Miedź metaliczna (gęstość = 8.92 g/cm³)

charakterystyczna barwa,

T_t = 1084 °C, T_wrz = 2310 °C

bardzo dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne

dobre własności plastyczne

20 % produkcji miedzi - blachy, pręty, folia.

Większość produkcji ⇒ podstawa stopów np. mosiądz (z Zn), brązy (Sn i in.)

Rudy miedzi: siarczkowe: chalkopiryt CuFeS₂ (34.6 % Cu)

bornit Cu₃FeS₃ (63.3 % Cu)

chalkozyn Cu₂S (79.8 % Cu)

tlenkowe: kupryt Cu₂O (88.8 % cu)

malachit CuCO₃ ^. Cu(OH)₂ (57.4 % Cu)

azuryt 2 CuCO₃ ^. Cu(OH)₂ (55.3 %)

Polska: rudy miedzi na Dolnym Śląsku - Lubin i Głogów

Bornit i chalkozyn, C organiczny, galena PbS. Koncentraty przy zawartości 20% Cu zawierają kilka % Fe i S oraz 3 % Pb i 8 - 10 % węgla organicznego.

Zasadnicze znaczenie dla wyboru metody !

Metoda otrzymywania miedzi w piecu szybowym z konwertorowaniem

Pirometalurgiczny przerób rud i koncentratów siarczkowych - kolejne otrzymywanie materiałów bogatszych w Cu - stopniowe przeprowadzenie do żużla skały płonnej i Fe.

1 operacja: wytapianie w piecu szybowym półproduktu w postaci kamienia miedziowego,

2 operacja: konwertorowanie (utlenianie zawartych w nim domieszek Fe i S) kamienia miedziowego i otrzymanie miedzi surowej.

W piecach przerabia się jedynie bogate i kawałkowe rudy. W Polsce stosowana ze względu na domieszki węgla w rudach.

Piec szybowy:

1. Strefa przygotowawcza (250 - 900 °C)

• podgrzewanie wsadu,

• dysocjacja siarczków: FeS₂ ↔ FeS + S

2 CuS ↔ Cu₂S + S

2 CuFeS₂ ↔Cu₂S + 2 FeS + S

2 Cu₅FeS₄ ↔5 Cu₂S + 2 FeS + S

• redukcja SO₂ węglem SO₂ + 2 C ↔ 2 CO + S

2. Strefa utleniania (900 - 1400 °C)

• roztapianie składników wsadu,

• utlenianie siarczków w stanie ciekłym,

• reakcje między siarczkami a tlenkami z podstawową reakcją przeprowadzającą miedź do kamienia miedziowego

Cu₂O + FeS ↔ Cu₂S + FeO

• tworzenie żużlu z podstawową reakcją tworzenia tzw. fajalitu:

2 FeO + SiO₂ → Fe₂SiO₄

Fajalit i CaO ^. SiO₂ główne składniki żużlu.

3. Strefa garowa (1200 - 1300 °C) - obejmuje przestrzeń garu tj. od poziomu dysz do trzonu. W strefie tej zbierają się płynne kamień i żużel, oraz przebiegają końcowe reakcje siarczków i tlenkami.

Następna faza technologii - poza piecem.

Proces konwertorowania, czyli selektywnego utleniania kamienia miedziowego prowadzony jest w konwertorach poziomych w kształcie podłużnego walczaka. Zbudowany z blachy stalowej + warstwa cegieł magnezytowych.

Ładowność 200 ton.

Do konwertora doprowadza się za pomocą dysz ciepło, źródłem którego są reakcje egzotermiczne (dmuch z reakcji świeżenia):

I etap - to czas od momentu włączenia dmuchu do chwili całkowitego utlenienia i ożużlowania żelaza (T 1100 - 1300 °C) - żelazo utlenia się przed miedzią:

2 FeS_(ciecz) + 3 O₂ + SiO₂ → 2 FeO ^. SiO_{2 (żużel)} + 2 SO₂ ↑

siarczek miedzi (I) może utleniać się częściowo

Cu₂S + 3/2 O₂ → Cu₂O + SO₂ - Q

Jednak razem z FeS ponownie przechodzi w siarczek

Cu₂O + FeS → Cu₂S + FeO

Co 40 minut - zlewanie żużla, uzupełnianie kamienia i krzemionkowego topnika - do momentu pojawienia się czystego Cu₂S zwanego popularnie białym kamieniem lub białym matem. Czas trwania tego etapu od 2 do 48 godzin (zależy od zawartości miedzi w kamieniu)

II etap: Świeżenie tlenem z powietrza:

Cu₂S + 3/2 O₂ → Cu₂O + SO₂ - Q

Cu₂S + 2 Cu₂O → 5 Cu + SO₂ ↑

Po ok. 3 h Cu na dnie konwertera, zlewanie małych ilości żużlu, następnie surową miedź (98.0 - 99.2 %) - Czarna miedź. ⇒ proces rafinacji.

• Gazy konwertorowe zawierają SO₂ (12 - 17 %)

po odpyleniu ⇒ produkcja H₂SO₄

• Żużle i pyły do ponownego przerobu

• Pyły po konwertorowaniu kamienia z wytopu polskich koncentratów zawierają około 45 % Pb (siarczany) ! - surowiec do produkcji tego metalu.

Rafinacja ogniowa miedzi czarnej , zawierającej domieszki:

Fe, Ni, S, Zn, As, Sb, Bi, Sn, Pb, Se, Te, Au i Ag. gazy rozpuszczone.

Wymagana czystość miedzi stosowana w technice 99 %.

Piece płomienne.

Tlen zawarty w gorących gazach nad stopioną miedzią (1300 °C) Cu → Cu₂O

Tlenek miedzi (I) utlenia domieszkowe metale:

Cu₂O + Me → 2 Cu + MeO

Tlenki tworzą łatwo topliwe żużle - wypływają na powierzchnię metalu

• część domieszek uchodzi z gazami

Miedź otrzymana tym sposobem ma stopień czystości 99,5 - 99,7 %

Pozostają metale szlachetne.

Z tak uzyskanej miedzi (hutniczej) odlewane są anody do elektrorafinacji.

Elektrolityczna rafinacja miedzi:

miedź zawierająca 0.01 % zanieczyszczeń.

Polega na rozpuszczaniu miedzi na anodzie i osadzanie jej na katodzie

(prąd stały). Anoda (wys.1 m, szer. 0.9 m, grubość 4 cm - waga 200 kg)

Anody 25 - 40 sztuk umieszczone w wannach elektrolitycznych, kwasoodpornych. Katody: cienkie arkusze 1 - 2 mm z miedzi wysokiej jakosci.

Odstęp między elektrodami ok. 10 cm.

Elektrolit: kwaśny r - r CuSO₄ (1 dm³ r - ru 40 g Cu i 200 g kwasu) T = 60 °C

Elektrody w obrębie 1 wanny : równolegle

Napięcie na elektrodach: ok. 0.3 V,

Gęstość prądu ok. 200 A/m² powierzchni elektrody

Wydajność prądowa 96 %.

Anoda rozpuszczona w ok.75 % - koniec elektrolizy (ok. miesiąc)

Katody wyjmuje się po upływie 2 tygodni (masa ok. 100 kg).

Domieszki mniej szlachetne od Cu ⇒ w roztworze siarczanu

nierozpuszczalne w H₂SO₄ ⇒ na dnie szlam anodowy

Przykładowy skład szlamu anodowego:

9 - 40 % Cu, 10 - 40 % Ag, 1.5 % Au, 3 - 20 % Pb, 1.5 - 6 Sn, 2 - 8 % Bi,

5 - 20 % Sb, 2 - 20 % As, 1 - 20 % Se, -.5 - 8 % Te

!!! cenny surowiec do produkcji metali szlachetnych i innych składników.

W miarę postępu elektrolizy: ↑ ilość jonów obcych, ↑ stężenie CuSO₄

⇒ wycofywanie elektrolitu i zastępowanie go kwasem.

• elektroliza elektrolitu w wannach z nierozpuszczalnymi anodami

• zobojętnienie kwasu tlenkami miedzi i odparowanie

Produkt: kryształy CuSO₄ ^. 5 H₂O

NiSO₄ ^. 7 H₂O

---