Черновая медь содержит от 0,8 до 2,5% примесей, ухудшающих ее механические и особенно - электрические свойства. Наиболее эффективным способом очистки меди является электролиз. Показатели его существенно повышаются при использовании в качестве растворимых электродов меди, прошедшей «огневое рафинирование». Эту операцию проводят в отражательных печах, подобных тем, в которых плавят медные концентраты.
В первый период расплавленную медь продувают воздухом, в результате чего образуется некоторое количество растворимого в меди оксида меди Cu2O. При перемешивании ванны он равномерно распределяется во всем объеме металла. Оксид меди выполняет роль реагента-окислителя, кислородом которого окисляются находящиеся в меди примесные металлы: Fe, Со, Mn, Zn и др. Оксиды этих металлов всплывают на поверхность ванны, где они ошлаковываются кварцевым флюсом. Сера выгорает по реакции (5.15). К числу трудно удаляемых примесей относятся Ni; As; Sb; Pb. Почти не удаляются Bi; Se: Те; Au; Ag, платиноиды.
Во второй период проводят раскисление меди путем продувки металлической ванны природным газом. Образующиеся при разложении СН4 водород и СО восстанавливают Cu2О. Эту операцию называют «дразнением».
Конечный продукт - красная медь - содержит примесей 0,2-0,8%, в том числе Au до 0,04%; Agдо 0,30%; Se 0,03%. Красную медь разливают в пластины 900 х 900 толщиной 40 мм, которые используются в качестве анодов при электролизе.
Шлаки рафинировочных печей богаты медью, поэтому они возвращаются в металлургический передел, чаще всего на стадию конвертирования.
Электролитическая очистка меди преследует две цели:
- получение меди высокой чистоты, удовлетворяющей требованиям отечественных и международных стандартов (99, 94-99. 97%);
- извлечение драгоценных и редких металлов, присутствовавших в медной руде.
Электролиз проводят в ваннах ящичного типа (длиной 4, шириной 1 и глубиной 1,25 м), в которых вертикально через один размещают 30-40 катодов и анодов. Расстояние между поверхностями катодов и анодов около 30 мм. В качестве катодной основы используют листы чистой (электролитной) меди толщиной 0,8 мм. Электролит представляет собой раствор медного купороса CuSО45Н2О с добавкой H2SО4.
При пропускании постоянного тока аноды растворяются: Сu → Сu2+ - 2е. Ионы меди, достигнув катода, восстанавливаются: Сu2+ + 2е → Сu, образуя на катодах слой чистой меди. Катоды наращивают 5-7 сут., затем их извлекают и после промывки чистой водой направляют на плавку с последующей разливкой в слитки - вайербасы. Продолжительность растворения анодов около 20 сут. Остатки анодов (скрап) возвращают на плавку в печи огневого рафинирования.
Режим электролиза, напряжение на электродах - 0,3-0,4 В; температура электролита 45-55°С; удельный расход электроэнергии 280-370 кВт ч/т меди; плотность тока 250-300 А/м2.