» » Медно-свинцовый штейн и его переработка
06.05.2015

Состав штейна

При переработке концентратов, содержащих более 1 % меди, в процессе плавки получают штейн, в котором стремятся сконцентрировать максимальное количество меди при минимальных потерях с ним свинца.
Штейн свинцовой плавки — это сплав сульфидов железа, меди, свинца и цинка, в котором растворены металлическое железо, свинец, медь, золото и феррит железа.
Диаграмма состояния тройной системы PbS—FeS—Cu2S, приведенная на рис. 24, характеризуется четырьмя полями первичных выделений: пирротина (поле 1), борнитового твердого раствора (поле 2), сернистого свинца (поле 5) и медного колчедана (поле 4).
На рис 25 показано расположение компонентов системы Cu—Fe—Pb—S b тетраэдре, заключенном между металлами и их сульфидами. Диагональные сечения отвечают следующим реакциям:
Медно-свинцовый штейн и его переработка

При протекании первой реакции даже к моменту полного исчезновения сернистого свинца в штейне и содержании в нем меди около 30% содержание меди в свинце, находящемся в контакте со штейном, не превышает 1 %. Указанная реакция протекает в сторожу образования полусернистой меди и не является причиной высокой концентрации меди в свинце.
При протекании третьей реакции содержание меди в свинце колеблется в широких пределах в зависимости от соотношения компонентов. Указанная реакция протекает в сторону образования полусернистой меди менее полно, чем первая, что усугубляется высокой растворимостью меди в свинце и нерастворимостью в нем железа.
Таким образом, содержание меди в свинце зависит от соотношения в штейне компонентов третьей реакции, в частности от степени концентрации в нем металлического железа, которая в известной степени зависит от восстановительной способности печи.
Медно-свинцовый штейн и его переработка

Свинец в штейнах, составы которых расположены в области четырехугольника Cu—Cu2S—FeS—Fe, содержится только в металлически форме; концентрация его с ростом содержания металлического железа и обогащения штейна медью снижается.
Содержание свинца в штейнах, отвечающих составу треугольника Cu2S—FeS—PbS, резко повышается; здесь он находится как в металлической, так и в сульфидной формах.
Оптимальные составы заводских штейнов отвечают области концентрации четырехугольника Cu—Cu2S—FeS—Fe вблизи ребра Cu2S —FeS.
Температура начала кристаллизации штейнов лежит в пределах 1025—1080° и не зависит от содержания в штейнах меди. Штейны, содержащие сульфид свинца, окончательно затвердевают при 600°.
Сульфид цинка ограниченно растворим в сульфидах меди и железа и при охлаждении штейна выпадает из раствора.
Цинка в штейне обычно содержится 4—6%, значительная часть его присутствует в штейне в виде тугоплавкого оксисульфида — вольтцита (ZnO*ZnS), что .приводит к повышению температуры плавления штейнов.
Штейны, более богатые медью, способны растворить больше ZnS, так как растворимость его в Cu2S выше, чем в FeS.
Основной фактор, определяющий и регулирующий состав штейна — это количество серы, оставляемой в агломерате. Весьма важна и роль металлического железа, вытесняющего из штейна растворенный в ,нем металлический свинец.
Как показывают данные практики, между содержанием свинца в штейне и шлаке имеется прямая зависимость, что объясняется, очевидно, протеканием обменной реакции между окислами свинца и сульфидами металлов с достижением состояния, близкого к равновесному.
Ниже приведен состав заводских штейнов, %.
Медно-свинцовый штейн и его переработка

Помимо перечисленных компонентов, штейн содержит до 1 % As, до 2—3% Sb, 4—5 г/т Au и до 3—4 кг/т Ag, хорошо растворяющегося в штейне в результате образования эвтектик Ag2S с PbS и Cu2S.
Следует, однако, признать, что структура медносвинцовых штейнов, а также выбор и регулирование их состава в настоящее время еще недостаточно изучены.
Переработка медно-свинцового штейна

Медно-свинцовый штейн перерабатывают с целью извлечения содержащихся в нем меди, свинца и благородных металлов.
Получаемый при плавке агломерата бедный медью (10—12% Cu) штейн подвергают концентрационной плавке для дополнительного из влечения из него свинца и получения вторичного штейна, содержащего 20—25% Cu. Для этого бедный штейн либо предварительно обжигают, либо плавят в смеси с окисленными материалами, способными обеспечить необходимую степень десульфуризации.
Обогащенный штейн подвергают бессемерованию Применяемые для этой цели конвертеры не отличаются от обычных конвертеров, служащих для бессемерования медных штейнов.
Медно-свинцовый штейн и его переработка

Обычно процесс бессемерования проводят с добавкой кварца в два периода: за первый период окисляется и ошлаковывается железо и образуется белый штейн, за второй — образуется металлическая медь.
Некоторая часть содержащегося в штейне металлического свинца в первый период сульфидируется пирротином (железо которого переходит в шлак), а некоторая часть окисляется. В этот период протекают следующие реакции:
Медно-свинцовый штейн и его переработка

Степень отгонки свинца за первый период невелика, к моменту получения белого штейна основная его масса остается в расплаве и растворяется в образующейся во втором периоде металлической меди Отгоняется свинец во втором периоде (рис. 26).
Введение в дутье мазута при конвертировании штейна или кокса в конвертер способствует более полной отгонке свинца.
Ниже дан состав продуктов бессемерования, %:
Медно-свинцовый штейн и его переработка

Иногда полученную черновую медь, в которую извлечено 95% металла из 35%-ного штейна, подвергают доводке до требуемой степени чистоты в конвертерах медеплавильного завода.
Извлечение свинца в возгоны не превышает 80%; значительная его часть переходит в шлак, в котором концентрируется также основная масса цинка.
Возгоняемый свинец улавливается и пыль возвращается в свинцовое производство. Благородные металлы переходят в черновую медь. Так как при добавке в конвертер кремнезема выход шлаков значительный, а степень возгонки свинца недостаточная, пытаются по-иному вести бессемерование в обычном конвертере.
На заводе Туэл штейн, залитый в конвертер, продували без добавки кварца. При этом улетучивалась окись свинца, не связанная кремнеземом, и до половины всего цинка. Закись железа окислялась до магнетита, а часть Cu2S реагировала с Сu2О, образуя металлическую медь. Далее все содержимое конвертера переводили в другой конвертер и беcсемеровали в смеси с обычным медным штейном в присутствии кислого флюса. При этом магнетит разрушался кварцем и сернистым железом Несмотря на некоторые преимущества этого процесса, трудности, вызываемые тугоплавким магнетитом, помешали его применению. Исследования процесса переработки медно-цинковых концентратов в конвертере показали возможность более полной отгонки свинца и цинка из штейна при введении в конвертер в процессе бессемерования жидкого или твердого топлива. Аналогичные опыты, проведенные применительно к медно-свинцовым штейнам, показали, что связанное с вдуванием мазута увеличение объема газов и повышение температуры на 100—150° способствует увеличению степени возгонки свинца.