Рафинирование меди
Черновая медь всегда подвергается рафинированию с целью удаления из нее примесей, ухудшающих ее свойства, а также извлечения из нее таких ценных металлов, как золото, серебро и др. В современной практике рафинирование проводят последовательно двумя принципиально различными методами: пирометаллургическим и электролитическим.
Огневое (пирометаллургическое) рафинирование меди проводят в отражательных печах. В отличие от отражательных печей для получения штейна эти печи меньших размеров (ширина 5 м, длина 12—15 ж, глубина 900 мм). Такие печи вмещают до 400 т меди. Особенно тщательно выполняется кладка, образующая ванну печи. Ее обычно заключают в кожух из чугунных плит и устанавливают на столбах; это предупреждает утечку жидкотекучей меди через щели и неплотности кладки. Загружается печь через хорошо заметные на эскизе загрузочные окна. Ванна футеруется динасовым или магнезитовым кирпичом, свод выкладывают из динасового кирпича. Отапливают эти печи мазутом, газом или угольной пылью. Подача топлива и необходимого для его горения воздуха в современных печах проводится автоматически в зависимости от наружной температуры ванны.
Весь цикл рафинирования состоит из следующих операций: загрузка и расплавление, окисление примесей, удаление растворенных газов, раскисление меди и разливка и занимает обычно 12—16 ч. Если рафинирование проводят на заводе, производящем черновую медь, и заливают медь в печь в жидком виде, продолжительность рафинирования значительно сокращается. Окисление примесей в черновой меди проводят воздухом, который вдувают через стальную трубку диаметром 20—40 мм, футерованную огнеупорами и погружаемую в расплавленную медь. Окисление протекает на поверхности воздушных пузырьков, и, так как скорость окисления пропорциональна концентрации металлов в ванне, наиболее быстро окисляется медь по реакции.
Закись меди растворяется в расплавленной меди и благодаря перемешиванию вдуваемым воздухом быстро распространяется по всему объему ванны, а окисление примесей поэтому идет главным образом через посредство закиси меди по следующей общей схемегде условно буквой [Me] обозначены все примеси. Окислы примесей всплывают на поверхность и образуют шлак, быстрое удаление которого способствует более глубокому рафинированию. Отдельные летучие окислы могут переходить частично и в парообразное состояние. Таким путем удается удалить основную часть таких примесей, как Al, Si, Mn, Zn, Sn, Fe, Ni, Pb, S и частично Sb, As, Bi; не окисляются и остаются в меди золото, серебро, а также селен и теллур.
Удаление растворенных газов из меди принято называть дразнением на плотность. В металл ванны погружают сырую древесину (обычно жерди и тонкие бревна), которая разлагаясь, выделяет пары воды и газообразные углеводы, бурно перемешивающие медь, что способствует удалению из металла сернистого и других газов. После удаления газов для получения пластичной меди начинается раскисление или, как принято говорить на заводах, дразнение на ковкость, так как содержание растворенной Cu20 после окисления иногда достигает 12%. Раскислителями служат те же продукты сухой перегонки древесины, образующиеся при перемешивании металла деревянными жердями.
Для обеспечения более полного раскисления на время дразнения на плотность поверхность меди засыпают древесным углем и предварительно тщательно удаляют шлаки во избежание обратного восстановления из них примесей. Шлаки, полученные при рафинировании, содержат 5—40% Si02, 5—10% Fe, 35—45% Си, в основном в виде закисей. Кроме того, они содержат окиси цинка, никеля и других примесей.
Готовую медь выпускают из печи через вертикальную щель в стенке печи, для чего по мере вытекания меди постепенно сбивают перекрывающую ее плотнику из огнеупорной глины. Медь после огневого рафинирования подается на разливочные машины для отливки анодов почти квадратных плит с ушками, имеющими толщину 40—50 мм и около метра в длину и ширину (вес 250—320 кг). Указанные аноды направляются на электролитическое рафинирование.