§ 26. Получение расплава сульфидов меди и железа (медного штейна)

Плавку медных руд и концентратов с целью получения расплава суль­фидов меди и железа ведут в шахтных вертикальных печах или в пламен­ных отражательных печах.

Современная шахтная печь обычно имеет прямоугольную форму дли­ной до 10—11 м и шириной 1,3—1,4 м. Устройство шахтной печи показано на фиг. 28.

Фиг. 28. Шахтная печь для плавки медных руд.

. Высота шахты от линии фурм до загрузочной площадки 4,5—6,0 м. Боковые стенки / сделаны наклонными, чтобы уменьшить скорость движе­ния газов, которые от фурм поднимаются вверх, и замедлить скорость опускания шихтовых материалов. Торцевые стенки устанавливают верти­кально. Нижнюю часть 2 шахтной печи футеруют огнеупорным кирпичом. Выше фурм стенки печи металлические, пустотелые, охлаждаемые водой. Загружают материалы с шихтовой площадки 8 вагонетками 7. Выше загру­зочной площадки сделан шатер 6 с загрузочными окнами 9, Воздух подают через воздухораспределительное кольцо 4 в фурмы 5, расположенные вдоль боковых стен. Продукты, образующиеся после плавки и находящиеся в жидком виде, собираются в переднем горне 3, где они разделяются по удельному весу.

Характер плавки в шахтной печи зависит от перерабатываемых исход­ных руд и может быть двух видов: восстановительный и окисли­тельный.

Окислительный процесс плавки применяют для переработки сульфид­ных руд.

Известны три вида шахтной плавки сульфидных руд: пиритная, усовер­шенствованная пиритная и полупиритная

Пиритная плавка медных руд отличается от восстановительной тем, что руду не подвергают предварительному обжигу. Эту плавку осуще­ствляют главным образом за счет тепла от химических реакций окисления серы и образования шлака. Расход топлива составляет всего 2% веса шихты.

Усовершенствованная плавка представляет собой пиритную плавку, но с дополнительным процессом обработки отходящих газов с целью извле­чения элементарной серы. Количество кокса в этом процессе плавки дохо­дит до 10% веса шихты. Топливо сгорает главным образом за счет сернистого ангидрида проходящих газов:

Фиг. 29. Схема пламенной печи для плавки медных руд и концентратов.

А

С + SG₂ С0₂ + 0,5S₂.

В результате получаются колошниковые газы с большим содержанием молекулярной серы.

Полупиритная плавка находит более широкое применение, так как позволяет перерабатывать руды с меньшим запасом химического тепла. Выделяющуюся ^! серу и сернистые газы улавливают и используют для изготовления серной кислоты и получения элементарной серы.

Плавка в отражательных печах в настоящее время является основным способом переработки медных руд и концентратов в сыром и обожжен­ном виде.

На наших заводах построены крупные печи (длина рабочего про­странства 28—29 м и ширина 6,5—9 м). Площадь пода печей составляет ' от 170 до 240 м² и более. В рабочем пространстве печи температура дости­гает 1500—1600°.

На фиг. 29 представлена схема устройства отражательной печи. На под 1 печи через воронки 2 из бункера 3 засыпают порошкообразную руду 4 или концентрат и нагревают. В печи поддерживают слабоокислительную среду, чтобы сернистое железо FeS не окислялось печными газами, В печи происходят следующие реакции:

при 900° сернистые соединения меди Cu₂S совместно с окисленными Си₂О образуют чистую медь:

Cu₂S + 2Сu₂0 6Сu + S0₂;

Cu₂S + 2СuО 4Cu + S0₂;

при достаточном количестве сернистого железа медь реагирует с ним:

FeS + Cu Cu₂S +Fe; Cu₂0 -+ FeS 2Cu+FeO.

При определенном соотношении сульфидных соединений FeS и CuS на: поду печи образуется расплав — медный штейн, который стекает к летке 5, откуда его выпускают в ковши. Состав медного штейна примерно следую­щий: 20—50% Си, 20—40% Fe и 22—25% S. Температура плавления его при содержании 35—40% Си около 950°. Удельный вес ~5. Пустая порода отделяется от штейна в виде шлака. Шлаки по удельному весу должны быть минимум в 1,5 раза легче медного штейна. Медный штейн, получен­ный в шахтных отражательных печах или электрических печах, в жидком: виде поступает на дальнейшую переработку в черновую медь.