Конвертирование медного штейна. Расчет материального и теплового балансов, воздухоподводящей системы горизонтального конвертера, страница 2

Конвертирование штейнов является одним из основных переделов переработки медного  сырья. В соответствии с видом сырья различают медные, медно-никелевые и никелевые штейны. Кроме того, при переработке медного сырья с большим содержанием цинка и свинца получают медные штейны, содержащие цинк и свинец, которые обычно называют полиметаллическими.

Основной формой нахождения в штейнах цветных металлов и железа является сульфидная. В первом приближении можно считать, что эти соединения металлов – простые сульфиды:  и др. Наряду с сульфидами штейны почти всегда содержат свободные металлы и (или) оксид железа.

Важными компонентами штейнов являются оксиды железа. Они представлены либо магнетитом, либо вьюститом. Магнетит характерен для всех штейнов окислительной плавки сырья, вьюстит – восстановительных процессов.

При любом виде плавки медного рудного сырья происходит концентрирование меди, благородных металлов и ряда редких и рассеянных элементов в штейне, который выдается из плавильных печей в жидком виде. Целью дальнейшей переработки медного штейна является получение черновой меди. В ней будут концентрироваться также практически все золото и серебро, и частично редкие элементы.

Эта задача в настоящее время повсеместно решается путем окисления железа и серы продувкой через слой расплавленного штейна воздуха или дутья, обогащенного кислородом. Продувка штейна сопровождается переводом оксидов железа в шлак, а  в газы. Для связывания образующихся оксидов железа и получения шлаковой фазы в процесс задают кремнистый флюс. Основные реакции окисления:

(1)

(2)

(3)

(4)

Доля железа, окисляющегося до и , зависит от ряда факторов: содержания оксидов железа в исходном штейне, состава массы, на которой ведется продувка (степени ее обогащения), содержания кремнекислоты в получающемся шлаке, температуры и др.

Медные штейны в основном состоят из сульфидов меди  и . Содержание меди в них в зависимости от состава перерабатываемого сырья и применяемого вида плавки колеблется от 10-12 до 70 % и более. Поскольку между содержанием в штейне меди и железа существует обратно пропорциональная зависимость, его состав влияет на технико-экономические показатели процесса конвертирования: расход дутья, продолжительность продувки, количество использованных флюсов и образующегося конвертерного шлака, тепловой режим процесса.

Процесс конвертирования медных штейнов протекает в два периода. В первом периоде практически полностью окисляется сульфид железа, во втором получается черновая медь за счет окисления полусернистой меди.

После окисления и перевода в шлак железа в конвертере остается продукт, содержащий основную массу главных цветных металлов. При чисто медных штейнах после удаления железа (1-й период конвертирования) в конверторе остается относительно чистый или содержащий другие металлы (цинк, свинец, никель) сульфид меди  – так называемый «белый матт». Он является промежуточным продуктом, на котором процесс конвертирования не прекращают. Дальнейшая продувка (2-й период конвертирования) ведет к окислению сульфида меди:

                     (5)

  вступает во взаимодействие с остающимся сульфидом , образуя по реакции (6) металлическую медь, которая вместе с примесями является конечным продуктом конвертирования и называется черновой медью.

                     (6)

Оба периода конвертирования медных штейнов всегда разграничены как по химизму процесса, так и организационно. Помимо этого, технологией конвертирования предусмотрено подразделение 1-го периода на две стадии – набора обогащенной массы и варки белого матта. При наборе в конвертер периодически заливают порции (ковши) исходного штейна и сливают порции шлака. В результате масса в конвертере постепенно обогащается. После накопления достаточного количества массы необходимой степени обогащения переходят к ее додувке (варке) до белого матта. Варку ведут так называемыми «холостыми» продуктами, т.е. без добавления свежего штейна.

При чисто медных штейнах, белый матт, помимо , содержит лишь весьма незначительное количество других компонентов: остаточного , металлической меди и др. Он обычно содержит 79 – 80 % Cu; 12,5 – 20 % S; и 0,05 – 0,2 % Fe. Шлаки во втором периоде конвертирования чисто медных штейнов практически не образуется.