§ 3. Пирометаллургический способ производства меди

Известны два способа извлечения меди из руд и концентратов: гидрометаллургический и пирометаллургический.

Первый из них не нашел широкого применения. Его используют при переработке бедных окисленных и самородных

702

руд. Этот способ в отличие от пирометаллургического не позвляет извлекать попутно с медью драгоценные металлы.

Большую часть меди (85–90%) производят пирометаллур-гическим способом из сульфидных руд. Одновременно решается задача извлечения из руд помимо меди других ценных сопутствующих металлов. Пирометаллургический способ производства меди является многостадийным. Основные стадии этого производства: подготовка руд (обогащение и иногда дополнительно обжиг), плавка на штейн (выплавка медного штейна), конвертирование штейна с получением черновой меди, рафинирование черновой меди (сначала огневое, а затем электролитическое).

1. Подготовка медных руд к плавке

Сульфидные медные руды обогащают преимущественно методом пенной флотации (см. часть 1, § 5, гл. 1). Предварительно руду измельчат! до частиц крупностью ОД–0,5 мм. После флотации получают медный концентрат, содержащий 8–35 % Си, 40–50 % S, 30–35 % Fe н пустую породу, главными составляющими которой являются SiO₂, А1₂О_Э и СаО. Медь в концентрате находится в виде сернистых соединений, железо–в основном в виде пирита FeS₂. Концентрат содержит 8-10% влаги.

Обжиг медных концентратов. Большую часть концентратов (богатые концентраты, содержащие 25–35% Си) переплавляют на штейн без обжига, а незначительную часть (бедные концентраты, содержащие 10–25 % Си) предварительно подвергают обжигу. Основная цель обжига – частичное окисление содержащихся в концентрате серы и железа с тем, чтобы в последующем обеспечивалось получение штейна с достаточно высоким (~ 25–30 %) содержанием меди.

Обжиг осуществляют преимущественно в печах кипящего слоя (см. далее рис. 243). Печь представляет собой футерованную шамотным кирпичом вертикальную шахту высотой до 9 м со сводом и подом, в котором расположены сопла (30–50 сопел на 1 м² площади пода), через которые в печь снизу вдувают воздух, иногда обогащенный кислородом. Над подом печи имеется окно, через которое непрерывно загружают шихту, а с противоположной стороны печи– отверстие для непрерывной выгрузки продукта плавки (огарка). Загружае-

703

мая в печь шихта состоит из медного концентрата, флюсов (измельченных известняка и кварцита) и оборотной пыли. Расход воздуха поддерживают таким, чтобы зерна загружаемой шихты находились во взвешенном состоянии, совершая в потоке воздуха непрерывное возвратно-поступательное движение (движение, похожее на кипение жидкости).

В процессе обжига происходят: нагрев шихты; термическая диссоциация высших сульфидов (FeS₂ –*- FeS + l/2S₂ и 2CuS –*- Cu₂S + l/2S₂); окисление образующихся паров серы до SO₂ с выделением тепла; горение сульфида железа 2FeS + + 3,5О₂ = Fe₂O₃ + 2SO₂ с выделением тепла. Этого тепла с избытком хватает для требуемого нагрева шихты (700– 850 °С). Температура в печи не должна превышать 850 °С во избежание спекания шихты; чтобы избежать перегрева, в шихту вводят флюсы, иногда в печь вдувают воду или в кипящий слой вводят трубчатые холодильники.

Продукт обжига – огарок состоит из низших сульфидов Cu₂S и FeS и различных оксидов. Отходящие из печи газы, содержащие 7–13 % SO₂, используют для производства серной кислоты. Чтобы уменьшить вынос мелкой шихты отходящими газами, иногда перед обжигом медный концентрат подвергают окомкованию. Широко распространенный в прошлом обжиг медных концентратов в многоподовых печах с механическим пе-регребанием материалов применяется в настоящее время редко.