ЛЕКЦИЯ 4. ПРИНЦИПЫ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

Сырьем для производства меди служат сульфидные руды и концентраты, окисленные руды, вторичное сырье. Ведущими странами по производству меди являются США, Россия, Чили, Япония, Заир, Замбия, Австралия.

В переработку поступает сложное полиметаллическое сырье, содержащее Cu, Zn, Pb, Аg, Аu, Se, Те, In, As, Bi, Re, Cd, Те, Sb, Ru и Rh, Pd, Os, Ir, Pt.

Технологическая схема пирометаллургического производства меди из сульфидного сырья (рис. 10.1) включает операции: обогащение; обжиг; плавку на штейн (и реже на черновую медь); конвертирование; рафинирование (огневое и электролитическое); переработку промпродуктов и отходов. Пирометаллургическим способом производят около 85 % от общего выпуска меди.

Перерабатывают руды с содержанием 0,5–1,5 % Cu; при флотационном обогащении получают концентраты в зависимости от типа руд (табл. 10.1) с содержанием меди 15–30 %, в отдельных случаях – выше 50 %. Извлечение меди в концентраты 80–95 %, крупность их менее 74 мкм, влажность 8–10 %. Минералогический состав концентратов и руд одинаков; важнейшими сульфидными минералами меди являются ковелин (CuS), халькозин (Cu₂S), халькопирит (CuFeS₂), реже борнит (Cu₅FeS₄), кубанит (CuFe₂S₃), талнахит CuFeS_(1,8-2).

Таблица 10.1

Примерный состав медных концентратов, %

Для окисленных медных руд характерны минералы: малахит (СuСО₃  Сu(ОН)₂); азурит (2СuСО₃  Сu(ОН)₂); куприт (Cu₂O); тенорит (СuО); хризоколла (CuSiO₂  2H₂O).

Обжиг. Цель обжига – частичное удаление серы, перевод части сульфидов железа в оксидную форму для последующего ошлакования и получения штейнов с содержанием 25– 30 % Сu.

Процесс автогенный, проводят в печах кипящего слоя при
1020–1170 К. Степень десульфуризации составляет 50–55 %. Газы содержат
6–12 % SO₂; их используют для производства серной кислоты. Пылевынос (пыль – обожженный концентрат) – 20–90 %, зависит от параметров процесса и конструкции печи.

Плавка на штейн. Используют процессы: шахтная плавка, отражательная плавка, электроплавка, автогенные плавки (взвешенная плавка, Норанда, Мицубиси), во вращающихся конвертерах, плавка в жидкой ванне.

Наиболее распространен вариант отражательной плавки, предназначенный для обожженных и необожженных флотационных концентратов. В печи перерабатывают конвертерные шлаки, оборотные пыли, цементационную медь. Топливо – природный газ, мазут.

Продукты плавки: штейны, отвальные шлаки, пыль, газы.

Штейны содержат, %: 15–45 Сu; 24–27 S; до 5 Zn; до 2 Pb; 1,5–2,5 Ni; Аu, Аg, редкие и рассеянные элементы. Состав отвальных шлаков, %:
0,3–0,6 Сu; 35–45 Fe; 30–45 SiO₂; 5-7 Al₂0₃; 1–9 СаО; 0,5-1,5 S.

Газы проходят систему грубого и тонкого пылеулавливания.

Извлечение меди в штейн составляет 93–96 %, выход штейна 40–60 %, содержание SO₂ в газах 0,5–3,0 % (большее при плавке необожженной шихты).

При шахтной плавке используют окускованное сырье (брикеты, агломерат, гранулы) или богатую руду.

Рудно-термическую плавку на штейн проводят в шестиэлектродных прямоугольных печах длиной 23–23,5 м, шириной 5,5–6 м. Удельная производительность 12–14 т/(м²  сут). Тепловой КПД достигает 70 %; расход электроэнергии 380–600 кВт-ч/т шихты. Электроплавка позволяет перерабатывать более тугоплавкие материалы; эффективна при наличии дешевой электроэнергии.

Расширяется использование автогенных процессов с использованием кислорода, подогретого дутья.

Наиболее технологически и аппаратурно отработанным является процесс взвешенной плавки фирмы «Оутокумпу» (финская плавка). При плавке концентратов, содержащих, %: 13–30 Сu; 22–28 Fe; 26–37 S; 4–15 SiO₂ получают штейн (45–65% Сu), шлак (0,5– 2,0 % Сu; 34–45% Fe; 25–40% SiO₂). Для обеднения шлаков используют электротермическую или флотационную доработку.

Плавка сульфидных концентратов в расплавах осуществлена в аппаратах конвертерного типа (процессы Норанда, TBRC, Кэнон-Шуман) и стационарных печах (процесс Мицубиси).

Известна кислородно-взвешенная циклонно-электротермическая плавка (КИВЦЭТ) для переработки медных, медноцинковых и других концентратов, при которой сухой концентрат (1 % влаги) вдувают в циклонную камеру технологическим кислородом со скоростью до 150 м/с. При электротермической доработке расплава получают оксидные возгоны (до 60 % ZnO).

Плавка Ванюкова (плавка в жидкой ванне) позволяет перерабатывать флотационные концентраты и руды. Длина печи 10–30 м, ширина 2,5–3,0 м, высота 6–6,5 м. Содержание кислорода в дутье (при 6–8 % влаги) – 55–65%.

Подробнее автогенные процессы рассмотрены в гл. 4.

Основные показатели некоторых типов плавки медных концентратов приведены в табл. 10.2.

Таблица 10.2

Характеристика некоторых типов плавки медных концентратов