Медь, пожалуй, один самых распространенных цветных металлов, используемых человеком. Не говоря про электронику и электротехнику, она является неотъемлемой частью систем водоснабжения и кондиционирования. В честь нее назвали одну из эпох развития человечества, в ювелирных изделиях она идет рука об руку с золотом, а если добавить к меди олово и сплавить - получится бронза.
Кто и как теперь производит этот металл? Российских компаний всего три: Уральская Горно-Металлургическая компания, Норникель и Русская медная компания - всего 11 предприятий, 7 из которых находятся в Свердловской и Челябинской областях. Кстати, именно на Урале были обнаружены первые следы доисторического производства меди на территории нашей страны. По состоянию на 2019 год Россия находилась на 3-ем месте по производству меди, уступая лишь Чили и Перу, вырабатывая 90 млн. тонн медной продукции в год.
Для медной руды, как в анекдоте, есть два путя существует две технологии превращения в металл - пирометаллургическая и гидрометаллургическая. Первая - через огонь (пирос), вторая - через воду (гидро), причем буквально. И в самом конце процессов общий финал - но обо всем по порядку.
Пирометаллургический метод
Эта технология подходит для сульфидных руд, например, для медного колчедана, он же халькопирит - соединение меди, железа и серы: CuFeS₂.
Сырье сперва сушат - потому что если мокрую руду поместить в горячую печь, то вода взрывообразно вскипит и разрушит ее. Затем измельчают - чем меньше частички вещества, тем быстрее и полнее пройдет реакция обжига с кислородом. Но и этого еще недостаточно: измельченную руду смешивают с флюсом - специальными добавками, удаляющими из расплава металла примеси, и предохраняющие его от окисления. Так получается шихта, которую засыпают в печь кипящего слоя - печь Ванюкова, в которой шихта смешивается с интенсивно подаваемым газом - и в этой газо-рудной смеси и происходит рождение меди.
Обжиг проводят при температуре 1400 градусов, с помощью воздуха или чистого кислорода, которые предварительно подогревают - так эффективность процесса выше. А что происходит в этот момент с рудой?
Сперва из халькопирита выжигается лишняя сера, которая улетучивается в соединении с кислородом в виде диоксида - SO₂. Медь и железо остаются с ней связанными, но уже по отдельности друг от друга:
2CuFeS₂ + O₂ → Cu₂S + 2FeS + SO₂ ↑
Отходящие в этом процессе газы очень горячие - их тепло используют, чтобы подогревать воздух, подаваемый в фурмы, или даже подогревают воду для отопления и водоснабжения жилых домов. Уже остывший сернистый газ не выбрасывают в атмосферу - это ценный продукт, его очищают от частичек пыли в циклонах (но не атмосферных, а промышленных) и используют для производства крови химии - серной кислоты, но об этом в ругой раз ;)
Но вернемся к меди
Расплав сульфидов меди и железа называют штейн - его из печи Ванюкова перемещают в конвертер - огромный термостойкий котел, где сквозь FeS и Cu₂O продувают кислород и так выжигают оставшуюся серу, получая черновую медь, с чистотой ~91%:
2Cu₂S + 3O₂ → 2Cu₂O + 2SO₂
2Cu₂O + Cu₂S → 6Cu↓ + SO₂
А куда делось железо, спросите вы? Ведь в штейне оно было. А оно ушло в шлак - корку оксидов, которая легче, чем металл, и потому всплывает на поверхность, в компании с оксидом кремния:
2FeS + 3O₂ → 2FeO + 2SO₂
FeO + SiO₂ → FeSiO₃
А чтобы лучше представить процесс - смотрите картинку ниже👇
Черновая медь непригодна для использования в электротехнике, примеси увеличивают ее электрическое сопротивление - если сделать из такой меди проводник, он будет сильно греться. Поэтому дальше ее очищают - и об этом будет следующая статья😉