Марченко Н.В. Металлургия тяжелых цветных металлов

Подождите немного. Документ загружается.

7. КОНВЕРТИРОВАНИЕ МЕДНЫХ, НИКЕЛЕВЫХ И МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ ШТЕЙНОВ

7.1. Теоретические основы процесса конвертирования



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

291

Сера, связанная с окисляющимся железом, уходит с отходящими газами в

виде сернистого ангидрида и частично в виде серного ангидрида.

По мере окисления сернистого железа и ошлакования образующихся

окислов железа ошлакованию подвергаются также содержавшиеся ранее в

штейне окислы железа, перешедшие в него в предшествующем процессе от-

ражательной или шахтной плавки.

Благодаря обогащению штейна медью растворимость в штейне окислов

железа постепенно понижается, и они переходят в шлак.

При приближении штейновой ванны конвертера к составу полусерни-

стой меди добавка новых порций штейна прекращается, и всё оставшееся

железо вместе со связанной с ним серой окисляется продолжительной про-

дувкой. В момент окончания окисления и ошлакования всего железа произ-

водится поворот конвертера, подъём фурм из жидкой ванны, остановка дутья

и слив всего образовавшегося шлака с поверхности штейновой ванны кон-

вертера. Обогащенный до состава полусернистой меди штейн, содержащий

70–80 % меди и 2–21 % серы, носит название белого матта.

Получением белого матта заканчивается первый период продувки

штейна.

Если присутствие сернистого железа в штейне защищало полусерни-

стую медь от окисления за счет кислорода продуваемого воздуха, то во вто-

ром периоде продувка белого матта, лишенного сернистого железа, ведет не-

посредственно к энергичному окислению полусернистой меди. Однако от-

личные от свойств сернистого железа термодинамические свойства полусер-

нистой меди приводят при этом окислительном процессе не к образованию

закиси меди, а непосредственно к выделению металлической меди:

S + O

= 2Cu + SO

(7.5)

Эту реакцию представляют в виде двух одновременно идущих реакций:

2Cu

S + 3O

= 2Cu

O + SO

(7.6)

2Cu

O + Cu

S = 6Cu + SO

(7.7)

Во втором периоде, в отличие от первого, в отходящих газах более вы-

сокая концентрациея сернистого ангидрида. Он характеризуется полным от-

сутствием шлакообразования и, следовательно, отсутствием необходимости

флюсования.

Образовавшаяся во втором периоде медь по насыщении ею полусерни-

стой меди (до 82 %) выделяется в отдельную жидкую металлическую фазу в

нижней части ванны благодаря большой разнице между удельными весами

меди и белого матта: 8,22 (жидкая медь) и 5,7 (твердая полусернистая медь).

При первоначальном малом количестве выделяющейся меди она легко цир-

кулирует вместе с бурлящей массой штейна под действием энергично посту-

пающего в конвертер дутья. По мере же накопления значительной массы тя-

7. КОНВЕРТИРОВАНИЕ МЕДНЫХ, НИКЕЛЕВЫХ И МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ ШТЕЙНОВ

7.1. Теоретические основы процесса конвертирования



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

292

желой меди она скапливается на дне конвертера и вследствие бокового рас-

положения фурм выходит из сферы влияния дутья. Продувка заканчивается

после полного окисления белого матта и перевода всей полусернистой меди в

черновую медь.

Золото и серебро, растворенные в медном штейне и сконцентрировав-

шиеся в белом матте, следуют за металлической медью и переходят в первую

же порцию выделившейся на дно ванны черновой меди. Полный переход зо-

лота в черновую медь происходит быстро, в течение первых десятков минут

продувки белого матта; выделение серебра и переход его в медь несколько

отстает, но все же значительные его количества переходят в металлическую

медь, а почти полный переход серебра в медь завершается ещё до выделе-

ния всей меди из белого матта. Прекращение продувки производится в мо-

мент практического окисления до меди последних остатков белого матта.

По выключении дутья немедленно начинается разливка черновой меди из

конвертера.

Процесс конвертирования в общем виде можно выразить следующими

реакциями:

2MeS + 3O

= 2MeO + 2SO

(7.8)

MeO + SiO

= MeO·SiO

(7.9)

MeS + MeO = MeO + Me`S (7.10)

MeS + 2MeO = 3Me +SO

(7.11)

Целью процесса конвертирования медных никельсодержащих штейнов

является получением черновой меди путем удаления железа, никеля и ко-

бальта со шлаком, серы с газами в виде SO

. Медь в процессе конвертирова-

ния должна быть с максимальной полнотой извлечена в черновую медь, а ни-

кель и кобальт – в сухой свернутый никелевый шлак.

В штейнах присутствуют сульфиды многих металлов (для медных

штейнов главнейшими являются сульфиды железа и меди), последователь-

ность окисления которых зависит от концентрации сульфидов в расплаве,

температуры расплава и физико-химических свойств сульфидов и образую-

щихся при их взаимодействии с кислородом окислов.

О возможности протекания какой-либо реакции в условиях конверти-

рования и предпочтительной вероятности протекания одной реакции по срав-

нению с другой можно судить по величине убыли изобарно-изотермического

потенциала ∆G.

7. КОНВЕРТИРОВАНИЕ МЕДНЫХ, НИКЕЛЕВЫХ И МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ ШТЕЙНОВ

7.1. Теоретические основы процесса конвертирования



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

293

В ряду сульфидов прочность их возрастает от свинца к цинку, а серни-

стое железо является в этом ряду одним из наименее прочных сульфидов.

Напротив, в ряду окислов прочность их возрастает от меди к цинку и закись

железа является одной из наиболее прочных окислов. Эти обстоятельства

указывают на то, что в рассматриваемом случае из расплава сульфидов при

его продувке воздухом в первую очередь должно удаляться сернистое железо

и в последнюю очередь полусернистая медь.

Этот порядок окисления сульфидов металлов в расплаве подтверждают

и данные о величинах изменения изобарно-изотермических потенциалов ре-

акций окисления сульфидов.

При уменьшении содержания сульфида железа в расплаве снижается

упругость его диссоциации и увеличивается давление диссоциации раство-

ренной в расплаве закиси железа. Оба эти явления ведут к повышению ∆ G

реакции окисления сернистого железа, что в определенный момент может

привести к равенству его с ∆G реакции окисления другого сульфида металла,

присутствующего в расплаве. Иначе говоря, по мере выгорания из расплава

сульфида железа условия его окисления будут ухудшаться, а условия окис-

ления других сульфидов улучшаться.

Заметное окисление полусернистой меди в процессе конвертирования

наблюдается при уменьшении содержания железа в расплаве до 1 % и ниже.

Тем не менее в течение первого периода конвертирования окисление

полусернистой меди практически невозможно, пока в ванне имеется сульфид

железа, т.к. образующаяся закись меди взаимодействует с имеющимися в

расплаве сульфидами.

Во втором периоде конвертирования полусернистая медь окисляется по

реакции (7.3)

, а образовавшаяся закись меди весьма интенсивно реагирует с

полусернистой медью с выделением сернистого газа и образованием метал-

лической меди по реакции (7.7)

Изучение кинетики реакции (7.7)

с одновременным изменением кон-

центрации SO

в газовой фазе показали, что температура начала взаимодей-

ствия полусернистой меди и закиси меди лежит в интервале 420–440 °С.

С существенной скоростью эта реакция протекает при 700-800

С, а при

температурах 1 000–1 200 °С взаимодействие протекает настолько интенсив-

но, что уже при 1 100 °С процесс заканчивается за 3 мин. Образовавшаяся

при продувке белого матта металлическая медь, сначала растворяется в

сульфидном расплаве, а когда предел растворимости меди в полусернистой

меди достигнут, в расплаве образуется два слоя. Нижний слой – черновая

медь, в которой растворено некоторое количество полусернистой меди, а

верхний слой – сульфидный расплав, насыщенный медью до предела.

Воздух при продувке подается все время в верхний слой. Пока в кон-

вертере существует верхний слой, содержание серы в сульфидном расплаве

остается постоянным, поэтому и процесс выгорания серы из расплава в этот

промежуток времени идет с примерно постоянной скоростью. После исчез-

новения верхнего слоя воздух продолжают подавать для удаления серы, свя-

занной с растворенной в расплаве полусернистой медью. Скорость выгора-

7. КОНВЕРТИРОВАНИЕ МЕДНЫХ, НИКЕЛЕВЫХ И МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ ШТЕЙНОВ

7.1. Теоретические основы процесса конвертирования



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

294

ния серы при этом снижается по мере уменьшения в нем концентрации Cu

Процесс заканчивается, когда сера удалена из расплава до требуемого преде-

ла (0,02–0,3 %), «передува» быть не должно.

В табл. 7.2

приведены значения ∆G для основных реакций, протекаю-

щих в конвертерной ванне медных никельсодержащих штейнов. Эти реакции

можно условно разбить на две группы, соответствующие двум периодам

конвертирования.

Таблица 7.2

Изменение изобарно-изотермических потенциалов

основных реакций конвертирования

Уравнение реакции

Значения измерений изобарно-

изотермического потенциала,

Дж/моль

1 200 °С

1 300 °С

1 400 °С

Первый период

1. 3/5FeS + О

= 1/5Fe

+ 3/5SO

–237 462

–230 531

–220 062

2. 2/3FeS + О

= 2/3FeО + 2/3SO

–231 700

–227 410

–217 375

3. 6Fe + O

= 2Fe

–317 980

–284 204

–230 120

4. 2/7Ni

+ O

= 6/7NiО + 4/7SO

–252 294

–231 154

–235 670

5. 2/3СоS + O

= 2/3CoO + 2/3SO

–271 805

–262 380

–260 409

6. 2/3Сu

S + O

= 2/3Cu

О + 2/3SO

–167 700

–170 518

–155 400

7. 9/7NiO + FeS = FeO + 3/7Ni

+ 1/7SO

–23 144

–23 092

–22 978

8. Cu

O + FeS = Cu

S + FeO

–104 424

–99 066

–109 755

9. CоО + FeS = CоО + FeS

–103 675

–117 405

–127 399

10. FeS + 3Fe

+ 5SiO

= 5(2FeO·SiO

) + SO

–715

–33 649

–69 659

11. 2FeO + SiO

= 2FeO·SiO

–17 200

–20 571

–24 137

12. 2/3FeS + O

+ 1/3SiO

= 1/3(2FeO·SiO

) + 2/3SO

–248 900

–245 315

–241 512

Второй период

13. Сu

S + O

= 2Cu + SO

–143 243

–131 379

–118 509

14. 1/2Ni

+ 2Cu = 3/2Ni + Cu

–10 450

–125 400

–273 253

15. Ni + Cu

O = NiO + 2Cu

–24 181

–11 507

–8 465

16. 2Cu + 1/2О

= Cu

–63 131

–56 589

–50 099

По величине убыли изобарно-изотермического потенциала реакций

конвертерного процесса следует ожидать, что при контакте с кислородом

воздуха все компоненты расплавленного штейна будут окисляться (реак-

ции 1–6).

Однако большая величина убыли изобарно-изотермического потенциа-

ла из рассмотренных реакций и преобладающее содержание железа в штейне

по сравнению с никелем и кобальтом создает условия для протекания в пер-

вую очередь реакций окисления сульфида железа с образованием магнетита

(реакции 1 ,2). Кроме того, высокие отрицательные значения ∆G реакций

взаимодействия оксидов цветных металлов с сульфидом железа (реакции 7–9)

обеспечивают возможность обратного перехода цветных металлов в суль-

фидную форму. Таким образом, в условиях энергичного взаимодействия

7. КОНВЕРТИРОВАНИЕ МЕДНЫХ, НИКЕЛЕВЫХ И МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ ШТЕЙНОВ

7.1. Теоретические основы процесса конвертирования



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

295

сульфидов металлов с кислородом воздуха результатом продувки штейна в

конвертере в течение определенного времени будет процесс окисления суль-

фида железа.

Однако по ходу продувки экранирующее действие железа по мере его

ошлакования непрерывно убывает, поскольку его концентрация в сульфид-

ной массе снижается. При этом в связи с изменением соотношения активно-

стей компонентов сульфидной массы увеличивается вероятность окисления

сульфидов цветных металлов по реакциям 4, 5, 6.

Интенсивному окислению сульфида меди препятствует энергично про-

текающая реакция 8. Это дает возможность сохранения относительно полно-

го количества меди в сульфидной массе до вывода из нее железа. В отличие

от сульфида меди, сульфид никеля начинает заметно окисляться при дости-

жении концентрации, приблизительно равной концентрации сульфида желе-

за, т.е. в конце первого периода, поэтому содержание никеля в шлаках холо-

стой продувки, как правило, выше, чем в шлаках первой продувки. Кроме то-

го, это обстоятельство подтверждается тем, что значение ∆G реакций окис-

ления сульфидов никеля и железа примерно одинаковы, а ∆G реакции об-

менного взаимодействия оксида никеля и сульфида железа (реакция 7) суще-

ственно меньше, чем реакции взаимодействия оксида меди с сульфидом же-

леза (реакция 8).

Наиболее подверженным необратимому окислению из сульфидов цвет-

ных металлов оказывается сульфид кобальта. Заметное его окисление начи-

нается при снижении концентрации железа в сульфидной массе менее 15%,

что обусловлено более высоким значением ∆G реакции окисления кобальта

(реакция 5) по сравнению с реакцией обменного взаимодействия (реакция 9).

Так же, как и для никеля, для кобальта характерно повышение его кон-

центрации в шлаках холостой продувки по сравнению со шлаками первой

продувки.

Проанализировав термодинамические показатели первого периода кон-

вертирования по величине убыли изобарно-изотермического потенциала ре-

акций окисления сульфидов и с учетом их активностей в сульфидной фазе,

металлы можно расположить в ряд Fe – Co – Ni – Cu. Из этого ряда следует,

что вначале будут протекать реакции окисления сульфида железа, затем ко-

бальта, никеля и меди.

Образующийся при окислении сульфида железа вюстит по мере его на-

копления в ванне конвертера и при условии подачи песчаника будет образо-

вывать с ним фаялит (реакция 11). Как следует из приведенных значений ∆G,

развитию этой реакции будет способствовать повышение температуры про-

цесса. Одновременно с образованием фаялита в процессе окисления может

происходить реакция окисления вюстита до магнетита (реакция 3), однако с

повышением температуры процесса конвертирования вероятность этой реак-

ции несколько снижается.

Разрушению образовывающегося магнетита в конвертере будет спо-

собствовать реакция 10. Для развития этой реакции в условиях конвертиро-

7. КОНВЕРТИРОВАНИЕ МЕДНЫХ, НИКЕЛЕВЫХ И МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ ШТЕЙНОВ

7.1. Теоретические основы процесса конвертирования



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

296

вания необходимо присутствие диоксида кремния. Сульфид железа, содер-

жащийся в сульфидной массе, восстановить магнетит не может, т.к. ∆G реак-

ции FeS + 3Fe

= 10FeO + SO

имеет положительное значение при темпера-

туре процесса. Реакция восстановления магнетита сульфидом железа в при-

сутствии диоксида кремния будет протекать лишь в условиях повышенных

температур конвертирования.

Таким образом, анализ термодинамики реакции первого периода кон-

вертирования показывает, что в первую очередь будет происходить окисле-

ние сульфида железа до магнетита в условиях относительно низких темпера-

тур конвертирования и до фаялита – при повышении температуры и в при-

сутствии диоксида кремния. Окислению сульфида меди будет препятство-

вать наличие сульфида железа в массе, и образование оксида меди будет воз-

можно при почти полном окислении сульфида железа. Окисление сульфида

никеля и еще в большей степени сульфида кобальта будет зависеть от содер-

жания сульфида железа в массе, с его уменьшением будет возрастать количе-

ство окисленного никеля и кобальта.

После почти полного удаления железа из сульфидной массы в шлак в

конвертере получают все большее развитие реакции окисления сульфидов

цветных металлов. Большее значение ∆G реакции окисления сульфида меди

до металлической меди (реакция 13) и высокая концентрация меди в белом

матте по сравнению с никелем будут способствовать преобладанию этой ре-

акции над другими.

По мере накопления металлической меди в конвертерной ванне будет

происходить образование двух несмешивающихся между собой жидкостей –

сульфидной, по составу близкой к составу белого матта, и металлической,

имеющей состав, %: Сu = 89–92, Ni = 5–9; S = 1–2. При этом по ходу продув-

ки будет меняться количественное соотношение этих фаз. Накопление ме-

таллического никеля в металлической фазе будет способствовать протека-

нию реакции взаимодействия сульфида никеля с металлической медью (ре-

акция 14), о чем свидетельствует отрицательное значение ∆G этой реакции.

Полнота протекания этой реакции будет зависеть от температуры процесса.

Повышение температуры в ходе второго периода будет способствовать уве-

личению выхода металлического никеля и повышению его содержания в ме-

таллической фазе. Если проводить процесс «варки» меди при пониженных

температурах, то выход металлического никеля снижается, и создаются усло-

вия для непосредственного его перехода в шлак из сульфида, минуя металли-

ческое состояние (реакция 4). В этом случае к моменту исчезновения суль-

фидной фазы металлическая будет иметь минимальное содержание никеля, и

черновая медь получится с пониженным его содержанием при меньшем пе-

редуве, что способствует снижению соотношения Сu/Ni в сухом свернутом

шлаке.

После полного исчезновения сульфидной фазы в конвертере (примерно

20–30 мин до окончания продувки) начинают интенсивно протекать реакции

окисления металлического никеля до образования закиси (реакция 15). Этот

7. КОНВЕРТИРОВАНИЕ МЕДНЫХ, НИКЕЛЕВЫХ И МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ ШТЕЙНОВ

7.1. Теоретические основы процесса конвертирования



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

297

период характеризуется резким повышением температуры за счет большого

выделения тепла при окислении и увеличением количества образующегося

сухого свернутого шлака. На развитие реакции окисления никеля закисью

меди будет влиять температура процесса. С понижением температуры равно-

весие реакции сдвигается в сторону образования закиси никеля и металличе-

ской меди, а повышение температуры сдвигает равновесие реакции в сторону

образования металлического никеля и закиси меди, о чем свидетельствует

отрицательное значение ∆G реакции 15. Проведенные теоретические расчеты

показывают, что за счет протекания реакции 15 с повышением температуры

до 1 350

°С увеличивается соотношение Сu/Ni в сухом свернутом шлаке до

3/1, при снижении температуры процесса до 1 150 °С соотношение Cu/Ni в

шлаке уменьшается до 1/1. Для увеличения количества образующейся закиси

никеля необходимо в конвертере иметь избыток закиси меди, которая обра-

зуется при окислении металлической Сu по реакции 16. По расчетным дан-

ным, для более полного удаления никеля из металлической фазы в расплаве

необходимо иметь около 9–11% Cu

O от веса черновой меди, что соответст-

вует массовой доле кислорода 0,8–1,1 %.

Анализ термодинамики реакций второго периода конвертирования по-

казывает, что в первую очередь происходит окисление Сu, а затем Ni до ме-

таллического состояния. После исчезновения сульфидной фазы получает

развитие реакция окисления никеля до закиси, при этом для более полного

его протекания необходимо вести процесс при пониженных температурах,

что способствует уменьшению содержания никеля в черновой меди и снижа-

ет содержание Сu

О в сухом свернутом шлаке.

Воздух поступает в штейновую ванну мощной струей со скоростью ис-

течения при обычных давлениях дутья – 100–200 м/с и разбивает примы-

кающие к ней слои расплава на мелкие капли. При этом внутри слоя жидкой

фазы образуется сплошной газовый факел, насыщенный мелкими брызгами

сульфидов. Это позволяет считать, что окисление сульфидного расплава в

конвертере происходит не в условиях недостатка кислорода, а в условиях ме-

стного его избытка. Вместе с окислением капель сульфидного расплава, на-

ходящихся внутри факела, образуемого основной массой вдуваемого в кон-

вертер воздуха, происходит окисление сульфидов на границе факела с рас-

плавом, а также на поверхности мелких пузырей, появляющихся за счет

дробления части вдуваемого воздуха.

Большая скорость поступления воздуха в конвертер обуславливает

низкую температуру на участке штейновой ванны, примыкающей к фурмен-

ной зоне, в результате чего образуются фурменные настыли. В конце гори-

зонтального участка проникновения струи в штейновую ванну, протяжен-

ность которой не превышает 200–250 мм, развивается высокая температура,

7. КОНВЕРТИРОВАНИЕ МЕДНЫХ, НИКЕЛЕВЫХ И МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ ШТЕЙНОВ

7.1. Теоретические основы процесса конвертирования



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

298

существенно отличающаяся от средней температуры ванны, и достигает по-

рядка 1 400–1 500 °С.

Сравнение ∆ G реакций окисления сернистого железа с образованием

закиси железа и магнетита показывает, что на начальном участке зоны окис-

ления, где низкая температура сочетается с местным избытком кислорода,

более вероятно окисление сульфида железа с образованием магнетита:

3FeS + O

= Fe

+ 3SO

(7.12)

Преимущественному образованию магнетита, а не закиси железа в зо-

не прямолинейного участка дутьевого факела благоприятствует также реак-

ция (7.2)

, характеризующаяся большими отрицательными величинами ∆G.

В зоне максимальных температур дутьевого факела условия протека-

ния реакции (7.2)

ухудшаются. При одинаковых температурах численные из-

менения изобарно-изотермического потенциала реакций окисления серни-

стого железа с образованием закиси железа и магнетита близки между собой,

поэтому эти процессы могут протекать одновременно. В зоне дутьевого фа-

кела окисление сернистого железа идет с образованием и магнетита, и закиси

железа.

Магнетит, образующийся в конвертере при продувке сульфидного рас-

плава, а также магнетит, поступивший в конвертер со штейном, может вос-

станавливаться сернистым железом. Однако восстановление магнетита в

конвертере по реакции

3Fe

+ FeS = 10FeO + SO

(7.13)

практически невозможно, т.к. эта реакция протекает при температуре пре-

вышающей 1 400 °С.

Иная картина наблюдается при восстановлении магнетита сернистым

железом в присутствии кварца по реакции

3Fe

+ FeS + 5SiO

= 5(2FeO·SiO

) + SO

(7.14)

(которая начинает протекать при температурах выше 1 140 °С).

На скорость протекания реакции (7.14)

влияет прежде всего температу-

ра, а также наличие тесного контакта между ее участниками. Так как кварц

загружается в конвертер в виде кусков размером до 100 мм, а плотность

кварца (около 2,3 г/см

) намного меньше плотности шлака (около 4 г/см

) и

тем более штейна (около 5 г/см

), то даже при бурном перемешивании ванны

куски кварца не могут проникнуть глубоко внутрь расплава. Поэтому реаль-

ные возможности восстановления магнетита создаются лишь в верхних слоях

ванны. Таким образом, при конвертировании штейнов в горизонтальных

конвертерах с подачей кварцевого флюса сверху через горловину зона окис-

ления сульфидов и зона шлакообразования разобщены. Несовершенство кон-

такта между участниками реакции (7.14)

приводит к тому, что значительная

7. КОНВЕРТИРОВАНИЕ МЕДНЫХ, НИКЕЛЕВЫХ И МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ ШТЕЙНОВ

7.1. Теоретические основы процесса конвертирования



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

299

часть не успевает восстановиться и переходит в конвертерные шлаки, где его

содержание составляет от 10 до 25 %. Основной же составляющей конвер-

терных шлаков является фаялит, содержание которого обычно 70–80 %.

Состав конвертерного шлака зависит от стадии процесса, температуры

в конвертере, содержания меди в штейне, качества флюса и способа введения

его в конвертер, способа работы на конвертерах. Составы конвертерных

шлаков приведены в табл. 7.3

Таблица 7.3

Состав конвертерных шлаков, %

SiO

CaO

Шлак первого слива

50,9

0,9

1,6

2,6

Промежуточный шлак

0,9

1,8

0,7

Шлак последнего слива

42,5

2,0

0,21

Практические пределы содержания SiO

в шлаках – 18–27 %, железа –

45–55 %. Теоретическое количество шлака на 1 т штейна приведено в табл. 7.4

Таблица 7.4

Теоретическое количество шлака на 1 т штейна следующее

Содержание меди

в штейне, %

Количество шлака

на 1 т штейна, кг

Содержание меди

в штейне, %

Количество шлака

на 1 т штейна, кг

954

478

876

398

796

240

716

160

636

558

Содержание меди в конвертерных шлаках составляет 1,5–5,0 %. Медь

в шлаке присутствует в основном в форме сульфидов (борнита и халькопи-

рита) и в незначительных количествах в форме закиси меди и металличе-

ской меди.

Никель в медных штейнах присутствует в незначительных количествах

в форме Ni

. Сульфид никеля окисляется до NiO, в основном переходит в

шлак во втором периоде, а в черновой меди никеля остается до 0,5–0,7%.

Цинк присутствует в штейне в виде ZnS. Поведение цинка при конвер-

тировании штейнов аналогично поведению железа (ZnS окисляется до ZnO),

7. КОНВЕРТИРОВАНИЕ МЕДНЫХ, НИКЕЛЕВЫХ И МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ ШТЕЙНОВ

7.1. Теоретические основы процесса конвертирования



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

300

с той лишь разницей, что обычно 15–20 % от его содержания в штейне уно-

сится вместе с газами в виде пыли.

Свинец присутствует в штейне в виде PbS. Значительная часть серни-

стого свинца окисляется с образованием окиси свинца после окисления ос-

новной массы FeS и ZnS. При наличии SiO

окись свинца легко шлакуется с

образованием легкоплавких шлаков. Частично свинец выходит с газами и

осаждается вместе с ZnO.

Сурьма и мышьяк присутствуют в штейне в виде арсенидов и антимо-

нидов. При продувке они частично летят с газами в виде летучих оксидов,

частично переходят в шлак в виде пятиокисей, образуя с окислами других

металлов арсенаты и антимонаты. Остаточное содержание этих элементов в

черновой меди обычно не превышает 0,1 %.

Селен и теллур, связанные главным образом с благородными металла-

ми, выгорают не полностью и частично переходят в черновую медь, где их

содержание исчисляется тысячными долями процента.

Золото и серебро при плавке всегда концентрируются в штейне, где со-

держание их определяется количеством в исходном сырье.

В итоге благородные металлы почти полностью оказываются в черно-

вой меди, и лишь небольшая часть их теряется с конвертерными шлаками.

В полиметаллических штейнах присутствует до 9–10 % цинка в фор-

ме ZnS.

Поведение сульфида цинка при конвертировании штейнов аналогично

поведению FeS с той разницей, что некоторое количество цинка (около 15–20 %

от количества цинка, присутствующего в штейне) возгоняется; большая часть

цинка, как и железа, при конвертировании переходит в шлак. Сульфид цинка

может окисляться при приблизительно одинаковой концентрации с сульфи-

дом железа в расплаве. В процессе конвертирования штейна заметное окисле-

ние ZnS наблюдается вскоре после начала продувки штейна. Возгонка цинка в

процессе конвертирования объясняется отчасти некоторой летучестью ZnS

при температуре процесса и протеканием побочных реакций, которые сопро-

вождаются появлением легкоиспаряющегося металлического цинка.

Реакция

ZnS + 2ZnO = 3Zn + SO

(7.15)

при температуре конвертирования не может играть значительной роли в воз-

гонке цинка.

Удаление цинка в газы при конвертировании медных штейнов по этой

реакции при 1 150 °С составляет 3 % от исходного количества цинка в штейне.