Независимо от способа, которым выплавлен штейн из руды или концентрата, дальнейшая переработка его одинакова. Штейны имеют состав, %: 16…25 Cu; 36…49 Fe; 1…2 SiO2; 0,5…1,0 CaO и отличаются главным образом концентрацией меди и железа.
Переработка штейнов осуществляется в конвертерах горизонтального типа диаметром до 4 м, длиной до 10 м, вместимостью до 100 т меди (выплавляется за 1 технологическую операцию). Конвертер футерован хромо-магнезитовым кирпичом. Механическая передача обеспечивает возможность поворачивания конвертера в обе стороны на 1 оборот.
. Конвертер в рабочем положении: 1 – штейн; 2 – шлак; 3 – фурма; 4 – горелка;
5 – бандаж; 6 – горловина; 7 – воздухопровод; 8 – опора; 9 – венцовая шестерня; а – сжатый воздух; б – шихта (флюсы); в – газы
На корпусе укреплены бандажи – опорные и ведущий, находящийся в зацеплении с шестерней редуктора электродвигателя, которым конвертор может поворачиваться в обе стороны на 360°. На боковой поверхности имеется горловина, через которую заливают штейн, скачивают шлак, разливают медь и отводят газы. В рабочем положении она направлена вверх и помещается под напыльником, соединенным с отводящими газоходами. Края напыльника плотно примыкают к корпусу конвертера, предупреждая
|
|
разбавление газов атмосферным воздухом. По одной из образующих корпуса установлены фурмы, соединенные с коллектором сжатого воздуха (2,0…1,5 атм). Фурма имеет шаровой клапан, стальной шарик которого в рабочем положении перекрывает выход воздуха наружу, а при прочистке ломиком отходит в гнездо. Газы через напыльник поступают в сборный газоход, из него – в пылевую камеру, электрофильтр, а затем – на производство серной кислоты. Штейн в конвертор подают ковшом через горловину, предварительно повернув бочку, чтобы не залить фурмы.
Продувка штейна в конвертере состоит из двух периодов. Содержание первого периода конвертирования: окисление сульфида железа, ошлакование образующейся закиси железа добавляемым кварцем с получением белого штейна (белого матта) и шлака.
Воздух, вдуваемый через фурмы в жидкий штейн, энергично его перемешивает. На поверхности воздушных пузырьков протекают реакции окисления FeS и Cu2 S:
Возникающий при этом оксид меди сульфидируется по реакции:
Cu 2O+ FeS= Cu 2S+ FeO
а FeO связывается в силикат Fe 2SiO4 кварцем:
2FeO+ SiO2=2FeO∙ SiO2
Загрузку кварца (крупностью 6…20 мм) начинают с продувки расплава.
Желательно применять золотосодержащие или медистые кварциты, чтобы
извлечь дополнительно медь и золото, однако содержащие не менее 80 %
SiO2, чтобы не повышать выход шлака.
Таким образом, в первом периоде в результате продувки воздуха может
|
|
окислиться лишь сульфид железа; только после окисления всего сульфида
железа образуется оксид меди Cu2O. Поэтому в первом периоде из медно-
го штейна удаляют сернистое железо, а медь в виде сульфида концентри-
руется в штейне. Суммарная реакция окисления FeS в присутствии кварца
в этом периоде:
служит основным источником тепла и накопления его в конвертере для вто-
рого периода плавки. Шлак сливают через горловину, наклоняя конвертор.
Вследствие переокисления сульфида железа при недостатке кварца
у фурм (в области интенсивной продувки):
получаемые шлаки обогащены магнетитом Fe3 O4, который ограниченно
растворим в расплавленной массе и образует на футеровке тугоплавкие на-
стыли. Присутствие магнетита в шлаке увеличивает его вязкость и, следо-
вательно, механические потери меди с ним. В связи с повышенной концен-
трацией в шлаке меди он вовлекается в переработку в предыдущей плавке
на штейн непосредственно или после флотационного обогащения. Равно-
мерная подача измельченного кварца и достаточно высокая температура
способствуют восстановлению магнетита по реакции:
получению достаточно жидких шлаков и снижению потерь с ними меди.
Конвертерные шлаки, образующиеся в первом периоде, имеют ориентировочный состав, мас. %: Cu 1,5…2,5, SiO2 17…28, Fe 60…70, в том числе в виде Fe3 O4 до 25. В них тем меньше магнетита, чем больше кон-
центрация оксида кремния. Для доизвлечения меди из шлака его возвра-
щают в предыдущую операцию выплавки штейна или после грануляции
обогащают флотационным методом.
Температура заливаемого в конвертер штейна составляет примерно
14730С и в течение первого периода она за счет интенсивного окисления
сульфида железа увеличивается и поддерживается в пределах
1523…1623 0С; более высокая температура вызывает ускоренный износ фу-
теровки, а при более низкой температуре расплавы становятся вязкими.
Регулирование температуры осуществляется добавками: расплавленного
штейна – для увеличения температуры, или холодных присадок (холодный
штейн) – для уменьшения температуры.
После продувки и слива шлака объем ее уменьшается и позволяет при-
нять новую порцию штейна, набор которого продолжают до накопления
белого штейна (белого матта) – штейна, состоящего практически из одного
сульфида меди, в количестве, необходимом для перехода ко второму пе-
риоду плавки. Цель первого периода – набор белого штейна – осуществля-
ется повторением циклов: заливка бедного штейна, его продувка и слив
шлака. В зависимости от концентрации меди в перерабатываемом штейне
длительность первого периода конвертирования составляет от 6 ч до суток,
а второго – 3…4 ч.
Второй период конвертирования начинается после набора белого
штейна. Содержание второго периода конвертирования: дальнейшая про-
дувка расплава белого штейна с окислением сульфида меди и получением
черновой меди. Возникающий при окислении расплава оксид меди интен-
сивно реагирует с остаточным сульфидом и химизм второго периода мож-
но описать реакциями:
После почти полного окисления белого штейна плавку заканчивают. Не-
большое количество сульфида меди остается растворенным в металле,
но дальнейшая продувка невозможна вследствие дефицита тепла. В конце
второго периода используется тепло, накопленное футеровкой конвертора.
Черновую медь разливают в изложницы. Слитки конверторной (черно-
вой) меди называют штыками (от немецкого Stück – кусок, штука). На не-
которых заводах черновую медь в изложницы не разливают, а переносят
в рафинировочные печи, избегая повторного плавления. Извлечение меди
и благородных металлов в черновую медь достигает 99 % и тем больше,
|
|
чем богаче штейн. В черновой меди суммарная концентрация примесей со-
ставляет около 1 % (Fe, S, O, Zn, As, Sb и др.).
Конвертерные газы, получаемые в обоих периодах, обогащены диокси-
дом серы до 15 об. %, но периодичность работы конвертеров, большие
подсосы воздуха, сильно разубоживающие газы (особенно около напыль-
ника) затрудняют использование этих газов для производства из них сер-
ной кислоты. С газами выносится в виде пыли (частицы флюсов, штейна,
меди и т.д.) до 5 % меди и благородных металлов.
Грубую пыль улавливают в осадительных камерах или циклонах, час-
тично она оседает в газоходах. В основном это затвердевшие брызги меди,
штейна и частицы флюса. Пыль возвращают в конвертор или в шихту руд-
ной плавки. Тонкую пыль, состоящую из возогнанных оксидов свинца,
цинка и редких металлов, улавливают электрофильтрами и направляют
на отдельную переработку.
На большинстве заводов дутье обогащают кислородом до 25…33 %
только в первом периоде, а второй проводят на воздушном дутье. Усовер-
шенствование конверторного передела обогащением дутья кислородом по-
зволяет сократить продолжительность продувки, уменьшить выход газов
и повысить концентрацию в них SO2. При этом увеличится приход тепла
в первом периоде и уменьшится потеря его во втором, что позволит полу-
чать в конвертере медь непосредственно из концентратов, минуя выплавку
штейна. Для этого в предварительно разогретый конвертор загружают вме-
сте с кварцем гранулированный медный концентрат, после чего получают
из него сначала белый штейн, а затем медь. Концентрат (концентрация ме-
ди не менее 20 %), увлажненный до 8…10 %, окатывают, пересыпая его
в медленно вращающемся барабане или на наклонной тарели. При этом
образуются шаровидные гранулы диаметром 10…20 мм, которые затем
сушат до 2…3 % влаги и затем загружают в конвертор. Гранулятор диа-
метром 2,8 м производит до 15 т окатышей в час.