Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Пирометаллургический способ получения меди из руд и концентратов

31.01.2020

Минералы, входящие в состав руд, не изменяют своего состава при обогащении. Между составами руды и концентрата имеются только количественные, но не качественные различия, поэтому переработка руд и концентратов имеет одну и ту же физико-химическую основу.

Если сульфидную руду или полученный из нее концентрат расплавить, то расплавленная масса разделится на два жидких слоя: сплав сульфидов и сплав окислов. Расслаивание объясняется различным удельным весом и малой взаимной растворимостью расплавленных сульфидов и окислов.

Сплав сульфидов называют штейном, а сплав окислов — шлаком. Шлак всплывает над штейном, так как удельный вес штейнов около 5, а удельный вес шлаков около 3.

Еще до плавления минералы меди и железа существенно изменяют свой состав, разлагаясь с образованием простых сульфидов и паров серы:

FeS2 = FeS + 1/2S2;

2CuS = Cu2S + 1/2S2;

2CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + 1/2S2;

2Cu3FeS3 = 3Cu2S + 2FeS + 1/2S2.


В то же время простые сульфиды железа и меди устойчивы до сравнительно высоких температур, поэтому расплавленный штейн, независимо от минералогических форм сульфидов меди и железа в сырье, всегда будет сплавом Cu2S и FeS.

Пустая порода (SiO2, CaO, Аl2O3) переходит при плавке в шлак, который можно легко отделить от штейна и вывести из процесса. Следовательно, даже простое расплавление руды или концентрата позволяет сконцентрировать медь в штейне.

Чтобы перевести в шлак и часть железа из сульфида, его нужно окислить, например, кислородом воздуха:

2FeS + 3О2 = 2FeO + 2SО2.


До Fe3O4 и Fe2O3 железо не окисляется, так как в шихте присутствует достаточное количество кварца, которым закись железа связывается в прочный силикат:

2FeO + SiO2 = 2FeO * SiO2.


Одновременно возможно и окисление Cu2S:

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2.


Однако практически окисляется только FeS, так как Cu2O вступает с сернистым железом во взаимодействие и вновь сульфидируется:

Cu2O + FeS = Cu2S + FeO,


Эта реакция — основная в пирометаллургии меди. Благодаря быстрому протеканию этой реакции медь остается в виде сульфида и концентрируется в штейне, а железо в значительной степени переходит в шлак в виде 2FeO*SiO2. За счет этого содержание меди в штейне возрастает.

Полнота окисления сернистого железа при плавке характеризуется степенью десульфуризации (степенью выгорания серы) — отношением весового количества окисленной серы к весовому количеству ее в исходном сырье, выраженным в процентах или долях единицы. Чем больше окислится железа и серы, тем богаче медью будет штейн.

Часть серы можно окислить перед плавкой посредством обжига, обычно применяемого для сырья с высоким содержанием серы. Если при обжиге или плавке окислить всю серу, связанную с железом, железо полностью перейдет в шлак. Полученный штейн окажется близким по составу к чистой полусернистой меди (79,9% Cu). Такой штейн называют белым штейном.

Для получения металлической меди расплавленный белый штейн продувают воздухом; полусернистая медь окисляется при этом до закиси, а последняя в момент образования реагирует с остатком сульфида:

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2;

Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + SO2.


Непосредственно при плавке руды или концентрата белый штейн получать не выгодно, так как с увеличением содержания меди в штейне возрастают механические потери меди в шлаках из-за неполного отстаивания мелких капель штейна. Лучше сначала получать из сырья сравнительно бедный штейн и, следовательно, бедный отвальный шлак, который можно было бы вывести из процесса. Остатки железа из такого штейна удаляют в конвертере, похожем на бессемеровский конвертер сталеплавильного производства.

В начале продувки штейна в конвертере протекают те же реакции, что и при рудной плавке, приводящие к избирательному окислению железа из штейна. Закись железа ошлаковывается добавленным в конвертер кварцем.

После окисления всего железа и получения белого штейна конвертерный шлак сливают и отправляют на повторную переработку, так как он богат медью.

Белый штейн продолжают продувать воздухом, в результате чего и получают металлическую медь, называемую черновой; черновую медь затем подвергают рафинированию — очистке от примесей.

В прошлом столетии штейн выплавляли непосредственно из руд. При современном развитии флотации руды чаше сначала обогащают, получая концентраты, которые затем плавят. Это значительно повысило общее извлечение меди из руды и снизило ее себестоимость.

Тем не менее, прямая плавка руд применяется и в настоящее время; обогащение руды выгодно только в том случае, если золото и серебро при этом переходят в медный концентрат, так как при плавке концентрата эти металлы перейдут в медь и могут быть извлечены из нее при электролитическом рафинировании; в случае перехода части благородных металлов в хвосты флотации возникает необходимость дополнительной переработки хвостов, что не всегда возможно и выгодно. Вторым обстоятельством, вынуждающим иногда отказываться от флотации и перерабатывать непосредственно руды, является возможность извлекать из медных руд попутно с медью элементарную серу. Такой способ разработан, внедрен в производство и имеет несомненные преимущества, обеспечивая большую комплексность использования сырья.

В каждом отдельном случае способ переработки медных руд выбирают на основе технико-экономических расчетов, учитывающих приведенные выше соображения применительно к тому или иному месторождению.

Общая схема пирометаллургии меди показана на рис. 87, она включает непосредственную плавку руды, плавку концентрата после предварительного обжига и плавку концентрата без обжига. Рассматривая ее применительно к сульфидным рудам и концентрам, мы видим, что для отделения меди от железа необходимо окислить и удалить с газами часть серы. Смешанные медные руды содержат меньше серы, чем сульфидные, поэтому их можно переработать тем же способом, но при меньшей степени десульфуризации. Окисленные руды можно плавить в смеси с сульфидными. Следовательно, плавка на штейн пригодна для любого сырья, если серы в нем достаточно для образования штейна.

Сырые и обожженные медные концентраты порошкообразны, поэтому для плавки их на штейн применяют отражательные или электрические печи, пригодные для плавки мелкой шихты. Медные руды обычно кусковаты, для плавки их пригодны, как правило, только шахтные печи. Иногда концентраты брикетируют или спекают, тогда их плавят в шахтных печах; рудную мелочь загружают вместе с концентратами в отражательные или электрические печи.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: