Технологическая часть в металлургической переработке

В металлургии вторичной меди при шахтной плавке преследуют одновременно несколько целей:
1. Восстановление меди и олова, находящихся в окисленной форме в шлаках и в сорах.
2. Максимальное выделение цинка и свинца в газовую фазу с тем, чтобы уловить их в виде оксидов в фильтрах при очистке отходящих газов.
3. Ошлаковывание прочих составных частей шихты и отделение их от чёрной меди. Достигнуть этого в полной мере в шахтной печи невозможно вследствие множества различных процессов, протекающих в шахтной печи при выплавке чёрной меди.
В состав шихты для плавки в шахтной печи одновременно входят:
отходы латуни, при плавке которой, необходимо отогнать в виде паров цинк и свинец и тем самым отделить их от меди и по возможности от олова;
сора и печные выломки, содержащие цветные металлы, как в металлической, так и в виде оксидов, при переработке которых требуется в первую очередь ошлаковать неметаллическую составляющую и выделить цветные металлы путем восстановления;
биметаллические отходы (железо – медь, железо – томпак, железо – латунь) содержащие как цветные, так и железо в металлической форме, при переработке которых разделение цветных металлов от железа достигается ошлакованием последнего;
шлаки оборотные (конвертерные и рафинировочные), а также шлаки, поступающие со стороны.
При плавке таких материалов необходимо в первую очередь восстановить и перевести в расплавленную металлическую фазу содержащиеся в них цветные металлы и затем отогнать из образовавшегося расплава цинк и свинец в газовую фазу.
При этом в печи протекают процессы расслаивания металлической и шлаковой фаз, а также отгонка цинка и свинца из чёрной меди во всех случаях образования или сплава с медью.
Отдельные цветные металлы отгоняются в газовую фазу при различных условиях.
Отгонка цинка от меди достигается путем прямого испарения цинка, находящегося в металлической форме в сплаве с медью. Отгонка начинается в твердом состоянии, но интенсивно протекает лишь из расплава. Цинк кипит при 907ºС. Однако для отгонки цинка из сплава с медью требуется поднимать температуру по мере снижения содержания цинка в сплаве. Для полной отгонки цинка требуется температура выше 1600ºС.
Полнота отгонки цинка при определенной температуре и продолжительности характеризуется зависимостями на рис

. 2.1. и рис. 2.2. При максимальных температурах шахтной плавки (1350ºС) в чёрной меди должно оставаться около 3% цинка. Упругость паров оксидов цинка при максимальных температурах, достигаемых в шахтной печи, остается ничтожной, вследствие чего при этом отгонка цинка практически не происходит.
Рисунок 2.1 - Динамика удаления цинка из латуней в зависимости от времени выдержки при данной температуре
Свинец отгоняется при температуре шахтной плавки в форме летучих соединений – глёта (PbO) и особенно сульфида (PbS) и сульфата (PbSO4). В металлической форме отгоняется лишь незначительная часть свинца.
Рисунок 2.2 - Влияние температуры на удаление цинка из латуней
Температура кипения олова составляет 2270ºС. При 1300÷1350°С оно в металлической форме практически не летучее. Упругость паров SnO2 достигает атмосферной лишь при температуре выше 2000ºС, закись олова (SnO) кипит при 1350ºС, а SnS – при 1280ºС.
Однако серы и сульфидов в шихте заводов вторичной меди мало: лишь небольшое её количество вносится коксом. Поэтому свинец и олово могли бы отгоняться преимущественно в виде оксидов. Практически свинец переходит в газовую фазу в виде оксидов, олово же отгоняется в весьма малых количествах.
Наконец, не удается полностью выделить цветные металлы и из шлака. Они остаются в шлаке частично в виде корольков сплава с медью, в основном же в виде оксидов.
Наиболее полно выделяется из шлака медь, затем свинец, хуже – олово и его больше всего остается в шлаке. Возгоняется цинк в виде оксида цинка менее чем на 50%.
В таблице 2.1 показано распределение цветных металлов между продуктами шахтной плавки и приведен их состав. Эти данные показывают, что плавка в шахтной печи позволяет успешно извлекать медь и в меньшей степени – олово (при усовершенствованной схеме).
В результате плавки медьсодержащего сырья в шахтных печах образуется чёрная медь, шлаки и загрязненный оксид цинка, который улавливается из отходящих газов шахтных печей.
Образующиеся шлаки содержат так много цветных металлов, что их последующая переработка становится неизбежной, в тоже время пыль в основном состоит из оксида цинка