3. Конвертирование медного штейна

Цель конвертирования — получение черновой меди путем окисления содержащихся в штейне серы и железа. Конвертирование осуществляют продувкой штейна воздухом в горизонтальном конвертере. Вследствие экзотермичности основных реакций конвертирование не требует затрат топлива.

Горизонтальный конвертер: 1 — горловина; 2 — окно для загрузки флюсов; 3 — воздушный коллектор; 4 — фурмы

Конвертеры делают длиной 6—12, с наружным диаметром 3—4 м. Производительность конвертера за одну операцию составляет 40—100 т. Футеруют конвертер хромомагнезитовым кирпичом. Заливку расплавленного штейна и слив продуктов плавки осуществляют через горловину конвертера, расположенную в средней части его корпуса. Через ту же горловину удаляются газы. Фурмы для вдувания воздуха расположены в ряд по длине конвертера. Число фурм обычно составляет 32—62, а диаметр фурмы 40—50 мм. Расход воздуха достигает 800 м³/мин (при нормальных условиях).

Первый период (период окисления сульфида железа), называемый набором сульфидной массы, начинается с заливки штейна, после чего подают дутье и через горловину или отверстие в торцевой стенке конвертера загружают порцию кварцевого флюса, содержащего 70—80% SiO₂. Период длится 6—24 ч в зависимости от содержания меди в штейне. Основными реакциями периода являются окисление сульфида железа

2FeS + 3O₂ = 2FeO + 2SO₂

и ошлакование образующегося оксида FeO кремнеземом флюса

2FeO + SiO₂ = (FeO)₂·SiO₂.

По мере накопления шлака, состоящего из FeO и SiO₂, его сливают, в конвертер заливают новую порцию штейна и, добавляя флюс, продолжают продувку. Длительность таких циклов набора массы составляет 30—50 мин.

Температура заливаемого штейна в результате протекания этих экзотермических реакций повышается с 1100—1200 до 1250—1350 °С. Сульфид меди в течение первого периода не окисляется, поскольку у железа больше химическое сродство к кислороду, чем у меди. По окончании первого периода и слива последней порции шлака в конвертере остается белый штейн — почти чистая полусернистая медь Cu₂S.

Второй период — получение черновой меди из белого штейна — длится 2—3 ч и заключается в продувке без добавки в конвертер флюса. Основная реакция периода:

Cu₂S + O₂ = 2Сu + SO₂.

После полного окисления серы продувку заканчивают, получая черновую медь. Ее сливают из конвертера и либо направляют в рафинировочную печь, либо разливают в слитки, которые затем направляют на специальные рафинировочные заводы. Таким образом, в результате продувки получаются черновая медь, содержащая 96,0-99,4% Си, 0,01-0,04 % Fe, 0,02—0,1 % S и небольшое количество Ni, Sn, As, Sb, Ag, Au, и конвертерный шлак, содержащий 22-30 % SiO₂, 45-70% FeO, около 3% Аl₂O₃ и 1,5-2,5% Сu.

4. Рафинирование меди

Рафинирование черновой меди от примесей по экономическим соображениям проводят в две стадии — вначале методом огневого рафинирования, а затем электролитическим методом.

Огневое рафинирование

Цель огневого рафинирования - подготовить медь к электролитическому рафинированию путем удаления из нее основного количества примесей. Данный метод сводится к окислению примесей и переводу их в шлак и удалению с газами.

Процесс складывается из следующих операций:

1. Загрузка

2. Расплавление

3. Окисление примесей

4. Удаление растворенных газов

5. Раскисление Cu

6. Разливка

Окисляются примеси с большим, чем у меди химическим сродством к кислороду — такие как Al, Fe, Zn, Sn, Sb, Bi, As, Ni и немного меди до Cu₂O. Полностью остаются в меди золото и серебро и большая часть селена и теллура. Оксиды примесей, Cu₂O и загружаемый в печь в небольших количествах кремнезем образуют на поверхности ванны шлак, который в конце окислительной продувки удаляют из печи.

Электролитическое рафинирование

При электролитическом рафинировании решаются две задачи — глубокое рафинирование меди от примесей, что обеспечивает ее высокую электропроводность, и попутно извлечение ценных золота, серебра и селена.

Электролиз ведут в ваннах ящичного типа длиной 3-5,5, шириной 1 и глубиной 1,2-1,3 м, футерованных внутри кислотостойкими материалами (винипласт, стеклопластик и др.). В ванне подвешивают аноды и между ними катоды — пластины из чистой меди.

Электролитом служит раствор CuSO₄ и H₂SO₄ напряжение между анодами и катодами 0,3—0,4В. Происходит электролитическое растворение анодов, т.е. в раствор переходят ионы Сu²⁺ , а на катодах эти ионы разряжаются, осаждаясь на них слоем чистой меди. Электролит периодически обновляют. Часть примесей остается в электролите, а такие как Au, Ag, Se, Те, Pb, Sn, Pt выпадают в осадок — шлам, который выгружают из ванны и перерабатывают, извлекая ценные металлы.

Растворение анода длится 20— З0 сут., катоды выгружают через 6—12 сут. Удельный расход электроэнергии равен 230-350 кВт · ч на 1 т меди.