Общая химическая технология. В 2-х частях. Ч. II. Важнейшие химические производства. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Мухленов И.П.
Скачать (прямая ссылка):
а верхний —сплавом окислов пл. ~ 3 г/см3. Сплав сульфидов, состоящий главным образом из сульфидов меди и железа, называют штейном (Cu2S •«FeS)1 а сплав окислов —шлаком. Штейн является промежуточным продуктом, поступающим далее в передел на черновую медь. Таким образом, в пирометаллургическом способе переработки различают две главные стадии процесса: 1) плавка руды на медный штейн и 2) передел расплавленного штейна на черновую медь продувкой его воздухом.
TIj) оцесс плавки на ш_т е й_н ведут в отражательных или шахтных пёч^х7~Вследствйё наличия в нижней части шахтной печи водяной рубашки такие печи называют ватержакетами Отражательные печи, сходные с мартеновскими, обычно применяют для плавки концентратов и рудной мелочи. При плавке руды в отражательных печах целесообразно руду предварительно подвергнуть обжигу для окисления значительной части сульфида железа до FeO и Fe2O3, а медь оставить в виде Cu2S. Последующая плавка предварительно обожженной руды (с остаточным содержанием в ней серы около 10%) в отражательной печи позволяет получить штейн с повышенным содержанием меди. При обжиге медной руды или концентратов протекает ряд процессов:
FeS2 -^FeS + S 2CuS -^Cu2S + S 2CuFeS2 -> Cu2S + 2FeS + S
Одновременно с диссоциацией в обжиговых печах происходит и окисление серы и сульфида железа кислородом воздуха:
s+o2->so2
2FeS + ЗО, -+ 2FeO + 2SO2
Окислению подвергается сульфид меди по уравнению
2Cu2S + 3O2 2Cu2O + 2SO2
Однако практически окисляется только сульфид железа, так как окись меди (I) вступает во взаимодействие с FeS и вновь сульфируется:
Cu2O + FeS Cu2S + FeO
Обжиг руды ведут в печах кипящего слоя или в полочных механических печах. Обжиговый газ, содержащий SO2, используют Для производства серной кислоты. Обожженные медные концентраты плавят на штейн в отражательных или электрических печах. Для шлакования пустой породы в плавильную печь подают флюсы, в состав которых вводят такие количества кварца и известняка, чтобы вместе с пустой породой, имеющейся в руде, и золой топлива °ни давали достаточно плавкую смесь и расплавленный шлак малой Плотности и вязкости. Отражательная печь отапливается мазутом Или каменноугольной пылью. Температура в плавильной печи достигает 1550—1600° С. Процесс образования штейна сложен. ° составе обожженного концентрата в плавильную печь поступают
Cu2S, FeS1 FeO, Al2O3, CaO, SiO2. При действии высокой температуры вначале плавятся наиболее легкоплавкие смеси из FeS и Cu2S и образовавшийся сплав сульфидов — штейн — стекает в ванну, откуда через отверстия в продольной стенке (шпуры) периодически, по мере его накопления, выводится из плавильной печи. Окислы пустой породы при 1030—1060° С образуют легкоплавкие эвтектики FeO —SiO2 —CaO. Первичные расплавы силикатов стекают в ванну, растворяя на своем пути другие окислы. Шлак выпускается из печи периодически через шлаковое окно. Часто шлак при выпуске из плавильной печи гранулируют и используют в строительном деле. Штейн отражательной плавки на 80—90% по массе состоит из сульфидов меди и железа и содержит 10—20% окислов других металлов. Расход условного топлива составляет 11—25% от массы шихты. Извлечение меди и благородных металлов в штейн при отражательной плавке достигает 96—99,5%. Двуокись серы, выходящая из отражательных печей, содержит лишь 1,5% SO2. Плавка концентратов в электрических печах "представляет собой разновидность отражательной плавки. Способ имеет ряд преимуществ, но пока находит ограниченное применение из-за высокой стоимости электроэнергии.
Шахтные печи (см. ч. I, рис. 73) предназначаются, как правило, для плавки на штейн кусковой руды, т. е. руды, идущей непосредственно в плавку. При этом руда предварительно не обжигается, так как обжиг разрушает куски руды. Кроме того, в шахтной печи сера, содержащаяся в руде, служит источником тепла и предварительное выжигание ее является нецелесообразным. При плавке медных руд в шахтных печах, так же как и в отражательных печах, к руде добавляется флюс и кокс. Снизу через фурмы в шахтную печь поступает воздух. Наиболее сильное горение пирита и кокса при плавке медных руд в шахтных печах происходит в области фурм, где температура достигает 1400—1500° С. Горячие газы, поднимаясь вверх, проходят через толщу шихты. Температура газов на уровне колошника 400—550° С. Шихта, опускаясь в шахте навстречу потоку горячих газов, постепенно нагревается, при этом происходит диссоциация пирита, халькопирита и других высших сульфидов. Выделяющиеся пары серы уносятся газами, попутно окисляясь до SO2 и SO3. Углерод кокса окисляется кислородом и двуокисью серы:
С + 02 = С02 С+ SO2 = CO2+1/2S2
Важнейшие реакции плавки:
2FeS+Si02 + 302=2FeO ¦ Si02 + 2SQj 2Cu2O+2FeS + SiO2 = 2FeO • SiO2 + 2Cu2S
Флюсы дают легкоплавкий силикат кальция:
CaCO3 + «Si О, CaO - «SiO2 + CO2
Расплавленная смесь сульфидов и силикатов стекает вниз и выпускается из плавильной печи для расслаивания в отстойник, назы-
ваемый передним горном. Руда, флюсы и кокс, загружаемые в шахтные печи, должны иметь крупность кусков в пределах 20—150 мм. Извлечение меди в штейн при шахтной плавке значительно ниже, чем при отражательной, и составляет 78—85%.
