2. Штейнни конвертерлаш. 1953 йилда кмэп жараёни биринчи марта Канаданинг «Коппер Клиф»

Штейнларни конвертерлаш жараёнини биринчи босқичи.
Одатда эришиш печларда олинган штейн таркибида 24-40 % Сu, 24-26 % S ва 35-45 % Fe бор.
Штейнларни конвертерлаш жараёни­ни мақсади - темир ва ва олтингугуртни чиқариб ташлашдир. Жараён даврида бир қатор зарар моддалар ҳам ажралиб чиқади. Олтин, кумуш ва бошқа нодир металлар хомаки мис таркибига ўтадилар.
Жараён махсус дастгоҳ - конвертерларда ўтказилади. Уларни тасвири плакат ва атласларда келтирилган. Конвертер ўзи билан, тепа қисмида тешиги бор, горизонталь бочка шаклдаги дастгохдир. Бочкани ички хажми огнеупор ғиштлар билан химоя қилинган. Бочкани ўзи эса пўлат листидан тайёрланган. Конвертер ўзини ўқи негизида айланишга имконияти бор. Замонавий конвертерларни хажми, хомаки мис бўйича, 40, 75 ва 100 т ташкил қилади. Уларнинг ўлчамлари: узунлиги 6,1; 9,15 ва 10,76 м ва диаметрлари 3,66; 4 ва 4 м тете­гишинчали бўлади.
Штейнни суюқ ваннасига ҳаво бериш учун, конвертерда фурмалар бор. Ҳар битта фурма пўлат трубкасидан тузилган бўлиб, ундан 1,0- 1,2 * 10 Па ортиқча босим билан ҳаво берилади. 40 тоннали кон­вертерда 28 фурма, 75 тонналида эса 43 - 50 дона фурма бор. Катта конвертерни фурмасини диаметри 52 мм ташкил қилади. Конвертерни бочкаси ва ости қисми 350 - 460 мм огнеупор гиштлар билан химоя­ланади. Фурмали поясда эса футеровкани эни 475 мм гача оширилади.
Газларнинг чиқарилишига, напыльник номи бўлган, газ чиқариш дастгохи бор. Напыльник чўян ёки пулат плиталардан терилганида. Напыльниклар ҳаво ёки сув билан совитилади. Газлар напыльникдан коллекторга тушиб сульфат кислотаси олиш учун юборилади. Мис штейнини конвертерлаш давомида шлак ажралиб чиқади, қайсига бу­тунлай темир ўтади, олтингугурт эса SO₂ шаклда эритмадан йўқотила­ди.
Мис штейнини конвертерлаш давомида ҳаво эритма хажмидан ниҳхоятда тез - 0,13 сония даврга утади. Бунда кислородни узлаштириш даражаси 95 % ташкил қилади. Ҳисоботларга кўра, ҳар бир жараён­нинг дақиқасида суюқ ваннадаги кислородга мухтожлик факат юз мингдан бир қисми қондирилади. Бу реакцияларни ниҳоятда тез ўти­шини кўрсатади.
Мис штейнини конвертерлаш икки босқичдан ибортадир: биринчи босқичда темир сульфидиоксидланади ва флюс қўшилиб печдан чиқари­лади, иккинчи босқичда эса мис сульфиди оксидланиб хомаки мис олинади.
Ҳаво бўлакларини суюқ штейн ваннасидан оксидланиши мумкин:
FeS + 1,5 O₂ = FeO + SO₂ + 470 кДж (10.1)
Сu₂S + 1,5O₂ = Сu₂O + SO₂ + 385 кДж (10.2)
Ҳар бир технология дақиқасида кислородни етишмовчилиги, жа­раённи 4 - 18 соатга чўзилиб кетишига олиб келади.
Пайдо бўлган оксид мис оксиди темир сульфиди билан ўзаро ре­акцияга киради:
Сu₂O + FeS = Сu₂S + FeO + 168 кДж (10.3)
Бу реакция тўлиқ чангдан ўнгга силжайган. Бундан хулоса: конвертерда темир сульфиди борлиги мис эритмасининг тўлиқ яна сульфид ҳолатига қайтаради. Мис оксидини олиш учун, ваннадан те­мир сульфиди тўлиқ йўқотилиши шарт.
Ваннада мисни сульфид ва оксид бирикмалари ўзаро бошланишла­ри мумкин:
Сu₂S + 2 Сu₂O = G Сu₂ + SO₂ - 116 кДж (10.4)
Бу реакциянинг изобар - изотермик потенциали:
G = 3560 - 6,725 T (10.5)
Конвертердаги хароратларда бу реакция тезлик билан ўтади ва катта босим билан SO ажралиб чиқади. Ушбу босимнинг бир-неча қий­матлари:
Т₁ ⁰С Рso₂ * 10^-5 Па
508 0,045
591 0,159
1052 6,46
1150 8,0
Агарда ваннада темир сульфиди мавжуд бўлса:
2 Сu + FeS = Сu₂ S + Fe
Бошқа сўзлар билан айтганда, қачонки суюқ ваннада темир сульфиди бўлса, на мис - ярим оксиди, на эркин мис олиш имконияти йўқ. Бундай жараённи икки босқичда олиб бориш мухтожлиги келиб чиқади: биринчи - темирни ва у билан боғланган олтингугуртни йўқотиш, иккинчиси - қолган олтингугуртни ажратиб ташлаш.
Жараённинг биринчи босқичида суюқ штейндан ҳаво барабан қи­линиб темир сульфиди оксидланади:
2FeS + 3O₂ = 2FeO + 2 SO₂ + 940 кДж (10.6)
Темир оксиди қўшимча бериладиган кварц флюси билан шлак ҳо­латига ўтказилади:
2FeO + SiO₂ - 2FeO * SiO₂ + 93 кДж (10.7)
Жараённинг йиғинди реакцияси:
3 FeS + 3O₂ + SiO₂ = 2 FeO * SiO₂ + 2 SO₂ + 93 кДж (10.6)
реакция тез оқиб ўтади, (10.7) реакция эса 900 ⁰С дан пастроқ шароитларда аста секин ўтади. Шунинг учун, ҳаво бериш биринчи дақиқаларда, харорат ҳли паст бўганда, конвертерда маг­нетит пайдо бўлади:
6 FeO + O₂ = 2Fe₃O₄ + 637 кДж (10.8)
Бу реакция оқиб ўтиш давомида қўшимча иссиқлик ажралиб чиқ­ади ва харорат 900 С дан юқрироқ қийматларга эга бўлади. Харорат ошган шароитда, қуйидаги реакция оқиб ўтади:
3Fe₃O₄ + FeS + 5 SiO₂ = 5[2FeO * SiO₂ ] + SO - 16,9 кДж (10.9)
Конвертердан ўтадиган кимёвий реакциялар хароратга боғлангандир. Қанча харорат баландроқ бўлса, шунча жараён тезроқ ўтади, технико-иқтисодий кўрсаткичлар яхшироқ бўлади. Фақат бу шароит­ларда огнеупор ғиштлар тезроқ ишдан чиқади. Шунинг учун хароратни 1350⁰С дан юқори кўтариш тавсия этилмайди.
Конвертерга штейн билан қўшимча зарарга моддалардан рух, ни­кель ва ноёб металларни ҳисобга олиш керак.
Рух конвертерга штейн билан ZnS шаклда келиши мумкин. Эркин ҳолатдаги рух иккиламчи хом ашё юкланганда келиши мумкин. Иккала вариантга ҳам рух жараённинг якунида интенсив ҳолатда оксидлана­ди. Оксидланган рухни қисми (20% гача) шлак таркибига ўтади. Бу хо­диса шлакни хусусиятларига салбий таъсир қилади, ёпишқоқлигини кў­пайтиради, эриш хароратини оширади ва мис миқдорлигини юқори қий­матларга олиб келади.
Рухнинг бир қисми реакция натижасида пар ҳолатига ўтади:
Zn S + 2Zn O = 3Zn + SO₂ (10.10)
Zn S + 2Сu = Сu₂ S +Zn (10.11)
Рух парлари оксидланади ва майда оқ чанг шаклда газ билан ўчади. Бу ҳолатда газ ок рангли булади.
Газдан рух оксидини чанг ушловчи дастгохларда ажратиб олиш мумкин.
Никель ва нодир металлар конвертер жараёнинин босқичида тў­лиқ штейн фазасига ўтади.
Жараённинг биринчи босқичи- штейнин ҳаво билан қайта иш­лаш-штейнни йиғиш ва кварцни қўшиш бир неча соат давом этади. Шу даврда штейнни бир ковшдан қуйиб уни ҳаво билан пуфланади. Бир по­ция штейнни пуфлаш даври 45-60 минутни ташкил қилади. Ундан кейин шлак печдан чиқарилиб янги штейн порцияси қўйилади ва унга кварц берилади. Бу жараён бир неча марта такрорланади. Биринчи босқич конвертердан охирги шлакни қуйиш билан тугалланади. Бунда ваннада оқ штейн-матт-қолади. Уни таркибида фақат СuS бор. Темирни якун­ловчи қолган миқдорини(0,5-1,0%) штейнни кимёвий таҳлил орқали аниқланади.