Технология процесса конвертирования медных штейнов

Процесс конвертирования медных штейнов осуществляется с целью перевода железа из штейнов в шлаки и сульфидных соединений меди в металлическую медь. Это возможно в процессе продувки воздуха через расплавленный штейн. В результате того, что воздух в расплав штейна врывается мощной струей с большой скоростью (130—170 м/с), он раздрабливает на своем пути жидкий штейн на мелкие капли и образует в етруе дутья штейново-воздушную эмульсию. При этом в ней бурно развиваются окислительные процессы, за счет чего в зоне окисления температура поднимается до 1400—1500 ^СС. Эта температура в объеме ванны конвертера снижается вследствие теплопередачи в окружающее пространство. Образующиеся в результате окисления оксиды железа на первой стадии конвертирования всплывают на поверхность шгейновой ванны и шлакуются кремнеземом, присутствующим на поверхности ванны. На второй стадии окисления образующиеся оксиды меди взаимодействуют с сульфидами меди, что приводит к образованию в конвертере расплава черновой меди и газов, удаляющихся через горловину конвертера.

Процесс переработки штейнов на СУМЗ осуществляют следующим образом. Штейны после плавки в печах Ванюкова выпускают в специальные штейновые ковши и заливают в предварительно разогретый конвертер. При каждой заливке порции штейна в конвертер загружают кварц, величина кусков которого не должна превышать 3,5 мм. Кварцевый флюс, содержащий не менее 80 % кварца, загружают в конвертер пушкой, вдувающей дробленый кварц в конвертер равномерным слоем по всей поверхности штейна.

После заливки штейна и загрузки кварца в конвертер через фурмы подают воздух при давлении около 190 кПа. По мере накопления жидкого шлака его сливают через горловину в ковш. С этой целью отключают воздух, что необходимо для разделения шлака и штейна. После слива конвертерного шлака в конвертер загружают новую порцию штейна и флюсов и снова проводят продувку для образования шлаков. Таким образом процесс продувки ведут до тех пор, пока в конвертере не накопится достаточное количество белого матта, содержащего не менее 75 % Сu и десятые доли процента железа. Производительность конвертера на этой стадии определяется содержанием меди в штейне.

Во втором периоде белый матт продувают непрерывно, без добавки флюсов и холодных присадок. Шлак, благодаря отсутствию в нем железа, практически не образуется. Содержание меди в шлаке второго периода до 30 %. Такой шлак также необходимо перерабатывать. Продувка во втором периоде продолжается 2-2.5 часа. Основной продукт черновая мед, шлак, газы.

14 Особенности проведения 1-го и 2-го периодов конвертирования

Первый период

Проводится селективное окисление сульфидов железа (FeS). Железо обладает большим сродством с кислородом, чем медь. Пока в расплаве присутствует железо, медь почти не окисляется.

Основные реакции:

2FeS + Ю₂ = 3FeO + SO₂ + Q

За счет кислорода воздуха дутья. Реакция проходит с выделением тепла. Для отделения оксида железа(FeO) от сульфидного расплава, необходимо FeO перевести в шлак. Для этого конвертор постояннс добавляют кварцевый флюс.

FeO + SiO₂ = 2FeO • SiO₂ + Q — экзотерсическая

В фурменной зоне конвертора возможно переокисление железа, т.к. там много кислорода. С образованием магнетита

6FeO + O₂ = 2Fe₃O₄ +Q

tплFe2O3=1590"С

Поэтому образование большого количества магнетита не желательно. Разрушается магнетит (восстановление) по реакции:

3Fe^O₄ + FeS + 5SiO₂ - 5(2FeOSiO₂) + SO₂ —Q-эндотермическая

Эта реакция протекает интенсивно при температуре свыше 1200 С. Поэтому процесс конвертирования желательно проводить при максимально высоких температурах. Однако, для увеличения срока службы футеровки конвертора существует температурный придел 1280-1320°С.

Основная цель этого периода: накопление в конверторе богатой по меди сульфидной массы. После первой заливки штейна и частичной продувки из конвертора сливают шлак. После чего заливакп следующую порцию штейна. Эти операции повторяют несколько раз (3-4 раза). До тех пор пока не накопится достаточное количество сульфидной массы. После этого проводят холостую продувку (без заливки штейна). В результате получают белый штейн или белый матт.Практически чистый сульфид меди (CuS). На практике в нем остается 4% FeS. Шлаки первого периода содержат 1,5-3% меди. Это высокое содержание, их необходимо переработать. Переработка заключается в том, что их отправляют в плавильную печь или в отдельные агрегаты. Дополнительное топливо для процесса не требуется. В процессе конвертирования происходит избыток тепла. Температура повышается на 5-7°С в минуту. Для избежания перегрева расплава в конвертор загружают холодные присадки (дробленый шлак, твердый штейн, вторичное сырье, медный концентрат).

Теоретическое содержание SO2 в газах 15%, но засчет подсоса воздуха концентрация составляет 2-4%. Для обеспечения максимальной производительности в процессе работы проводят прочистку фурм. Это делают вручную или автоматически. Длительность первого периода:

15 при богатом штейне 6-9 часов;

16 при бедном штейне 16-24 часа

a. Второй период

Основные реакции:

2CuS + ЗО, - 2Си₂ О + 2SO₂

Cu₂S + 2Си₂О = 6Сы + SO₂

3Cu₂S + 3О₂ = 6Cu+ 3SO₂Проведение второго периода:

Основной процесс - это продувка белого маттавоздухом. Процесс ведут без добавки флюсов и холодных присадок. Однако, теоретически шлака не должно получится. Практически шлак бывает, т.к. осталось 4%FeS и полностью шлак в первом периоде не удается слить. Содержание меди в шлаке второго периода до 30%. Такой шлак так же необходимо перерабатывать. Продолжительность второго периода - 2-3 часа. Основной продукт черновая медь, шлак, газы. Теоретическое содержание SO2 21%, на практике 4-6% в газах.

Производительность конвертора определяется временем работы конвертора под дутьем (это время в течение которого идет продувка расплава). Обычно время работы под дутьем составляет 70-80% от общего времени.