CZYSTA MIEDŹ - (własności i obszary wykorzystywania) odporna na działanie wielu odczynników chemicznych i warunków atmosferycznych; patyna, cienka warstwa soli zasadowych, chroni przed korozją, zielonkawo-błękitna; metal szlachetny; przewodnik prądów elektr., urządzenia, aparaty (przemysł chemiczny i spożywczy; telekomunikacja 25%, budownictwo i energetyka 35%, elektronika i elektro technika 40%. STOPY MIEDZI - (własności i obszary wykorzystania) 4% prod. miedzi hut. na stopy; brązy - cynowe (4-8% Sn, plastyczne, dobra wytrzymałość, wysoka sprężystość i trudno ścieralne; sita, taśmy, druty; powyżej 10% Sn, twarde, dodatek fosforu poprawia spręż., tuleje), aluminiowe (do 10% Al. dobra wytrzymałość; nieco powyżej 10%, twarde, pręty, części konstrukcyjne), krzemowe (do 3% Si, dobra wytrzymałość); mosiądze (Cu do 60%, Zn, mosiądze specjalne dodatek Mn, Ni, Fe, Al); stopy drogocenne (stopy miedzi ze srebrem i złotem). WYDOBYCIE I WZBOGACANIE RUD MIEDZI - (procesy i urządzenia): Kopalnie [urządzenia wydobywcze; rudy miedzi (minerały + skała płonna); pirytowe (>=75% FeS2 piryt)- całkowicie z siarczków (chalkozyn, chalkopiryt, bornit, piryt)+małe ilości Ni, Zn, Pb, Ag, Au, Sb, Bi; półpirytowe (<75%FeS2); tlenkowe (kupryt+inne); wpryśnięte (małe ziarna siarczków wpryśnięte w masę skały płonnej (1-2%Cu), łatwe wzbogacenie przez flotację, podstawowy surowiec w hutach miedzi)], Rozdrabnianie [(młyn), drobno zmielona mieszanina cząstek (ziaren) siarczków i złoża (skała płonna)], Wzbogacanie [urządzenia, komory flotacyjne; proces fizyko-chemiczny; dodatki chemiczne (środki pianotwórcze, kolektory, aktywatory, depresory, regulatory pH); ogromne ilości wody, odwadnianie suszenie koncentratu, zagęszczenie; rozdrobnioną rudę (minerały skała płonna) miesza się z wodą+dodatki chemiczne+powietrze; siarczki są hydrofobne (nie zwilżalne), unoszone pęcherzykami powietrza zgarniane do kanału roboczego; odpady hydrofilne opadają na dno komory; w koncentracie (miałki) Cu 20-30% razy więcej niż w kopalinie. PROCES PIRYTOWY stosowany do koncentratów zawierających powyzej75% pirytu FeS; wsad uzupełnia się niewielka ilością koksu(2-3%), głównym źródłem ciepła jest reakcja utleniania pirytu przebiegająca w strefie dysz; w czasie wytapiania następuje usuniecie ze wsadu dużej ilości siarki, która w postaci S2 uchodzi z gazami; otrzymany kamień miedziowy jest ubogi i zawiera 12-18%Cu. Proces rzadko stosowany w praktyce.
Proces półpirytowy stosowany jest przy wsadzie o zmniejszonej zawartości pirytu FeS2. Do wsadu oprócz topników (kwarc wapien)dodaje się 4-12% koksu. METODA BAYERSA: boksyt- ruda glinu, surowiec do wytwarzaniaAL2O3- skały złożone: tlenki glinu uwodnione w skale, tlenki, wodorotlenki, krzem w postaci kwarcu i inne- kolor brunatny lub ceglasto czerwony tej skały duże ilości Al2O3; Rozdrabniane - (kruszarki młyny) Ługowanie (autoklawy - stalowe zamknięte zbiorniki) -wiązanie Al za pomocą NaOH w rozpuszczalny w wodzie glinian sodu -gorąca para wodna 230°C 2 MPa -para wodna odlewa i miesza gęstwę, wypycha ja ze zbiornika -nie rozpuszczony osad (czerwony szlam) oddziela się w prasach filtrujących Hydrozila (hydrozilery) - z roztwór NaAlO2 otrzymuje się krystaliczny wodorotlenek glinu w wyniku przemywania duża ilością wody, reakcje przyspiesza porcja szczepionki -roztwór NaOH oddzielony od osadu - ługowanie nowej porcji boksytu Prażenie, kalcynacja (pochyły piec obrotowy) -1200 C, śr. 2,5-3,5 metra, dl. Powyżej 75 m, opalanie - paliwo ciekłe lub gazowe -w wyniku prażenia AlOH3 powstaje Al2O3. ELEKTROLIZA (wanna elektrolityczna - proces ciągły) -stopiony kriolit (950-960C) w nim rozpuszcza się Al2O3 -Al2O3 nie ulega redukcji węglem (topnienie 2045 C - mater. Konstruk.) -katoda bloki węglowe, grafit, trzon wanny elektrolitycznej + płynny Al + pręty stalowe wbite w trzon wanny(płynny Al. Nie usuwa się) -anoda masa węglowa pływająca + sworznie stalowe -elektroda zużywa się (spala)- jest odnawiana - podtrzymuje temp -na katodzie zobojętniają się jony Al3+, okresowy spust ciekłego aluminium -na anodzie zobojętniają się jony o2-, tlen łączy się z węglem - spalanie (gaz CO, CO2) -pierwsze prawo Faraday`a m=kIt -napięcie robocze wanny 6-7 V (4,5V) -natężenie prądu 30-60 kA. RAFINACJA ELEKTROLITYCZNA (wanna elektrolityczna 3warstwowa) -trzon węglowy wanny + pręty stalowe (anoda) -blok węglowy + sworznie stalowe (zawieszona nad wanna, nie spala się) -na trzonie warstwa ciężka (chlorowany Al. Ciekły+Cu ciekły ok. 25% obciążenia) -warstwa II elektrolit 700°C, stopione sole -warstwa III górna czysty Al -przepływ prądu Al3+ przechodzi z dołu do góry -domieszki zostają w warstwie dolnej, niektóre w elektrolicie -warstwy - zróżnicowana gęstość ciekłych roztopionych substancji(nie mieszają się), aluminium rafinowane odlewa się do wlewnic grafitowych lub żeliwnych, kieruje się także na taśmową maszynę odlewniczą. GLIN STOPY -duraluminium (Cu, Mg, Mn, Si) o wytrz. Stali konstrukcyjnej -hydronalium (3-12% Mg), magnalium (10-30% Mg) budowa statków -siluminy (do 14% Si) lane korpusy silników -znal (Zn) gaźniki samochodowe -produkcja przewodów, folii, naczyń, cystern do przewozu kwasu azotowego -temp. Topnienia Al 660°C. PRODUKCJA MIEDZI Z PROCESEM SZYBOWYM ZB zbrylanie (aglomeracja -brykieciarki-prasy walcowe) -podsuszone, miałkie koncentraty, PS wytop kamienia miedziowego (piec szybowy) -ogniwa, operacja wzbogacanie, część żelazna i skała płonna ożużlowana, miedz z częścią żelaza powstaje w fazie ciekłej -kamień miedziowy, roztwór stopionych siarczków FeS, Cu2S + inne siarczki + metale szlachetne -wsad brykiety wymieszane z topnikami i koksem (ok. 10%) -powietrze, dmuch powietrza w strefie najwyższych temp. 1300-1400 C -w strefie środkowej topienie składników i utlenianie siarczków ciekłych -tlenek żelazowy reaguje z krzemionka -gaz gardzielowy (CO, CO2), pyły do 100g/m3, ok. 17% Cu i 4% Pb, rozbudowany system odpylania, średnio do 100 tyś m3/h -ukł. Potrójny Fe - Cu- S (kamień), przy pewnej zawartości SiO2 i Cu jest możliwy rozdział żużlu i kamienia. OD - rozdział kamienia i żużla (odstojnik) -zbiornik stalowy wyłożony kształtkami ogniotrwałymi, 2 otwory spustowe na roznych poziomach KN - konwentorowanie kamienia miedziowego (konwentory) -proces utleniania ciekłego kamienia, przedmuchiwanie powietrza, produkty - miedz metaliczna, duża ilość żużlu (do 2% Cu) zanurzony do pieca szybowego -I okres konwentorowania - przedmuch, dodawanie SiO2 usuniecie FeS i ożużlowanie FeO krzemionka, żużel zlew się i dodaje nowe porcje kamienia czas ponad 5 h -II okres - utlenianie Cu2S do miedzi metalicznej (przedmuch), miedz na dnie, Cu2S czystej porcji, czas ok. 3 h, miedz metaliczna surowa (98% Cu) PA rafinacja ogniowa (piec płomienny (anodowy), stacjonarny Lub obrotowy) -wsad (miedz konwentorowa, odpady), palniki na gaz ziemny zaazotowany + powietrze -świeżenie tlenem lub pośrednio Cu2O -stężenie Cu2O rośnie do 10%, żerdziowanie -2Cu2O+C=>4Cu+CO2 temp 1200 C, miedz anodowa 99,5% Cu -pojemność piec 200-400 ton czas do 24 h, 2 piece, piece obrotowe jak konwentory. OA odlewanie anod (karuzelowa maszyna odlewnicza) -odlewanie automatyczne, wrzenie, masa anody 200-300 kg, pozioma w kształcie kola, śr. 8-10 m, stała pręd. -miedz spływa z pieca obrotowego o pochyłej osi ER elektrolityczna rafinacja miedzi (wanna rafinacyjna - szeregowy połączony elektrody) -elektrolit roztwór wodny CuSO4 z dodatkiem H2SO4 + żelatyna -temp 50-60 C podgrzewanie para, im wyższa temp. Mniejszy opór -napięcie robocze 0,3 V, gęstość prądu 150-200 A/m2 -katody (miedz o dużej czystości) podkładki po 7-17 dniach nowe, osadzają się jony Cu+, masa 100 kg -anody rozpuszczalne w elektrolicie Cu- 2e=Cu2+, działanie H2SO4 -zanieczyszczenia anody - do elektrolitu (Ni, Zn, Fe) do szlamu (Au, Ag, Pb), do elektrolitu i do szlamu As, Bi - szkodliwe -odzyskają się Ag, Au, -wymiana elektrolitu, przesączenie, zatrzymanie szlamu szkodliwego -ciągły ruch elektrolitów, wyrównanie stężenia jonów -prosty proces - przepływ prądu, przemieszczanie jonów z anody do katody PK przetapianie katod (piec płomienny, piec szybowy) -nasyca się tlenem, opalanie gazem ziemnym -odlewa się wlewki - do wyrobów drutów i taśm.
CZYSTA MIEDŹ - (własności i obszary wykorzystywania) odporna na działanie wielu odczynników chemicznych i warunków atmosferycznych; patyna, cienka warstwa soli zasadowych, chroni przed korozją, zielonkawo-błękitna; metal szlachetny; przewodnik prądów elektr., urządzenia, aparaty (przemysł chemiczny i spożywczy; telekomunikacja 25%, budownictwo i energetyka 35%, elektronika i elektro technika 40%. STOPY MIEDZI - (własności i obszary wykorzystania) 4% prod. miedzi hut. na stopy; brązy - cynowe (4-8% Sn, plastyczne, dobra wytrzymałość, wysoka sprężystość i trudno ścieralne; sita, taśmy, druty; powyżej 10% Sn, twarde, dodatek fosforu poprawia spręż., tuleje), aluminiowe (do 10% Al. dobra wytrzymałość; nieco powyżej 10%, twarde, pręty, części konstrukcyjne), krzemowe (do 3% Si, dobra wytrzymałość); mosiądze (Cu do 60%, Zn, mosiądze specjalne dodatek Mn, Ni, Fe, Al); stopy drogocenne (stopy miedzi ze srebrem i złotem). WYDOBYCIE I WZBOGACANIE RUD MIEDZI - (procesy i urządzenia): Kopalnie [urządzenia wydobywcze; rudy miedzi (minerały + skała płonna); pirytowe (>=75% FeS2 piryt)- całkowicie z siarczków (chalkozyn, chalkopiryt, bornit, piryt)+małe ilości Ni, Zn, Pb, Ag, Au, Sb, Bi; półpirytowe (<75%FeS2); tlenkowe (kupryt+inne); wpryśnięte (małe ziarna siarczków wpryśnięte w masę skały płonnej (1-2%Cu), łatwe wzbogacenie przez flotację, podstawowy surowiec w hutach miedzi)], Rozdrabnianie [(młyn), drobno zmielona mieszanina cząstek (ziaren) siarczków i złoża (skała płonna)], Wzbogacanie [urządzenia, komory flotacyjne; proces fizyko-chemiczny; dodatki chemiczne (środki pianotwórcze, kolektory, aktywatory, depresory, regulatory pH); ogromne ilości wody, odwadnianie suszenie koncentratu, zagęszczenie; rozdrobnioną rudę (minerały skała płonna) miesza się z wodą+dodatki chemiczne+powietrze; siarczki są hydrofobne (nie zwilżalne), unoszone pęcherzykami powietrza zgarniane do kanału roboczego; odpady hydrofilne opadają na dno komory; w koncentracie (miałki) Cu 20-30% razy więcej niż w kopalinie. PROCES PIRYTOWY stosowany do koncentratów zawierających powyzej75% pirytu FeS; wsad uzupełnia się niewielka ilością koksu(2-3%), głównym źródłem ciepła jest reakcja utleniania pirytu przebiegająca w strefie dysz; w czasie wytapiania następuje usuniecie ze wsadu dużej ilości siarki, która w postaci S2 uchodzi z gazami; otrzymany kamień miedziowy jest ubogi i zawiera 12-18%Cu. Proces rzadko stosowany w praktyce.
Proces półpirytowy stosowany jest przy wsadzie o zmniejszonej zawartości pirytu FeS2. Do wsadu oprócz topników (kwarc wapien)dodaje się 4-12% koksu. METODA BAYERSA: boksyt- ruda glinu, surowiec do wytwarzaniaAL2O3- skały złożone: tlenki glinu uwodnione w skale, tlenki, wodorotlenki, krzem w postaci kwarcu i inne- kolor brunatny lub ceglasto czerwony tej skały duże ilości Al2O3; Rozdrabniane - (kruszarki młyny) Ługowanie (autoklawy - stalowe zamknięte zbiorniki) -wiązanie Al za pomocą NaOH w rozpuszczalny w wodzie glinian sodu -gorąca para wodna 230°C 2 MPa -para wodna odlewa i miesza gęstwę, wypycha ja ze zbiornika -nie rozpuszczony osad (czerwony szlam) oddziela się w prasach filtrujących Hydrozila (hydrozilery) - z roztwór NaAlO2 otrzymuje się krystaliczny wodorotlenek glinu w wyniku przemywania duża ilością wody, reakcje przyspiesza porcja szczepionki -roztwór NaOH oddzielony od osadu - ługowanie nowej porcji boksytu Prażenie, kalcynacja (pochyły piec obrotowy) -1200 C, śr. 2,5-3,5 metra, dl. Powyżej 75 m, opalanie - paliwo ciekłe lub gazowe -w wyniku prażenia AlOH3 powstaje Al2O3. ELEKTROLIZA (wanna elektrolityczna - proces ciągły) -stopiony kriolit (950-960C) w nim rozpuszcza się Al2O3 -Al2O3 nie ulega redukcji węglem (topnienie 2045 C - mater. Konstruk.) -katoda bloki węglowe, grafit, trzon wanny elektrolitycznej + płynny Al + pręty stalowe wbite w trzon wanny(płynny Al. Nie usuwa się) -anoda masa węglowa pływająca + sworznie stalowe -elektroda zużywa się (spala)- jest odnawiana - podtrzymuje temp -na katodzie zobojętniają się jony Al3+, okresowy spust ciekłego aluminium -na anodzie zobojętniają się jony o2-, tlen łączy się z węglem - spalanie (gaz CO, CO2) -pierwsze prawo Faraday`a m=kIt -napięcie robocze wanny 6-7 V (4,5V) -natężenie prądu 30-60 kA. RAFINACJA ELEKTROLITYCZNA (wanna elektrolityczna 3warstwowa) -trzon węglowy wanny + pręty stalowe (anoda) -blok węglowy + sworznie stalowe (zawieszona nad wanna, nie spala się) -na trzonie warstwa ciężka (chlorowany Al. Ciekły+Cu ciekły ok. 25% obciążenia) -warstwa II elektrolit 700°C, stopione sole -warstwa III górna czysty Al -przepływ prądu Al3+ przechodzi z dołu do góry -domieszki zostają w warstwie dolnej, niektóre w elektrolicie -warstwy - zróżnicowana gęstość ciekłych roztopionych substancji(nie mieszają się), aluminium rafinowane odlewa się do wlewnic grafitowych lub żeliwnych, kieruje się także na taśmową maszynę odlewniczą. GLIN STOPY -duraluminium (Cu, Mg, Mn, Si) o wytrz. Stali konstrukcyjnej -hydronalium (3-12% Mg), magnalium (10-30% Mg) budowa statków -siluminy (do 14% Si) lane korpusy silników -znal (Zn) gaźniki samochodowe -produkcja przewodów, folii, naczyń, cystern do przewozu kwasu azotowego -temp. Topnienia Al 660°C. PRODUKCJA MIEDZI Z PROCESEM SZYBOWYM ZB zbrylanie (aglomeracja -brykieciarki-prasy walcowe) -podsuszone, miałkie koncentraty, PS wytop kamienia miedziowego (piec szybowy) -ogniwa, operacja wzbogacanie, część żelazna i skała płonna ożużlowana, miedz z częścią żelaza powstaje w fazie ciekłej -kamień miedziowy, roztwór stopionych siarczków FeS, Cu2S + inne siarczki + metale szlachetne -wsad brykiety wymieszane z topnikami i koksem (ok. 10%) -powietrze, dmuch powietrza w strefie najwyższych temp. 1300-1400 C -w strefie środkowej topienie składników i utlenianie siarczków ciekłych -tlenek żelazowy reaguje z krzemionka -gaz gardzielowy (CO, CO2), pyły do 100g/m3, ok. 17% Cu i 4% Pb, rozbudowany system odpylania, średnio do 100 tyś m3/h -ukł. Potrójny Fe - Cu- S (kamień), przy pewnej zawartości SiO2 i Cu jest możliwy rozdział żużlu i kamienia. OD - rozdział kamienia i żużla (odstojnik) -zbiornik stalowy wyłożony kształtkami ogniotrwałymi, 2 otwory spustowe na roznych poziomach KN - konwentorowanie kamienia miedziowego (konwentory) -proces utleniania ciekłego kamienia, przedmuchiwanie powietrza, produkty - miedz metaliczna, duża ilość żużlu (do 2% Cu) zanurzony do pieca szybowego -I okres konwentorowania - przedmuch, dodawanie SiO2 usuniecie FeS i ożużlowanie FeO krzemionka, żużel zlew się i dodaje nowe porcje kamienia czas ponad 5 h -II okres - utlenianie Cu2S do miedzi metalicznej (przedmuch), miedz na dnie, Cu2S czystej porcji, czas ok. 3 h, miedz metaliczna surowa (98% Cu) PA rafinacja ogniowa (piec płomienny (anodowy), stacjonarny Lub obrotowy) -wsad (miedz konwentorowa, odpady), palniki na gaz ziemny zaazotowany + powietrze -świeżenie tlenem lub pośrednio Cu2O -stężenie Cu2O rośnie do 10%, żerdziowanie -2Cu2O+C=>4Cu+CO2 temp 1200 C, miedz anodowa 99,5% Cu -pojemność piec 200-400 ton czas do 24 h, 2 piece, piece obrotowe jak konwentory. OA odlewanie anod (karuzelowa maszyna odlewnicza) -odlewanie automatyczne, wrzenie, masa anody 200-300 kg, pozioma w kształcie kola, śr. 8-10 m, stała pręd. -miedz spływa z pieca obrotowego o pochyłej osi ER elektrolityczna rafinacja miedzi (wanna rafinacyjna - szeregowy połączony elektrody) -elektrolit roztwór wodny CuSO4 z dodatkiem H2SO4 + żelatyna -temp 50-60 C podgrzewanie para, im wyższa temp. Mniejszy opór -napięcie robocze 0,3 V, gęstość prądu 150-200 A/m2 -katody (miedz o dużej czystości) podkładki po 7-17 dniach nowe, osadzają się jony Cu+, masa 100 kg -anody rozpuszczalne w elektrolicie Cu- 2e=Cu2+, działanie H2SO4 -zanieczyszczenia anody - do elektrolitu (Ni, Zn, Fe) do szlamu (Au, Ag, Pb), do elektrolitu i do szlamu As, Bi - szkodliwe -odzyskają się Ag, Au, -wymiana elektrolitu, przesączenie, zatrzymanie szlamu szkodliwego -ciągły ruch elektrolitów, wyrównanie stężenia jonów -prosty proces - przepływ prądu, przemieszczanie jonów z anody do katody PK przetapianie katod (piec płomienny, piec szybowy) -nasyca się tlenem, opalanie gazem ziemnym -odlewa się wlewki - do wyrobów drutów i taśm.