Конвертирование медных штейнов

На конвертирование поступают штейны в расплавленном и частично твердом виде, обороты, богатые медью, кварцит золотосодержащий, подсушенный и окатанный медный концентрат, иногда богатая медная руда. Основная задача процесса конвертирования — получение черновой меди; попутные — получение газа, пригодного для производства серной кислоты, а также извлечение золота из кварцита и возгон некоторых редких металлов.
Процесс конвертирования по организации работы делится на периоды набора и варки, а по химическим процессам — на 1-й и 2-й периоды.
Период набора. Чтобы залить штейн, конвертор наклоняют горловиной в сторону кранового пролета цеха так, чтобы поднять фурменные отверстия выше предполагаемого уровня расплава. Затем включают дутье и поворачивают конвертор назад так, чтобы горловина подошла под напыльник, а фурмы погрузились в штейн и воздух начал проходить через расплав. В это же время на поверхность штейна засыпают кварцит. В пустой 40-т конвертор заливают 3—4 ковша штейна, т. е. 18—30 т. На следующих подачах заливают по 1 ковшу штейна, загружают порцию кварца, 30—45 мин продувают расплав воздухом, сливают шлак и повторяют операцию. После каждой продувки в конверторе остается обогащенной штейн (его называют массой) Содержание меди в массе нарастает постепенно от содержания в штейне до конечного содержания (78—80%). Перед двумя-тремя последними продувками оно достигает 55—60%.Таким образом, «набирают» (отсюда и название периода) столько массы, сколько нужно, чтобы получить, скажем, 50 т меди.
Период варки. После набора приступают к варке. Она начинается с двух-трех холостых продувок, во время которых в конвертор подают кварц и сливают шлак, но не заливают штейн. Цель последних продувок — полное ошлакование железа. Этими продувками заканчивается первый период конвертирования, т. е. удаление железа. После него в конверторе остается белый штейн, т. е. почти чистый сульфид меди Cu2S, и начинается второй период — получение черновой меди, химически характеризующийся удалением серы. Конец выгорания железа можно заметить по четырем признакам: пробы штейна кипят, пузырятся, слышен характерный шум (конвертор шипит); цвет пламени бледнеет; газоанализаторы показывают увеличение содержания SO2 на 4—5% и проба штейна имеет серый цвет.
Первый период конвертирования, т. е. период удаления сернистого железа, характеризуется следующими реакциями:

Первая реакция — основная в первом периоде. Она дает тепло для всего процесса и обеспечивает его автогенность. Чтобы не допустить быстрого износа футеровки, температуру в конверторе рекомендуется поддерживать в пределах 1130—1260° С. Поэтому в конвертор подают холодный штейн, обороты (корки из ковшей, пролитую медь), богатые вторичные материалы, цементную медь и гранулированный концентрат. По первой реакции образуется шлак и 13%-ный сернистый газ.
Вторая и третья реакции показывают, что, пока в конверторе есть сульфид железа, в шлак переходит мало меди. Содержание ее в шлаке 1,0—1,5%. К концу периода в начале варки шлаки резко обогащаются медью — до 5% и более. В среднем они содержат около 2% меди.
Очень важны четвертая и пятая реакции. По четвертой образуется магнетит, когда конвертор идет холодно. При пуске конвертора это используют для получения в конверторе «обмотки», т. е. тонкой настыли, приваривающейся в футеровке и защищающей ее от действия шлака Ho в дальнейшем образования магнетита следует избегать, так как он тугоплавок и создает настыли, закрывает фурмы, горловину, а в связи со сливом в отражательную печь затрудняет ее работу.
Пятая реакция указывает на пути снижения содержания магнетита. Надо бесперебойно и в достаточном количестве подавать кварцит кусками размером 8—40 мм (более мелкий кварц выдувается из конвертора, более крупный медленно реагирует), вести конвертор горячо (1250° С), так как это способствует протеканию эндотермической реакции (правило Ле-Шателье). Нормальным считается содержание кремнезема в шлаке около 25%.
Продолжительность первого периода в сильнейшей степени зависит от содержания меди в штейне, подачи воздуха и организации работы. При богатом штейне (35—45%) первый период продолжается 6—9 ч, при бедном (20—30%) 16—24 ч. По соотношениям веществ, вступающих в первую реакцию, можно определить, что на 1 кг FeS требуются 2 м3 воздуха Если учесть потери воздуха в линии от воздуходувки до фурм (15—20%) и в самом конверторе (5—10%), то этот расход возрастет до 2,5 м3.
Обычно на 40 т конвертор подают 360 м3 воздуха в минуту. Простои конвертора на сливе шлака и наборе штейна в лучших случаях составляют 20—22%. Если к ним добавляются простои из-за несвоевременной подачи штейна, отсутствия ковшей для слива шлака, то использование конвертора под дутьем снижается до 70—75%.
Второй период обычно продолжается 2—3 ч При богатом 40—50%-ном штейне можно за час работы 40-т конвертора выдать до 4—5 т меди. Большие конверторы выдают 10—11 т меди за час, хотя коэффициент использования их под дутьем снижается при 40—45%-ном штейне до 60.
На заводах часто подают не чистый, а загрязненный кварц, содержащий 60—80% SiO2. Расход такого флюса составит около 0,4 кг на 1 кг FeS.
Второй период конвертирования характеризуется реакцией Cu2S + O2 = 2Cu + SO2 + 126 кДж (30 ккал). Во время второго периода не заливают штейн, не грузят кварц. Подают только воздух. Никаких остановок во время варки не требуется. Выделение тепла по основной реакции 2-го периода примерно в 8 раз меньше, чем по реакции первого периода. Конец операции определяют пробой на ломок, взятой через фурмы. Готовая черновая медь дает на ломке гладкую корочку.
Подача воздуха в конвертор. При постоянном составе штейна производительность конвертора зависит в основном от поступления воздуха.
Поэтому во время конвертирования систематически чистят фурмы. Фурмовку ведут вручную ломиком (устарело) или пневматической фурмовочной машиной механически. Фурмы быстро закрываются при холодном ходе конвертора. Чтобы избежать выбросов и в то же время интенсифицировать работу конвертора, по мере возможности в 1-м периоде подают воздух, обогащенный кислородом до 30%.
Техника безопасности на конверторном переделе. Основные источники опасности — брызги во время фурмовки, брызги через горловину, выбросы массы (очень опасно) и хлопки-выбросы при загрузке сырых материалов. Опасные выбросы возможны при сливе шлака в сырой ковш. Во избежание этого необходимо правильно использовать спецодежду (очки во время фурмовки, полный костюм) Загружать в конвертор только сухие материалы, сливать шлак только в сухие ковши.
Использование конверторных газов. Газы выносят из конвертора ценную пыль, содержащую свинец, кадмий, цинк, рений, германий, индий. Их прежде всего надо очищать от пыли в две стадии. Первую грубую пыль возвращают в конвертор. Тонкую пыль второй стадии передают на специальный передел для извлечения ценных металлов.
После очистки конверторные газы содержат 4—4,5% SO2. Их следует использовать для производства серной кислоты.
Если дутье конверторов обогащают кислородом и напыльники хорошо уплотнены и правильно сконструированы, то содержание SO2 в газах повышается до 6—8%. При работе на конверторе типа Норанда получают газ с 12—15% SO2.
Качество конверторной меди. По отраслевому стандарту конверторную черновую медь выпускают шести марок. В первых марках должно быть не менее 99,2—99,4% в сумме меди, золота и серебра. В них ограничивается содержание сурьмы, мышьяка, никеля и висмута. Обычно в первых марках содержится 0,3—0,5% кислорода В остальных марках содержание меди последовательно снижается до 96%, менее строго лимитируется содержание примесей.
Наиболее высокая отпускная цена установлена на медь МЧ-1. Предприятию поэтому выгодно повышать качество продукции. Розлив конверторной меди удобнее всего вести через миксер на разливочную машину.
Извлечение меди в черновую медь из штейнов с 20—40% меди достигает 90—96%. Около 1% меди улавливают в виде пыли и 3—8% попадает в шлак. Расход воздуха в расчете на 1 т меди составляет 4000—9000 м3.