2.0. Штейны и шпейза.

Полиметаллический штейн, получаемый при шахтной свинцовой плавке, представляет собой жидкий раствор сульфидов меди, цинка, железа, свинца. В нём концентрируется некоторое количество благородных металлов, часть мышьяка, сурьмы, редких и рассеянных элементов. В штейне при определённых внешних параметров растворяется некоторое количество оксидов железа. Состав первичных полиметаллических штейнов, получаемых на разных заводах крайне различен. Содержание меди колеблется от 5 до 30 %, свинца 10 – 35 %, цинка 2 – 10 %, серы 17 – 25 %. Помимо перечисленных компонентов штейны содержат до 1 % мышьяка, 2 – 3 % сурьмы, 4 – 5 г/т золота и до 3 – 4 кг/т серебра.

Температура плавления полиметаллических штейнов довольна низкая и составляет 600 – 950⁰С.

Плотность жидкого штейна находится в пределах 4,5 – 5,0 г/см³, тогда как плотность шлака не превышает 3,5 г/см³. Но даже такая разница в плотностях не обеспечивает хорошего разделения шлака и штейна из-за низкого межфазного натяжения (0,04 – 0,06 Н/м) (при увеличении в шлаке серы). В связи с этим основная масса штейна, часто после дополнительной обработки, подаётся на конвертирование для получения черновой меди, а часть уходит вместе со шлаком на передел извлечения цинка. И эта часть штейна затрудняет переработку шлаков.

При повышенном содержании в шихте мышьяка и сурьмы при шахтной плавке может образовываться ещё один самостоятельный продукт – шпейза, представляющая собой раствор мышьяка и сурьмы в металлизированных штейнах. Состав шпейз некоторых заводов, % (по массе): As 1 – 30; Sb 1 – 6; Fe 8 – 60; Pb 5 – 30; Cu 1 – 15; Ni 1 – 10; Au (г/т) 0.01 – 0.1; Ag ( г/т) 0,01 – 0,2.

Шпейзы получают не только при плавке свинцового агломерата, но и при переработке промпродуктов от рафинирования чернового свинца. В этом случае шпейза содержит 20 – 40 % свинца, 20 – 50 % меди. Температура плавления шпейзы выше чем у штейна ( 1100 – 1150⁰С), так же как и плотность (5,0 – 6,0 г/см³). Во внешнем отстойнике шпейза занимает промежуточный слой между штейном и черновым свинцом.

2.1. Переработка штейнов и шпейзы.

Наиболее рациональный способ переработка полиметаллических медьсодержащих штейнов для извлечения из них черновой меди – конвертирование. Однако конвертирование бедных по меди штейнов с высоким содержание свинца экономически не выгодно. Поэтому первичные полиметаллические штейны предварительно подвергают первичной обработке для обогащения их медью. Наиболее простой способ, применяемый на УКСЦК, заключается в переплавке первичных, бедных по содержанию меди штейнов, с промпродуктами, содержащими большое количество меди. Такими продуктами могут быть медные шликеры рафинировочного цеха. Содержание в них металлической меди достигает 30 %, а остальное - металлический свинец. При сократительной плавке медь в связи с большим сродством к сере переходит в штейн, а свинец концентрируется в черновом металле, который образуется при совместной плавке оборотных материалов и агломерата. Применяемый состав первичного и обогащённого медью штейна приводится в таблице 2.

Таблица 2.

Продукты	Cu	Pb	Zn	Fe	S
Первичный штейн, %(масс)	10	20	5	25	21
Обогащённый штейн, %(масс)	22	12	6	35	21

Можно проводить обогащение штейнов по меди методами осадительной плавки с использованием металлического железа за счёт различия сродства к сере железа и свинца. В качестве исходного продукта, содержащего металлическое железо, может быть использован железный скрап, а также магнитная фракция клинкера цинкового производства.

Полиметаллические штейны, обогащённые медью, подвергаются конвертированию. Процесс осуществляется в обычных горизонтальных конверторах, оснащённых хромомагнезитовой футеровкой. В связи с небольшим объёмом штейнов объём конвертеров невелик: от 8 до 20 т по черновой меди.

В связи с тем, что штейны являются полиметаллическими, возникают трудности в получении черновой меди. Обычные приёмы оценки полноты удаления примесей при переработке чисто медных штейнов, в которых содержания сульфидов железа (2) и меди (1) на несколько порядков превышает концентрацию сульфидов цинка и свинца, оказываются уже не пригодными.

Поэтому в процессе конвертирования полиметаллических штейнов сначала (ещё при концентрациях сернистого железа) должен окисляться сульфид цинка, затем сульфид свинца, что должно привести к выделению меди в донную массу по реакции [Cu₂S] + O₂ = 2[Cu] + SO₂.

Однако в ходе процесса неизбежно образование металлического свинца по реакции [PbS] + O₂ = [Pb] + SO₂.

Согласно диаграмме состояния системы Pb – Cu, металлический свинец может частично растворяться в жидкой меди. Активность его при этом резко снижается и рафинирование меди от свинца во втором периоде конвертирования по реакции: [Pb] + 1/2O₂ = (PbO) окисления полиметаллических штейнов не удаётся довести до конца.

В результате этого, как правило, получается некондиционная по свинцу черновая медь, иногда содержащая до 4 % свинца.

Состав продуктов конвертирования полиметаллических штейнов приведён в таблице 3.