Обжиг медного концентрата
Обжиг проводится для удаления излишков серы, кроме того, он обеспечивает хорошее смешение всех компонентов шихты и нагревание ее до температуры 500-6000С.
Однако при плавке обожженных концентратов увеличиваются потери меди с шлаком и повышается унос пыли, поэтому богатые медные концентраты с содержанием меди более 25% плавят без обжига, бедные (с содержанием меди менее 25%) – обжигают.
Обжиг ведут в печах различной конструкции. Наиболее эффективными являются печи кипящего слоя, которые обеспечивают высокое содержание сернистого газа, что позволяет использовать отходящие газы для производства серной кислоты.
При обогащении дутья кислородом до 25% производительность печей возрастает на 26% , а до 27% - на 38 %, кроме того увеличивается концентрация SO2 в отходящих газах.
В процессе обжига шихту нагревают до 750 - 800 0С, сульфиды загораются и обжиг затем идет автотермично (т. е. без подвода тепла извне). Температура обжига не должна превышать 850 0С, чтобы не происходило спекания шихты. Поэтому содержание серы не должно превышать 27%.
Для поддержания температуры на необходимом уровне к шихте добавляют флюсы (в первую очередь известняк ).
Получение черновой меди
Получение черновой меди идет в несколько этапов.
Плавка медных концентратов на штейн
В печь загружают медный концентрат, известняк и кокс. Загрузку ведут отдельными порциями (колошами). В нижней части печи находятся фурмы для подачи воздуха.
В нижней части печи создается окислительная атмосфера, а в верхней - восстановительная. Температура у фурм составляет 1500 0С, а на выходе из печи газы имеют температуру 400 – 450 0С.
В нижней части печи идут следующие процессы:
С + О2 CO2 + Q
2FeS + 3O2 2FeO + 2SO2 + Q
2FeO + SiO2 (FeO)2 *SiO2
2Cu2O + 2FeS + SiO2 2Cu2S + (FeO)2*SiO2
В верхней части печи:
CO2 + C 2CO
2SO2 + 5C 4CO + CS2
SO2 + 2C COS + CO
В результате этих процессов образуется штейн, содержащий от 15% до 40% меди, и шлак, состоящий из силикатов железа и кальция. Кроме того образуется колошниковый газ, содержащий СО, СО2,СOS, СS2 .
Во время плавки штейн выпускается периодически, а шлак – непрерывно в специальные ковши.
Конвертирование медного штейна
Конвертер имеет цилиндрическую форму (рис. 13), изнутри футерован магнезитовым кирпичом. Размеры: длина - 6-10 м , диаметр - 3-4 м.Количество фурм 46-52, диаметр - 50 мм.
В конвертор заливают штейн и подают кварцевый флюс, содержащий 70-80% SiO2 . Флюс подают и во время плавки.
Процесс конвертирования можно разделить на 2 периода:
Первый период – окислительный. Во время этого периода происходит окисление сульфида железа с получением белого штейна. Продолжительность периода - 6-25 часов, в зависимости от содержания меди. По мере накопления шлака его частично удаляют и заливают в конвертор новую порцию штейна, поддерживая уровень постоянным.
Во время первого периода идут следующие процессы:
2FeS + 3O2 2FeO + 2SO2 + Q
2Cu2S + 3O2 2Cu2O + 2SO2 + Q
( но пока есть FeS , Cu2O накапливаться не будет, так как сродство железа к кислороду выше, чем меди.):
Cu2O + FeS Cu2S + FeO
2FeO + SiO2 (FeO)2*SiO2
В результате всех этих процессов температура повышается с
1100-1200 0С до 1300-1350 0С. Более высокая температура
Рис. 13. Конвертер
1-горловина; 2-отверстие для загрузки флюса;
3-воздушные фурмы
нежелательна, поэтому при конвертировании штейна с высоким содержанием FeS добавляют охладители (твердый штейн или медный концентрат).
К концу первого периода в конвертере накапливается белый штейн, содержащий до 80% меди, ~ 20% серы и незначительное количество примесей; и шлак, содержащий до 3% Cu , 60-70% FeO, 17-28% SiO2.
Второй этап называется реакционный. На этом этапе из белого штейна получают черновую медь. Продолжительность этапа 2-3 часа. Во время второго этапа идут следующие процессы:
2Cu2S + 3O2 2Cu2O + 2SO2 + Q
2Cu2O + Cu2S 6Cu + 2 SO2
Черновая медь содержит 97,5 – 99,5% меди, примеси: Fe, S, Ni, Sn, As, Sb, Au,Ag. Также образуется шлак, который содержит до 3,5% Cu, 45-70 % FeO , 22-30% SiO2.
Шлаки конвертирования возвращают на плавку, кроме того образовавшийся газ, содержащий 4-6 % SO2 , можно использовать для производства серной кислоты.
Затем черновую медь подвергают огневому и электролитическому рафинированию.