17.05.2015

При плавках сульфидного сырья прочные низшие сульфиды металлов образуют cплав сульфидов — штейн.
От второго продукта плавки — шлака жидкие штейны отличаются малой вязкостью и большим удельным весом. Основной составляющей штейнов рудной плавки является сульфид железа FeS, сульфиды цветных металлов присутствуют в меньшем количестве. На практике штейны называют по присутствующему в штейне цветно1му металлу, извлечение которого является задачей плавки. Так, штейн, состоявший из сульфидов меди и железа, называют медным штейном, штейн, состоящий из сульфидов железа и никеля, — никелевым штейном, штейн из сульфидов железа. меди и свинца — медносвинцовым штейном и т. д.
Штейны восстановительных плавок содержат, кроме сульфидов, свободные металлы, растворяющиеся в жидком штейне; штейны окислительных плавок содержат окислы железа, так что содержание кислорода в штейнах, по исследованиям В.Я. Мостовича, может достигать 5—7% по весу.
Штейны, состоящие в основном из сульфидов железа и малых количеств сульфидов цветных металлов, называются бедными штейнами; штейны с большими концентрациями сульфидов цветных металлов и малыми концентрациями FeS — богатыми штейнами. Высокие содержания кислорода встречаются в бедных штейнах, так как растворимость в штейнах окислов железа уменьшается с понижением концентрации сульфида железа.
Очень богатые штейны, почти лишенные сульфида железа, носят специальные названия; штейн, состоящей почти из чистого Cu2S, называется «белым штейном» или «белым маттом»; штейн, состоящий из сульфида никеля, называется никелевым файнштейном; штейн, состоящий из сульфидов никеля и меди, называется медноникелевым файнштейном.
Общее описание штейновых систем дают диаграммы состояния сплавов из двух металлов и серы. Такие диаграммы известны для многих систем.
На рис. 44 приведена диаграмма состояния системы Cu—Fe—S. В этой системе имеется широкая область расслаивания в жидких фазах; одна из фаз — сплав металлов Cu и Fe с очень малым содержанием серы, другая — сплав сульфидов с небольшим количеством растворенных металлов. В этой системе имеется идущая от эвтектики Fe — FeS полоса легкоплавких сплавов с температурами плавления ниже 1000°; наиболее легкоплавкий сплав — тройная эвтектика имеет температуру плавления 915°.
Штейны

У штейнов, содержащих менее 40% Cu, уменьшение содержания серы резко поднимает температуру начала кристаллизации сплава до температур 1350—1400°. У таких сплавов при охлаждении выкристаллизовывается металлическая очень тугоплавкая фаза с большим содержанием железа.
В штейнах окислительных плавок присутствуют FeO и Fe3О4; растворимость Fe3О4 сильно понижается с температурой, так что при охлаждении жидкого штейна происходит выделение кристаллов и повышение вязкости штейна, затрудняющее его отделение от шлака. Промышленные медные штейны — более сложные системы, чем сплавы, описываемые диаграммой Cu—Fe—S. Наряду с кислородом, они содержат другие сульфиды часто в значительных количествах, так что диаграмма Cu—Fe—S не может давать точных указаний о поведении всех возможных промышленных медных штейнов. Сильное усложнение поведения медных штейнов вызывает ZnS, содержание которого может достигать 8%.
Все промышленные штейны являются хорошими коллекторами благородных металлов. Концентрация благородных металлов в штейнах в сотни раз превышает концентрацию этих металлов в сосуществующей CO штейном шлаковой фазе. Потери благородных металлов при плавках на штейн пропорциональны механическим потерям штейна в шлаке. Если при плавке, наряду со штейном, получается металлический продукт, то последний является еще более сильным коллектором благородных металлов, так что основная масса этих металлов концентрируется в металлическом продукте и меньшая часть — в штейне.
Высокое извлечение благородных металлов в ценные продукты плавки (металл и штейн) делает плавку наиболее совершенным способом извлечения этих металлов из рудного сырья, что широко используется в промышленности. Попавшие в штейн или металл рудной плавки благородные металлы весьма полно извлекаются в виде очень концентрированного продукта — анодного шлама при последующем электрорафинировании металла. В настоящее время значительная часть продукции благородных металлов получается не специальными методами обработки рудного сырья, а через медную, свинцовую и никелевую плавки и последующее рафинирование черновых металлов, причем доля благородных металлов, получаемых таким путем, имеет тенденцию к неуклонному росту.
В последнее время большое внимание уделяется изучению фазового состава и строения затвердевших штейнов, так как успешное развитие методов флотационного разделения минералов позволило применить эти же приемы для разделения соcтавляющих затвердевших штейнов, строение которых менее сложно, чем строение многих видов рудного сырья. Строение затвердевших штейнов предсказывается диаграммой плавкости системы. Трудно разделимые металлургическими способами медь и никель успешно разделяются путем флотации измельченного медноникелевого файнштейна, составленного фазами Cu2S, Ni3S2 и металлических кристаллов. При флотации могут быть получены богатый медный концентрат, никелевый концентрат и металлическая фаза затвердевшего файнштейна — твердый раствор меди, никеля и благородных металлов. Специальный режим охлаждения жидкого файнштейна, способствующий получению крупнозернистых, хорошо дифференцированных структур затвердевшего сплава, позволяет снизить необходимую для разделения фаз тонкость помола и тем уменьшает эксплуатационные расходы.