tlenu - 200*350ppm.

Skład miedzi anodowej i katodowej. 265str

4. Metody hydrometalurgiczne:

Produkcja miedzi metodami hydrometalurgicznymi nie jest tak opłacalna, jak

metodami pirometalurgicznymi. Z tego względu procent miedzi wyprodukowanej hydrometalurgiczne nie przekracza 16%.

Metodami hydrometalurgicznymi produkuje się miedź głównie z ubogich, tlenkowych rud, zawierjących do 0,5% Cu, starych hałd, półproduktów i odpadów zawierających często 0,1*0,2 % Cu.

Technologia rozpuszczania minerałów miedzi trzy podstawowe etapy:

• Rozpuszczanie minerałów miedzi w rozcieńczonym kwasie siarkowym.

• Ekstrakcję rozpuszczalnikową roztowru.

• Elektrolizę z zastosowaniem anod nierozpuszczalnych.

Procesy te znane są pod nazwą SX/EW i stosowane są głownie w krajach, gdzie

dostęp do złoża rud o niewyskiej zawartości miedzi i jednoczeście o przedzae utlenionych form miedzi. m.in. w USA, Chile, Australii, Peru i Meksyku.

5. Wykorzystanie odpadów poflotacyjnych.

Produkcja miedzi, niezależnie od stosowanej technologii, niesie ze sobą wytwarzanie dużej ilości odpadów. Główne miejsce wśród produktów ubocznych zajmują produkty poflotacyjne powstające w wyniku wzbogacania rud w procesie flotacji. W efekcie blisko 94% urobku rud trafia systemem rurociągów do zbiorników na odpady, które ze względu na zajmowany teren i uciążliwość dla środowiska są obiektem wymagającym szczególnego zainteresowania, środków ostrożności i odpowiedniego nakładu finansowego, aby odpowiednio je utrzymać i zabezpieczać. Osad poflotacyjny jest źródłem zanieczyszczenia wszystkich podstawowych elementów środowiska: gleb, wód i powietrza wskutek pylenia.

Z tego też względu podjęto bardzo wiele prób znalezienia rozwiązania ponownego wykorzystania odpadów poflotacyjnych. Dotychczas odpady te wykorzystywano jako materiał służący do podsadzania przestrzeni poeksploatacyjnych w kopalniach, doszczelnianie zborów zwałowych oraz do nadbudowy zapór powierzchniowego zwałowiska.

W ostatnich latach prowadzone są także badania na temat wykorzystania odpadów poflotacyjnych w budownictwie drogowym, ze względu na wysoką zawartość tlenku krzemu i wapnia. Nie znaleziono jeszcze jednak odpowiedniej metody umożliwiającej takie wykorzystanie odpadów.

6. Wykorzystanie miedzi w przemyśle.

Pomimo coraz szerszego wprowadzania substytutów miedzi, głównie tworzyw sztucznych, a także mimo miniaturyzacji urządzeń i elementów elektronicznych zawierających miedź, produkcja tego metalu nieustannie wykazuje tendencje wzrostowe.

Wielkość zużycia miedzi jest jednym z mierników poziomu życia narodów. Średnie światowe spożycie w ciągu ostatnich 15stu lat wzrosło prawie o 1kg i obecnie wynosi prawie 3kg miedzi na jednego mieszkańca ziemi, przy czym w krajach najbardziej rozwiniętych: USA, UE 15, Japonia i Korea, wskaźnik ten przekracza średnią i wynosi ok. 10 kg.

Miedź na skalę przemysłową używa się głównie w elektrotechnice. Duże przewodnictwo cieplne miedzi znalazło zastosowanie przy produkcji elementów grzejnych i wymienników ciepła. Odporność na korozję natomiast wykorzystuje się m.in. na morzu, w budownictwie i przemyśle. Metal ten jest także ważnym katalizatorem. Miedź znajduje także zastosowanie w świecie muzyki: w gitarach elektrycznych, kontrabasach, saksofonach, trąbkach i puzonach.

---