Описание и режимные параметрытехнологического процесса получения черновой меди

2
.2.3 Плавление шихты 
В результате сжигания топлива в печи образуется большое количество
высокотемпературных газов, являющихся основным теплоносителем. Так как процесс горения
топлива в печи протекает непрерывно, то и образующиеся газы движутся непрерывным
потоком от топочной стенки к хвостовой части печи. Процесс теплообмена в печи
осуществляется излучением и конвекцией, при этом главную роль играет отражение. 
Поверхность шихты и ванна получают тепло, как непосредственно от газового потока, так и
от поверхностей свода и части стен. Тепло , попадая на поверхность шихты, вследствие
малой теплопроводности последней, распространяется по глубине слоя с малой скоростью.
Поэтому поверхность откосов быстро нагревается до температуры плавления, компоненты
шихты расплавляются и стекают в ванну, обнажая последующий слой, который в свою
очередь получает тепло и переходя в жидкое состояние, также стекает в ванну.  
Таким образом, процесс плавления происходит в поверхностном слое откосов и
представляется непрерывным последовательным расплавлением и стеканием в ванну печи
расплавленного материала. 
В ванне печи происходит движение шлака от центра печи к откосам и в глубь.
Движение вызывается перегревом шлака в центре и охлаждением его у откосов.
Результатом этого движения является оплавление откосов шихты снизу.
Регулирование процесса плавления шихты производится путем изменения состава
шихты, тепловой нагрузки печи в сторону увеличения подаваемого топлива в единицу
времени и изменением соотношения«кислород : воздух». 
2.2.4 
Физико-химические превращения шихты 
Шихта состоит из смеси сульфидных концентратов, кварца и оборотного материала. 
В первой стадии нагрева до 1000
0
С материал подсушивается: гидраты, сложные сульфиды,
высшие окислы, сульфаты и карбонаты разлагаются. 
Образовавшиеся в результате этих процессов устойчивые сульфиды и окислы при
дальнейшем нагреве вступают во взаимодействие друг с другом, в результате чего,
образуется два основных продукта - штейн и шлак. 
Химический состав шлака представлен составляющими: кремнезём (SiO
2
), окись
кальция (СаО), окись железа (FeO) и глинозём (Al
2
O
3
). 
Сумма этих окислов в основной массе шлака составляет 95÷96%. 
Плотность шлака играет важную роль в процессе разделения расплава на шлак и
штейн и зависит от наличия тех или иных окислов. Плотность шлака в условиях
отражательной плавки должна составлять 3,5÷3,7 g/сm
3
. 
Расчетный химический состав отвального шлака по своему содержанию в массовых 
долях должен соответствовать: меди – не более 0,65%, кремнезёма – 33-38%, оксида кальция - 
1÷3%, оксида железа – 44-48%. 
Поведение системы МеО – SiO
2
при нагревании более 1000
0
С обладает весьма
большой активностью к соединению окислов противоположных по химическим свойствам – 
основных и кислых. Поэтому все окисленное железо и другие окислы, как окись кальция 
(СаО), магния (МgO), кремния (SiO
2
) при нагревании дают соединения типа: 
mMeO 
· nSiO
2 
Химические реакции, по которым происходит шлакообразование следующие: 
10 Fe
2
O
3
+ FeS = 7 Fe
3
O
4
+ SO
2
( 1 ) 
3 Fe
3
O
4
+ FeS = 10 FeO + SO
2
( 2 ) 
3 Fe
3
O
4
+ 5 SiO
2
+ FeS = 5 ( Fe
2
SiO
2
) + SO
2
( 3 ) 
2 FeO + SiO
2
= (FeO)
2
· SiO
2
( 4 ) 

---

6 Fe
2
O
3
+ 2 FeS + 10 SiO
2
= 10(FeO)
2
· SiO
2
+ 2 SO
2
( 5 ) 
CaO +SiO
2
= CaO
· SiO
2
( 6 ) 
Качество шлака контролируется по химическому составу, а изменение состава
шлака достигается путем изменения состава шихты в сторону увеличения или уменьшения
количества концентрата, кварца или оборотных материалов. Изменение состава шихты
производит заместитель начальника металлургического цеха. Выход отвального шлака и
содержание меди в нём в основном определяет показатель извлечения меди в штейн. Чем
ниже содержание меди в отвальном шлаке и меньше его физический выход, тем выше
извлечение меди в штейн. Температура отвального шлака измеряется пирометром и не
должна превышать 1250
0
С. 
Высота расплава в печи не должна превышать 120 сm, в том числе около 60 сm
шлакового слоя. Одним из необходимых условий получения кондиционных шлаков является
постоянная высота шлакового слоя над штейном, которая колеблется в пределах 50÷60 сm.
Контроль производится визуально. 
Другим основным продуктом плавки является медный штейн. В процессе
образования штейна большое значение имеет соотношение основного металла и серы.
Степень десульфуризации на основании расчета шихты в условиях отражательной плавки
составляет 40÷45%. 
Процесс штейнообразования протекает по следующим химическим реакциям : 
2CuFeS
2
Cu
2
S + 2FeS + S 
4CuS 2 Cu
2
S + S
2
FeS
2
FeS +S 
Химический состав медного штейна для отражательной плавки следующий : 
-
медь - 18÷25% 
-
сера - 24÷25% 
-
железо - 44÷47 % 
-
кислород - 3,5% 
-
прочие - 1,0%