Медь - один из важнейших металлов, относится к I – й группе Периодической системы; порядковый номер 29; атомная масса – 63,546; плотность – 8,92 г/см 3 . температура плавления – 1083 °С; температура кипения – 2595 °С. По электро­проводности она несколько уступает лишь серебру и является главным проводниковым материалом в элект­ро- и радиотехнике, потребляющих 40…50 % всей меди. Почти во всех областях машиностроения используются медные сплавы - латуни и бронзы. Медь как легирую­щий элемент входит в состав многих алюминиевых и других сплавов.

Мировое производство меди в капиталистических странах около 6-7 млн. т, в том числе вторичной меди около 2 млн. т. В СССР выплавка меди за каждое пя­тилетие увеличивался на 30…40 %.

Медные руды. Медь встречается в природе главным образом в виде сернистых соединений CuS (ковеллин), Cu 2 S (халькозин) в со­ставе сульфидных руд (85…95 % запасов), реже в виде окисных соединений Сu 2 О (куприт), углекислых соединений СuСО 3 · Сu(ОН) 2 - малахит 2СuСО 3 · Сu(ОН) 2 - азурит и само­родной металлической меди (очень редко). Окисные и углекислые соединения трудно поддаются обогащению и перерабатываются гидрометаллургическим способом.

Наибольшее промышленное значение в СССР имеют сульфидные руды, из которых получают около 80 % всей меди. Самыми распространенными сульфидными рудами являются медный колчедан, медный блеск и др.

Все медные руды являются бедными и обычно содер­жат 1…2 %, иногда меньше 1 % меди. Пустая порода, как правило, состоит из песчаников, глины, известняка, сульфидов железа и т. п. Многие руды являются ком­плексными - полиметаллическими и содержат, кроме меди, никель, цинк, свинец и другие ценные элементы в виде окислов и соединений.

Примерно 90 % первичной меди получают пирометаллургическим способом; около 10 %-гидрометаллур­гическим способом.

Гидрометаллургический способ состоит в извлечении меди путем ее выщелачивания (например, слабыми рас­творами серной кислоты) и последующего выделения металлической меди из раствора. Этот способ, применя­емый для переработки бедных окисленных руд, не по­лучил широкого распространения в нашей промышлен­ности.

Пирометаллургический способ состоит в получении меди путем ее выплавки из медных руд. Он включает обогащение руды, ее обжиг, плавку на полупродукт - штейн, выплавку из штейна черной меди, ее рафиниро­вание, т. е. очистку от примесей (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Упрощенная схема пирометаллургического производства меди

Наиболее широко для обогащения медных руд при­меняется метод флотации. Флотация основана на раз­личном смачивании водой металлсодержащих частиц и частиц пустой породы (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Схема флотации:

а – принципиальная схема механической флотационной машины (вариант);

б – схема всплывания частиц; 1 – мешалка с лопастями; 2 – перегородка;

3 – схема минерализованной пены; 4 – отверстие для удаления хвосты

(пустой породы); I – зона перемешивания и аэрации.

Обогащение медных руд . Бедные медные руды под­вергают обогащению для получения концентрата, содер­жащего 10…35 % меди. При обогащении комплексных руд возможно извлечение из них и других ценных эле­ментов.

В ванну флотационной машины подают пульпу - суспензию из воды, тонкоизмельченной руды (0,05…0,5 мм) и специальных реагентов, образующих на поверхности металлсодержащих частиц пленки, не сма­чиваемые водой. В результате энергичного перемеши­вания и аэрации вокруг этих частиц возникают пузырь­ки воздуха. Они всплывают, извлекая с собой металл­содержащие частицы, и образуют на поверхности ванны слой пены. Частицы пустой породы, смачиваемые водой, не всплывают и оседают на дно ванны.

Из пены фильтруют частицы руды, сушат их и полу­чают рудный концентрат, содержащий 10…35 % меди. При переработке комплексных руд применяют селектив­ную флотацию, последовательно выделяя металлсодер­жащие частицы различных металлов. Для этого подби­рают соответствующие флотационные реагенты.

Обжиг. Рудные концентраты, достаточно богатые медью, плавят на штейн «сырыми» - без предваритель­ного обжига, что снижает потери меди (в шлаке - при плавке, унос - с пылью при обжиге); основной недоста­ток: при плавке сырых концентратов не утилизируется сернистый газ SO 2 , загрязняющий атмосферу. При об­жиге более бедных концентратов удаляется избыток се­ры в виде SO 2 , который используется для производства серной кислоты. При плавке получают достаточно богатый медью штейн, произво­дительность плавильных пе­чей увеличивается в 1,5…2 раза.

Обжиг производят в вер­тикальных многоподовых цилиндрических печах (диа­метр 6,5…7,5 м, высота 9…11 м), в которых измельчен­ные материалы постепенно перемещаются механически­ми гребками с верхнего пер­вого пода на второй - ниже расположенный, затем на третий и т. д. Необходимая температура (850 °С) обес­печивается в результате го­рения серы (CuS, Cu 2 S и др.). Образующийся сернистый газ SO 2 направляется для производства серной кислоты.

Производительность печей невысокая - до 300 т ших­ты в сутки, безвозвратный унос меди с пылью около 0,5 %.

Новым, прогрессивным способом является обжиг в кипящем слое (рис. 2.3).

Сущность этого способа состо­ит в том, что мелкоизмельченные частицы сульфидов окисляются при 600…700 °С кислородом воздуха, посту­пающего через отверстия в подине печи. Под давлением воздуха частицы обжигаемого материала находятся во взвешенном состоянии, совершая непрерывное движение и образуя «кипящий» («псевдоожиженный») слой. Обожженный материал «переливается» через порог пе­чи. Отходящие сернистые газы очищают от пыли и на­правляют в сернокислотное производство. При таком обжиге резко повышается интенсивность окисления; производительность в несколько раз больше, чем в много­подовых печах.

Плавка на штейн . Плавку на штейн концентрата наиболее часто проводят в пламенных печах, работаю­щих на пылевидном, жидком или газообразном топливе. Такие печи имеют длину до 40 м, ширину до 10 м, пло­щадь подины до 250 м 2 и вмещают 100 т и более пере­плавляемых материалов. В рабочем пространстве печей развивается температура 1500…1600 °С.

При плавке на подине печи постепенно скапливается расплавленный штейн - сплав, состоящий в основном из сульфида меди Cu 2 S и сульфида железа FeS. Он обычно содержит 20…60 % Сu, 10…60 % Fe и 20…25 % S. В расплавленном состоянии (t Пл -950…1050 °C) штейн поступает на переработку в черновую медь.

Плавку концентратов производят также в электропечах, в шахт­ных печах и другими способами. Технически совершенная плавка в электропечах (ток проходит между электродами в слое шлака) на­шла ограниченное применение из-за большого расхода электроэнергии. Медные кусковые руды с повышенным содержанием меди и серы часто подвергают медносерной плавке в вертикальных шахтных пе­чах с воздушным дутьем. Шихта состоит из руды (или брикетов), кокса и других материалов. Выплавляемый бедный штейн с 8…15 % Сu обогащают повторной плавкой до 25…4 % Сu, удаляя избыток железа. Эта плавка экономически выгодна, так как из печных газов улавливают до 90 % элементарной серы руды.

Черновую медь вы­плавляют путем продув­ки расплавленного штей­на воздухом в горизон­тальных цилиндрических конверторах (рис. 2.4) с основной футеровкой (магнезит) с массой плавки до 100 т. Конвер­тор установлен на опор­ных роликах и может по­ворачиваться в требуемое положение. Воздушное дутье подается через 40- 50 фурм, расположенных вдоль конвертора.

Через горловину конвертора заливают рас­плавленный штейн. При этом конвертор поворачивают так, чтобы не были залиты воздушные фурмы. На поверхность штейна через горловину или специальное пневматическое устройство загружают песок - флюс для ошлакования окислов железа, образующихся при про­дувке. Затем включают воздушное дутье и поворачивают конвертор в рабочее положение, когда фурмы находятся ниже уровня расплава. Плотность штейна (5г/см 3) зна­чительно меньше удельного веса меди (8,9 г/см 3). Поэто­му в процессе плавки штейн доливают несколько раз: пока не будет использована вся емкость конвертора, рассчитанная на выплавляемую медь. Продувка воздухом продолжается до 30 ч. Процесс выплавки черновой меди из штейна делится на два периода.

В первом периоде происходит окисление FeS кис­лородом воздушного дутья по реакции

2FeS + ЗО 2 = 2FeO + 2SO 2 + Q.

Образующаяся закись железа FeO ошлаковывается кремнеземом SiO 2 флюса:

2FeO + SiO 2 = SiO 2 ∙2FeO + Q.

По мере необходимости образующийся железистый шлак сливают через горловину (поворачивая конвер­тор), доливают новые порции штейна, загружают флюс и продолжают продувку. К концу первого периода же­лезо удаляется почти полностью. Штейн состоит в ос­новном из Cu 2 S и содержит до 80 % меди.

Шлак содержит до 3 % Сu и его используют при плав­ке на штейн.

Во втором периоде создаются благоприятные усло­вия для протекания реакций

2Cu 2 S + ЗО 2 = 2Cu 2 O + 2SO 2 +Q;

Cu 2 S + 2Cu 2 O = 6Cu + SO 2 - Q,

приводящих к восстановлению меди.

В результате плавки в конверторе получается черно­вая медь. Она содержит 1,5…2 % примесей (железа, ни­келя, свинца и др.) и не может быть использована для технических надобностей. Плавку меди выпускают из конвертора через горловину, разливают на разливочных машинах в слитки (штыки) или плиты и направляют на рафинирование.

Рафинирование меди - ее очистку от примесей - проводят огневым и электролитическим способом.

Огневое рафинирование ведут в пламенных печах емкостью до 400 т. Его сущность состоит в том, что цинк, олово и другие примеси легче окисляются, чем са­ма медь, и могут быть удалены из нее в виде окислов. Процесс рафинирования состоит из двух периодов - окислительного и восстановительного.

В окислительном периоде примеси частично окисляются уже при расплавлении меди. После полного расплавления для ускорения окисления медь продувают воздухом, подавая его через погруженные в жидкий ме­талл стальные трубки. Окислы некоторых примесей (SbO 2 , PbO, ZnO и др.) легко возгоняются и удаляются с печными газами. Другая часть примесей образует окис­лы, переходящие в шлак (FeO, Аl 2 О з, Si0 2). Золото и серебро не окисляются и остаются растворенными в меди.

В этот период плавки происходит также и окисление меди по реакции 4Cu+O 2 =2Cu 2 O.

Задачей восстановительного периода являет­ся раскисление меди, т. е. восстановление Сu 2 0, а так­же дегазация металла. Для его проведения окислитель­ный шлак полностью удаляют. На поверхность ванны насыпают слой древесного угля, что предохраняет ме­талл от окисления. Затем проводят так называемое дразнение меди. В расплавленный металл погружают сначала сырые, а затем сухие жерди (шесты). В результате су­хой перегонки древесины выделяются пары воды и га­зообразные углеводороды, они энергично перемешивают металл, способствуя удалению растворенных в нем газов (дразнение на плотность).

Газообразные углеводороды раскисляют медь, на­пример, по реакции 4Cu 2 O+CH 4 =8Cu+CO 2 +2H 2 O (дразнение на ковкость). Рафинированная медь содер­жит 0,3…0,6 % Sb и других вредных примесей, иногда до 0,1 % (Au+Ag).

Готовую медь выпускают из печи и разливают в слитки для прокатки или в анодные пластины для последующего электролитического рафинирования. Чистота меди после огневого рафинирования составляет 99,5 … 99,7 %.

Электролитическое рафинирование обеспечивает по­лучение наиболее чистой, высококачественной меди. Электролиз проводят в ваннах из железобетона и дере­ва, внутри футерованных листовым свинцом или винипластом. Электролитом служит раствор сернокислой ме­ди (CuSO 4) и серной кислоты, нагретый до 60…65 °С, Анодами являются пластины размером 1х1 м толщиной 40…50 мм, отлитые из рафинируемой меди. В качестве катодов используют тонкие листы (0,5…0,7 мм), изго­товленные из электролитической меди.

Аноды и катоды располагают в ванне попеременно; в одной ванне помещают до 50 анодов. Электролиз ве­дут при напряжении 2…3 В и плотности тока 100… 150 А/м 2 .

При пропускании постоянного тока аноды постепенно растворяются, медь переходит в раствор в виде ка­тионов Си 2+ . На катодах происходит разрядка катионов Cu 2+ +2e → Cu и выделяется металлическая медь.

Анодные пластины растворяются за 20…30 суток. Катоды наращивают в течение 10…15 суток до массы 70…140 кг, а затем извлекают из ванны и заменяют но­выми.

При электролизе на катоде выделяется и растворяет­ся в меди водород, вызывающий охрупчивание металла. В дальнейшем катодную медь переплавляют в плавиль­ных печах и разливают в слитки для получения листов, проволоки и т. п. При этом удаляется водород. Расход электроэнергии на 1 т катодной меди составляет 200…400 кВт · ч. Электролитическая медь имеет чистоту 99,95 %. Часть примесей оседает на дне ванны в виде шлама, из которого извлекают золото, серебро и некото­рые другие металлы.

1.1 Производство меди

2. Разработка технологического процесса получения отливки методом литья в разовые литейные формы

2.1 Для детали необходимо получить заготовку методом литья в разовую песчано-глинистую форму

2.2 Разработка чертежа модельно литейных указаний

2.3 Разработка чертежа модели, стержня и стержневого ящика

3. Разработать технологический процесс получения поковки

3.1 Исходные данные

3.2 Определение припусков и разработка чертежа поковки

3.3 Определение массы, размеров и вида исходной заготовки

3.4 Определение технико-экономических показателей разработанной поковки

3.5 Определить температурный режим ковки и тип нагревательного устройства

3.6. Выбор оборудования для формообразования поковки

3.7. Разработка технологической схемы формообразования поковки

3.8. Устройство камерной печи

3.9. Основные операции ковки и применяемые инструменты

3.10. борудование для ковки

4. Исходные данные

4.1 Технологические методы обработки поверхностей 1, 2, 3, применяемое оборудование, режущий инструмент и приспособления для закрепления заготовки

4.2 Схема обработки поверхности 1

4.3 Расчёт режимов резания для обработки поверхности 2

4.4 Эскиз режущего инструмента, применяемого при обработке поверхности

1. Металлургическое производство

1.1 Производство меди

Медь в промышленной классификации металлов образует совместно со свинцом, цинком и оловом группу основных тяжелых цветных металлов. К этой же группе под названием младшие (малые) относятся также висмут, сурьма, ртуть, кадмий, кобальт и мышьяк.

История развития металлургии меди. Медь относится к числу восьми (Cu, Au, Ag, Sn, Pb, Hg, Fe, и Sb) известных с древнейших времен металлов. Использованию меди способствовало то, что медь встречается в свободном состоянии в виде самородков. Масса наиболее крупного из известных самородков меди составляла около 800 т. Поскольку кислородные соединения меди легко восстанавливаются, а металлическая медь имеет сравнительно невысокую температуру плавления (1083 °С), древние мастера научились плавить медь. Вероятнее всего это произошло в процессе добычи самородной меди на рудниках.

Научились также выплавлять медь из богатых, отобранных вручную окисленных руд. Вначале плавку проводили, загружая на раскаленные угли куски руды. Затем стали делать кучи, складывая послойно дрова и руду. Позднее слон дров и руды начали помещать в ямы, подавая воздух для горения топлива по деревянным трубкам, заложенным в борта ямы. Полученный в яме слиток (крицу) меди по окончании плавки вынимали и проковывали.

По мере роста потребности в металле возникла необходимость увеличить выплавку меди за счет увеличения производительности плавильных устройств. Для этого начали увеличивать объем ям, выкладывая их борта из камня, а затем и из огнеупорного кирпича. Высоту стен постепенно увеличивали, что привело к появлению первых металлургических печей с вертикальным рабочим пространством. Такие печи являлись прототипом шахтных печей; они получили название домниц. Домницы в отличие от ям выдавали медь и получающийся шлак в жидком виде.

Роль меди в становлении человеческого общества и развитии его материальной культуры исключительно велика, недаром целые исторические эпохи развития человечества получили название "медный век" и "бронзовый век".

Изделия меди и бронзы были найдены при археологических раскопках в Египте, Малой Азии, Палестине, Мессопотамии и в Центральной Европе.

В глубокую древность уходит начало производства меди и на территории нашей страны. Искусными металлургами были скифы. Получило развитие производство меди в государстве Урарту на территории современной Армении. Оно снабжало медью Ассирию, Вавилон и древнюю Персию.

Кустарное производство меди было широко распространено в Киевской Руси и Великом Новгороде (по реке Цильме).

Первый медеплавильный завод на территории княжеской Руси был построен в 1640 г. стольником Стрешневым у Пыскорского монастыря в районе г. Соликамска. Упоминается также о постройке в 1669 г. медного завода в Олонецкой губернии.

Большое развитие медная промышленность России получила в начале XVIII в. По инициативе Петра Первого, который всячески поощрял развитие горного дела, в те времена на Урале было построено 29 медеплавильных заводов. Частным предпринимателям (Демидовы, Строгановы) для постройки горнопромышленных предприятий выдавали денежные средства, выделяли огромные участки земли. Наряду с частными строились также и казенные заводы. Многие из них по тому времени имели передовую технику, в частности широко использовали водяной привод. Россия заняла в XVIII в. первое место в мире по производству меди. Поставляемая во многие страны медь отличалась высоким качеством.

В XIX в. и начале XX в. Россия постепенно утратила свое ведущее положение по производству меди. Многие рудники и предприятия были отданы в концессии иностранным фирмам. Даже мизерные потребности в меди отсталой царской России удовлетворялись примерно на 70%. Во время первой мировой, а затем гражданской войн медная промышленность пришла в полный упадок. Рудники были затоплены, заводы остановлены и частично разрушены.

Высокими темпами развивается в последние годы медная промышленность в ряде капиталистических и развивающихся стран. Добыча и переработка медных руд осуществляется фактически на всех континентах земного шара.

После окончания второй мировой войны стала очень бурно развиваться медная промышленность Японии и ФРГ, несмотря на то, что эти страны практически не имеют собственных запасов сырья. Япония, производившая до войны всего 80 тыс. т меди, увеличила выпуск рафинированной меди более чем до 1 млн. т и заняла второе место в капиталистическом мире. Необходимость увеличения собственного производства меди в этой стране диктуется общими задачами развития промышленности и является ярким подтверждением роли меди в современном техническом прогрессе.

Физико-химические свойства меди и области её применения. В Периодической системе элементов Д.И. Менделеева медь расположена в I группе. Как элемент I группы медь при высоких температурах преимущественно одновалентна, однако ее наиболее распространенным в природе и более устойчивым при низких температурах является двухвалентное состояние.

Ниже приведены важнейшие физико-химические свойства меди:

Порядковый номер 29

Атомная масса 63,546

Конфигурация электронной оболочки 3d№є4s№

Потенциал ионизации, эВ:

Первый 7,72

Второй 20,29

Третий 36,83

Ионный радиус, м 10ˉ№є 0,80

Температура плавления, єC 1083

Температура кипения, єC 2310

Плотность, кг/мі:

При 20 єC 8940

В жидком состоянии 7960

Скрытая теплота плавления, кДж/кг 213,7

Давление пара, Па (1080єC) 0,113

Удельная теплоёмкость при 20 єC, кДж/ (кг град) 0,3808

Теплопроводность при 20 єC, Дж/ (см · с · град) 3,846

Удельное электрическое сопротивление при 18 єC,

Ом · м · 10ˉ№є 1,78

Нормальный потенциал, В +0,34

Электрохимический эквивалент, г/ (А · ч) 1,186

Медь является мягким, вязким и ковким металлом красного цвета, легко прокатывающимся в тонкие листы. По электропроводности она уступает только серебру.

В химическом отношении медь - малоактивный металл, хотя и соединяется непосредственно с кислородом, серой, галогенами и некоторыми другими элементами.

При обычной температуре сухой воздух и влага в отдельности не действуют на медь, но во влажном воздухе, содержащем СО 2 , медь покрывается защитной зеленой пленкой основного карбоната , являющегося ядовитым веществом.

В ряду напряжений медь располагается правее водорода - её нормальный потенциал равен +0,34 В. Поэтому в растворах таких кислот, как соляная и серная, в отсутствие окислителя медь не растворяется. Однако в присутствии окислителя и в кислотах, одновременно являющихся окислителями (например, азотная или горячая концентрированная серная), медь растворяется легко.

В присутствии кислорода и при нагревании медь хорошо растворяется в аммиаке, образуя устойчивые комплексные соединения

Cu (NH 3) C0 3 и Сu 2 (МН 3) 4 СОз.

При температурах красного каления медь окисляется с образованием оксида СuО, который при 1000-1100°С полностью диссоциирует по реакции: 4СuО= 2Cu2O + О 2 .

Оба оксида меди легко восстанавливаются при температуре около 450 °С и малой концентрации восстановителя.

С серой медь может образовывать два сульфида: сернистую (CuS) и полусернистую (Cu 2 S) медь. Сернистая медь устойчива лишь при температурах ниже 507 °С. При более высоких температурах она разлагается на полусернистую медь и элементарную серу:

4CuS=Cu2S + S 2 .

Таким образом, при температурах пирометаллургических процессов из оксидов и сульфидов фактически могут существовать только Си 2 О и Cu 2 S, в которых медь одновалентна.

Медь и ее сульфид являются хорошими коллекторами (растворителями) золота и серебра, что делает возможным высокое попутное извлечение благородных металлов при производстве меди.

Кроме благородных металлов, медь способна сплавляться со многими другими металлами, образуя многочисленные сплавы.

Ниже приводится приблизительный состав некоторых сплавовна основе меди,%*: бронза (обычная) - 90 Си, 10 Sn; латунь (обычная) - 70 Сu, 30 Zn; мельхиор - 68 Сu, 30 Ni, IMn, IFe; нейзильбер - 65 Сu,20 Zn, 15 Ni; константан - 59 Сu, 40 Ni, IMn. Для изготовления украшений пригоден золотистый сплав, содержащий,%: 85 Сu, 12 Zn, 2 Sn.

Перечисленные выше характерные свойства меди обусловливают многочисленные области ее применения. Основными потребителями меди и ее соединений являются:

1) электротехника и электроника (провода, кабели, обмотки электродвигателей, токопроводящие шины, детали радиоэлектронных приборов, печатные схемы и др.);

2) машиностроение (теплообменники, опреснительные установки и др.);

Для получения меди применяют медные руды, а также отходы меди и её сплавы. В рудах содержится 1 – 6% меди. Руду, содержащую меньше 0,5% меди, не перерабатывают, так как при современном уровне техники извлечение из неё меди нерентабельно.

В рудах медь находится в виде сернистых соединений (CuFeS 2 – халько-пирит, Cu 2 S – халькозин, CuS – ковелин), оксидов (CuO, CuO) и гидрокарбонатов

Пустая порода руд состоит из пирита (FeS 2), кварца (SiO 2), различных соединений содержащих Al 2 O 3 , MgO, CaO, и оксидов железа.

В рудах иногда содержится значительные количества других металлов (цинк, золото, серебро и другие).

Известны два способа получения меди из руд:

• гидрометаллургический;
• пирометаллургический.

Гидрометаллургический не нашел своего широкого применения из-за невозможности извлекать попутно с медью драгоценные металлы.

Пирометаллургический способ пригоден для переработки всех руд и включает следующие операции:

• подготовка руд к плавке;
• плавка на штейн;
• конвертирование штейна;
• рафинирование меди.

Подготовка руд к плавке

Подготовка руд заключается в проведении обогащения и обжига. Обогащение медных руд проводят методом флотации. В результате получают медный концентрат, содержащий до 35% меди и до 50% серы. Концентраты обжигают обычно в печах кипящего слоя с целью снижения содержания серы до оптимальных значений. При обжиге происходит окисление серы при температуре 750 – 800 °С, часть серы удаляется с газами. В результате получают продукт, называемый огарком.

Плавку на штейн

Плавку на штейн ведут в отражательных или электрических печах при температуре 1250 – 1300 °С. В плавку поступают обожженные концентраты медных руд, в ходе нагревания которых протекают реакции восстановления оксида меди и высших оксидов железа

6CuO + FeS = 3Cu 2 O + FeO + SO 2

FeS + 3Fe 3 O 4 + 5SiO 2 = 5(2FeO·SiO 2) + SO 2

В результате взаимодействия Cu 2 O с FeS образуется Cu 2 S по реакции:

Cu 2 O + FeS = Cu 2 S + FeO

Сульфиды меди и железа, сплавляясь между собой, образуют штейн, а расплавленные силикаты железа, растворяя другие оксиды, образуют шлак. Штейн содержит 15 – 55% Cu; 15 – 50% Fe; 20 – 30% S. Шлак состоит в основном из SiO 2 , FeO, CaO, Al 2 O 3 .

Штейн и шлак выпускают по мере их накопления через специальные отверстия.

Конвертирование штейна

Конвертирование штейна осуществляется в медеплавильных конвертерах (рисунок 44) путем продувки его воздухом для окисления сернистого железа, перевода железа в шлак и выделения черновой меди.

Конвертеры имеют длину 6 – 10 м и наружный диаметр 3 – 4 м. Заливку расплавленного штейна, слив продуктов плавки и удаление газов осуществляют через горловину, расположенную в средней части корпуса конвертера. Для продувки штейна подается сжатый воздух через фурмы, расположенные по образующей конвертера. В одной из торцевых стенок конвертера расположено отверстие, через которое проводится пневматическая загрузка кварцевого флюса, необходимого для удаления железа в шлак.
Процесс продувки ведут в два периода. В первый период в конвертер заливают штейн и подают кварцевый флюс. В этом периоде протекают реакции окисления сульфидов

2FeS + 3O 2 = 2Fe + 2SO2,

2Cu 2 S + 3O 2 = 2Cu 2 O + 2SO 2

Образующаяся закись железа взаимодействует с кварцевым флюсом и удаляется в шлак

2FeO + SiO 2 = (FeO) 2 ·SiO 2

По мере накопления шлака его частично сливают и заливают в конвертер новую порцию исходного штейна, поддерживая определенный уровень штейна в конвертере. Во втором периоде закись меди взаимодействует с сульфидом меди, образуя металлическую медь

2Cu 2 O + Cu 2 S = 6Cu + SO 2

Таким образом, в результате продувки получают черновую медь, содержащую 98,4 – 99,4% Cu. Полученную черновую медь разливают в плоские изложницы на ленточной разливочной машине.

Рафинирование меди.

Для получения меди необходимой чистоты черновую медь подвергают огневому и электролитическому рафинированию. При этом, помимо удаления примесей можно извлекать также благородные металлы.

При огневом рафинировании черновую медь загружают в пламенную печь и расплавляют в окислительной атмосфере. В этих условиях из меди удаляются в шлак те примеси, которые обладают большим сродством к кислороду, чем медь.

Для ускорения процесса рафинирования в ванну с расплавленной медью подают сжатый воздух. Большинство примесей в виде оксидов переходят в шлак (Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2), а некоторые примеси при рафинировании удаляются с газами. Благородные металлы при огневом рафинировании полностью остаются в меди. Кроме благородных металлов в меди в небольших количествах присутствуют примеси сурьмы, селена, теллура, мышьяка. После огневого рафинирования получают медь чистотой 99 – 99,5%.
Для удаления этих примесей, а также для извлечения золота и серебра медь подвергают электролитическому рафинированию.

Электролиз ведут в специальных ваннах, футерованных внутри свинцом или другим защитным материалом. Аноды изготовляют из меди огневого рафинирования, а катоды – из тонких листов чистой меди. Электролитом служит раствор сернокислой меди. При пропускании постоянного тока анод растворяется и медь переходит в раствор. На катодах разряжаются ионы меди, осаждаясь на них прочным слоем чистой меди.

Находящиеся в меди примеси благородных металлов выпадают на дно ванны в виде остатка (шлама). После электролитического рафинирования получают медь чистотой 99,95 – 99,99%.

Медь является ценнейшим материалом во многих отраслях промышленности. Ее высокая электропроводность (электросопротивление меди составляет 1,7 КГ 6 Ом см, а, например, железа 9,8 КГ 6 Ом см) обусловливает ее широкое применение в электротехнике. Медь является основой таких сплавов, как латунь и бронза.

Медь отличается:

• высокой пластичностью;
• высокой электропроводностью;
• высокой теплопроводностью;
• малой окисляемостью.

По химическим свойствам медь близка к серебру и золоту, которые не окисляются на воздухе, поэтому относятся к благородным металлам. Медь окисляется слабо, поэтому ее называют полублагородным металлом.

Температура плавления меди 1083 °С, плотность при температуре 20 °С - 8900 кг/м 3 . В земной коре меди содержится всего 0,01 %, в то же время она не является рассеянным металлом и концентрируется в медных рудах (до 5 %).

Медные руды бывают двух видов: сульфидные (80 % всех мировых запасов) и окисленные. Содержание меди в промышленных рудах составляет в среднем от 1 до 3 %. Сначала руду подвергают обогащению, т. е. отделяют пустые породы: кварц, бо-рит, алюмосиликаты, кальцит. Обогащение выполняют методом флотации: к дробленой руде добавляют маслянистые вещества, которые покрывают крупинки сульфида меди пленкой, в результате они всплывают на поверхность воды во флотационной машине, а пустая порода осаждается на дно.

Из полученного сульфидно-медного концентрата выплавляют медь, используя пирометаллургический способ, при котором расплавляется вся масса материала. Медь концентрируется в сульфидном расплаве (штейне), а окислы образуют шлак. Штейн отделяют от шлака путем отстаивания.

На современных заводах плавку выполняют в отражательных или электрических печах. В отражательных печах рабочее пространство вытянуто в горизонтальном направлении; площадь подачи 300 м 2 и более. Необходимую для плавления теплоту получают сжиганием углеродистого топлива (газа, мазута, угольной пыли) в газовом пространстве над поверхностью ванны. В электрических печах через расплавленный шлак пропускают электрический ток (напряжение подводится через погруженные в шлак графитовые электроды).

Однако и отражательная, и электрическая плавки, основанные на использовании внешних источников теплоты, несовершенны. Сульфиды, составляющие основную массу медных концентратов, обладают высокой теплотворной способностью. Поэтому все чаще применяют такие методы плавки, в которых используется теплота сжигания сульфидов (окислитель - подогретый воздух, воздух, обогащенный кислородом, технический кислород). Мелкие, предварительно высушенные сульфидные концентраты вдувают струей кислорода или воздуха в раскаленную до высокой температуры печь. Частицы горят во взвешенном состоянии (кислородно-взвешенная плавка). Богатые кусковые сульфидные руды (2-3 % Си) с высоким содержанием серы (35-42 % 5) используются при плавке в шахтных печах (печи с вертикальным расположением рабочего пространства). При одном из видов шахтной плавки (медно-серная плавка) в шихту добавляют мелкий кокс, восстановляющий в верхних слоях печи Б0 2 до элементарной серы. При этом медь также концентрируется в штейне. Жидкий штейн (в основном Си 2 8 и Бе8) заливают в конвертер, который представляет собой цилиндрический резервуар из листовой стали, выложенный изнутри магнезитовым кирпичом. Конвертер имеет боковой ряд фурм для вдувания воздуха и устройство для поворота вокруг оси. Через слой штейна продувают сжатый воздух. Конвертирование штейнов имеет две стадии. Сначала окисляется сульфид железа, и для связывания окислов железа в конвертер добавляют кварц; образуется конвертерный шлак. Затем окисляется сульфид меди с образованием металлической меди (черновой) и 80 2 . Черновую медь разливают в формы. Слитки (а иногда расплавленную черновую медь) с целью извлечения ценных металлов (Аи, А§, 8е, Бе, Ей и др.) и удаления вредных примесей направляют на огневое рафинирование.

Огневое рафинирование производят в отражательных печах для удаления железа, серы и прочих примесей. Для этого черновую медь расплавляют, окисляют имеющиеся примеси, удаляют растворенные газы и раскисляют медь.

Другой способ рафинирования меди - электролитический. Для этого слитки черновой меди подвешивают в ванне с раствором медного купороса, подкисленным серной кислотой, они служат анодом. При пропускании тока аноды растворяются, а чистая медь откладывается на катодах - тонких медных листах, которые получают методом электролиза в специальных матричных ваннах. Полученную медь промывают водой и переплавляют. Благородные металлы, селен, теллур и другие спутники меди концентрируются в анодном шламе. Оттуда их извлекают специальной переработкой.

Широко используются и гидрометаллургические способы получения меди, как правило из бедных окисленных и самородных руд. Они основаны на избирательном растворении медьсодержащих минералов в слабых растворах Н 2 80 4 или аммиака. Из раствора медь осаждают химическим способом либо выделяют электролизом с нерастворимыми анодами.

1. Головной офис УГМК расположен в городе Верхняя Пышма, недалеко от Екатеринбурга.

2. Здесь же находится завод «Уралэлектромедь», с которого и началось создание холдинга.

Производство меди начинается с добычи сырья. Этим занимаются 9 предприятий минерально-сырьевого комплекса компании. Каждое из месторождений имеет свои особенности - на одном содержание меди в руде может быть 1,5%, а на другом - до 2,5%.

3. Гайский ГОК (горно-обогатительный комбинат)

Самое крупное предприятие сырьевого комплекса. Расположено в городе Гай Оренбургской области. Здесь сосредоточено более 70% запасов меди региона.

4. Руду здесь добывают как открытым способом, так и в подземном руднике.

5. Максимальная глубина нижних добычных горизонтов составит 1310 метров.

Это одно из немногих предприятий в России, ведущее добычу меди на столь большой глубине.

6. Буровой проходческий комплекс.

7. Ежегодно предприятие добывает порядка 8 млн тонн руды и производит 550 тысяч тонн медного концентрата (более 90 тысяч тонн меди).

8. Все добываемые руды перерабатываются на собственной обогатительной фабрике комбината.

Для обогащения руды нужно отделить минералы пустой породы от ценных минералов, затем отделить друг от друга минералы меди и цинка, а при необходимости и свинца, если его содержание в руде достаточно высоко.

9. На обогатительной фабрике из добытой руды производят концентраты. Медный концентрат отправляется на медеплавильные заводы, в частности на Медногорский медно-серный комбинат и Среднеуральский медеплавильный завод в Ревде, а цинковый концентрат - на цинковый завод в Челябинске и «Электроцинк» во Владикавказе.

10. Северный медно-цинковый рудник ОАО «Святогор». Находится на севере Свердловской области.

11. Здесь добывается медно-цинковая руда, которая после обработки на дробильно-сортировочном комплексе перевозится на обогатительную фабрику «Святогора», расположенную в городе Красноуральск.

12. В марте 2014 года завершена разработка открытым способом карьера Тарньерского месторождения.
Сейчас предприятие ведёт освоение Шемурского и начинает разработку Ново-Шемурского месторождения.

13. В связи с труднодоступностью рудника, добыча здесь осуществляется вахтовым методом.

14. Учалинский ГОК.

Расположен в Республике Башкортостан. Предприятие является самым крупным производителем цинкового концентрата в России.

15. Сибайский филиал Учалинского ГОКа.

Сибайский карьер - самый глубокий карьер в России и второй по глубине в мире. Его глубина составляла 504 метра, а диаметр - более двух километров.

16. Сейчас основная добыча ведется шахтным способом.

17. Для безопасности на руднике используется дистанционное управление ПДМ (погрузочно-доставочной машиной).

18. Медные и цинковые концентраты, произведенные на Учалинском ГОКе, в дальнейшем поступают на Среднеуральский медеплавильный завод, «Святогор», «Электроцинк», Челябинский цинковый завод.

19. «Башкирская медь».

Предприятие разрабатывает месторождение Юбилейное и специализируется на добыче и переработке медесодержащих руд. Медный концентрат отправляется на Среднеуральский медеплавильный завод, цинковый - на Челябинский цинковый завод.

20. В настоящее время завершается отработка месторождения Юбилейное открытым способом, в связи с этим на предприятии ведется строительство подземного рудника.

21. Запасы подземного рудника оцениваются специалистами в размере порядка 100 млн тонн, что обеспечит предприятие работой более чем на 30 лет.

22. На Хайбуллинской обогатительной фабрике установлено современное оборудование из Японии, Австралии, ЮАР, Италии, Финляндии и Германии.

Обогащение позволяет получить медный концентрат с содержанием меди до 20%, что почти в 13 раз выше, чем в руде. Степень обогащения по цинку ещё выше - в 35 и более раз, при этом массовая доля цинка в цинковом концентрате достигает 50–52%.

23. Бурибаевский ГОК.

Комбинат занимается добычей и обогащением медной руды, которая отправляется на Медногорский медно-серный комбинат. В июле 2015 года на ГОКе запустили ствол «Южный» глубиной 492 метра с выдачей на-гора первого вагона горной массы. Первую руду в стволе добудут в середине 2016 года. Строительство нового объекта позволит увеличить проектный срок работы предприятия до 2030 года.

24. «Сафьяновская медь».

Предприятие осуществляет освоение Сафьяновского медно-колчеданного месторождения, которое расположено в Свердловской области и занимает около 3% в общероссийской добыче медесодержащих руд.

25. За весь период эксплуатации карьера добыто 17,8 млн тонн руды и произведено более 39,7 млн м3 вскрышных работ.

На сегодняшний день его глубина составляет 185 метров (в перспективе увеличится до 265 метров).

26. Сейчас завершается отработка Сафьяновского месторождения открытым способом, предприятие переходит к подземной добыче руды.

27. В декабре 2014 года был сдан в эксплуатацию первый пусковой комплекс подземного рудника и получены первые тонны руды.

28. Предполагается, что добыча руды с глубоких горизонтов Сафьяновского месторождения будет вестись как минимум 25 лет.

29. Добытая руда поступает на дальнейшую переработку на обогатительную фабрику «Святогора», металлургического предприятия, расположенного в Свердловской области.

30. Урупский горно-обогатительный комбинат.

Осуществляет добычу и обогащение медно-колчеданной руды в предгорьях Северного Кавказа.

31. В настоящее время добыча руды ведется на глубине 523 метра.

32. Основным видом продукции предприятия является медный концентрат, из помимо меди, извлекается золото и серебро.

33. «Сибирь-Полиметаллы».

Предприятие расположено в городе Рубцовск Алтайского Края. Основной продукцией является медный и цинковый концентраты, которые поставляются на Среднеуральский медеплавильный завод и на Челябинский цинковый завод.

34. «Сибирь-Полиметаллы» было создано в 1998 году с целью возрождения добычи полиметаллических руд на территории Алтайского края.

35.

36. Наличие в составе предприятия Рубцовской и Зареченской обогатительных фабрик позволяет иметь законченный технологический цикл по переработке добытой руды.

Производство черновой меди.

Черновая медь получается в результате плавки медного концентрата и отделения шлаков. Содержание металла в черновой меди 98-99%.

37. ОАО «Святогор»

Предприятие полного технологического цикла получения черновой меди, расположенное в Свердловской области. Медные и медно-цинковые руды месторождений Северной группы перерабатываются на обогатительной фабрике, которая производит 3 вида концентрата - медный, железный и цинковый. Медный концентрат поступает на последующую переработку в собственное металлургическое производство, цинковый - на завод «Электроцинк» и Челябинский цинковый завод, а железный концентрат отгружается предприятиям черной металлургии.

38. Основной производственной площадкой «Святогора» является металлургический цех. Отсюда черновая медь отправляется на дальнейшую переработку на «Уралэлектромедь».

39. Медногорский медно-серный комбинат.

Градообразующее предприятие города Медногорск в Оренбургской области, специализирующееся на производстве черновой меди.

40. Производственные мощности ММСК включают медеплавильный цех, брикетную фабрику, цех серной кислоты, цех переработки пыли, а также ряд вспомогательных подразделений.

41.

42. За свою 75-летнюю историю предприятие выпустило свыше 1,5 млн тонн черновой меди.

43. Среднеуральский медеплавильный завод (СУМЗ)

Крупнейшее в составе УГМК предприятие по производству черновой меди, находящееся в городе Ревда (Свердловская область). Мощности предприятия рассчитаны на производство порядка 150 тысяч тонн черновой меди, которая затем отправляется на дальнейшую переработку на «Уралэлектромедь».

44. Датой основания завода считается 25 июня 1940 года. На сегодня СУМЗ выплавил уже более 6 млн тонн черновой меди.

45. После завершения масштабной реконструкции степень утилизации отходящих газов, включая конвертерные, достигла 99,7%. Потребителями продукции СУМЗа являются крупнейшие металлургические, химические, горно-обогатительные предприятия России, ближнего и дальнего зарубежья.

46. «Электроцинк».

Одно из старейших предприятий Северной Осетии, располагается в городе Владикавказ.

47. Датой основания завода считается 4 ноября 1904 года, когда на предприятии был получен первый металлический российский цинк.

48. Основной продукцией предприятия является рафинированный (с содержанием 99,9%) цинк, а также свинец, который получают из отходов медеплавильного производства.

Черновая медь всегда подвергается рафинированию с целью удаления примесей, а также извлечения золота, серебра и пр. Очистка проводится путём огневого и электролитического рафинирования.

49. «Уралэлектромедь».

Головное предприятие УГМК, расположенное в городе Верхняя Пышма Свердловской области.

50. Ежегодно предприятие производит свыше 380 тысяч тонн рафинированной меди - больше всех в России!

52. Предприятие поставляет свою продукцию партнёрам из 15 стран Европы, Северной и Южной Америки, Юго-Восточной Азии.

53. Помимо меди предприятие выпускает золото и серебро. «Уралэлектромедь» стала первым в мире «медным» предприятием, включённым в список признанных мировых производителей драгметаллов Good Delivery Лондонской ассоциации рынка драгметаллов.

54. Золото производится по гидрохимической технологии путём растворения золотых продуктов в «царской водке» (смесь соляной и азотной кислоты) и последующего осаждения из растворов. При переплавке полученного осадка получается золото в слитках.

55. Филиал «Производство полиметаллов» ОАО «Уралэлектромедь».

Расположен в городе Кировград Свердловской области. Предприятие специализируется на производстве черновой меди и окиси цинка.

56. Основными потребителями являются ОАО «Уралэлектромедь» (черновая медь) и ОАО «Электроцинк» (окись цинка).

Металлообработка.

Для управления предприятиями по обработке цветных металлов было создано «УГМК-ОЦМ». Их продукция используется в автомобилестроении, машиностроении и электротехнике.

57. Кировский завод по обработке цветных металлов (ОЦМ).

58. Производство организовано по принципу замкнутого металлургического цикла от литья до выпуска плоского и круглого проката. Предприятие экспортирует прокат в США, страны Западной Европы, Юго-Восточной Азии и ближнего зарубежья.

59. Из монетной ленты Кировского завода ОЦМ изготовлены сочинские олимпийские монеты и индийские рупии. Толщина самой тонкой фольги, произведённой на предприятии, 25 микрон. Что в три раза тоньше человеческого волоса.

60. Кольчугинский завод ОЦМ.

Расположен во Владимирской области, выпускает более 20 тысяч типоразмеров изделий в виде труб, прутков и профилей из 72 марок сплавов.

61. По разнообразию готовой продукции предприятие является единственным универсальным производителем проката в СНГ.

62. Кольчугинский завод также изготавливает знаменитые подстаканники, которые каждый из нас встречал в поездах дальнего следования.

63. Завод медных труб.

Находится недалеко от города Майданпек Республики Сербия. Специализируется на производстве медных труб для систем водоснабжения, отопления, охлаждения и кондиционирования.

64. Завод экспортирует более 80% продукции. Медные трубы представлены на рынках Великобритании, Германии, Италии, Франции, Канады, Голландии, Румынии, Болгарии, Греции, Украины, Израиля и стран бывшей Югославии.

65. «Оренбургский радиатор».

Завод по праву входит в число лидеров среди предприятий, производящих изделия для машиностроения. Среди потребителей «Оренбургского радиатора» свыше 20 заводов России, а также зарубежные предприятия из США, Казахстана и Белоруссии.

По всем вопросам, касающимся использования фотографий, пишите на электронную почту.