Плавка медных концентратов в отражательных печах

Плавка медных руд и концентратов ведется в отражательных, шахтных и электрических печах. При расплавлении сульфидной шихты происходит расслаивание жидкости на два слоя. Внизу располагается сплав сульфидов — штейн с плотностью около 5. Штейн состоит главным образом из сульфидов железа FeS и меди Сu₂S, в сумме составляющих 80—90%. Кроме того, в штейне содержатся сульфиды цинка, свинца, никеля, окислы железа, кремнезем, глинозем и другие составляющие.

Благородные ме­таллы плохо растворимы в шлаках и хорошо растворимы в штейне. Максимально возможное содержание меди в штейне, соответствую­щее расплаву Сu₂S, равно 79,9%. Обычно содержание меди в штейне находится в пределах 15—40%. С повышением содер­жания меди в штейне увеличиваются потери меди в шлаке. Тем­пература плавления штейна обычно находится в пределах 900— 1150° С. Шлаки содержат главным образом окислы кремния, железа, кальция, алюминия и другие окислы и имеют температуру плавления 1100—1250° С.

При плавке медных концентратов в отражательных печах атмосфера в рабочем пространстве является слабоокислительной. Это определяет небольшое удаление серы в процессе плавки. Типовая конструкция отражательной печи показана на рис. 1.

Рабочее пространство печи имеет длину 30—40 м, ширину  7— 8 м и высоту 3,5—4,5 м. Площадь пода 200—300 м². Печь изнутри футеруется в зависимости от состава шихты либо кис­лыми, либо основными огнеупорными материалами. Свод печи делается арочным из динасового или подвесным при использова­нии магнезитового кирпича. Подвесные своды из магнезитового кирпича, а также футеровка стен хромомагнезитовым кирпичом позволяет повышать температуру в печи до 1700° С, на 150— 200 град выше, чем при использовании динасовых сводов, что интенсифицирует процесс плавки.

Отапливаются печи природным газом, мазутом или угольной пылью. Горелки или форсунки обычно располагаются в один ряд в передней торцовой стенке. Газообразные продукты горения про­ходят до задней торцовой стенки и через газоход уходят в боров. Состав отходящих газов отражательных печей находится в пре­делах 72—76% N₂ , 10—17%  С0₂,    0,5—2,0%   0₂,    4—10% Н₂0,   1—2% SiO₂,   до 0,5% СО. Температура газов в печи 1500—1550° С на расстоянии 3—10 м от передней стенки. На середине печи тем­пература равна 1400—1350° С. В конце печи — 1250—1300° С. Отходящие газы направляются в котлы-утилизаторы, чтобы использовать тепло отходящих газов и увеличить тепловой коэффи­циент печи.

Шихтовые материалы загружают в печь через сводовые за­грузочные отверстия из бункеров с шихтой, расположенных на колошниковой площадке над печью. Штейн и шлак, получаемые в процессе плавки, периодически выпускаются из печи. Для выпуска штейна имеются отверстия (обычно два), в которые встав­ляются чугунные водоохлаждаемые летки, в боковой стенке печи на уровне лещади. Для выпуска жидкого шлака из печи исполь­зуют шлаковое окно, расположенное в задней торцовой или бо­ковой стенке печи, на высоте около 1 м от уровня лещади.

Степень удаления серы зависит от состава шихты и вида топлива. При плавке необожженного концентрата степень десульфурации составляет 30—50%, при плавке огарка — 20—25%.

Шлак состоит в основном из Si0₂, FeO, CaO и А1₂0₃. Сум­марное содержание этих окислов в шлаке 85—95%. В шлаке содержится также 0,1—0,5% Сu.

Потери меди со шлаком, в котором остаются капельки штейна, зависят от состава штейна и шлака и от технологии плавки. При повышении содержания меди в штейне увеличиваются потери меди со шлаком. Количество шлака при плавке р отражательной печи в два-три раза по массе и три—пять раз по объему больше, чем штейна. В присутствии магнетита в шлаке растворимость меди возрастает, а потери меди со шлаком увеличиваются. Если магне­тит не успел восстановиться на откосах, то восстановление про­должается в ванне на границе штейн—шлак. С газовыми пузырь­ками, образующимися при этом, штейн увлекается в шлак, уве­личивая потери меди и благородных металлов. Содержание меди в отвальных шлаках находится в пределах 0,3—0,7%. Извлече­ние меди и благородных металлов в штейн составляет 95—98%.

Производительность печи зависит от характера подготовки шихтовых материалов к плавке, а также от тепловой напряжен­ности печи. При предварительном обжиге проплав шихты воз­растает. Общий поток тепла в современных печах порядка 208— 290 Гдж/ч (50—70 Гкал/ч). Тепловой коэффициент печи невысок — около 30%, поэтому практически расход тепла находится в пре­делах 2,9—4,2 Гдж/т (0,7—1,0 Гкал/т) при плавке горячей обо­жженной шихты. Суточный проплав шихты на 1 м²  площади пода составляет от 2 до 9 т.