ВЫПЛАВКА МЕДИ ИЗ СУЛЬФИДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ И РУД

В современной практике не все сульфидные руды меди подвергают флотации. Некоторые из них, более богатые и содержащие мало металлов-спутников, выгодно непосредственно плавить.

Состав минералов при обогащении не изменяется, поэтому между составами руды и концентрата имеются только количественные различия. Следовательно, переработка руд и концентратов имеет одну и ту же физико-химическую основу.

Если сульфидную руду или полученный из нее концентрат расплавить, то расплавленная масса разделится на два жидких слоя: сплав сульфидов и сплав окислов. Расслаивание объясняется различной плотностью и малой взаимной растворимостью расплавленных сульфидов и окислов. Сплав сульфидов называют штейном (от немецкого Stein – камень), а сплав окислов – шлаком. Шлак всплывает над штейном, так как плотность штейнов около 5, а шлаков – около 3.

Еще до плавления при нагревании минералы меди и железа существенно изменяют состав, разлагаясь с образованием простых сульфидов и паров серы:

2FeS2 →2FeS + S2

4CuS → 2Cu2S + S2,

4CuFeS2 → 2Cu2S + 4FeS + S2,

2Cu5FeS4 → 5Cu2S + 2FeS + 1/2S2.

Простые сульфиды железа и меди устойчивы при высоких температурах, поэтому штейн, независимо от минералогического состава сырья, – всегда сплав Cu2S и FeS.

Пустая порода (SiO2, CaO, Аl2О3) переходит при плавке в шлак, который можно легко отделить от штейна и вывести из производства. Следовательно, даже простое расплавление руды или концентрата позволяет сконцентрировать медь в штейне.

Чтобы перевести в шлак и часть железа, надо его сульфид превратить в оксид действием кислорода воздуха:

2FeS + 3О2 → 2FeO + 2SO2.

Но одновременно возможно подобное окисление Cu2S:

2Cu2S + 3О2 → 2Cu2O + SO2.

Однако практически окисляется только сера FeS: оксид меди (I) вновь сульфидируется остаточным сернистым железом:

Cu2O + FeS → Cu2S + FeO.

Эта реакция считается основной в пирометаллургии меди: она позволяет отделить медь от железа, распределив их между жидкими расплавами – штейном и шлаком.

Чем больше железа переведено из сульфида в оксид, тем меньше остается FeS в штейне, а процентное содержание в нем меди увеличивается. Степень десульфуризации, характеризующую выгорание серы, измеряют отношением количества сгоревшей серы (по массе) к исходному содержанию ее в сырье. Чем выше десульфуризация, тем богаче медью получаемый при плавке штейн.

Часть серы можно окислить перед плавкой посредством обжига (иногда обжиг применяют для сырья с высоким содержанием серы). Если при обжиге или плавке окислить всю серу, связанную с железом, все железо перейдет в шлак. Полученный штейн окажется близким по составу к чистой полусернистой меди 79,9 % Сu. Такой штейн называют белым штейном, а на заводах – также «белым маттом».

Для получения меди расплавленный белый штейн продувают воздухом; полусернистая медь окисляется при этом до оксида (I), который в момент образования реагирует с остатком сульфида:

2Cu2S + 3О2 → 2Cu2O + 2SO2;

Cu2S + 2Cu2O → 6Cu + SO2.

Непосредственно при плавке руды или концентрата белый штейн получать невыгодно, так как с увеличением содержания меди в штейне возрастают механические потери в шлаках из-за неполного отстаивания мелких капель штейна. Лучше сначала получать сравнительно бедный штейн и, значит, бедный отвальный шлак, а остатки железа из штейна удалять в конвертере – аппарате, предназначенном для продувки жидкого штейна воздухом.

В начале продувки протекают реакции окисления сульфида железа. Оксид (II) железа ошлаковывается добавленным в конвертер кварцем.

После получения белого штейна конвертерный шлак сливают и отправляют на повторную переработку: он еще богат медью. Белый штейн продолжают продувать воздухом до получения черновой меди. Черновую медь затем рафинируют – очищают от примесей плавкой в других печах и электролизом.

Смешанные медные руды содержат меньше серы, чем сульфидные, поэтому их можно перерабатывать тем же способом, но при меньшей степени десульфуризации.

Окисленные руды можно плавить в смеси с сульфидными рудами. Следовательно, плавка на штейн пригодна для любого сырья, если серы в нем достаточно для образования штейна.

Общая схема пирометаллургии меди дана на рис. 25. Схема показывает, что медные руды либо обогащают, либо сразу плавят на штейн (штрихпунктирная линия). После обогащения полученный концентрат можно сразу плавить (штриховая линия), а можно сначала обжечь для удаления части серы. Предварительный обжиг позволяет использовать серу для производства серной кислоты и получить более богатый штейн.

Штейн, независимо от варианта его получения, продувают в конвертере. Конвертерный шлак богат медью, поэтому его не отбрасывают, а, как уже указывалось, возвращают в рудную плавку.

Благородные металлы (золото и серебро) при плавке руды или концентрата переходят в штейн, а из него – в черновую медь. При рафинировании черновой меди электролизом благородные металлы, а также часть селена и теллура удается извлечь и затем получить в чистом виде.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector