22. Поведение сульфидов различных металлов при конвертировании

Конвертирование в металлургии —окислительный процесс переработки штейнов в цветной металлургии или чугуна в черной металлургии, с выводом С, S,Fe и прочих примесей в шлак и газовую фазу и получением файнштейна, , черновой меди, стали . Заключается в продувке расплава воздухом, кислородом или их смесью в специальном агрегате — конверторе, либо в отдельной зоне металлургического агрегата (Печь Ванюкова).

При прохождении струи воздуха через расплав в первую очередь окисляются сульфиды тех металлов, у которых сродство к кислороду больше, чем к сере. В штейнах цветной металлургии таким металлом является железо. Образующиеся жидкие окислы железа шлакуются кремнеземом, добавляемым в конвертер в качестве флюса. Конвертерный шлак, имеющий меньшую плотность, чем штейн, всплывает и периодически удаляется из конвертера.

В медной промышленности процесс К. принято делить на два периода. Первый период заканчивается удалением из штейна всего железа. Оставшийся сульфид меди (белый матт) окисляется во втором периоде кислородом воздуха по реакции: Cu₂S + O₂ = 2Cu + SO₂. Конечным продуктом К. медных штейнов является черновая медь.

В свинцовой промышленности К. подвергаются медно-свинцовые штейны, содержащие до 30% Cu, 10—20% Pb, 5—15% Zn, 20—40% Fe и 18—22% S.

В первом периоде продувки одновременно с сульфидом железа частично окисляются сульфиды цинка и свинца. Конвертирование штейна проводят при температуре 1 200 °С в два периода: сначала ошлакование железа и свинца, затем – получение черновой меди.

В горячий конвертер заливают штейн, продувают его воздухом 5–10 мин. Добавляют кварц из расчета получения шлака с содержанием кремнезема не менее 18–22 %, холодные добавки и продувают штейн еще 45 мин. При этом железо окисляется кислородом воздуха и ошлаковывается с образованием фаялита (2FeO·SiO₂):

2FeS + 3O₂ + SiO₂ = 2FeO·SiO₂ + 2SO₂

Свинец частично окисляется и шлакуется, частично сульфидируется по реакции:

Рb + FeS + 0,5О₂ = PbS + FeO Пока в конвертере есть сульфид железа, основная масса свинца остается в виде сульфида.

В процессе плавки в печи создается восстановительная атмосфера и сульфид свинца, присутствующий в штейне, взаимодействует с оксидом свинца агломерата по реакции PbS + PbO = Pb + SO₂

23. Первый период конвертирования медного штейна (исходные материалы, реакции процесса, температурный режим, роль добавок, поведение примесей )

Первый период (период окисления сульфида железа), называемый набором сульфидной массы, начинается с заливки медного штейна, после чего подают дутье и через горловину или отверстие в торцевой стенке конвертера загружают порцию кварцевого флюса, содержащего 70—80% SiO2. Период длится 6—24 ч в зависимости от содержания меди в штейне. Основными реакциями периода являются окисление сульфида железа: 2FeS + 3O₂ = 2FeO + 2SO₂ и ошлакование образующегося оксида FeO кремнеземом флюса 2FeO + SiO₂ = (FeO)_2SiO2. По мере накопления шлака, состоящего из FeO и SiO₂, его сливают, в конвертер заливают новую порцию медного штейна и, добавляя флюс, продолжают продувку. Длительность таких циклов набора массы составляет 30—50 мин. Температура заливаемого штейна в результате протекания этих экзотермических реакций повышается с 1100—1200 до 1250—1350 °С. Более высокая температура нежелательна, и поэтому при продувке бедных штейнов, содержащих много FeS, добавляют охладители — твердый штейн, сплески Мели, корки из ковшей, медные концентраты. Сульфид меди в течение первого периода конвертирования медного штейна не окисляется, поскольку у железа больше химическое сродство к кислороду, чем у меди. По окончании первого периода и слива последней порции шлака в конвертере остается белый штейн — почти чистая полусернистая медь Cu₂S.

Первый период заключается в получении белого матта (белого штейна) - расплава Cu₂S.

Расплав продувают воздухом в присутствии кварцевого флюса.

2FeS + 3О₂ + SiO₂ == 2FeO•SiO₂ + 2SO₂ + 1030290кДж t = 1200 -1280 °С.

Часть железа переокисляется до магнетита FeO + O₂ = Fe₃O₄ Это приводит к повышенному содержанию в шлаках Cu(1,5 - 3,0 % Cu). Конвертерные шлаки возвращают в оборот (в плавку на штейн) либо подвергают самостоятельной переработке.

Продукты первого периода: конвертерный шлак, газы и белый штейн ( 78 - 80 % Cu )

24. Второй период конвертирования медного штейна

Второй период — получение черновой меди из белого штейна — длится 2—3 ч и заключается в продувке без добавки в конвертер флюса. Он включает окисление Cu₂S и взаимодействие

CuO с Cu₂S .

Cu₂S + 1/2O2 → Cu₂O + SO₂ + 767,45 кДж Cu₂S + 2Cu₂O → 6Cu + SO₂ -115,79 кДж

Основная реакция периода: Cu₂S + O₂ = 2Cu + SO₂. После полного окисления серы продувку заканчивают, получая черновую медь. Ее сливают из конвертера и либо направляют в рафинировочную печь, либо разливают в слитки, которые затем направляют на специальные рафинировочные заводы. Таким образом, в результате продувки получаются черновой металл, содержащий 96,0-99,4% Cu, 0,01-0,04 % Fe, 0,02—0,1 % S и небольшое количество Ni, Sn, As, Sb, Ag, Au, и конвертерный шлак, содержащий 22-30 % SiO2, 45-0% FeO, около 3% Аl₂O₃ и 1,5-2,5% Cu..

Второй период протекает непрерывно. Он более напряжен в тепловом отношении. Его проводят без остановок и без добавок каких-либо холодных материалов.

Используют конвертеры емкостью по меди 80 и 100 т.

Содержание SO2 в газах составляет в среднем 4 - 5 %.