Электролитическое рафинирование меди

Процесс патинирования меди

Патина — природная или искусственная химическая пленка (оксидная или оксидно-солевая), образующаяся на поверхности медного изделия и изолирующая металл от агрессивной внешней среды. Основная функция природной патины — защита меди от коррозии.

Патинирование может быть как искусственным, так и естественным. В природе процесс оксидирования связан с взаимодействием металла (меди) с воздушной или водной средой. Цвет медной пластины, оставленной на воздухе и в воде, со временем изменяется, приобретая оттенок «полежалости». Наиболее распространенными оттенками природной патины являются:

• темно-зеленый;
• бурый;
• сине-зеленый;
• синий.

Чаще всего естественное патинирование можно увидеть на бронзовых скульптурах, особенно расположенных во влажных местах или рядом с водоемом.

В отличие от природной, искусственная патина является неустойчивой к воздействию атмосферы. Для ее защиты необходимо использовать специальные составы: воск, лак, олифа, масляная краска. Со временем защитное покрытие разрушается, что приводит к трещинам и шелушению, которые наносят вред не только патине, но и самому изделию. Диапазон оттенков искусственной патины от светло-голубого и зеленого до ярко-красного, розового и фиолетового, также возможно получение серой и черной пленки.

Мировые товарные рынки: особенности функционирования рынка металлов учеб. пособие

Сиб. федер. ун-т

В учебном пособии по курсу «Мировые товарные рынки» рассмотрены вопросы влияния внешнеэкономической деятельности на развитие
мировых товарных рынков, в частности рынка металлов. Раскрыты особенности функционирования мирового рынка металлов на современном
этапе

Отдельное внимание уделено вопросам регулирования ценообразования и организации транспортного обслуживания международных экономических связей предприятий отрасли

Большая часть рафинированной меди закупается странами Азии (более 43 % мирового объема меди, поставленной <…> Большая часть рафинированной меди закупается странами Азии (более 43 % мирового объема меди, поставленной <…> Доля 11 стран, импортировавших более 200 тыс. т рафинированной меди Анализ потребления меди по отраслям <…> Таблица 11 Производство меди по регионам*, % Регион Рудничная медь Черновая медь Рафинированная медь <…> Производство рафинированной меди в разрезе стран и регионов 76 Рис. 20. производство рафинированной

Предпросмотр: Мировые товарные рынки особенности функционирования рынка металлов учебное пособие.pdf (0,9 Мб)

Электролитные ванны

Электролитные ванны (рис. 96) объединяются в одном блоке — баке, изготовленном из дерева или кислотоупорного бетона. Несколько баков группируются в серию.

Рис. 96. Ванна для электролиза меди: 1 — анод; 2 — катод; 3 — прямоугольная шина; 4 — треугольная шина; 5 — изоляция (доска)

Число анодов в ванне составляет 25—42; катодов на один больше. Размеры катодов больше анодов по ширине и длине на 25—60 мм. Аноды и катоды в ванне располагают поочередно. Суммарная площадь всех поверхностей катодов, на которых происходит наращивание меди, называется катодной поверхностью.

Уменьшением расстояния между анодом и катодом возможно было бы снизить потери напряжения на преодоление омического сопротивления электролита, но при этом повышается вероятность замыканий между анодом и катодом вследствие коробления катодной основы или неравномерности отложения меди на катодах. При электролизе меди расстояние между одноименными электродами делают в пределах 105—110 мм. Аноды подвешивают в ванне так, чтобы между нижними концами анодов и днищем ванны оставалось расстояние 150—200 мм, необходимое для сбора шлама. Зазор между краями и стенками ванны равен 65—85 мм.

Ванна внутри облицовывается рольным свинцом или винипластом. Для поступления электролита устроены специальные карманы или трубки. В донной части ванны сделано отверстие для удаления шлама, закрываемое во время процесса электролиза пробкой. При сифонном удалении шлама отверстие в дне ванны отсутствует.

Ванны подключаются к источнику постоянного тока последовательно, а одноименные электроды в ванне включаются параллельно. Подвод тока к бакам осуществляется основными шинами прямоугольного сечения. По ваннам ток распределяется промежуточными шинами треугольного сечения.

№1 [Российский внешнеэкономический вестник, 2010]

Журнал , учрежденный Всероссийской академией внешней торговли в 1996 г., представляет собой авторитетное научно-аналитическое и учебно-методическое ежемесячное издание в сфере внешнеэкономической деятельности. На страницах журнала затрагиваются актуальные проблемы мировой экономики и международных отношений, обсуждаются важнейшие для государства вопросы экспортно-импортной политики России, повышения ее конкурентоспособности на различных товарных рынках. В числе авторов статей, публикуемых в журнале – известные ученые и высоко компетентные специалисты многих отраслей экономики различных регионов и городов России. Журнал стал фактически центром притяжения внешнеэкономических идей всей страны.

удобрения, базовые металлы (прокат и полуфабрикаты углеродистой стали, необработанный алюминий, никель, рафинированная <…> медь и пр.).

Предпросмотр: Российский внешнеэкономический вестник №1 2010.pdf (0,2 Мб)

Производство катодных основ

Катодные основы изготовляют из маточных листов, получаемых электролитическим осаждением меди на матрицах. Новые матрицы перед употреблением промывают водой, подкисленной серной кислотой, протирают, сушат, а затем обрабатывают раствором, содержащим 6—8 г/л сернистого натрия. Перед установкой их тщательно протирают тряпкой, после чего наносят равномерный слой смазки, состоящей из 1 части жирового солидола и 6—8 частей керосина.

Медь осаждается электролитическим способом на обеих сторонах матриц слоем 0,25—0,7 мм. Для облегчения сдирки маточных листов матрицы по краям имеют риски, на которых осадок образуется в виде плены, легко счищаемой зубилом. В последнее время матрицы стали изготавливать с фальцами из кислотоупорной пластической массы — фаолита. Если имеются фальцы, осадок меди по краям матриц не образуется, что значительно облегчает сдирку маточных листов.

Матрицы, погнутые или с изогнутыми ломиками, к посадке в ванны не допускаются.

В ваннах матричных серий применяют электролит с повышенным содержанием медного купороса и уменьшенным содержанием серной кислоты. Электролит используется более чистый: с меньшим содержанием примесей, с увеличенным количеством добавок, улучшающих структуру осадка. Температура электролита не должна превышать 56°, так как повышение температуры вызывает растворение смазки, наносимой на матрицы.

Аноды из черновой меди в матричных ваннах служат 13—16 суток. Продолжительность наращивания маточных листов 24 часа. Обычно применяют электролит следующего состава: медный купорос 130—160 г/л, свободная серная кислота 100—160 г/л. В качестве коллоидных добавок в состав электролита вводят столярный клей или желатину и хлор-ион в виде соляной кислоты. Плотность тока должна быть не выше 170 а/м2.

Периодически следует проверять правильность расположения анодов и матриц в ваннах и отсутствие коротких замыканий.

Матрицы с нарощенными осадками вынимают посредством «бороны». Одновременно допускается вынимать не более половины матриц из ванны; количество таких ванн должно быть не более четырех в серии. Вынутые матрицы выдерживают над ваннами для стекания с них электролита, после чего подают на промывку и затем на специальные станки для сдирки листов. На станках матрицы последовательно подаются на вращающуюся рамку, которая позволяет снять листы с обеих сторон матриц без ручного кантования. Листы подрезают по рискам, а если имеются фальцы, сдирку ведут отрывом листов в верхней части матриц. После приклепывания ушков и правки на вальцах катодные основы годны к употреблению.

Матрицы вновь зачищают, погнутые выправляют, затем смазывают и направляют снова на электролитическое получение маточных листов.

Техника безопасности

Процесс оксидирования, какой бы способ ни был выбран, представляет совокупность химических реакций, поэтому при его выполнение обязательным является соблюдение мер безопасности. Это позволит не только обезопасить окружающих, но и сохранить собственное здоровье.

Общие меры безопасности при патинировании:

1. Работа с любыми химическими компонентами должна осуществляться только в резиновых перчатках. Перед началом чернения необходимо проверить наличие трещин на материале перчаток.
2. При приготовлении растворов необходимо использовать респиратор. К его выбору нужно подойти внимательно: респиратор должен плотно прилегать к лицу, но не сдавливать кожу. Обязательно наличие специальных картриджей для обезвреживания кислых газов.
3. При патинировании слизистые оболочки глаз должны быть прикрыты защитными очками. Как и респиратор, очки необходимо покупать так, чтобы не было свободного пространства между дужкой и лицом.
4. Патинирование осуществляется только в вентилируемых помещениях, рекомендуется открыть окно или форточку. Необходимо тщательно следить за отсутствие газов в помещении.
5. Помещение, где осуществляется обработка медных изделий, не должно использоваться для приема и приготовления пищевых продуктов. Нежелательно присутствие в помещении детей до 6 лет.
6. В растворах используются только качественные компоненты (по возможности — проверенных марок и фирм). Покупка «таинственных» или «акционных» ингредиентов недопустима.
7. После окончания процесса патинирования рабочее место необходимо тщательно очистить, правильно утилизировав все использованные реагенты и внимательно удалив химические вещества с рабочих поверхностей.
8. При приготовлении и нанесении растворов обязательно соблюдение концентраций и пропорций всех химических веществ. Нанесение растворов осуществляется аккуратно, без разбрызгивания по сторонам и попадания на незащищенные поверхности. При распылении необходимо пользоваться пульверизатором.

Итак, вместе с вами мы рассмотрели особенности процесса искусственного патинирования медных изделий и основные способы его осуществления в домашних условиях. Эти варианты не подходят для промышленного чернения или реставрационных работ.

Выбирайте по процессу и итоговому результату способ — и ваши медные украшения преобразуется за счет необычного художественного эффекта «благородного металла» и «старины».

• Редкие металлы / О.А.Сонгина. — М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии
• Печи для цветных и редких металлов / В.В. Крапухин. — М.: Металлургия, 1993.
• Универсальный справочник строителя / В.С. Алексеев. — М.: Рипол Классик, 2006.
• Статья на Википедии

О книге Е. А. Козловского «Избранное — 3. Минерально-сырьевые ресурсы России (анализ, прогноз, политика)» [Электронный ресурс] / Рафиенко // Уголь .— 2014 .— №11 .— С. 83-83 .— Режим доступа: https://rucont.ru/efd/459026

Вышедшая из печати книга выдающегося геолога, заслуженного деятеля науки и техники РСФСР, заслуженного геолога России, лауреата Ленинской и Государственных премий, Министра геологии СССР (1975—1989 гг.), вице-президента РАЕН, члена коллегии Высшего горного совета России, профессора, доктора технических наук Е. А. Козловского «Избранное — 3. Минерально-сырьевые ресурсы России (анализ, прогноз, политика)» представляет уникальный труд, в котором собран и обобщен богатый материал, полученный из средств массовой информации и в результате многолетней работы автора по проблеме минерально-сырьевых ресурсов не только в нашей стране, но и в разных странах мира

Электролитическое рафинирование — медь

Электролитическое рафинирование меди является одним из старейших электрохимических процессов, примененных в промышленности.
 

Электролитическое рафинирование меди возникло на основе наблюдений при работе медно-цинковых гальванических элементов.
 

Электролитическое рафинирование меди проводят в ваннах, наполненных раствором сернокислой меди, подкисленным серной кислотой.
 

Электролитическое рафинирование меди проводят в ваннах, наполненных раствором серно-кислой меди, подкисленным серной кислотой.
 

Электролитическому рафинированию меди обычно предшествует огневое. Его проводят в небольшой печи, отапливаемой нефтью, газом или угольной пылью.
 

Метод электролитического рафинирования меди в общих чертах сводится к следующему. Пластины из черновой меди, содержащей римеси, помещают в качестве анодов в ванну, где электролитом служит раствор сернокислой меди и серной кислоты. Катодам служат тонкие листы чистой меди. Неметаллические загрязнения и благородный металлы, содержащиеся в анодах, в раствор не переходя а осаждаются на дно ванны в виде шлама. На катоде ияхраствора осаждается только медь, все же менее бя тарадньтеГметаллы остаются в растворе.
 

Опыты электролитического рафинирования меди и никеля в ялоридны. Переход в раствор примеси электроположительного металла, находящейся в аноде, мажет быть осуществлен за счет окисления его ионами высшей валентности электроотрицательного металла, присутствующими в растворе.
 

При электролитическом рафинировании меди, свинца, а также электролитическом получении меди из руд ванны располагают в серии сдвоенных блоков, которые на время обработки ванны выключают.
 

При электролитическом рафинировании меди применяют главным образом сернокислый электролит. Он менее летуч, чем солянокислый, азотнокислый и др. В течение электролиза облегчается освобождение электролита от наиболее вредных примесей ( iBi, Sb, As), повышается извлечение благородных металлов ( особенно Ag), наблюдается меньшая поляризация на катоде.
 

При электролитическом рафинировании меди применяют электролит, содержащий в 1 л 30 — 45 г меди в виде сульфата и около 200 г свободной серной кислоты. Помимо этого, в электролите присутствуют примеси NiSO4, FeSO4, As2O3, ZnSO4) CaSO4 и др. В связи с накоплением этих примесей и переходом в раствор меди часть электролита должна выводиться из процесса.
 

При электролитическом рафинировании меди на медеэлектролитных заводах сульфат никеля также получают в качестве побочного продукта. При электролитическом растворении медных анодов и осаждении меди на катоде электролитом служит раствор медного купороса ( стр. При рафинировании меди некоторые содержащиеся в ней примеси почти полностью переходят в раствор, другие — в шлам, а третьи — частично в шлам, частично в раствор. Полностью переходят в раствор металлы, более электроположительные, чем медь. К ним относятся никель, цинк и железо. Эти металлы не осаждаются на катоде и постепенно накапливаются в растворе, что приводит к уменьшению растворимости сульфата меди и к ухудшению условий электролиза. Для поддержания в электролите минимальной концентрации примесей часть раствора периодически выводят из цикла электролиза и взамен добавляют к электролиту серную кислоту. Выведенный раствор подвергают регенерации.
 

При электролитическом рафинировании меди использованы два метода электрического питания ванн: постоянным и реверсивным токами.
 

При электролитическом рафинировании меди на медеэлектро-литных заводах сульфат никеля также получают в качестве побочного продукта.
 

При электролитическом рафинировании меди удельный расход электроэнергии вообще невелик ( см. § 42), кроме того, в связи с огромным строительством тепло — и особенно гидроэлектростанций в СССР количество электроэнергии увеличивается и стоимость ее снижается.
 

Удаление меди из свинца (обезмеживание)

Рафинирование проводят в две стадии: грубое — ликвацией, удаляя медь до 0,1 %, и тонкое — вмешиванием серы — до 0,002% меди.

Грубое рафинирование основано на снижении растворимости меди при охлаждении свинца. Эвтектика, затвердевающая при 326° С, содержит всего 0,06% меди. Кристаллы меди всплывают на поверхность и образуют корку. С охлаждением вязкость свинца увеличивается и он все больше захватывается всплывающими кристаллами. При температуре ниже 400° С в съемах более 95% свинца, остальное — медь, мышьяк, сурьма, висмут, серебро и золото. Ценные примеси невыгодно выводить из производства в малоконцентрированном виде, поэтому сначала, при500° Сснимают сухие съемы, в которых меди 25%, а потом при340° С — «жирные». 

Рис. 2. Котел для рафинирования свинца:

1 — двигатель и редуктор; 2 —мешалка; 3 — стальное опорное кольцо; 4 — рабочая площадка; 5 — кирпичная кладка; б —донные опоры; 7 — топка

Последние получили название по внешнему виду, они поступают в оборот — присоединяются к очередной партии металла перед его рафинированием. Чтобы быстрее охладить свинец после удаления сухих съемов, его перекачивают в другой котел. В результате грубого рафинирования содержание меди снижается до 0,1%.

Тонкое рафинирование интересно как пример использования различия скоростей прямой и обратной реакции, протекающей по уравнению:

2Cu + PbS⇄ Pb + Cu₂S

При температуре 340° С в свинец вмешивают элементарную серу, ее забрасывают в воронку на поверхности металла, образуемую вращающейся мешалкой. Более высокая температура нежелательна из-за испарения реагента, а нижний предел ее ограничен затвердеванием свинца. Растворяясь в металле, сера тотчас образует PbS, вступающий в реакцию. Нерастворимый сульфид меди всплывает на поверхность. После трех добавок всвинце остается 0,005%, а после пяти 0,002% меди. Вмешиванием суммарного количества серы (около 1 % от массы свинца) водин прием получаются значительно худшие результаты: растворимость PbS в свинце мала, часть его, не вошедшая в реакцию, кристаллизуется и оказывается бесполезной.

Невозможность протекания реакции при температуре ниже 300° С; помимо затвердевания свинца, объясняется еще и уменьшением сродства меди к сере. Близ этой температуры графики пересекаются, а около 340° С убыль изобарного потенциала реакции всего около —8,38 кДж, что соответствует величине К=5,19. Предположив достижение равновесия жидкого Сплава с двумя твердыми сульфидами, можно считать активности их в свинце постоянными и включить в К,

Практические результаты не подтверждают расчета, меди остается очень мало из-за весьма медленного взаимодействия кристаллов Cu₂S с металлом, которым они не смачиваются. По той же причине элементарную серу нельзя заменить кристаллическим галенитом. Реакция не достигает равновесия.

Сухие съемы можно перерабатывать разными способами плавки на штейн с получением чернового свинца и,оборотного шлака, всегда это довольно сложный дополнительный передел.

Разработан и успешно внедрен в производство иной способ грубого обезмеживания, позволяющий перевести медь в штейн прямо из чернового свинца.

Грубое обезмеживание с получением штейна также включает реакцию; однако при более высокой температуре, позволяющей вместо серы применять сульфид свинца, — богатый свинцовый концентрат. Черновой свинец заливают в электрическую или газовую печь, где ванна металла глубиной 1,8 м внизу нагрета дс 800—900, а вверху только до 450° С. На поверхность жидкого металла загружают свинцовый концентрат и кальцинированную (безводную) соду соответственно 8 и 1,5% (по массе). Медь связывается в сульфид, сода образует сернистый натрий и сульфат натрия:

4Na₂CО₃ + 4PbS = 3Na₂S + Na₂SО₄ + 4Pb + 4CO₂

Соли и сернистая медь сплавляются в штейн, всплывающий наповерхность ванны, в нем 15% свинца и 50% меди. В свинце остается до 0,4% меди, он поступает на тонкое обезмеживание серой, как описано выше.

Статья на тему Рафинирование свинца

ЧТО ТАКОЕ МЕДЬ ПОЛУЧЕНИЕ

Это многоступенчатый процесс. В первую очередь руду дробят, а затем подвергают флотации. Во флотационных машинах измельченная руда смешивается с водой, в которую заранее введены специальные добавки — флотоагенты. Сюда же подается воздух. Образуется пенящаяся пульпа. Зерна минералов, содержащие металлы плохо смачиваемые водой, прилипают к пузырькам воздуха и всплывают на поверхность, а пустая порода оседает на дно.

Умелым подбором реагентов можно еще при флотации частично отделить собственно медную руду от соединений других металлов. Так, добавка цианидов и цинкового купороса уменьшает флотируемость (от английского float — «плавать»)  сернистого  цинка — частого   спутника меди в сульфидных рудах. Добавка извести позволяет «утопить» часть железосодержащего пирита. Сульфиды железа присутствуют в большинстве медных руд.

В результате флотационного обогащения получается концентрат, который поступает в медеплавильные печи.

Наиболее распространены сейчас отражательные печи, Это крупные горизонтальные агрегаты, занимающие большую площадь. Шихту загружают в печь, на откосы, идущие вдоль ее боковых стен. Газообразное, жидкое или пылевидное топливо подается не в шихту, а в пространство над ней, и тепло, образующееся при сгорании, как бы отражается от стен печи; температура в отражательной печи около 1200° С.

При плавке здесь образуется не медь, а так называемый штейн, состоящий в основном из трех элементов — меди, железа и серы.

Естественно, образуется и шлак. Расплавы штейна и шлака не смешиваются, более легкий шлак плавает на поверхности штейна.

Кварцевый флюс вводится в состав шихты для того, чтобы уменьшить содержание железа в штейне. Окисленное железо сплавляется с кварцем и частично переходит в шлак. Кроме того, чтобы увеличить содержание в штейне меди, концентрат предварительно подвергают окислительному обжигу.

Но несмотря на все ухищрения, количество меди в штейне редко превышает 30%. Поэтому следующая стадия производства — превращение штейна в черновую медь. Этот процесс происходит в конвертерах наподобие бессемеровских, похожих, правда, не на грушу, а на бочонок, уложенный на бок. Поскольку количество примесей, которые надо выжечь в конвертере, очень велико, процесс идет долго; шлак, образующийся при этом, приходится неоднократно сливать.

Подогревать конвертер не нужно: штейн в него заливается в расплавленном состоянии, а реакции окисления железа и серы сопровождаются выделением больших количеств тепла. Поэтому в конвертер подаются лишь воздух и  через горловину — измельченный кварц.

Сначала выжигается железо. Как металл менее благородный, оно окисляется кислородом воздуха раньше, чем медь. Его окислы реагируют с кварцем, и образуется шлак — силикаты железа. Затем начинается окисление связанной с медью серы.

Температура в конвертере все время находится примерно на одном уровне —около 1200° С. Продувку конвертера воздухом прекращают, когда в нем остается так называемая черновая медь, содержащая 98—99% основного металла; остальное приходится главным образом на железо, серу, никель, мышьяк, сурьму, серебро и золото.

Примеси металлов

Мышьяк, сурьма, сера и железо — примеси вредные

Они отрицательно влияют на самое важное свойство меди — электропроводность. Их необходимо удалить

А золото, серебро и дефицитный никель слишком ценны сами по себе. Поэтому черновую медь подвергают рафинированию — огневому и электролитическому. Первая в России электролитическая медь была получена в конце 80-х годов прошлого века.

В ванну с электролитом помещается катод — тонкий лист из чистой меди. Анодом служит толстая литая плита из черновой меди. Анод растворяется в электролите, и ионы меди разряжаются на катоде. В электролите содержится серная кислота, которая переводит в раствор такие примеси, как никель, железо, цинк.

Но так как в ряду напряжений они расположены значительно левее меди, на катоде они не осаждаются — остаются в растворе. А золото, серебро и теллур в раствор не переходят и при разрушении анода осаждаются на дно ванны в виде шлама. Знаменательно, что все затраты на рафинирование обычно окупаются извлеченными из черновой меди драгоценными металлами. В рафинированной меди сумма примесей не превышает o,1%.

Статья на тему медь получение