Получающийся в результате плавки штейн состоит в основном из сульфидов меди Cu2S и железа FeS. Наиболее эффективным методом освобождения меди от железа и серы оказалась предложенная еще в 1866 г продувка расплавленного штейна воздухом – конвертирование штейна. Анализ показывает, что при температуре 1200-1300 С каждый из сульфидов должен практически полностью окисляться кислородом воздуха по реакциям
2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2; 2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2.
1 – шахта; 2 – подфурменная зона
Рисунок 5.6 – Схема печи Ванюкова
Скорости протекания этих реакций неодинаковы и наиболее благоприятны условия для образования оксида железа. Введение же в конвертор кварцита приводит к образованию силиката 2FeO SiO2, т.е. еще более сдвигает вправо равновесие реакции образования FeO. Таким образом, процесс конвертирования медного штейна (который протекает с большим выделением тепла, достаточным для нагрева расплава до 1300-1350 С), автоматически разделяется на два этапа; на первой стадии из штейна удаляется FeS – железо в виде оксида переходит в шлак, а оксид серы SO2 – в газ. До тех пор пока в штейне имеется FeS (не менее 1 %) сульфид меди окисляться не может. По окончании этого этапа, который продолжается 8-20 ч, сливают шлак и начинают продувать (2-3 ч) оставшийся расплав – белый штейн. При этом практически вся сера удаляется в газ, и получается металлическая медь:
66
Cu2S + 1,5O2 = Cu2O + SO2; Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2.
В эту так называемую черновую медь (97-99 % Cu) переходят и все благородные металлы. Поскольку конвертерные шлаки содержат почти столько же меди, что и медные руды (1,5-3 %), их подвергают переработке. Процесс конвертирования медного штейна, как правило, осуществляют в горизонтальном конвертере (рисунок 5.7) диаметром 3-4 и длиной 4-9 м, емкостью 80-100 т с боковой подачей дутья через большое число фурм (до 50). Загрузку конвертера (заливку штейна и завалку кварцита и добавок) осуществляют через горловину, и через нее, поворотом конвертера, выпускают жидкие шлаки и медь. Очищенные от пыли газы направляют в сернокислотное производство, предварительно использовав их тепло.
