Металлургия меди, никеля и кобальта (стр. 12 )

Обогащённый штейн периодически выпускают через летку, расположенную в торцовой части печи со стороны плавильной зоны. Выпуск шлака осуществляется непрерывно через летку, расположенную в торце печи со стороны отстойной зоны.

Удаление технологических газов осуществляется через газовую горловину, расположенную над отстойной зоной, в стороне от плавильной зоны. Содержание SO2 в отходящих газах составляет 18-22%.

Переработка богатого штейна на черновую медь осуществляется в конвертере. Полученный конверторный шлак охлаждается, дробится и поступает на переплавку в шахтную печь.

Агрегат СПК располагает широкими возможностями для переработки различных медьсодержащих материалов в автогенном режиме. Он отличается простотой конструкции и обслуживания, характеризуется высокой надёжностью работы его механизмов.

Совмещённая плавка - конвертирование реализована также для переработки сульфидных медных концентратов на богатый штейн на предприятии «Святогор» (Россия). Технологическая схема включает в себя следующие основные операции: плавку концентрата на богатый штейн, конвертирование штейна с получением черновой меди, охлаждение и флотационное обеднение шлака, очистку газов о пыли и производство серной кислоты.

Содержание меди в штейне составляет порядка 60-75%. Содержание меди в шлаке после плавки на штейн составляет 2,5-3,5%. Шлаки подвергаются обеднению процессом флотации. Хвосты направляются на закладку горных выработок, а богатый по меди концентрат и направляется в плавильный агрегат.

Богатый по меди штейн подвергается конвертированию с получением черновой меди. Конверторные направляются на производство серной кислоты. Уловленная грубая пыль возвращается в плавильный агрегат, а из тонкой фракции пыли извлекают цинк и свинец.

Агрегат СПК оборудован системой подачи шихты в плавильный агрегат. Шихта включает в себя концентрат, содержащий 13-15% Cu, 36-37% Sb 30-32% Fe, и кремнезёмистый флюс, содержащий 75-80% SiO2. Загрузка шихты осуществляется с помощью пневматического загрузочного устройства, установленного в торце печи со стороны плавильной зоны. Загрузка шихты осуществляется на поверхность расплава. В торце печи со стороны отстойной зоны установлены горелки для сжигания жидкого или газообразного топлива для поддержания необходимого теплового режима печи.

В таблице 1 приведены технико-экономические показатели различных плавок сульфидных медных концентратов на штейн. Из приведённых показателей видно, что при прочих равных условиях плавка Ванюкова характеризуется высокой удельной производительностью.

Таблица 1 – Сравнение технико-экономических показателей основных видов плавки сульфидных медных концентратов на штейн

Показатель	Наименование плавки
Отраж.	КФП	ВП.	КИВ-ЦЭТ	НОРА НДА	МИЦ- УБИСИ	Аусм-елт	СПК	Ваню- кова
Про-ть, т/(м2·сут) Сод. меди,% в штейне в шлаке (без об.) Содер. SiO2 в шл Влаж. ших.,% Круп. ших, мм Пылевынос,% О2 в дутье,% Содер. SO2,% Расх. топ.,%	4-5 20-30 0,4-0,5 34-42 6-8 до 5 1-2 до 25 1-2 18-22	10-13 38-40 до 1,2 28-34 до 1 0,1 9-12 95 70-75 до 2	8-12 60 1,0-1,5 29-30 до 1 0,1 7-10 35-40 18-20 до 5	3-5 40-50 0,3-0,6 - до 1 0,1 - 95 35-50 10-12	10-11 70-75 5,0 - 10-13 до 10 5 до 37 16-20 9-11	20 65 0,5* 30-35 до 1 до 1 3-5 45 35 -	58-60 0,5-0,7 - - до 25 1 - 11 -	10-16 60-70 1,5-4,0 - - - - до 28 18-22	60-80 45-55 0,5-0,6 30-32 6-8 до 50 1 60-65 20-40 до 2

Она в 15 раз превышает производительность отражательной печи и в 4-8 раз превышает производительность других плавок. Она выгодно отличается от многих плавок по крупности перерабатываемого сырья, влажности шихты, расходу топлива и содержанию меди в отвальных шлаках.

1.6 Конвертирование медных штейнов

Штейн представляет собой сплав сульфидов меди (Cu2S) и железа (FeS). Содержание меди в штейне колеблется от 10 -12 до 70 -75 %. Среднее содержание серы в медных штейнах составляет порядка 25%.

Штейн, в основном, перерабатывают конвертированием. Поскольку большинство реакции в процессе конвертирования протекают с большим выделением тепла, то осуществление процесса конвертирования не требует затрат тепла. Таким образом, процесс конвертирования является типичным автогенным процессом.

Основной целью процесса конвертирования является удаление из штейна железа и серы и других вредных примесей, чтобы получить наиболее чистую медь. Благородные металлы практически полностью остаются в штейне. В него также переходит часть селена и теллура. На конвертирование, кроме штейна, в расплавленном или твёрдом состоянии поступают богатые медью оборотные материалы, а также кварцевый флюс.

Процесс конвертирования разделяется на два периода. Первый период заключается в продувке воздуха через жидкий штейн, заливаемый в конвертор с добавлением значительного количества кремнезёмистого флюса или золотосодержащей кварцевой руды. В основе его лежит процесс окисления сульфидов железа и перевод образующихся оксидов в шлак. Поскольку сродство железа к кислороду значительно превышает сродство меди к кислороду, то в первом периоде окисление сульфида меди практически не наблюдается. Первый период конвертирования штейнов характеризуется следующими основными реакциями:

2FeS + 3O2 = 2 FeO + 2SO2 (1.63)

2FeO + SiO2 = 2FeO·SiO2 (1.64)

Основная суммарная реакция процесса может быть записана в виде:

2FeS + 3O2 + SiO2 = 2FeO·SiO2 +2SO2 (1.65)

Процесс конвертирования ведут при температуре 1200-1250оС. При более низких температурах реакция шлакообразования протекает медленно. Это может привести к насыщению расплава магнетитом, так как при низких температурах получает развитие реакция:

6FeO + O2 = 2Fe3O4 (1.66)

При этом выделяется большое количество тепла. Реакционная масса разогревается до температуры порядка 1250оС и реакция ошлаковывания оксида железа с образованием фаялита получает большое развитие.

При высоких температурах накопившийся магнетит также будет реагировать с сульфидом железа по реакции:

3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO)2 +SO2 (1.67)

В первом периоде происходит также окисление сульфидов меди по реакции:

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O +2SO2 (1.68)

Однако образующийся оксид меди сразу же реагирует с сульфидом железа, вновь превращаясь в сульфид:

Cu2O + FeS = Cu2S + FeO (1.69)

Поэтому фактически окисления сульфидов меди в первом периоде конвертирования не наблюдается.

Ведение процесса при более высоких температурах нецелесообразно, так как ведёт к быстрому разрушению футеровки конвертора.

Первый период конвертирования носит циклический характер. Каждый цикл состоит из операций заливки жидкого штейна, загрузки кварцевого флюса и холодных присадок, продувки расплава воздухом и слива конверторного шлака. Длительность одного цикла зависит от состава исходного штейна и составляет 30 - 50 минут.

После каждой продувки в конвертере остаётся обогащённая медью сульфидная масса. Содержание меди в массе постепенно возрастает до предельной величины, отвечающей фактически составу чистой полусернистой меди ( Cu2S).

Продолжительность первого периода определяется содержанием меди в штейне, а также количеством воздуха, подаваемого в конвертер, которое зависит от числа фурм и состояния конвертора. При переработке богатого штейна (35-45 % Cu) первый период длится 6-8 часов, при переработке бедного штейна (менее 20-25 % Cu) - 16-24 часов.

На окисление 1 кг cульфида железа (FeS) в штейне требуется порядка 2 м3 воздуха.

Время, затрачиваемое на дутьё, составляет 70-80% от длительности первого периода. Остальное время тратится на слив шлака и загрузку конвертора.

По окончании первого периода и слива последней порции шлака в конвертере остаётся почти чистая полусернистая медь Cu2S, называемая белым штейном или белым маттом. Содержание меди в белом штейне колеблется в пределах 70 - 80%.

Содержание меди в сливаемых конверторных шлаках составляет порядка 1,5-2,5%. Содержание других компонентов в шлаке колеблется в пределах, %: SiO2-21-23; FeO-57-61; CaO-0,8-1,0; Al2O3- 6,5-9,0; S-1,5-2,1.

Из примесей, попадающих в конвертер, следует упомянуть благородные металлы, цинк и никель.

Благородные металлы практически полностью концентрируются в штейне.

Цинк попадает в конвертер в виде сульфида ZnS вместе со штейном при переработке цинксодержащей шихты. Основная масса цинка в конвертере окисляется до оксида ZnO, который частично переходит в шлак, а частично покидает конвертор с отходящими газами.

Никель, присутствующий в конвертере в незначительных количествах, практически полностью остаётся в белом штейне.

Второй период конвертирования заключается в переработке белого штейна на черновую медь. Белый штейн также продувают воздухом. Процесс является непрерывным и длится порядка 2-3 часов. Во время продувки белого штейна в конвертере протекают две основные реакции. Реакция окисления сульфида меди кислородом воздуха до оксида

2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O +2SO2 (1.70)

и взаимодействие оксида меди с остальной массой сульфида меди

2Cu2O + Cu2S = 6Сu + SO2 (1.71)

Суммарная реакция процесса может быть записана в виде:

Cu2S + O2 = 2Сu + SO2 (1.72)

Для конвертирования медных штейнов используют горизонтальные конвертеры. Принципиальная схема устройства конвертера приведена на рисунке 1.22.

Конвертер представляет собой железный сварной кожух с торцовыми днищами, футерованный изнутри хромомагнезитовым кирпичом. Вблизи торцовых днищ на корпусе закреплены опорные бандажи. Рядом с одним из них установлен зубчатый венец. Вращение конвертера осуществляется с помощью электродвигателя, соединенного через редуктор с зубчатым колесом.

Всё обслуживание конвертора осуществляют через горловину. Воздух в конвертор подают через фурмы. Продолжительность процесса конвертирования при прочих равных условиях определяется объёмом вдуваемого в конвертор воздуха. Расход воздуха зависит от живого сечения фурм. Зарастание фурм приводит к уменьшению живого сечения, а, следовательно, к уменьшению объёма воздуха, поступающего в конвертер за единицу времени. Это приводит к снижению производительности конвертора. Поэтому большое внимание оказывается чистке фурм и поддержанию их в хорошем состоянии.