3. Производство вторичной меди и сплавов на ее основе

По ГОСТу лом и отходы меди и медных сплавов подразделяются на 3 класса: А – лом и кусковые отходы меди и медных сплавов; Б – стружка меди и сплавов на медной основе; Г – прочие отходы. Лом и отходы классов А и Б подразделяются на 13 групп, в каждой из которых 3-6 сортов.

Около 65% вторичного медьсодержащего сырья идет на производство сплавов (высококачественное сырье), около 3% используется в производстве химических соединений и коло 34% идет на производство черновой меди. Для производства вторичной черновой меди используют, как правило, низкокачественное сырье (шлаки, сора, отходы кабельной продукции, мелкий засоренный лом и отходы и т.д.).

Переработку низкокачественного медного сырья с получением черновой меди в основном осуществляют пирометаллургическим методом по технологической схеме, включающей следующие металлургические процессы: шахтную восстановительную плавку, конвертирование полученной черной меди, огневое и электролитическое рафинирование черновой меди. Мелкое сырье перед шахтной плавкой подвергают окускованию горячим окатыванием или агломерацией.

Шихта для горячего окатывания состоит из мелкого (минус 5мм) медьсодержащего материала, оборотных пылей, возврата мелких окатышей, коксика (до 10-12%) и известняка (до 15%). Ее подают в трубчатую вращающуюся печь, где в зоне спекания за счет сжигания топлива температура достигает 750-900^оС. Окускованный материал выгружается из печи при 550-650^оС. Его охлаждают в барабанном холодильнике, а затем делят на две фракции (+5мм идет в плавку, -5мм идет в оборот).

При аглообжиге в шихту добавляют 2-4% коксика и процесс спекания ведут на ленточных агломашинах. Температура в зоне спекания шихты достигает 1050-1100^оС.

Шахтная плавка вторичного медьсодержащего сырья является типичной восстановительной плавкой. В основе этой плавки и других восстановительных процессов лежит различие в прочности оксидов металлов. Хорошей иллюстрацией этого явления служит диаграмма восстановимости оксидов металлов оксидом углерода (II) (рис.2).

В шихту плавки входит кусковое медьсодержащее сырье, флюсы (кварц, известняк), оборотные материалы и кокс (10-15% от массы шихты). Плавку ведут в обычных печах шахтного типа с площадью сечения в области фурм 3-10м² (рис.3). По высоте печи в слое шихты сверху вниз можно выделить 5 зон: подготовительная зона, восстановительная зона, плавильная зона, фокус печи, внутренний горн печи. В фокусе печи температура достигает максимальных величин (1300-1400^оС). Рассмотреть поведение отдельных составляющих шихты по мере ее опускания сверху вниз. Продуктами плавки являются: черная медь (выход 30-33%), шлак (выход 53-57%), пыль и газы. Черная медь содержит, %: 82-87 Cu; 5-8 Zn; 1-2Sn; 1-2 Pb и др. металлы. Извлечение в нее меди составляет 97-98%. Удельная производительность печи по шихте до 80-100 т/м².сут.

Удаление примесей из черной меди и получение черновой меди осуществляют в горизонтальных конвертерах емкостью по меди 40-60т. Основой для процесса является различие в сродстве с кислородом примесей и меди. В качестве флюса используют кварц. Для ликвидации дефицита тепла и более полного удаления некоторых примесей (Zn, Cd, As, Sb и др.) в конвертер загружают кокс. Продукты конвертирования: черновая медь, шлак. пыль, газы. Черновая медь содержит 97-98,5% Cu (извлечение меди около 93%) и направляется далее на огневое и электролитическое рафинирование.

Производство сплавов на медной основе – это наиболее рациональный вариант использования лома и отходов меди и ее сплавов. На предприятиях вторцветмета получают вторичные оловянные и безоловянные бронзы и вторичные латуни.