3.3.3. Получение медных штейнов из концентратов

Цель плавки на штейн - отделение серни­стых соединений меди и железа от содержащихся в руде примесей, присутствующих в ней в виде окисленных соединений. Процесс осуществляется при высокой температуре 1550^оС, что приводит к плавлению материалов и образованию жидкотекучих штейна и шлака.

По мере нагревания шихты начинаются реакции частичного восстановления высших окислов железа и меди, окисления серы и шлакообразования. Например,

Сульфид меди расплавляясь формирует штейн.

Штейн в застывшем виде - это сплав сульфидов, главным обра­зом меди и железа (обычно 80 - 90 %) и сульфидов цинка, свинца, никеля. Они хорошо растворяют в себе золото и серебро, и, поэтому, почти полностью концентрируются в штейне.

Одним из способов переработки медных концентратов является плавка в отражательных печах с получением штейна, шлака и газов. Отражательные печи (рис. 8) обычно бывают длиной 35 - 40, шириной 7 - 10 и высотой 3,5 - 4,5 м. Стены и под выкладывают из динасового или магнезитового кирпича.

Отражательные печи отапливают мазутом, угольной пылью или газом, вдувая топливо форсунками (4 - 10 шт.) (5) через окна, имею­щиеся в торце печи. Максимальная температура в головной части печи 1550 °С, в хвостовой части обычно 1250 - 1300 °С. Шихту в эти печи загружают через отверстия в своде (1), расположенные вдоль печи у боковых стенок. При загрузке шихта ложится откосами вдоль стен, предохраняя кладку от прямого воздействия шлаков и газов.

Рис. 8. Отражательная печь для плавки медных концентратов:

1 - загрузочные отверстия; 2 - окно для слива шлака; 3 - дымоход; 4 - шпуровые отверстия для выпуска штейна; 5 — отверстия для топливных форсунок

Штейн, имеющий плотность ~ 5 г/см³, собирается на поду печи, шлак образует второй верхний жидкий слой (плотность ~ 3,5 г/см³); его выпускают по мере накопления через шлаковое окно (2), располо­женное в хвостовой части печи. Отверстия для выпуска штейна (обычно два) (4) находятся в одной из боковых стенок печи. Выпуск штейна про­изводят по мере его образования и потребности в нем последую­щего конвертерного передела.

Штейны содержат 23 -28 % S, 16 - 60 % Си и 50 - 15 % Fe. Со­став шлаков изменяется в широких пределах, но главными его состав­ляющими всегда являются кремнезем (45 - 30 %) и закись железа (25 - 45 %).

3.3.4. Переработка медного штейна

Переработка медного штейна осуществляется методом конвертирования. Основная цель процесса – получение черновой меди за счет окисления железа и серы и некоторых сопутствующих компонентов.

Переработка штейна протекает в два периода. В конвертер загру­жают кусковой кварц, заливают расплавленный штейн и продувают его воздухом. Воздух, энергично перемешивая штейн, окисляет суль­фиды меди и железа:

2 FeS + 3 O₂ = 2 FeO + 2 SO₂

2 CuS + 3 O₂ = 2 Cu₂O + 2 SO₂

при этом закись меди, благодаря обменному взаимодействию, вновь превращается в сульфид:

Поэтому в первом периоде идет практически окисление только железа, а закись железа шлакуется кварцем:

2 FeO + SiO₂ = 2 FeO* SiO₂

Получили распространение цилиндрические бочкообразные конвертеры (рис. 9). Наружный диаметр конвертера обычно 2,3 - 4 м, длина 4,3 -10 м. Воздух в конвертер подается через ряд фурм, расположенных по обра­зующей цилиндра. Цилиндр опирается двумя прочными бандажами на четыре пары роликов, что позволяет поворачивать его на необхо­димый угол для заливки штейна в горловину и выпивки продуктов плавки. Внутри конвертер футерован магнезитовым и хромомагнезитовым кирпичем.

Рис. 9. Конвертер для получения черновой меди

1. Горловина; 2 – окно для загрузки флюсов; 3 – воздушный коллектор; 4- фурмы

Здесь производят медь

Образующийся шлак периодически сливают и в конвертер добав­ляют свежие порции медного штейна и кускового кварца. Темпера­тура процесса от 1200 до 1280 ^о С.

Первый период заканчивается, когда в продуваемом штейне окис­лится сернистое железо. После этого тщательно удаляют шлак и продолжают продувку без добавки штейна и кварца. Воздух окисляет теперь только Cu₂S, и образовавшаяся закись меди способствует появлению в конвертере металлической меди по реакции:

Cu₂S + 2 Cu₂O = 6 Cu + SO₂

Второй период заканчивается, когда в конвертере весь штейн превращается в медь, на что обычно уходит 2 -3 ч. В конвертере и во втором периоде образуется небольшое количество богатого медью шлака, который остается в нем после выливания черновой меди и перерабатывается в следующем цикле. Конвертерные шлаки пер­вого периода направляют для переработки в отражательные печи.

Конвертерные газы содержат 12 - 17 % SO₂, и после очистки от пыли их используют для получения серной кислоты.

Черновую медь по окончании процесса, наклоняя конвертер, выпускают в ковш и разливают в изложницы. Полученную в конвер­тере медь называют черновой, т. е. еще не готовой медью, так как в ней содержится 1 - 2 % железа, цинка, никеля, мышьяка, сурьмы, кислорода, серы и других примесей; в ней также растворены благо­родные металлы, ранее находившиеся в штейне.