7. Контрольные вопросы

1. Химизм отражательной плавки.

2. Характеристика шихты и продуктов плавки.

3. Отличие плавки огарка и плавки сырого концентрата.

4. Температурный режим отражательной плавки.

5. Недостатки отражательной плавки.

6. Конструкция отражательной печи.

7. Технико-экономические показатели процесса.

8. ЗАДАНИЕ: В лабораторных условиях воспроизвести один из вариантов плавки медных концентратов.

Лабораторная работа №3 конвертирование медных штейнов

1. Цель и задачи:

Воспроизвести в лабораторных условиях двухстадийный процесс конвертирования с получением черновой меди, определив основной технико-экономический показатель – извлечение.

2. Краткие теоретические сведения

Конвертирование медных штейнов является заключительной стадией переработки медных руд и концентратов на черновую медь. Этот процесс ставит своей целью полное удаление из штейна железа и серы.

Медный штейн является промежуточным продуктом в процессе получения меди и представляет собой сплав сульфидов меди и железа с небольшим содержанием сульфидов других металлов и магнетита. Переработка медного штейна на черновую медь методом конвертирования осуществляется путем продувки через расплавленный штейн воздуха в присутствии кварцевого флюса. Основными реакциями процесса конвертирования являются реакции окисления сернистого железа и полусернистой меди кислородом вдуваемого воздуха.

Вследствие различия в сродстве к кислороду и сере у железа и меди конвертирования протекает в два периода.

Первый период. В первом периоде происходит окисление сернистого железа за счет кислорода воздуха и ошлакование закиси железа кремнеземом кварцевого флюса:

FeS + 1,5O₂ = FeO + SO₂ (2.1)

2FeO + SiO₂ = 2FeO ∙ SiO₂ (2.2)

Продувка продолжается до тех пор, пока не будет окислено практически полностью все сернистое железо штейна. После этого штейн по своему составу представляет почти чистую полусернистую медь, называемую на заводах «белым штейном». Реакция (2) образования силиката закиси железа при низких температурах протекает медленно. Достаточную скорость эта реакция приобретает только при температуре выше 1230⁰С. В начале продувки штейна температура в конвертере обычно ниже 1230⁰С из-за его охлаждения при простое без дутья. Поэтому образовавшаяся по реакции (1) закись окись железа переокисляется кислородом воздуха до магнетита:

6FeO + O₂ = 2 Fe₃O₄ + 144000 кал (2.3)

При этом температура в конвертере повышается.

Образовавшийся при низких температурах магнетит при повышении температуры в конвертере может частично восстанавливаться до закиси железа за счет сернистого железа в присутствии кремнезема:

4Fe₃O₄ + FeS + 5SiO₂ = 5(2FeO∙ SiO₂) + SO₂ (2.4)

Наличие большого количества магнетита в конверторном плане является нежелательным, т.к. приводит к обогащению шлака медью, делает его вязким и затрудняет дальнейшую переработку конвертерного шлака в отражательной печи.

Для снижения содержания магнетита в конверторном шлаке необходимо вести процесс при высокой температуре и при наличии достаточного количества кварцевого флюса. Конвертирование медных штейнов обычно проводится при температурах 1200-1350⁰С. Содержание кремнезема в конверторном шлаке должно составлять 25-28%.

В первом периоде конвертирования, возможно, некоторое окисление полусернистой меди:

Cu₂S + 1,5O₂ = Cu₂O + SO₂ (2.5)

Однако образовавшаяся закись меди реагирует с сернистым железом и вновь переходит в сульфид, что обусловлено большим сродством железа к кислороду, а меди – к сере:

Cu₂O + FeS = Cu₂S + FeO. (2.6)

Второй период. После того, как все сернистое железо будет окислено и конверторный шлак слит из конвертера, начинается второй период процесса конвертирования. К этому времени расплавленная масса в конвертере представляет почти чистую полусернистую медь. Во втором периоде происходит частичное окисление полусернистой меди до закиси меди и взаимодействие закиси меди с полусернистой медью с образованием металлической меди:

Cu₂S + 1,5O₂ = Cu₂O + SO₂ (2.7)

2Cu₂O + Cu₂S = 6Cu + SO₂ (2.8)

Металлическая медь и полусернистая медь обладают при температурах конвертирования ограниченной взаимной растворимостью. Поэтому во втором периоде происходит расслаивание расплава с образованием металлического слоя.

Реакции (1), (2), (3), (5) протекают со значительным выделением тепла. Поэтому при проведении процесса конвертирования дополнительный обогрев конвертера не требуется, а в некоторых случаях приходится снижать температуру в конвертере холодными присадками.