Конвертирование

Целью дальнейшей переработки медного штейна является получение черновой меди. В ней будут концентрироваться так же практически все золото и серебро, и, частично, редкие элементы. Эта задача решается путем окисления железа и серы продувкой через слой расплавленного штейна воздуха или дутья, обогащенного кислородом. Такой процесс получил название “конвертирование”. Продувка штейна сопровождается переводом оксидов железа в шлак, а SO₂ в газы. Вследствие экзотермичности реакции окисления сульфида и шлакообразования, процесс конвертирования не требует затрат постороннего источника теплоты и является типичным автогенным процессом.

Медные штейны в основном состоят из сульфидов меди(Cu₂S) и железа(FeS). Содержание меди в них, в зависимости от состава перерабатываемого сырья и применяемого вида плавки, колеблется от 10-12 до 70% и более.

Процесс конвертирования медных штейнов протекает в два периода: в 1-ом периоде практически полностью окисляется сульфид железа:

2FeS + 3O₂ = 2FeO + 2SO₂

т.е. железо и связанная с ним сера; во втором получается черновая медь за счет окисления полусернистой (Сu₂S) меди.

Для практического осуществления процесса конвертирования медных штейнов почти повсеместно используют горизонтальные конвертеры.

Конвертер представляет собой цилиндрический поворотный аппарат периодического действия. Он имеет сварной кожух из стальных листов толщиной 20-40 мм, диаметром 3-5 и длиной до 10 м, футированный хромомагнезитовым кирпичом. Конвертер опирается на 4 пары роликов. Благодаря этому, он может поворачиваться вокруг своей горизонтальной оси. В верхней части конвертера имеется горловина, через которую заливают жидкий штейн, загружают холодные материалы, отводят газы и сливают конвертерный шлак и черновую медь.

Для подачи дутья в штейновый расплав, на одной из сторон конвертера по образующей установлены фурмы. Воздух в конвертер подается под избыточным давлением 0,1-0,16 мПа.

Чтобы фурмы не заливались расплавом, скорость истечения воздуха из сопла должна составлять 120-150 м\с.

В современной практике медной промышленности используют горизонтальные конвертеры вместимостью по меди от 40 до 180 тонн. На них установлено от 32 до 62 фурм диаметром 38-52 мм. Конвертеры – аппараты периодического действия. Процесс конвертирования начинается с заливки в конвертер нескольких ковшей жидкого штейна. Расплав при этом должен занимать несколько менее половины объема конвертера. Транспортируют штейн ковшами с помощью мостового крана. После приема штейна, конвертер ставят в рабочее положение и фурмы погружаются в расплав на 300-500 мм. Перед погружением фурм в расплав включают воздух.

Периодичность является одним из самых главных недостатков процесса конвертирования. Она приводит к большим затратам времени на зарядку конвертера, слив конвертерного шлака и черновой меди.

В первый период конвертирования проходит постепенное накопление в конвертере обогащенной медью сульфидной массы. В связи с этим, после каждой заливки штейна и его частичной продувки из конвертера сливают шлак и заливают дополнительную порцию штейна. Затем вновь проводят продувку. Эти операции в течение 1го периода проводят несколько раз, пока в конвертере не накопится достаточное количество богатой массы.

Выделяющейся при окислении сульфидов теплоты вполне достаточно не только для покрытия всех тепловых потерь, но и для существенного перегрева расплава. Во избежание чрезмерного перегрева расплава в конвертер загружают холодные присадки (дробленый оборотный шлак, корки). Конвертерные шлаки содержат 1,5-8% меди и отправляются на дальнейшую переработку.

Химизм второго периода конвертирования, имеющего своей целью получение черновой меди, может быть выражен реакциями:

2Cu₂S+3O₂ -> 2Cu₂O+SO₂

Cu₂S+2Cu₂O -> 6Cu+SO₂

Конвертирование во втором периоде протекает при температуре около 1250С. Благородные металлы в медных штейнах в первом периоде концентрируются в белом штейне, и далее полностью остаются в черновой меди. Цинк, частый компонент медных штейнов, при конвертировании окисляется практически полностью и распределяется между шлаком и пылью. Переход цинка в пыль достигает 15-20%.

Свинец при конвертировании удаляется из меди почти полностью и улетучивается с конвертерными газами. Некоторая часть свинца переходит в шлак.

Второй период конвертирования проводится без загрузки каких либо материалов при подаче только воздуха. Готовность меди определяют пробой. Конечными продуктами процесса являются: черновая медь, конвертерный шлак и запыленные газы.

Черновая медь в зависимости от марки (от МЧ1 до МЧ6) должна содержать медь+серебро+золото от 96,0% (МЧ6) до 99,4%(МЧ1). Конвертерные шлаки содержат, %: 1-2% меди, 20-28% SiO2, 50-55% Fe, небольшое количество CaO, MgO, Al2O3. Железо в шлаках присутствует в форме FeO и Fe3O4(содержание магнетита от 10 до 28-30%). Извлечение меди в черновую медь составляет 87-92%, в конвертерный шлак 3-6%, в обороты 4-6%, потери – 0,5-0,8%.