Технология металлургических процессов (стр. 5 )

Процессы, основанные на окислительном плавлении в расплавах, более производительны, не требуют глубокой сушки шихты, ее измельчения и поэтому получают все большее распространение. Автогенные процессы позволяют полу­чать богатые штейны, содержащие от 40 до 75% меди и даже черновую медь.

Как правило, при этом получают богатые по меди шлаки, которые обедняют в отдельных электропечах или флотацией специально охлажденно­го тонкоизмельченного шлака.

Любой вид плавки заканчивается получением промежуточного продук­та - медного штейна. Содержание основных компонентов в штейнах колеб­лется в следующих пределах: меди от 8-12 до 65-75%; железа от 2-4 до 44-46%; серы 24-26% . Кроме меди, серы и железа, штейны содержат ряд сопутствующих ценных элементов и вредных примесей.

Конвертирование штейнов. Цель конвертирования состоит в окисле­нии сульфидов и части примесей, их ошлаковании в присутствии кварцевого флюса и получении черновой меди.

Технологически конвертирование состоит из двух периодов. Первый пери­од заключается в получении белого матта (белого штейна) - расплава Cu2S. Для этого расплав продувают воздухом в присутствии кварцевого флюса. Образую­щийся шлак сливают, и заливают новые порции штейна. Так поступают до тех пор, пока в конвертере не накопится нужное количество Cu2S (примерно 0,8 от емкости аппарата). Температура расплава в конвертере составляет 1200-1280°С. Повышение температуры приводит к повышенному износу футеровки, поэтому ее регулируют загрузкой в конвертер холодных материалов (твердый штейн, обороты, вторичное сырье, цементная медь, гранулированные концентраты). Чем беднее штейн по меди (больше сульфида железа), тем больше выделяется тепла и требуется больше холодных материалов.

Часть железа переокисляется до магнетита (Fe3O4), что приводит к повышенному содержанию в шлаках меди. Обычно это 1,5-3,0%, и конвертерные шлаки с целью до извлечения меди возвращают в оборот (в плавку на штейн) либо подвергают самостоятельной переработке.

Продолжительность первого периода определяется содержанием меди в штейне и количеством подаваемого воздуха (на 1 кг FeS требуется 2 м воз­духа). Продуктами первого периода являются конвертерный шлак, газы и бе­лый штейн (78-80% меди).

Второй период - получение черновой меди включает окисление суль­фида меди и взаимодействие оксида меди с ее сульфидом. Второй период протекает непрерывно, он более напряжен в тепловом отношении, поэтому его проводят без остановок и без добавок каких-либо холодных материалов.

Для конвертирования применяют горизонтальные конвертеры.

В процессе конвертирования медных штейнов получают черновую медь, конвертерные шлаки, оборотную конвертерную пыль и газы.

Черновая медь является конечной продукцией процесса конвертирования медных штейнов. Содержание меди в черновой меди составляет 97,5-99%. Наряду с этим, в ней содержится ряд примесей: никель, железо, сера, селен, теллур, драгоценные металлы, а также газы (диоксид серы, кислород, азот). Примеси находятся в черновой меди в растворенном состоянии как в свобод­ном виде (никель, азот), так и в форме химических соединений (Cu2S, Cu2O, SO2 и т. д.).

Плотность чистой электролитной меди 8,9 т/м, температура плавления 1083 оС. Никель повышает температуру плавления меди, остальные примеси, в тех количествах, в которых они присутствуют в черновой меди, как прави­ло, снижают ее плотность и температуру плавления. Химический состав чер­новой меди приведен в таблице 5.

Таблица 5 - Химический состав черновой меди

Наименование продукта	Массовая доля, %
Медь	Никель	Железо	Сера	Кислород	Прочие
Медь черновая	97,5-98,6	0,5-1,2	0,02-0,6	0,06-0,1	0,35-0,6	0,47-0,54
Среднее значение	98,4	0,55	0,03	0,07	0,43	0,52

Качество черновой меди определяется содержанием никеля: чем боль­ше содержание никеля в черновой меди, тем хуже ее качество.

Черновая медь подразделяется на несколько марок согласно ТУ-48-7­21-89 (таблица 6).

Таблица 6 - Марки черновой меди

Марка	Химический состав, %
Сумма Cu, Ag, Au не менее	Примеси, не более
Sb	As	Ni	Bi	Pb
1	2	3	4	5	6	7
МЧ 0	99,5	0,03	0,03	0,1	0,002	0,1
МЧ 1	99,4	0,05	0,05	0,2	0,005	0,1
МЧ 2	99,2	0,08	0,08	0,3	0,01	0,2
МЧ 3	98,8	0,15	0,15	0,75	0,02	0,2
МЧ 4	98,3	0,2	0,2	0,85	0,03	0,4
МЧ 5	97,5	0,3	0,3	0,9	0,04	0,4
МЧ 6	96	0,35	0,35	1	0,05	Не нормир.

Черновая медь поступает на дальнейшую переработку на огневое рафинирование. При повышении содержания никеля в черновой меди в значительной степени увеличивается продолжительность процесса ее огневого ра­финирования, увеличивается количество получаемого при этом анодного шлака, что способствует образованию настылей и уменьшению рабочего объема анодных печей, уменьшается также извлечение меди в анодную медь.

Черновая медь не ядовита, не токсична и не взрывоопасна.

Конвертерные шлаки, полученные при конвертировании медных штейнов, представляют собой железосиликатный расплав на основе фаялита с рас­творенными в нем магнетитом и оксидами цветных металлов. В растворе в не­большом количестве присутствуют сульфиды. Магнетит может присутствовать в концентрации, превышающей предел растворимости в фаялите (27-28%). В этом случае часть магнетита может находиться в виде самостоя­тельной фазы. Качество шлака при этом резко ухудшается.

Цветные металлы в шлаках связаны с кислородом, серой, а медь в небольших количествах может присутствовать в виде металла (таблица 7).

Жидкие конвертерные шлаки являются оборотными продуктами и для дальнейшей переработки направляются в плавильные печи с целью доизвлечения из них цветных металлов.

Таблица 7 - Формы нахождения цветных металлов в шлаках

Металл	Содержание, %
Сульфидная	Окисленная	Металлическая
Медь	88-92	4-6	4-5
Никель	30-35	65-70	0
Кобальт	5-10	90-95	0

В результате интенсивной продувки расплава воздухом конвертерный процесс всегда сопровождается некоторым разбрызгиванием массы, которая выносится в газоходную систему и там улавливается в виде пыли. Частично из конвертера выносится мелкая фракция песчаника и холодных оборотов. Выход конвертерной пыли составляет 1,0-1,7% от веса штейна. Ее состав приведен в таблице 8.

Таблица 8 - Химический состав конвертерной пыли

Наименование продукта	Массовая доля, %
Никель	Медь	Кобальт	Железо	Сера	SiО2
Конвертерная пыль никелевого конвертирования	13,0-15,0	9,0-15,0	0,40-0,65	11,0-13,0	10,0-12,0	19,0-20,0
Конвертерная пыль медного конвертирования	5,0	29,9	-	3,1	15,0	-

Отходящие газы конвертеров содержат сернистый газ SO2, азот N2, неиспользованный кислород воздуха и незначительное количество серного газа SO3.

Черновая медь обычно содержит, %: 97,5-99,5 Сu; 0,03-0,35 S; 0,01-0,1 Fe; 0,1-0,5 Ni; 0,05-0,26 Pb; 0,03-0,3 As; 0,03-0,2 Sb; до 0,05 Bi; до 0,1 Sn; до 0,03 Zn; до 0,1 Se и Те; 0,1 Os; 0,003-0,04 (30-400 г/т) Au; 0,002-0,3 (20-3000 г/т) Ag.

Для непосредственного технического применения черновая медь не пригодна, и поэтому ее обязательно подвергают рафинированию с целью очистки от вредных примесей и попутного извлечения благородных метал­лов, селена и теллура. Рафинирование меди проводят в два этапа - огневое и электролитическое.

Цель операции огневого рафинирования - подготовить черновую медь к электролитическому рафинированию, т. е. удалить вредные примеси (ки­слород, серу, железо, никель, цинк, свинец, мышьяк, сурьму, растворенные газы) и получить отливки меди в форме плотных ровных пластин постоянной массы. В результате огневого рафинирования содержание меди в анодах по­вышается до 99,4-99,6%. Огневое рафинирование осуществляют продувкой расплава воздухом.

Огневое рафинирование меди - периодический процесс; он состоит из следующих стадий: загрузка печи, плавление твердой меди или разогрев жидкой, окисление меди и съем шлака, восстановление (дразнение) и разлив­ка анодной меди.

В конце окислительной продувки шлаки удаляют из печи; они содер­жат до 50% меди, их выход 1-2% от массы меди.