книги из ГПНТБ / Пирометаллургия меди Л. М. Газарян. 1960- 13 Мб

Рис. И. Температуры размягчения шлаков со­ става

3FeO + 2СаО + nSiOa

в зависимости от содер­ жания в нем кремнезема

С увеличением содержания кремнекислоты в шлаке со сте­

об изменении температуры размягчения шлаков различной степени кислотности. При этих опытах изменяли количество кремнекислоты, а соотношение FeO и СаО все время сохраня­ ли равным двум.

Общий вывод из этой диаграммы: в шлаках системы FeO — SiO2— СаО с увеличением в них кремнекислоты температура плавления падает до 1110°, отвечающей шлакам со степенью

кислотности 2,5—2,75. Дальнейшее увеличение количества кремнекислоты резко повышает температуру плавления шлака.

температура быстро поднимается по прямой до точки размягче­ ния. С момента размягчения повышение температуры идет сна­ чала медленно и затем опять быстро. Горизонтального участка на этой кривой нет.

Рис. 13. Диаграмма системы FeO—SiO2—-СаО (По Гау)

Силикат от начала расплавления до полного расплавления бы­ вает в вязком и сиропообразном 'состоянии и только после пол-

42 Штейны, и шлаки медной плавки

него расплавления становится жидко1плавким. Поэтому для си­ ликатов различают температуру размягчения и температуру жидкоплавкости; разница между ними доходит до 300°.

При остывании шлак может иметь различные структуры. При медленном охлаждении в шлаке возникают центры кристалли­ зации, из которых вырастают крупные, хорошо развитые кристал­ лы— шлак имеет кристаллическую структуру. При быстром ох­ лаждении шлаков не создаются условия для возникновения крис­ таллических центров, поэтому при остывании он затвердевает, имея стекловидную или криптокристаллическую структуру.

t?полного плаВления вязкое сиропообраз­

ное состояние пемпературараз- <енир (,~11юО*ц(начапо

плавления

Одно из важных свойств шлаков — вязкость. Вязкость спла­ вов системы 5Юг — СаО — FeO и реальных шлаков медепла­ вильных заводов была изучена Ф. М. Лоскутовым и Г. И. Дам­ ской. По Ф. М. Лоскутову, шлаки наших медеплавильных заво­ дов можно разделить на следующие группы:

1)очень жидкие шлаки с вязкостью до 5 пуаз;

2)жидкие шлаки с вязкостью 5—10 пуаз;

3)вязкие шлаки с вязкостью 10—20 пуаз;

4)очень вязкие шлаки с вязкостью 20 пуаз и более.

Согласно работам этих исследователей, содержание кремнезе­

ма оказывает большое влияние на вязкость шлака. По мере уве­

рис. 18, в. Во всех ‘случаях с повышением температуры вязкость падает.

Как уже указывалось, вопрос о получении в заводских усло­ виях бедных медью шлаков является большим экономическим вопросом, поэтому выяснение, в каком виде медь присутствует в шлаке, может помочь изысканию путей снижения потерь меди

вшлаках.

Втечение продолжительного времени проводились и прово­

дятся исследовательские работы, чтобы выяснить, в каком виде

медь присутствует в шлаках. Много таких исследований прове­ дено в СССР (этому вопросу посвящен ряд трудов профессоров Аветисяна, Ванюкова, Лоскутова, Мостовина, Смирнова и др.) и

за рубежом.

1050 1100115012001250

Температура, °C

6

Рис. 18. Влияние на вязкость шлаков медной плавки; а — двуокиси кремния; б — окиси кальция; в — глинозема

Принято считать, что потери меди в шлаках бывают трех ви­ дов: механические, химические и от растворения в шлаке суль­ фидов.

Основные причины потерь меди в шлаках

Механические потери. Со шлаком в виде штейна механически увлекается лишь часть меди, находящейся в шлаке, но эта часть представляет основную массу меди в шлаке.

В процессе плавки штейн от шлака отделяется отстаиванием в отражательной печи — в конце печи, примерно на расстоянии

1/з длины печи, в шахтных печах—в отстойниках, в передних горнах.

Схематически всю расплавленную массу в отстаивающейся части отражательной печи или в переднем горне шахтной печи можно разделить на три слоя: верхний, подвижный (в начале его

образования) —смесь штейна и шлака; средний — такой же слой,,

но неподвижный, и нижний — чистый штейн.

Частички штейна движутся в двух направлениях: в горизон­ тальном и вертикальном. При движении в горизонтальном на­

правлении скорость этого движения Vi равняется скорости дви­

жения всей расплавленной массы верхнего подвижного слоя, прямо пропорциональна количеству расплавленной массы в еди­

ницу времени и обратно пропорциональна площади поперечного

/ Q \

сечения верхнего слоя — .

При движении в вертикальном направлении скорость этого движения V2, т. е. скорость осаждения штейна, зависит от разни­ цы удельных весов штейна и шлака, вязкости шлака, величины частичек штейна и температуры расплавленной массы. Эта ско­ рость — скорость осаждения частиц штейна из шлака для круп­ ных частиц выражается формулой Ньютона, а для мелких частиц

g—ускорение силы тяжести;

D1 — D2—разность удельных весов шлака и штейна;

г — радиус частиц штейна; т)—вязкость шлака.

Судя по этой формуле, можно ожидать, что содержание ме­ ди в штейне влияет на содержание меди в шлаках по-разному.

Для шлака данной вязкости (т]), т. е. при постоянной темпера­ туре и постоянном составе шлака, скорость осаждения частичек штейна (а2) зависит от их крупности и удельного веса штейна.

Если толщина жидкого слоя постоянна, то крупность частичек штейна, которые могут выделяться из жидкого слоя в течение данного промежутка времени, будет тоже примерно постоянной.

Для данной крупности частичек штейна чем выше содержание меди в штейне, тем выше будет ее содержание и в шлаке. Эти выводы подтверждаются данными заводской практики (рис. 19).

Время отстоя штейна от шлака играет большую роль. Многие исследователи давно заметили, что чем больше емкость ванн (дольше длится отстой), тем меньше потери меди в шлаках.

На рис. 20 кривая 1 представляет средние данные о содержа­ нии меди в шлаке одного завода при штейнах, содержащих 28— 34% меди, а кривая 2 показывает при прочих равных условиях

понижение потери меди в шлаках после увеличения объема от­ стойника, т. е. увеличения времени отстоя.

Но увеличивать время отстоя для снижения потерь меди в шлаке выгодно только до определенного предела, так как часть частичек штейна настолько мелка, что требует для своего отстоя чрезмерно продолжительного времени. Такой отстой в заводских

условиях экономически не оправдывается.

Разность удельных весов шлака и штейна (/>!—D2) становится тем больше, чем богаче штейны. Чем больше разница в удельных весах шлака и штейна, тем лучше

отстаивается штейн от шлака и тем меньше меди в шлаке. На практике разность (£>i—D2) колеблется в пределах 1,0—2,0. Как выше указано, удельный вес штейна колеблется от 4,8 до 5,6;

удельный вес шлаков медеплавильных заводов колеблется от 2,8. до 3,8. Чем больше FeO в шлаке, тем тяжелее шлак. Шлаки, со­ держащие 45—50% FeO, имеют удельный вес 3,3—3,5.

Размер сульфидныхчастиц (г). Чем больше радиус

частиц сульфида, взвешенного в шлаке, тем скорее их осаждение, поэтому все факторы, сопутствующие коагуляции сульфидных

частиц, способствуют лучшему отстаиванию шлака. Эти факто­ ры следующие:

а) большая поверхность натяжения сульфидной фазы; б) небольшая вязкость сульфидных фаз; в) высокая температура, уменьшающая вязкость шлака.

Химические потери. Изложенные взгляды на механические

потери меди в шлаке и значение этих потерь оспаривается мно­ гими исследователями. Однако большинство их признает, что по­ тери меди в шлаках обусловлены сочетанием механических и хи­ мических факторов.

Но некоторые из исследователей придают наибольшее значе­ ние химическим, факторам, считая при этом, что химические по­ тери можно подразделить на: потери, обусловленные растворе­ нием металла или сульфидов в шлаке, и потери, обусловленные ошлакованием окислов.

46 Штейны и шлаки медной плавки

Исследователи, которые не придавали существенного значения механическим потерям, в подтверждение своих выводов ссыла­ лись на то, что обычно в шлаках медеплавильных заводов суль­ фидная медь по составу отличается ог штейна, а количество зо­

лота и серебра в штейне всегда выше, чем в сульфиде меди, при­ сутствующем в шлаке.

Втабл. 18 приведены данные о растворимости меди штейна

ишлака в слабом растворе азотнокислого серебра.

Исследователи, установившие различную степень раствори­ мости меди штейна и шлака в азотнокислом серебре, считали, что если в шлаках медь присутствует в виде сульфидов, то при

выщелачивании шлаков и штейнов растворимость меди должна быть одинаковой. На самом же деле растворимость меди шлака равна всего 40—60%, следовательно, механически запутавшейся в шлаке меди в виде капелек штейна содержится 40—60% от общего количества меди в шлаке.

Результаты работ других исследователей, изучавших содер­

жание золота и серебра в штейне и в медных соединениях шла­

ка, приведены в табл. 19.

На основании этих данных исследователи утверждали, что взвешенный штейн не единственная и не основная причина поте­ ри меди в шлаках, так как золота и серебра в штейнах ванны пе­ чи намного больше, чем в штейновой взвеси.

Все эти выводы сделаны на основании ошибочного представ-

ления о том, что механические включения штейна могли попасть в шлак только ив штейнового слоя и по своему составу должны

быть одинаковы со штейном печи. Бесспорно, что в результате

перемешивания некоторое количество штейна может перейти в шлаковую фазу из слоя жидкого штейна, но не только этот штейн

сульфидные частицы, которые никогда не являлись частью штей­

на ванны печи, поэтому состав их не может соответствовать со­

ставу общей массы штейна. Меньшая концентрация золота и се­ ребра во взвеси, чем в штейне, связана с механизмом концентра­ ции драгоценных металлов в штейне.

Можно предполагать, что часть сульфидных частиц, обнару­

женных в шлаке, расплавилась на поверхности шихты, не успела пройти через шлак и присоединиться к общей массе штейна, по­ этому они имели меньшую возможность сыграть роль коллектора золота и серебра, чем частицы штейна, которые прошли через весь слой шлака до штейновой ванны.

Исследователи, которые считали, что медь в шлаке в основ­ ном находится в виде химических соединений, старались подо­ брать селективные реактивы, при помощи которых можно было бы определить количество окисленной и металлической меди в шлаке.

Работы, проведенные в этом направлении, также не дали удовлетворительных результатов, так как метод выделения раз­ личных соединений меди ив шлака селективными растворителя­ ми на практике оказался неточным:

а) все применяемые реактивы для выщелачивания оказались не вполне селективными;

б) магнетит, который почти всегда имеется в шлаке медной

плавки, разлагается применяемыми реактивами и выделяет окись железа, которая мешает селективному действию, так как раство­ ряет сульфид меди.

шлака оказывает влияние на форму вкрапленности меди, поэто­

му скорость охлаждения шлака может влиять на результаты про­ цессов селективного выщелачивания. Эта особенность также не была учтена в вышеприведенных работах.

Попытки ряда ученых обнаружить в шлаках медной плавки силикатную медь также не дали убедительных результатов. Не­ правдоподобно утверждение того, что в условиях медной плавки медные силикаты могут присутствовать в шлаках в сколько-ни­ будь значительных количествах, так как искусственно получен­ ные водные силикаты меди при нагревании до 500° разлагались на окись меди и кремнезем; попытки получить синтетические без­ водные силикаты меди также не дали положительного результа­

та, а термодинамические расчеты указывают на весьма большую полноту протекания реакции между сульфидом железа и окислами меди в сторону образования сульфида меди.

Суммируя все факторы, влияющие на количество меди, те­ ряемой в шлаке медной плавки, можно сказать, что они зависят от количества получаемого шлака и процента меди в шлаке. Для уменьшения потерь меди необходимо довести до минимума оба эти фактора.

На практике количество получаемого шлака изменяется в ши­ роких пределах в зависимости от характера переплавляемого

медьсодержащего сырья.

При выборе шлака стараются подобрать более легкоплавкий

шлак, который имеет хорошую текучесть при температуре, под­

держиваемой в печи. Выбор типа шлака требует тщательной проверки и увязки с экономикой района расположения завода.

Для снижения содержания меди в шлаках прежде всего необ­ ходимо принять меры к снижению механических потерь, о чем подробно говорилось выше.

Надо стремиться к тому, чтобы добавлять минимальное коли­ чество флюсов. Большое количество флюсов увеличивает коли­ чество переплавляемого материала, количество шлака и расход топлива и уменьшает полезную производительность металлурги­ ческого агрегата.

Кроме всего сказанного, надо учесть, что в отражательной пе­ чи имеет большое значение иногда возникающее турбулентное движение шлака или местные возмущения. Оба эти явления мо­ гут быть следствием нескольких причин:

а) механические причины — неосторожная загрузка в печь

новой порции шихты, резкое оседание переплавляемой шихты

(отрыв откосов), сильное движение ванны во время неправиль­ ного выпуска шлака и штейна и быстрого слива конвертерного

шлака;