Переработка медных штейнов

Независимо от способа, которым получен штейн, дальнейшая переработка его одинакова.

Современный медеплавильный конвертер выполнен (для увеличения емкости и производительности) в виде горизонтально установленного цилиндра, по образующей которого расположены фурмы для вдувания воздуха.

Корпус конвертера состоит (рис. 95 и 96) из железного кожуха, футерованного внутри магнезитовым кирпичом, так как кварцевая футеровка быстро разъедается.

На корпусе конвертера имеются два гладких и один зубчатый обод. Каждый гладкий обод опирается на две пары роликов, укрепленных в установленных на фундаменте качающихся опорах; зубчатый обод находится в зацеплении с передачей от мотора, с помощью этого устройства конвертер может поворачиваться в обе стороны.

В средней части корпуса конвертера имеется отверстие для загрузки расплавленного штейна и слива продуктов плавки, называемое горловиной, а в одной из торцевых стенок конвертера — круглое отверстие для пневматической загрузки флюсов во время плавки.

Газы, получаемые при работе конвертера, выходят через горловину, которая в рабочем положении направлена вверх и помещается под железным коробом — напыльником, соединенным с отводящими газоходами. Края напыльника имеют вырез по форме наружной поверхности конвертера, поэтому плотно примыкают к корпусу конвертера, предотвращая излишнее разбавление газов воздухом, подсасываемым из атмосферы.

Конвертеры работают периодически, выплавляя за одну операцию до 100 т меди. Наружный диаметр конвертера 3—4 м, длина конвертера 6—9 м.

Продувка штейна в конвертере слагается из двух периодов.

За первый период происходит окисление железа и ошлакование его добавляемым в конвертер кварцем; в итоге получают белый штейн и шлак; шлак сливают через горловину.

Воздух, вдуваемый через фурмы в слой расплавленного штейна, энергично перемешивает содержимое конвертера. На поверхности воздушных пузырей протекают реакции окисления сульфидов:



Закись меди в результате обменного взаимодействия с FeS вновь превращается в сульфид:



Таким образом, в результате продувки воздуха в первом периоде может произойти только окисление сернистого железа. Образование закиси меди становится возможным лишь после окисления всего сернистого железа.

Закись железа шлакуется добавляемым в конвертер кварцем:



Окисление сульфида железа в присутствии кварца можно выразить также и следующей суммарной реакцией, служащей основным источником тепла:



При недостатке кварца закись железа окисляется до магнетита:



В штейнах всегда присутствуют некоторые количества ферритов. Работами проф. А.Н. Вольского показана восстановимость ферритов сернистым железом в присутствии кварца по реакции:



Равномерная подача в конвертер на поверхность штейна измельченного кварца и достаточно высокая температура способствуют наиболее полному восстановлению ферритов, получению менее вязких шлаков и снижению механических потерь в них меди. Ферриты, не восстановленные за время продувки, переходят в шлак главным образом в виде взвешенных твердых частиц, увеличивая вязкость шлака. После окисления железа и слива шлака начинается второй период процесса.

Белый штейн продолжают продувать воздухом. Окисление CU2S при этом сопровождается образованием меди:



Черновая медь содержит примеси железа, серы, кислорода, цинка, никеля, мышьяка, сурьмы и других металлов.

Золото и серебро вследствие высокой их растворимости в штейнах и меди и малой растворимости в конвертерных шлаках практически полностью переходят в черновую медь.

Расплавленный штейн, выпущенный из отражательной печи или переднего горна шахтной печи, доставляют к конвертеру в ковшах мостовыми кранами. Перед заливкой штейна конвертер поворачивают так, чтобы фурмы оказались выше слоя расплава.

Температура заливаемого в конвертер штейна около 1100—1200°, при продувке она быстро повышается вследствие интенсивного окисления FeS. Нормальная температура в первом периоде работы конвертера должна быть в пределах 1250—1350°.

Соблюдение температуры в указанных пределах необходимо для предохранения футеровки от преждевременного износа и получения достаточно жидкоплавких шлаков. Повышение температуры достигается добавками расплавленного штейна, понижение — загрузками холодных присадок или временными остановками дутья. Разумеется, перед каждой остановкой дутья конвертер должен быть повернут так, чтобы фурмы вышли из-под слоя расплавленной массы.

Загрузку кварца начинают с начала продувки. При подаче пневматической пушкой кварц должен быть не крупнее 8 мм, но и не очень мелкий, легко распыляемый; при загрузке же через горловину кварц может быть крупнее (до 70 мм).

Расплавленная масса не должна занимать больше 1/3 объема конвертера во избежание значительного разбрызгивания ее продуваемым воздухом, в то же время поверхность слоя штейна всегда должна быть выше линии фурм. Поэтому после продувки и слива шлака в конвертер заливают новую порцию исходного штейна. Повторные загрузки штейна, продувки и сливы шлака производятся до накопления в конвертере количества расплава, необходимого для перехода ко второму периоду процесса.

Продолжительность первого периода зависит от содержания меди в штейне и может колебаться от 2 час. до 2 суток.

В штейне всегда остается небольшое количество железа, окончательно окисляемое в начале второго периода, поэтому во втором периоде образуется немного богатого медью шлака. Этот шлак в виде кашеобразной массы после слива меди остается в конвертере до следующей операции. Продолжительность второго периода обычно около 2—3 часов.

Конвертерные шлаки по составу близки к силикату закиси железа 2FeO*SiO2; суммарное содержание окислов железа и кремнезема в них 75—90%; остальные компоненты попадают в шлак случайно как примеси, содержавшиеся в применяемом кварцевом флюсе. Из практики нескольких заводов можно вывести следующие средние данные о составе конвертерных шлаков (%):

Более кислые шлаки характеризуются меньшими потерями в них меди.

Конвертерные шлаки с целью извлечения содержащейся в них меди выдерживают в расплавленном состоянии в контакте со штейном. Для этого расплавленный конвертерный шлак заливают в действующую отражательную печь или в передний горн шахтной печи; в некоторых случаях шлак выливают на площадку и дают ему затвердеть, после чего дробят на куски и загружают в шихту шахтной плавки совместно с медными рудами.

Конвертерные газы первого периода благодаря высокой степени использования воздуха содержат 12—15% SO2 и всего около 0,2% избыточного кислорода; содержание SO2 в газах второго периода достигает 15—17%. Конвертерные газы вполне пригодны для получения серной кислоты или серы, однако их редко используют для этой цели вследствие периодичности работы конвертеров и сильного разбавления газов воздухом, подсасываемым из атмосферы в местах примыкания напыльника к корпусу конвертера. Предложенные конструкции герметизированных на-пыльников пока еще недостаточно совершенны, они сильно усложняют обслуживание конвертеров и не нашли широкого применения. На большинстве заводов конвертерные газы не используются и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу.

Пыль, выносимая конвертерными газами, состоит из затвердевших капель штейна и меди, частиц флюса и летучих окислов примесей. Пыль выносит до 1 % меди (от количества переработанной меди) и благородных металлов. Основное количество этих ценных составляющих находится в грубой фракции пыли, легко улавливаемой в простых осадительных камерах. Пыль из камер возвращают в шихту отражательной плавки или в конвертер. Тонкая фракция пыли может быть осаждена только в электрофильтрах, установленных после осадительной камеры. В тонкой фракции пыли концентрируются окислы свинца и цинка.

Черновую медь по окончании операции сливают из конвертера в ковш и отвозят мостовым краном к месту разливки. При малой производительности медь разливают непосредственно из ковша в неподвижно установленные прямоугольные стальные изложницы.

При большой производительности применяют ленточные разливочные машины.

Ленточная разливочная машина представляет собой конвейер, на котором закреплены изложницы, заполняемые из сборника, подобного миксеру для чугуна, или из ковша, поставленного на специальные козлы.

Скорость движения ленты рассчитана так, что медь, дойдя до конца горизонтальной ее части, затвердевает и несколько охлаждается. Слиток меди выбрасывается из изложницы при опрокидывании последней.

Извлечение меди и благородных металлов из штейна в черновую медь с учетом переработки конвертерных шлаков составляет 95—99%; оно тем выше, чем богаче медью штейн.

Производительность конвертера зависит от времени пребывания его под дутьем, которое колеблется на разных заводах от 75 до 90% рабочего времени.

Стоимость переработки штейна значительно зависит от его состава. По подсчетам на одном из заводов, при 13%-ном содержании меди в штейне стоимость передела в 8 раз больше, чем для 40—50%-ного содержания.