Карьер. Представим себе огромную воронку в земле диаметром в четыре километра и в пару сотен метров в глубину, где-нибудь в жаркой Аризоне. Серпантин дороги винтом уходит глубоко вниз на дно карьера. Взрыв породы. Огромный экскаватор с ковшом в 25 кубов наваливает куски халькопирита в 300-тонный грузовик - haul truck. Десятки таких машин вывозят породу на поверхность. На самом деле, в кузове грузовика всего полтора процента меди от общей массы загрузки. Везти далеко нет смысла, необходимо тут же размельчить породу для извлечения ценного металла.
Дробление. Породу размельчают в стальных дробилках в несколько этапов с промывкой водой от песка и грязи недалеко от карьера. В результате измельчения получают шламовую суспензию с частицами диаметром 0.25мм.
Концентрат. Шлам разбавляют водой, добавляют химикаты и пенообразующий реагент. Все это в огромном чане перемешивается с подачей пузырьков воздуха. Химические реагенты обволакивают частички металлов и с пузырьками воздуха выносятся на поверхность. На поверхности воды постепенно скапливается концентрат - пена, содержащая 25-35% меди в виде различных соединений с серой, железо, немного серебра и золота. Концентрат сушат и продают металлургическим заводам, которые в процессе плавки выделяют из него чистую медь и остальные полезные металлы.
Выплавка меди. Доставленный на металлургический комбинат концентрат, загружают в печь с добавлением флюса из кремнезёма и струи кислорода. В расплаве сульфид меди скапливается на дне печи, а на поверхности его плавает железо и шлак, которые удаляются скребком. Серу, как побочный продукт плавления, используют для производства серной кислоты. Все что скопилось на дне печи, называют штейном. Он уже содержит 60% меди от общего веса. Далее, расплавленный штейн заливают во вторую печь – конвертер, где опять добавляют кремнезём и продувают кислородом. В результате получается практически чистая медь – 99%.
Огневое рафинирование меди. Полученную конвертерную медь нагревают в специальной печи, продувают воздухом, добавляют химикаты, которые выводят из расплава мышьяк и сурьму. Результат – 99.5% меди.
Электролитическое рафинирование меди. Далее полученную медь разливают в формы квадратного сечения. Остывшие листы (анод) помещают в 1250 ванн из полимерного бетона для проведения процесса электролиза в растворе кислоты и сульфата меди с пропусканием электрического тока. На отрицательном полюсе (катоде) через пару недель оседает чистая медь в виде 136 килограммовых катодных листов, имеющая степень очистки 99.95-99.99%. В процессе электролиза примеси остаются на дне раствора в виде шлама. Некоторые из них, такие как золото, серебро, теллур и селен извлекаются и идут на продажу.
Полученные катодные листы переплавляются и разливаются в различные формы, (чушки, прутки, листы) удобные для производства тех или иных изделий. Данная медь называется электролитической катодной или бескислородной (oxygen-free copper). Марка этой меди С10100 по системе Американской Ассоциации Содействия Развитию Промышленности Медных Сплавов – CDA. В России бескислородная медь маркируется как М00б и М0б, ГОСТ 859-2001.
Мы описали только один из методов рафинирования меди, который дает результат очистки меди в 99.99%. По количеству «девяток» его условно называют 4N (four nines). Из этого материала в основном и делаются аудио и видео кабели. Вот еще несколько методов очистки меди:
- медь, переплавленная с раскислителем. Очистка 99.5–99.9%;
-медь бескислородная, выплавляемая в инертной атмосфере с применением покровного флюса. Очистка до 99.99%;
-медь, выплавленная в вакуумируемом объеме. Очистка 99.99%;
-зонная плавка меди. Результат очистки до 99.9999% (6N)
Примеси, даже в небольших количествах, резко снижают электрические свойства меди, делая порой невозможной ее обработку, ухудшая технологические и потребительские свойства. Поскольку медь выступает в роли проводника тока, то важно знать насколько примеси влияют электропроводность. Практически все примеси снижают электропроводность её. В порядке возрастания действия примеси серебра, кадмия, кальция, висмута, серы, теллура снижают электропроводность меди незначительно. Примеси хрома, кислорода, цинка, магния, бериллия снижают электропроводность меди сильно. Примеси никеля, олова, сурьмы, марганца, алюминия, мышьяка, железа, кремния, фосфора и титана – очень сильно. В связи с этим при выплавке меди для электротехнических целей добиваются минимального количества примесей. Обязательным методом испытаний в этом случае является исследование электрического сопротивления металла.
Более подробно о марках меди и методах её очистки можно почитать, перейдя по следующим ссылкам:
Марки меди по российским, европейским (EN) и американским (ASTM) стандартам:
Справочник по цветным металлам
Про медь, бескислородную медь, бронзы и латуни более подробно читайте в книге Ю.Н. Логинова "Медь и деформируемые медные сплавы", Екатеринбург 2004г.
У. Болтон. Конструкционные материалы: металлы, сплавы, полимеры, керамика, композиты.
ISBN 5-94120-046-3 (рус.)
РосЦветМет - Медь
Снижение содержания кислорода в меди и медных сплавах, при производстве электрических проводов и отливок электротехнического назначения.
Русский металл. Медь бескислородная
По материалам сайта www.daxx-online.ru