Шлаки медной плавки

Шлак медной плавки — это в большинстве случаев отвальный продукт. Выход шлаков довольно велик: на каждую весовую единицу выплавленного штейна получается до 10 единиц шлака при содержании в нем около 0,1—0,5% Cu. Если принять содержание меди в штейне 50%, нетрудно подсчитать, что шлаки могут унести с собой до 10% всего металла. Экономика медной плавки в значительной степени зависит от выхода шлака и содержания в нем меди.

Выход шлака определяется составом перерабатываемого сырья и количеством добавляемых флюсов. Содержание меди в шлаке зависит от состава шлака и условий плавки.

Различают следующие потери меди в шлаке:

1) химические, которые обусловлены неполнотой взаимодействия между Cu2O и FeS, поэтому часть меди остается в шлаке в виде растворенной Cu2O; как показали исследования В.А. Ванюкова и других ученых, эти потери невелики и существенного значения не имеют;

2) физические — растворение Cu2S в шлаке; растворимость сульфидов зависит от состава шлака и температуры, однако максимально она не превышает 0,2—0,3%;

3) механические — в результате неполного отстаивания капель штейна из-за малого различия в удельных весах штейна и шлака, высокой вязкости шлака, малой продолжительности отстаивания и т. п., эти потери наиболее существенны.

Состав сырья нужно выбирать так, чтобы получался наименее вязкий и наиболее легкий шлак. При этом необходимо стремиться к применению минимального количества наиболее дешевых флюсов.

Шлаки медной плавки во многом подобны шлакам никелевой, свинцовой и оловянной плавок, основные компоненты их: SiO2, FeO, CaO; суммарное содержание этих составляющих достигает 80—90%. Кроме того, шлаки содержат до 15% Al2O3 и в отдельных случаях до 25% Fe3O4 (конвертерные шлаки), а также окислы магния, бария, натрия и других металлов.

Температура плавления шлака должна соответствовать условиям процесса: слишком тугоплавкие шлаки удорожают стоимость плавки, вызывая повышенный расход топлива и износ огнеупоров. Шлаки медной плавки плавятся обычно при 1050—1200°.

Отдельные компоненты шлаков имеют очень высокие температуры плавления, например SiO2—1680°, FeO—1360°, CaO—2570°. Различные же сочетания их плавятся при значительно более низких температурах благодаря образованию легкоплавких смесей и химических соединений.

Шлаки относятся к веществам стекловидного типа, не имеющим точки плавления. В определенном интервале температур они постепенно переходят из твердого состояния в жидкое, поэтому для полного представления о плавкости шлаков следует руководствоваться не только температурой плавления, но и вязкостью.

Увеличение содержания в шлаках FeO, MnO, CaO, BaO сопровождается понижением вязкости; SiO2, Al2O3, MgO, Fe3O4 и некоторые другие окислы повышают вязкость шлаков. В ряде случаев труднорастворимые в шлаках вещества повышают вязкость, переходя в шлаки в виде твердых частиц, взвешенных в жидком расплаве.

Окислы, составляющие шлак, образуют между собой химические соединения, главным образом силикаты типа xMeO*ySiO2. Согласно наиболее распространенным представлениям о природе шлаков, химические соединения в них частично диссоциируют на свободные окислы:



Степень диссоциации у разных силикатов неодинакова и зависит от прочности связи между окислами, температуры и концентрации в жидком шлаке. Окислы, образующие более прочные силикаты, разрушают силикаты менее прочные, например:



Согласно новым представлениям, впервые высказанным проф. В.А. Ванюковым и в настоящее время развиваемым многими учеными, силикаты в шлаках диссоциируют подобно солям, например:



Ионная электропроводность жидких шлаков и возможность электролиза их с выделением металла на катоде подтверждены опытом.

Удельные веса шлаков зависят от состава. Заводские шлаки медной плавки имеют удельный вес в пределах 3,2—4,0. Окислы железа, марганца и бария утяжеляют шлаки, а окислы алюминия, кремния, магния и кальция делают их более легкими.