Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
В промышленных условиях для осаждения меди нашли применение два способа: цементация и электролиз. Выбор способа осаждения меди в первую очередь определяется ее содержанием в растворах. Для больших производств и богатых медью растворов предпочитают электроосаждение, так как этим способом получается медь высокой чистоты и регенерируется серная кислота, в связи с чем возможно осуществлять замкнутый процесс. При небольшом содержании меди (меньше 15 г/л) применение электроосаждения исключено.
Для таких растворов применяют только осаждение меди цементацией железом. Для осаждения меди железом пользуются лотками, башнями или чанами с мешалками. Осажденную медь смывают с железа в отстойные бассейны, отделяют раствор от осадка декантацией и дренированием через почву. Осадок, содержащий 60% Cu и более, сушат и обычно перерабатывают в конвертере, загружая их как холодные присадки. Наибольшее распространение цементация рудничных вод нашла в США и Японии.
В настоящее время в России для осаждения меди из рудничных вод и растворов подземного и кучного выщелачивания применяется главным образом железо. Осаждение (цементация) меди из растворов выражается следующей реакцией:
CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4.
Для успешного протекания процесса цементации необходимы следующие основные условия: 1) достаточно высокое содержание меди в растворах и достаточное количество растворов; 2) чистота растворов (отсутствие заиленности, возможно более низкое содержание трехвалентного железа, достаточная кислотность; 3) непрерывное и равномерное поступление растворов на цементацию; 4) надлежащее качество железного скрапа; 5) интенсивное ворошение скрапа; 6) своевременное удаление цементной меди из желобов и отстойников; 7) достаточное время контакта раствора со скрапом, 8) надлежащий уход за цементаторами и квалифицированное ведение процесса.
Для ускорения осаждения цементной меди к железу прибавляют мелкие куски кокса Такая смесь осаждает медь более быстро и более полно, при этом уменьшается образование основных солей, но зато соли трехвалентного железа более энергично реагируют с железом, т.е. повышается расход железа.
Кроме меди, при цементации осаждаются серебро, мышьяк, сурьма и другие металлы, поэтому медь получается загрязненная.
Наиболее энергичный осадитель — мелко раздробленное чистое железо. По степени активности сорта железа можно расположить следующим образом: 1) жестяной скрап, с которого снято олово; 2) губчатое железо, получаемое восстановлением пиритных огарков углеродом; 3) ковкое железо в тонких листах; 4) серый чугун; 5) сталь; 6) белый чугун. Ковкое и губчатое железо дают крупный осадок меди, серый чугун — рыхлый осадок, губчатый. Белый чугун и сталь дают плотный осадок, пристающий к металлу. На практике обычно применяют железный скрап и серый чугун, по возможности не содержащие ржавчины.
Для осаждения меди из растворов применяют осадительные или цементационные желоба, цементационные ванны, чаны и вращающиеся барабаны (рис. 20).
Рудничные воды естественного притока служат важным источником получения меди. На Урале организованное использование их началось в 1936 г , когда были построены первые цементационные установки. За период 1936—1955 гг. на цементационных установках предприятий одной из областей было получено свыше 31 000 т цементной меди из рудничных вод.
Начиная с 1951 г. выпуск цементной меди резко снизился, что явилось следствием, помимо других причин, низкого технологического извлечения меди при цементации. Например: Дегтярская установка — 88,2%, Красногвардейская — 72,2%, Белореченская — 54,7%, Ново-Левинская — 46,2 %.
Главными причинами низкого использования рудничных вод как дополнительного источника получения меди являются: 1) неполнота использования рудничных вод цементационными установками в основном из-за значительных потерь воды в головных стабилизаторах, водоводах и в изношенных цементационных установках; 2) несоответствие производительности ряда установок количеству перерабатываемых на них растворов (недостаточная длина цементаторов и емкости головных стабилизаторов, например на Гумешке, Белоречке, Карпушихе, Красноуральске); 3) неудовлетворительное ведение технологического процесса цементации на большинстве установок (отсутствие равномерного питания цементационных установок рудничными водами из-за полного отсутствия стабилизаторов — Зюзелька, рудник им. III Интернационала — или в результате недостаточного объема их, а также из-за отсутствия равномерной подачи воды из шахт по графику; отсутствие требуемой очистки вод от механических примесей — ила; отсутствие надлежащего контроля и надзора за ходом процесса цементации, загрузкой скрапа, его ворошением, своевременной выгрузкой цементной меди и состоянием основного оборудования; недоброкачественность применяемого для цементации скрапа; невыполнение на ряде установок производственных инструкций).
В настоящее время наиболее крупной цементационной установкой является Дегтярская (Свердловская обл.), где в лучшие периоды ее эксплуатации извлечение меди составляло 96—97%, а содержание меди в цементном осадке доходило до 92—94%. Ухудшение показателей, в частности снижение добычи цементной меди, часто вызывается снижением содержания меди в рудничной воде.
Однако известно, что в периоды весеннего паводка, а также в периоды выпадения атмосферных осадков, содержание меди в рудничных водах повышается и в большинстве случаев значительно. Это дает основание считать, что для поддержания более или менее стабильного и кондиционного содержания меди в рудничных водах на рудниках, на которых горные условия это позволяют, необходимо давать в ранее выработанные участки дополнительные количества воды хотя бы для частичного выщелачивания потерь при добыче. Эти несложные мероприятия позволили бы в дальнейшем возобновить работу многих цементационных установок Союза.