“Ох, заливают, медь — самый нужный металл! Почему самый?!”, — поправил монокль наш въедливый читатель. А если вся медь в радиусе пяти метров от вас вдруг превратится в арахисовую пасту, то: погаснет экран смартфона, вырубится компьютер, потухнет свет под потолком. Да и типичный холодильник без медных трубок тоже бесполезен. Полный блэкаут, короче, да еще и с талым мороженым. Впору выть.
Процесс выплавки и очистки меди очень сложный, многоступенчатый. Но “Хорошие новости” вам покажут, как это работает. Да, и про экологию любопытное расскажем, потому что видели все своими глазами и нюхали своими ноздрями.
Медный век человечества
Миру нужна максимально чистая медь и в невероятных количествах — медь есть в каждом электрическом или электронном приборе. Только металл чистотой 99,99% (грубо говоря: на сто килограммов меди один грамм примесей) подходит для изготовления электронных плат, компонентов, Li-ion аккумуляторов, проводов, кабелей и шлейфов.
Кыштымский медеэлектролитный завод не всегда был медеэлектролитным. Более того, когда завод строил Никита Демидов в 1757 году, в Кыштыме планировали выплавлять не медь, а железо и чугун. А к электролитическому рафинированию меди здесь приступили только в 1908 году.
История длинная, славная, с любопытными поворотами и персонами. Как-то раз мы писали, что работал здесь в начале XX века американец Герберт Гувер. Мужик был бесстрашный, вояка и авантюрист, да еще и блестяще образованный. Мы, правда, знаем мистера Гувера не как блестящего горного инженера, а как 31-го президента США.
Но вернемся к дню сегодняшнему, к выплавке меди. И к электролиту. Наша экскурсия на Кыштымский медеэлектролитный завод, входящий в состав Русской медной компании, начинается от печек. Желтые строения на фото — “историческая часть”. Цеха возвели в 1908 году, расширили в 1913, а спустя сто лет основательно реконструировали.
Ведет нас начальник медеплавильного цеха Александр Постников.
Как уверяет Александр, эти клепаные фермы и каменная кладка сто лет простояли и еще столько же простоят без ремонтов.
Печь на фото ниже выпускает медный порошок. Это сырье для получения купороса, а еще порошок — необходимый компонент в последующих технологических операциях, в частности для очистки растворов электролизного цеха и как катализатор в производстве драгоценных металлов.
Основная же часть цеха занята анодной печью, в которой плавится медь.
Поясним, что конкретно происходит. В качестве исходного сырья на завод поступает черновая медь, которую из медного концентрата получают в Карабаше; также в переплавку идут металлолом и остатки анодов, которые накапливаются на заводе по завершении всей цепочки (об этом позже). Задача металлургов — из черновой меди с примесями получить ту самую “четыре девятки”, то есть на 99,99% чистую. Первый этап очистки меди называется “рафинирование”.
Сначала из лома следует отлить медные аноды. Это плиты, похожие по форме на рыцарские щиты с “ушками” по краям. Оговоримся: аноды еще не “четыре девятки”!
Давайте переместимся из “исторической части” в новый цех по соседству, чтобы посмотреть на производство анодов поближе. В новом литейном цехе все аналогично, только оборудование побольше… и более высокопроизводительное. Начнем опять-таки с печи.
Анодная печь полностью автоматизирована, работает круглосуточно и контролируется одним оператором.
На фото ниже — рафинировочный шлак, то есть оксиды металлов, от которых очищается медь при переплавке. Кстати, какое-то количество меди в шлаке осталось, и ее еще извлекут в дальнейшем.
Расплавленный металл автоматически дозируется (разливается) по изложницам с точностью плюс-минус один килограмм, медь остывает, а затем аноды извлекают и перемещают дальше. Пролистайте галерею, красота невероятная!
В огнеупорные “ванночки” — изложницы — разливается расплавленная медь. После остывания анод извлекают.
В прошлом веке розливом управлял человек, “на глазок”, поэтому аноды получались с достаточно большим разбросом массы.
Готовые аноды по рельсам увозят в отделение электролиза.
Анод превращается… превращается…
Следующая остановка — большой цех электролиза. Здесь и происходит окончательное рафинирование меди. Встречает нас главный технолог цеха электролиза меди Евгений Самсонов.
Чтобы понять происходящее, придется вспомнить школьный курс физики. Электролиз — процесс выделения на электродах составных частей растворов веществ. В нашем случае выделяться будет чистая медь, а пока еще присутствующие примеси (на уровне десятых долей процента) уйдут в шлам.
Медный анод и пластину из нержавеющей стали — “матрицу” — опускают в ванну с электролитом и подают ток. На аноде “плюс”, на матрице “минус”. Ионы меди с анода “убегают” в электролит и пристают к матрице — на катод. Примеси остаются в электролите. В итоге, через 15 дней анод полностью исчезает, растворяется, остаются практически только крепежные уши (их потом снова переплавят). За это время катоды с медью “четыре девятки” достанут из ванны три раза.
Евгений Самсонов перечисляет: в одной серии — две линии, в каждой линии — 20 железобетонных ванн. В цехе два отделения по десять серий. А в каждой серии 800 матриц. Итого 16 000 матриц. И 400 ванн.
Загружаются ванны автоматическим краном: мощные мужички, несгибаемые ломики и сногсшибательно крепкое слово на этом этапе давным-давно не требуются.
На фото ниже хорошо видно чередующиеся аноды и катоды. Электролит непрерывно перемешивается с помощью насосов (зеленоватая жидкость на фото — электролит).
К слову, по территории завода бесконечно снуют фуры, из Бельгии они привозят новые ванны для технического перевооружения цеха электролиза меди. На фото хорошо виден размер каждой ванны в сравнении с грузовиком.
Чтобы отделить медь катода от стальной матрицы, катод проходит через специальную линию — катодосдирочную машину. Там его изгибают и “простукивают” зубилами. На все про все около минуты.
Ручного труда процесс обычно не требует, линия работает по принципу автоматического конвейера.
Итак, вот она, наша желанная медь “четыре девятки”! Катоды грузят в вагонетки и везут в переплавку. О, да! О вагонетках разговор особый.
О вагонетках разговор особый
Заводская узкоколейка — исчезающий вид, настоящий артефакт. В ближайшее время вагонетки заменят грузовыми машинами, рельсы разберут. Но пока “железка” работает, можно полюбоваться.
Ширина колеи — 75 сантиметров. Построили ее в 50-60-х годах, дорога полностью электрифицирована. Вагонетки тянут шахтными электровозами позднесоветского производства (с большой долей вероятности можно сказать, что это не серийные образцы).
Куда прикатили катод
Наш чистейший катод должен стать конечным изделием. Прямо сейчас Кыштымский завод делает катанку, это что-то вроде прутка толщиной 8 миллиметров, нарезанного по три километра и смотанного по бухтам. Самый же высокотехнологичный продукт — медную фольгу для электронных устройств — начнут выпускать в самое ближайшее время. О фольге еще поговорим, а пока прокатимся с прутком.
Из катанки на соответствующих предприятиях делают кабели, провода. Экскурсию ведет дальше главный технолог цеха производства медной катанки Вадим Гуньков.
Катоды, расфасованные по пачкам, с помощью вилочного погрузчика укладывают в плавильную печь.
Расплавленная медь из машины непрерывного литья подается по волочильному стану. За процессом следит один оператор.
Несколько затвердевший металл (температура 850 градусов) проходит через серию вращающихся роликов прокатного стана — валков. Валки друг к другу все ближе и ближе, сечение заготовки становится все меньше, и меньше…
.... и на выходе получается тот самый восьмимиллиметровый пруток. По ходу движения в стальной трубе катанку отмывают спиртом, сушат и покрывают воском. Для чистоты и блеска.
Готовую бухту стягивают, а затем погрузчик отвозит ее в сторонку.
Давайте подытожим, чтобы можно было за минуту объяснить детям, как это работает? На завод привозят черновую медь. Чтобы очистить ее, сначала отливают медные аноды. В электролизных ваннах анод растворяется, примеси остаются в электролите, а ионы меди “убегают” на катоды. Из шлама, кстати, потом на предприятии добывают драгоценные металлы! Катодную медь 99,99% снимают с нержавеющих матриц, а затем плавят, чтобы получить катанку. Катанку удобно транспортировать и делать из нее другие медные изделия. Отходы производства снова пускают в дело, чтобы извлечь всю медь без остатка. Всё!
Фольга — тонкое дело
Новый цех уже почти готов: оборудование под чехлами, вовсю идет инсталляция станков, систем водоочистки и подготовки воздуха. Новейшее оборудование демонстрирует начальник строящегося цеха электролиза медной фольги Игорь Тараканов. Рассказывает о своей вотчине вдохновенно, с чувством!
Подробно останавливаться на производстве фольги не будем, пусть будет задел для еще одной экскурсии. Покажем несколько самых любопытных уголков, почти полностью укомплектованных оборудованием.
Прямо сейчас чехи устанавливают систему очистки воды. Из пруда “зачерпнули”, использовали для производства, очистили — и ну ее по кругу гонять. Цеху требуется 20 кубометров воды в час.
Это — чистая комната. Именно здесь готовую фольгу будут нарезать на листы или ленты любого размера. На поверхность фольги не допускается попадание даже мельчайших пылинок, персонал в таких комнатах работает в специальных “скафандрах”.
Для подготовки и фильтрации воздуха в чистой комнате нужна отдельная система.
Фольга — важнейший компонент печатных плат и Li-ion аккумуляторов. У вас в кармане или на столе есть как минимум один такой аккумулятор, в телефоне или ноутбуке. Запуск цеха запланирован на середину 2020 года.
Завод для людей и наоборот
Заводу уж скоро три века, но, главное, самые тяжелые времена — пресловутые девяностые — он пережил.
Все, кто застал красный закат империи, в курсе: заводы и фабрики всегда были больше, чем просто стены, трубы и заводской гудок. Заметим, что здесь атмосфера очень человеколюбивая. Одни только автоматы с газировкой в цехах чего стоят!
Газированная минеральная вода хорошо очищает горло и восстанавливает солевой баланс. Если вдруг возник такой вопрос: разумеется, вода бесплатная.
В заводской столовой периодически собирается комиссия и решает, какие блюда не будут дорожать в ближайшее время. Работяга должен точно знать: на свои 80 рублей (столько стоит комплексный обед) он и через год сможет съесть борщ и макароны с печенью. А на проходной висят афиши и объявления: выступает ансамбль “Гусельки”, приглашают рабочих в поездки по святым местам, объявлен набор в женскую волейбольную команду… В лучших традициях государства рабочих, короче.
Ну а главное, пожалуй, что сделано для людей, это фильтр немецкой фирмы LÜHR FILTER на главной заводской трубе. Наши провожатые замечают: “Последний год люди, кто не знаком с обстановкой, спрашивают — а завод вообще работает? Дыма-то нет”. Действительно, в разгар рабочего дня, когда медь плавят вовсю, над трубой не то что дыма нет, нет даже облачка! Только пар котельных и эпизодические дымки транспорта. Фото прикладываем. Внимание на самую высокую трубу на снимке. А лучше приезжайте посмотреть своими глазами.
Системы очистки установлены повсеместно, даже на маленьких лабораторных печах. И снег на заводских газонах… белый.
За экскурсию сердечно благодарим руководство и сотрудников Кыштымского медеэлектролитного завода. Отдельная благодарность пресс-службе Русской медной компании.
