СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИ ИЗ СУЛЬФИДА МЕДИ Российский патент 1997 года по МПК C22B15/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам получения меди из сульфидного сырья.

Известен способ получения меди методом восстановления концентратов во взвешенной плавке, используя нагретый до 200^oC воздух, обогащенный до 65% (Extractive Metallurgy, Herbert J.C. Gastle J.F. "Mining Annu. Rev", 1978, 293-319).

Продуктами плавки являются черновая медь и шлак с 15% меди. Шлак перерабатывают в электропечи, снижая содержание меди в нем до 0,5% и получают сплав меди (≈80%) с железом и свинцом, который, в свою очередь, направляют в конвертер для получения анодной меди. Из пыли и шлака можно извлечь свинец. Указанный процесс имеет следующие недостатки: он многоступенчатый, для его осуществления требуется кислород, подогрев газов, получается большое количество шлаков, пыли, требуются большие капитальные затраты на организацию, по крайней мере, 4-х пирометаллургических производств. Из них главные: взвешенная плавка, электроплавка шлака, конвертирование, переработка пылей и шлака.

Известен способ получения меди и других металлов в элементарной форме из их оксидов и солей, содержащих примеси при температуре выше точки плавления металла в элементарном состоянии, обрабатываемый материал в газообразном, жидком или твердом состоянии пропускают сверху вниз через аппарат с неподвижным слоем инертного материала (кварц, керамика, графит, оксид, серебро и др.) вместе с газообразным восстановителем (H₂, CH₄, CO, NH₃), часть оксидов или солей восстанавливается в верхней части аппарата, а продукты реакций и непрореагировавшие компоненты смеси беспрепятственно проходят через слой инертного материала, температура которого поддерживается ≥1073^oC. Здесь происходит довосстановление оксидов или солей и объединение частиц полученного металла.

За время прохождения через слой инертного материала восстанавливается ≈80% обрабатываемого материала и комплектуется в виде металла в нижней части аппарата, чистотой 99,9%
Недостатком настоящего способа является использование слоя инертного материала, который необходимо подогревать до температуры выше или равной 1073^oC, т. е. до температуры плавления черновой меди. Этот слой будет растворяться в расплавах сульфидов. Кроме того, необходимость использования восстановителя и его конверсии усложняет процесс.

Наиболее близким по технической сущности является способ непрерывного производства меди (заявка Японии N 57-192232, кл. C 22 B 15/00, 1982), по которому в расплав богатого медью штейна совместно с O₂ и N₂ вдувают известковый флюс. Получив черновую медь и вторичный штейн, последний скачивают и обрабатывают восстановителем. С целью получения легкоплавкого штейна содержание CaO на первом этапе обработки рекомендуют поддерживать в интервале 18-28%
Недостатком данного процесса являются прежде всего, дробность процесса. Необходимость получать два продукта, черновую медь и вторичный штейн, который перерабатывают в отдельной печи с добавлением восстановителя. Следовательно, необходимо применение дорогих кислорода, азота, восстановителя и добавок окиси кальция, которая теряется со шлаком.

Техническим результатом заявленного способа является получение меди на сульфиде без применения углеродистого восстановителя и уменьшение объема отходящих газов.

Сущность способа заключается в том, что в расплав карбонатов, содержащий карбонаты калия, натрия, кальция загружают сульфид меди в твердом виде при температуре расплава 873-1520^oC, выдерживают для прохождения автогенной реакции и удаляют жидкую медь или ее сплав. Образующиеся газы удаляются в вентиляцию. При этом не образуется шлаков. Примеси частично восстанавливаются и переходят в черновую медь. В один и тот же расплав можно загрузить многократное количество сульфида без образования шлаков.

Пример 1. В тигель из окиси бериллия загрузили 5 г Sn, 45 г K₂CO₃, 37 г Na₂CO₃ и 17 г CuS квалификации ХЧ, установили в закрытую ячейку, вакуумировали ячейку, заполнили гелием. С атмосферой ячейка сообщалась через гидрозатвор с серной кислотой. Ячейка, в свою очередь, была установлена в шахтной печи сопротивления с селитовыми нагревателями. Температуру в печи поддерживали с точностью ±5^oC. После включения печи ячейка нагревалась до 600^oC, с этого момента началось выделение газов, а с 800^oC бурное выделение газа. В течение 4,5 ч температуру поддерживали в пределах 800-920^oC (среднее 873^oC). Затем печь отключили, ячейку охладили и отделили королек сплава от карбонатной массы. Общий вес сплава составил 14,89 г, сплав карбонатов 73,61 г. На стенках тигля остался слой солей 1 мм. Вес полученной меди 9,89 г. Извлечение в сплав составило 87,66%
Пример 2. В тигель из окиси бериллия загрузили 45 г K₂CO₃, 37 г Na₂CO₃ и 10,9 г CuS квалификации ХЧ, установили в печь Таммана с графитовым нагревателем, нагрели до температуры 1327^oC, выдерживали в течение 1 ч в токе гелия и вылили содержимое в холодный тигель. Королек металла весил 6,76 г, извлечение металла составило 62% Результаты опытов при других условиях показаны в табл. 1.

Более высокое извлечение металла при температурах ниже 1000^oC связано с применением металла коллектора, в данном случае олова. При температурах 1327 и 1520^oC наряду с корольком металла могли быть мелкие порошкообразные частицы меди, которые не собрались в единый королек. Кроме того, выдержка при более высоких температурах была 1 ч.

Практически всегда происходит самопроизвольное разложение сульфида меди без добавления восстановителя или кислорода. Для проверки действия восстановителя в аналогичных условиях была проведена серия опытов, в которых наряду с сульфидом меди в расплав карбонатов загружали углерод (графит) в количестве 1% от массы карбонатов. Результаты опытов приведены в табл. 2.

Как видно из результатов опытов, добавление углерода практически не влияет на извлечения меди. Соотношение массы сульфида к массе карбоната влияет на извлечение металла. При более низком соотношении извлечение выше. Наиболее предпочтительное соотношение 0,133±0,03. При соотношении 0,2 извлечение стало низкое (без металла контейнера), а при соотношении 0,1 и ниже будет низкая производительность агрегата. Температура процесса ниже 873^oC нежелательна, т. к. будет получаться медь в виде порошка даже при наличии металла контейнера. Температура выше 1520^oC приводит к разложению любых карбонатов. Так, содержание Na₂CO₃ в расплаве после 1520^oC упало с 40 до 10%
Таким образом, предложенный способ позволяет получить черновую медь из сульфидов меди путем выдержки их в расплаве карбонатов без добавки восстановителей и флюсов. Этим достигается экономия топлива, уменьшение выделения газов, а также образование шлаков.

Использование: цветная металлургия, способы измельчения меди из сульфидного сырья. Сущность: сульфид меди загружают в карбонатный расплав при температуре 873-1520^oC, выдерживают 1-4,5 ч и извлекают восстановленную медь. В карбонатный расплав добавляют легкоплавкий металл, в качестве которого можно использовать олово. Загрузку сульфида меди ведут при отношении массы сульфида меди к массе карбонатного расплава, равном 0,103-0,163. 3 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения меди из сульфида меди, включающий обработку сульфида меди реагентом, отличающийся тем, что обработку сульфида меди ведут загрузкой его в карбонатный расплав при 873 1520^oС, после чего осуществляют выдержку в течение 1 4,5 ч и извлекают восстановленную медь. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в карбонатный расплав добавляют легкоплавкий металл. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в карбонатный расплав добавляют олово. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что загрузку ведут при отношении массы сульфида меди к массе карбонатного расплава 0, 103 0,163.