способ передела меди

Формула изобретения

1. Способ конвертирования медно-сульфидного штейна в черновую медь, который включает в себя стадии:

добавления медно-сульфидного штейна и флюса в перемешиваемую фазу силикатного шлака на основе железа и

вдувания из выпускной головки на нижнем конце погруженной сверху фурмы окислительного газа, пригодного для реагирования со штейном с получением черновой меди, которая образует сплошную фазу черновой меди под фазой силикатного шлака на основе железа или добавляется к ней;

причем глубина фазы силикатного шлака на основе железа и уровень, на котором располагают головку фурмы в фазе шлака являются такими, что вдуваемый газ перемешивает фазу шлака и реагирует с диспергированным в фазе шлака медно-сульфидным штейном, при этом струя или поток вдуваемого газа неспособны пройти через нижнюю поверхность фазы шлака и, по существу, предотвращается контактирование этого газа со сплошной фазой меди.

2. Способ по п.1, в котором фаза шлака имеет глубину от примерно 500 мм до примерно 2 м.

3. Способ по п.1, в котором фаза шлака имеет глубину от примерно 700 мм до примерно 1,7 м.

4. Способ по любому из пп.1-3, в котором вдувание происходит в средней области по высоте фазы шлака.

5. Способ по любому из пп.1-3, в котором вдувание происходит вблизи верхней поверхности фазы шлака.

6. Способ по любому из пп.1-3, в котором вдувание направлено вниз и вбок наружу для перемешивания, по существу, всей фазы шлака для, по существу, однородного диспергирования медно-сульфидного штейна по фазе шлака.

7. Способ по любому из пп.1-3, в котором силикатный шлак на основе железа представляет собой модифицированный известью железосиликатный шлак.

8. Способ по любому из пп.1-3, в котором силикатный шлак на основе железа представляет собой железо-кальциево-силикатный шлак.

9. Способ по любому из пп.1-3, в котором силикатный шлак на основе железа представляет собой железосиликатный шлак.

10. Способ по п.7, в котором силикатный шлак на основе железа имеет отношение Fе к SiO₂ от 1,14 до 2,11, отношение CaО к Fе от 0,15 до 0,92 и отношение CaО к SiO₂ от 0,22 до 1,11.

11. Способ по п.8, в котором силикатный шлак на основе железа имеет отношение Fе к SiO₂ от 1,14 до 2,11, отношение CaО к Fе от 0,15 до 0,92 и отношение CaО к SiO₂ от 0,22 до 1,11.

12. Способ по п.9, в котором силикатный шлак на основе железа имеет отношение Fе к SiO ₂ от 1,14 до 2,11, отношение CaО к Fе от 0,15 до 0,92 и отношение CaО к SiO₂ от 0,22 до 1,11.

13. Способ по п.10, в котором отношение Fе к SiO₂ составляет от 1,14 до 1,55.

14. Способ по п.11, в котором отношение Fе к SiO₂ составляет от 1,14 до 1,55.

15. Способ по п.12, в котором отношение Fе к SiO₂ составляет от 1,14 до 1,55.

16. Способ по любому из пп.1-3, в котором в фазу шлака добавляют восстановитель для уменьшения образования магнетита и тем самым подавления вспенивания фазы шлака.

17. Способ по п.16, в котором восстановитель представляет собой крупнокусковой уголь.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу производства черновой меди.

Уровень техники

В производстве черновой меди до настоящего времени преобладало использование конвертеров Пирса-Смита. Однако эти конвертеры во все большей степени не выполняют экологически приемлемые стандарты по выбросам отходящих газов. В более недавние времена были адаптированы такие технологии, как разработанные фирмами Outokumpu и Mitsubishi технологии по производству черновой меди. Они не только обеспечивают улучшение экологических характеристик по сравнению с конвертерами Пирса-Смита, но также улучшают масштаб работы и производительность. Еще более поздним является предложение Эдвардса с соавторами (Edwards et al), описанное в патенте США № 5888270, выданном 30 марта 1999 года.

В предложении Эдвардса с соавторами используется то, что называют способом на основе кислородного дутья. Более конкретно, в этом способе используется снабженная погруженной сверху продувочной фурмой печь, в которой эта продувочная фурма опускается сверху в расплавленную ванну с погружением выпускной головки на ее нижнем конце для продувки внутри ванны. Ванна состоит из сплошной фазы шлака, в частности, феррит-кальциевого шлака, который плавает на сплошной фазе расплавленной черновой меди. В фазу шлака добавляют штейн и/или концентрат вместе с подходящим флюсом, в то время как эта фаза перемешивается посредством вдувания с погружением окислительного газа, способного реагировать со штейном и/или концентратом с образованием черновой меди. Головку фурмы располагают глубоко внутри фазы шлака с тем, чтобы обеспечить контакт существенной части вдуваемого окислительного газа с фазой черновой меди.

В работе Эдвардса с соавторами предполагается, что контакт окислительного газа с черновой медью окисляет эту черновую медь и дает оксид меди, который всплывает на границу раздела между фазами шлака и черновой меди. Предполагается к тому же, что этот оксид меди реагирует со штейном или концентратом, который достигает данной границы раздела, или, альтернативно, растворяется или диспергируется в шлаке для реагирования со штейном или концентратом. Предполагается также, что этот оксид меди помогает десульфуризации меди и улучшает потребление кислорода серой при одновременном уменьшении содержания серы в черновой меди и потерь меди в шлаке. Однако низкие содержания серы в черновой меди, как сказано, достигаются посредством вдувания кислорода непосредственно в слой меди, что отличается от всего лишь глубокого вдувания кислорода в шлак для приведения в контакт со слоем меди на его границе раздела со слоем шлака.

Настоящее изобретение также относится к способу производства черновой меди посредством вдувания с погружением сверху. Однако способ по изобретению направлен на способ, который обходит необходимость в приведении сколь-нибудь существенной части окислительного газа в контакт с фазой черновой меди или какую-либо потребность во вдувании в фазу меди через ее границу раздела со сплошной фазой шлака.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение предусматривает способ конвертирования медно-сульфидного штейна в черновую медь, причем этот способ включает в себя стадии:

добавления медно-сульфидного штейна и флюса в подходящую перемешиваемую фазу шлака и

вдувания из выпускной головки на нижнем конце погруженной сверху фурмы окислительного газа, пригодного для реагирования со штейном с получением черновой меди, которая образует сплошную фазу черновой меди под фазой шлака или добавляется к ней;

причем головку фурмы располагают внутри фазы шлака на глубине, позволяющей вдуваемому газу перемешивать фазу шлака и реагировать с диспергированным в ней медно-сульфидным штейном, в то же время предотвращая контактирование сколь-нибудь существенной части этого газа со сплошной фазой черновой меди.

Способ по настоящему изобретению проводят при существенной глубине шлака. Она представляет собой глубину, которая, при требуемом расположении головки фурмы, делает возможным перемешивание фазы шлака посредством вдувания с погружением в нее сверху без прохождения потока или струи вдуваемого газа через нижнюю поверхность фазы шлака. Реальная глубина шлака может изменяться вместе с рядом факторов, включая размер и форму печи или реактора и количество и расстояние между фурмами, когда их используют более чем одну. Глубина шлака может находиться в пределах от минимума в примерно 500 мм вплоть до примерно 2 м, предпочтительно - от примерно 700 мм до примерно 1,7 м.

Глубина фазы шлака и требования по вдуванию с погружением сверху в настоящем изобретении имеют ряд практических преимуществ. Первым преимуществом является то, что запуск способа облегчается тем, что вначале фаза черновой меди не должна присутствовать вообще или в какой-либо значительной степени. В противоположность этому, способ Эдвардса с соавторами обязательно требует присутствия фазы черновой меди в самом начале для предотвращения столкновения газа, который должен вступать в контакт с этой фазой, с огнеупорной футеровкой печи, или требует использовать модифицированный режим работы до тех пор, пока не будет получена достаточная глубина черновой меди.

Дополнительное преимущество требований настоящего изобретения по вдуванию с погружением сверху заключается в том, что вдувание может происходить на значительной высоте над нижней поверхностью фазы шлака. Благодаря этому вдувание с погружением не должно быть направлено к этой поверхности, а вместо этого может быть направлено вниз и вбок наружу. Таким образом, вдувание может осуществляться в средней области фазы шлака или ближе к верхней части фазы шлака в том случае, когда она является относительно мелкой, и направляться вбок наружу из головки фурмы. Вдуваемый газ может направляться вниз и вбок наружу в виде множества потоков, отделенных друг от друга некоторым угловым расстоянием вокруг головки фурмы. Таким образом, газ более легко может перемешивать весь объем фазы шлака, тем самым способствуя однородному диспергированию медно-сульфидного штейна по фазе шлака. Это делает возможным по существу максимальное использование фазы шлака в качестве реакционной среды, в которой штейн может окисляться, тем самым повышая общую эффективность функционирования способа. Следовательно, способ по настоящему изобретению может осуществляться с фурмой, которая имеет выходную головку (наконечник), снабженную(ый) множеством соответствующим образом ориентированных выходов для создания множества направленных вниз и наружу потоков. Однако, более предпочтительно, фурма имеет лопатки или завихрители, которые придают спиральное течение проходящему через них газу перед вдуванием, для максимизации перемешивания газа с фазой шлака и турбулентности в этой фазе шлака. В любом случае, фурма имеет форму, которая придает газу компоненту радиального дутья для способствования диспергированию газа в фазу шлака и предотвращения проникновения газов в фазу металла.

Поскольку шлак представляет собой реакционную среду для конвертирования медно-сульфидного штейна в черновую медь, объем фазы шлака представляет собой фактор, который вносит вклад в скорость производства черновой меди. Указанные требования по вдуванию с погружением сверху делают возможным использование относительно большого объема фазы шлака для данного реактора и, следовательно, обеспечивают относительно высокую скорость производства (производительность по) черновой меди. В противоположность этому, режим вдувания, требуемый при способе Эдвардса с соавторами, имеет тенденцию к ограничению эффективного объема фазы шлака в нижней области доступного объема фазы шлака. Конечно, в способе Эдвардса с соавторами может иметь место достаточная глубина фазы шлака. Однако верхняя область фазы шлака имеет тенденцию предоставлять менее эффективную часть общего объема для эффективного производства черновой меди, и протяженность такой верхней области увеличивается с увеличением глубины фазы шлака. Кроме того, при увеличении глубины фазы шлака имеется повышенный риск возникновения проблем, обусловленных вибрацией печи, вызываемой потоком вдуваемого газа с высокой линейной скоростью и массовым расходом.

Дополнительное преимущество требований настоящего изобретения по вдуванию с погружением сверху представляет собой уменьшение конкурирующих реакций. Таким образом, в противоположность предложению Эдвардса с соавторами, является предпочтительным предотвращать окисление меди в сплошной фазе черновой меди, и настоящее изобретение способствует такому предотвращению.

В целом, имеются значительные различия между настоящим изобретением и способом Эдвардса с соавторами относительно фазы шлака. Эдвардс с соавторами рекомендует использование глубокого слоя шлака для того, чтобы:

(a) предоставить время медно-сульфидному штейну или медному концентрату для плавления и реагирования со шлаком;

(b) поддерживать штейн в виде дисперсии - но реакция между штейном и шлаком максимизируется, в то время как реакция между штейном и черновой медью должна быть сведена к минимуму; и

(c) гарантировать хорошее перемешивание шлака вдуваемым газом, в то же время вдувая существенную часть вдуваемого кислорода в черновую медь глубоко погруженной фурмой в поддерживаемой глубокой фазе шлака.

Вдувание существенной части кислорода в черновую медь будет приводить к тому, что в нижней области фазы шлака диспергируется черновая медь. Однако реакция между штейном (в шлаке) и черновой медью (диспергированной в нижней области шлака) должна быть сведена к минимуму. Таким образом, является очевидным, что по существу весь штейн или существенная его часть должны прореагировать с получением черновой меди до того, как он достигнет нижней области фазы шлака. Однако является достаточно трудным минимизировать взаимодействие между штейном и черновой медью в способе конвертирования штейна в черновую медь без диспергирования при этом черновой меди из слоя фазы черновой меди в ту область шлака, в которой диспергирован штейн.

В противоположность этому, настоящее изобретение, будучи способным использовать подобную же глубину фазы шлака, не требует этого. Также, независимо от глубины фазы шлака, настоящее изобретение делает возможным и получает преимущества от такой фазы шлака, в которой штейн диспергирован относительно однородно или гомогенно, а не такой, в которой должны генерироваться композиционные слои или градиенты. В дополнение к этому, настоящее изобретение обходит необходимость во вдувании в фазу черновой меди, и эта фаза может поддерживаться как относительно спокойная фаза, в которой может собираться производимая этим способом черновая медь. Таким образом, при непрерывном конвертировании штейна способ по изобретению является значительно более приемлемым для выпуска черновой меди, либо непрерывного, либо через интервалы, без необходимости в прерывании вдувания с погружением сверху.

Как указано выше, предложение Эдвардса с соавторами иллюстрируется при упоминании феррит-кальциевого шлака. Этот шлак предпочтительно является сильно окисленным и содержит оксид меди, оксид кальция и оксиды двух- и трехвалентного железа в качестве своих главных компонентов, а также некоторое количество кремнезема (оксида кремния). Использование феррит-кальциевого шлака находится в согласии с последней рекомендованной и принятой практикой, такой как иллюстрируется посредством использования феррит-кальциевых шлаков на стадии конвертирования способа Mitsubishi. Однако имеются значительные трудности с использованием феррит-кальциевых шлаков при переделе меди. В результате, в последнее время проводится работа по исследованию использования железо-кальциево-силикатных шлаков.

Феррит-кальциевые шлаки используются на стадии конвертирования способа Mitsubishi. Это представляет собой противоположность железо-силикатным шлакам, используемым на первой стадии выплавки способа Mitsubishi, а также используемым во всех конвертированиях Пирса-Смита. Феррит-кальциевые шлаки предоставляют широкую, гомогенную область жидкости при их смешивании с оксидами железа. Это дает им возможность поглощать оксид железа, образующийся во время конвертирования. Таким образом, феррит-кальциевые шлаки способны предотвращать вызывающее проблемы выделение магнетита и таким образом обходить опасность вспенивания шлака, которое может вызвать выделение магнетита для железо-силикатных шлаков. Однако феррит-кальциевые шлаки имеют свои собственные проблемы. Одна из главных проблем с феррит-кальциевыми шлаками возникает в результате их высокой текучести/низкой вязкости. Кроме того, они вызывают избыточное повреждение огнеупоров и имеют низкую степень удаления свинца. В дополнение к этому, кальций-силикатные шлаки удерживают существенные количества оксида меди, при этом они являются непригодными для последующей обработки флотацией или восстановлением в обычных печах для очистки шлака с целью извлечения меди. Это ограничивает обработку полученного в результате шлака до рециклирования в качестве твердого продукта на стадию выплавки. Кроме того, феррит-кальциевые шлаки имеют низкую «терпимость» к кремнезему, который может вовлекаться в способ в виде примесей в потоках исходных материалов (сырья) либо потому, что кремнезем изначально находится в этих исходных материалах, либо неизбежно вводится в результате загрязнения. Степень тяжести проблем с феррит-кальциевыми шлаками отражается переходом к железо-кальциево-силикатным шлакам, несмотря на то, что они являются относительно неисследованными в промышленном масштабе.

В важном варианте настоящего изобретения фаза шлака представляет собой силикатный шлак на основе железа, хотя могут использоваться и другие шлаки. Силикатный шлак на основе железа может представлять собой железо-силикатный (фаялитовый) шлак, модифицированный известью железо-силикатный шлак или железо-кальциево-силикатный (оливиновый) шлак. В других контекстах система силикатного шлака на основе железа имеет известные проблемы. Авторы обнаружили, что эти проблемы могут быть преодолены или устранены при использовании настоящего изобретения. Кроме того, авторы обнаружили, что при использовании настоящего изобретения могут быть сохранены известные преимущества силикатных шлаков на основе железа. Таким образом, способ по изобретению может основываться на фазе шлака, опыт обращения с которой уже имеется в промышленности. Также, при конвертировании медно-сульфидного штейна возможно интегрировать этот способ с существующей медеплавильной установкой, производящей штейн, причем шлак, возникающий в результате осуществления способа по изобретению, может легко перерабатываться путем рециклирования, флотации или восстановления для извлечения содержащейся меди. Более того, продуктовая черновая медь может иметь требуемое товарное качество, например, относительно низкого содержания серы.

Предпочтительный силикатный шлак на основе железа, используемый в настоящем изобретении для фазы шлака, имеет состав, который значительно отличается от феррит-кальциевого шлака, рассматриваемого Эдвардсом с соавторами. Это иллюстрируется указанием особенно предпочтительных пределов состава силикатного шлака на основе железа, показанных в следующей далее таблице 1.

Таблица 1 Состав шлака
	Fe/SiO 2	CaO/Fe	CaO/SiO2
Эдвардс с соавторами	7,14-66,67*	0,15-0,7	5-10
Изобретение	1,14-2,11	0,15-0,92	0,22-1,11
* вычислено на основе цитируемых отношений CaO/Fe и CaO/SiO 2

В то время как общее отношение Fe/SiO₂ составляет от 1,14 до 2,11, оно может составлять, например, от 1,14 до 1,55.

Общее описание чертежей

Для того чтобы настоящее изобретение могло быть понято лучше, описание направляется на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 показывает равновесную фазовую диаграмму, относящуюся к силикатным шлакам на основе железа, предпочтительным для настоящего изобретения.

Фиг.2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую варианты, делающие возможным непрерывное конвертирование согласно настоящему изобретению.

Фиг.3 представляет собой общий вид с частичным вырывом реактора с погруженной сверху продувочной фурмой согласно настоящему изобретению.

Подробное описание чертежей

Различия в составе силикатных шлаков на основе железа по настоящему изобретению и феррит-кальциевых шлаков дополнительно иллюстрируются на Фиг.1. На Фиг.1 показана упрощенная равновесная фазовая диаграмма системы оксидов CaO-"FeO_x"-SiO₂. Необходимо понимать, что она представляет собой двухмерную тройную проекцию четверной системы, которая включает в себя Fe²⁺ и Fe³⁺, вследствие изменения уровней как Fe²⁺ , так и Fe³⁺ в соответствующих шлаковых системах.

На Фиг.1 были выделены три области диаграммы. Первая область A представляет собой участок, охватывающий феррит-кальциевые шлаки Эдвардса с соавторами. Область B охватывает силикатные шлаки на основе железа, предпочтительные для настоящего изобретения, в то время как область C внутри области B охватывает особенно предпочтительные силикатные шлаки на основе железа для использования в настоящем изобретении.

Область A, как показано на Фиг.1, ограничена линиями CaO/SiO₂ = 5 и CaO/SiO ₂ = 10 и линиями CaO/Fe = 0,15 и CaO/Fe = 0,7. Точные границы областей B и C еще только должны быть определены полностью. Однако текущие указания состоят в том, что область C ограничена линиями Fe/SiO₂ = 1,14 и Fe/SiO₂ = 2,11, например, от 1,14 до 1,55. В целом, область C иллюстрируется составами, показанными в таблице 2.

Таблица 2 Составы шлаков
Примеры	Fe/SiO 2	CaO/Fe	CaO/SiO2
1	1,55	0,17	0,27
2	1,20	0,24	0,29
3	1,14	0,24	0,27
4	1,34	0,20	0,27
5	1,47	0,15	0,22
6	1,28	0,75	0,96
7	1,21	0,92	1,11
8	2,11	0,33	0,70

Таким образом, возможно относительное разнообразие силикатных шлаков на основе железа, которые могут использоваться в настоящем изобретении. Это может позволить сделать конкретную операцию конвертирования, основывающуюся на составе шлака, лучше всего пригодном для использования вместе с локально доступными флюсами или в соответствии с сообщаемым уровнем примесей в штейне, подаваемом в способ конвертирования, осуществляемый в этой установке.

Как указано, переход к феррит-кальциевым шлакам, таким как в способе Mitsubishi, а затем и в предложении Эдвардса с соавторами, было отчасти направлено на устранение опасности вспенивания шлака из-за выделения магнетита. Феррит-кальциевые шлаки имеют относительно высокий предел растворимости магнетита, что позволяет им уменьшать тенденцию к появлению вспенивания. Однако, хотя силикатные шлаки на основе железа имеют более низкую растворимость магнетита, они могут использоваться в способе по настоящему изобретению при небольшой опасности вспенивания. Это, как предполагается, обусловлено, по большей части, требованиями настоящего изобретения по вдуванию с погружением сверху. То есть такое вдувание приводит к более однородной или гомогенной фазе шлака с точки зрения перемешивания и диспергирования в ней штейна. Таким образом, не предусматривая вдувание газа в фазу черновой меди, настоящее изобретение уменьшает риск получения третьей фазы, содержащей эмульсию шлак/металл, вместе с опасностью «запуска» такого вспенивания шлака.

Обнаружено, что опасность вспенивания может быть дополнительно уменьшена в способе по настоящему изобретению посредством добавления подходящего восстановителя, служащего уменьшению или предотвращению образования магнетита. Крупнокусковой уголь является подходящим восстановителем с точки зрения его тенденции к всплыванию на поверхность шлака, так что шлак способен циркулировать к углю при перемешивании, вызываемом вдуванием с погружением. Добавление крупнокускового угля предлагается и в работе Эдвардса с соавторами. Однако оно направлено на уменьшение содержания меди в шлаке для данного содержания серы в черновой меди. Оно не предназначено для уменьшения опасности вспенивания посредством предотвращения образования магнетита, и эта опасность обходится в работе Эдвардса с соавторами посредством выбора шлака.

Блок-схема, иллюстрирующая настоящее изобретение в форме, делающей возможным непрерывное конвертирование, показана на Фиг.2. Эта блок-схема показывает плавильную/осадительную печь 10, в которую подают медное сырье, как показано позицией 11. Также показана конвертерная печь 12, работающая в соответствии с настоящим изобретением. Плавильная/осадительная печь 10 может представлять собой печь любого типа, пригодную для плавки медного сырья, включая концентрат сульфида меди, с получением продуктового медного штейна и шлака. Шлак, полученный в печи 10, может быть направлен в отвал, как показано позицией 14, или направлен на дальнейшую переработку. После плавки штейну и шлаку дают возможность осадиться для того, чтобы обеспечить возможность выгрузки шлака и передачи штейна, как показано позицией 16, в конвертерную печь 12. В то время как плавильная/осадительная печь 10 может быть любого пригодного типа, в качестве конвертерной печи 12 для стадии конвертирования используют реактор с погруженной сверху фурмой.

Штейн, производимый в печи 10 и переносимый в печь 12, может быть любого сорта, пригодного для конвертирования с получением черновой меди. Он, как правило, будет содержать от 30% до 70% меди с различными уровнями Fe и S. Сырье для стадии конвертирования в печи 12 предпочтительно получают с предыдущей операции плавления/осаждения в печи 10, в которой производят достаточное количество штейна для обеспечения непрерывного конвертирования в течение достаточного интервала времени. Таким образом, штейн может накапливаться в запасах до тех пор, пока не будет достигнуто такое количество. Однако дополнительный штейн может получаться и из другого источника.

Исходный штейновый материал для конвертирования может подаваться в печь 12 через узел загрузки в своде содержащей реактор с погружением сверху печи 12, или же посредством либо предназначенной для этого, либо специализированной фурмы. Этот исходный материал должен только иметь соответствующий размер для того, чтобы обеспечить возможность его транспортировки с помощью выбранных подающих средств, хотя он не должен сушиться. Является предпочтительным, чтобы исходный штейновый материал был гранулированным, например, в виде продукта из плавильной/осадительной печи 10 после правки концентрата. Однако по меньшей мере часть исходного штейнового материала может доставляться из плавильной/осадительной печи 10 в горячем, расплавленном состоянии.

В дополнение к этому, в печь 12 могут загружаться другие медьсодержащие материалы, такие как обороты или лом, чтобы обеспечить эффективное извлечение содержащейся меди. Это может также использоваться для контроля температуры процесса. Однако температура процесса дополнительно или альтернативно может контролироваться посредством добавления малых количеств топлива, вдуваемого посредством погруженной фурмы или иным образом вводимого в шлак.

В процессе конвертирования штейна в печи 12 с получением черновой меди, отводимой из печи 12, как показано позицией 18, присутствующие в штейне Fe и S удаляются в результате взаимодействия с кислородом по реакциям:

2FeS + 3O2 FeO + 2SO2	(1)
3FeS + 5O2 Fe3O4 + 3SO2	(2)
Cu 2S + O2 2Cu + SO2	(3)
Cu 2S + 2O2 2Cu2O + SO2	(4)

Таким образом, железо переходит в виде оксида железа в шлак, в то время как S переходит в виде SO₂ в поток выходящих из конвертерной печи газов.

Два важных фактора во время операций конвертирования представляют собой:

(i) химический состав шлака и потери меди в шлак, и

(ii) конечное качество черновой меди.

Что касается химического состава шлака, то в типичных операциях конвертирования в конвертерах Пирса-Смита используют добавление кремнезема для способствования образованию расплавленного железо-силикатного (фаялитового) шлака. Окисленное железо из штейна захватывается в этом шлаке, уменьшая образование твердой фазы магнетита. В больших количествах твердая фаза магнетита сделала бы шлак неработоспособным и привела бы к высоким потерям меди как из-за физического захвата меди в шлаке, так и из-за растворимости меди.

Как здесь указано, в настоящем изобретении во время конвертирования в содержащей реактор печи 12 используется режим вдувания с погружением сверху, который обходит или преодолевает выявленные проблемы с железо-силикатными шлаками, которые, по меньшей мере частично, внесли свой вклад в уход от этих шлаков. Таким образом, в настоящем изобретении предпочтительно используется силикатный шлак на основе железа, такой как шлак фаялитового или оливинового состава. Как поясняется подробно выше, эти шлаки обеспечивают значительные преимущества.

Опытные исследования авторов показали, что хорошо контролируемый силикатный шлак на основе железа, такой как шлак фаялитового типа, обеспечивает приемлемые уровни меди в шлаке. Это так, в частности, для шлака, который должен рециклироваться из печи 12 в печь 10, как представлено сплошной линией 20. Независимо от реального уровня меди в рециклируемом шлаке, эта содержащаяся медь может легко извлекаться посредством дополнительной переработки (передела), как описано здесь позднее. Опытные исследования авторов также показали, как поясняется здесь подробно ранее, что вспенивание шлака может быть предотвращено или, по меньшей мере, может контролироваться.

Как указано выше, качество продуктовой черновой меди является важным. Уровень серы, остающейся в черновой меди после переработки, является важным, поскольку слишком высокий уровень требует дополнительной переработки ниже по ходу процесса для ее удаления. Существует важное соотношение между уровнем S в черновой меди и уровнем меди, переходящей в шлак. Эти уровни связаны с кислородным потенциалом, необходимым для удаления серы до желаемого уровня, и с эффектом переокисления части меди с переходом в шлак в виде Cu₂O по указанной выше реакции (4). Результаты, полученные при работе пилотной установки в соответствии с настоящим изобретением, показали, что низкий уровень Cu в шлаке может быть достигнут вместе с хорошим уровнем S в черновой меди, как указано в таблице 3. В каждом из приведенных в таблице 3 примеров работа пилотной установки осуществлялась с соответствующим составом шлака, показанным для соответствующего номера примера в таблице 2.

Таблица 3 Зависимость качества черновой меди от Cu в шлаке
Пример	% S в черновой меди	% Cu в шлаке
1	0,3	11,8
3	0,02	35,8
4	0,03	23,0
5	0,4	14,3
7	0,2	9,5
8	0,75	15,7

Способ Эдвардса с соавторами отличается тем, что на уровень серы в черновой меди влияет положение головки фурмы. Это делает необходимым, чтобы головка фурмы находилась как можно ближе к границе раздела между фазами шлака и черновой меди. В настоящем изобретении положение головки фурмы является важным, как подробно поясняется здесь ранее, но не представляет собой значительного фактора при достижении хорошего качества чернового продукта.

Как указано, шлак из печи 12 может рециклироваться в печь 10 для обеспечения возможности извлечения содержащейся в нем меди. Однако, в альтернативной компоновке, также показанной на Фиг.2, шлак из печи 12 может быть перенесен, как показано прерывистой линией 22, в установку 24 концентрирования. В установке 24 шлак, полученный из печи 12, может перерабатываться на стадиях очистки, измельчения, флотации шлака с получением медного концентрата и восстановительной плавки этого концентрата с получением медного продукта, обозначенного позицией 26, и направляемого в отвал шлака, обозначенного позицией 28.

Фиг.3 показывает реактор 30 с погруженной сверху фурмой, пригодный для использования в качестве содержащей реактор печи 12 по Фиг.2. Реактор 30 имеет прямой цилиндрический корпус, имеющий наружную оболочку 32 из стали и внутреннюю огнеупорную футеровку 34. Реактор 12 также имеет асимметрично сужающуюся верхнюю часть 36, которая ведет к выпускной дымовой трубе 38.

В обращенной вверх области своей верхней части 36 реактор 30 имеет узел 40 загрузки, с помощью которого исходный материал может загружаться во внутреннее пространство 42 реактора. Узел 40 предпочтительно имеет регулируемые подающие средства (не показаны), которые, обеспечивая загрузку материала в реактор 30, сводят к минимуму потери реакторных газов из внутреннего пространства 42 через узел 40. Рядом с узлом 40 реактор 30 имеет трубчатый кожух 44, через который вставлена удлиненная, погружаемая сверху продувочная фурма 46. Кроме того, вблизи своего основания реактор 30 имеет выпускное отверстие 48.

При эксплуатации реактора 30 нижний выпускной конец фурмы 46 погружают в расплавленный шлак 50, содержащийся внутри реактора 30. Через эту фурму 46 подают кислородсодержащий газ с генерированием струй 52 окислительного газа внутри шлака 50 для перемешивания шлака. Медно-сульфидный штейн загружают в реактор через узел 40 или вовлеченным во вдуваемый фурмой 46 газ, или же посредством объединения этих двух систем загрузки. В любом случае штейн диспергируют в виде кусков или гранул 54 по перемешиваемому шлаку 50. Таким образом штейн 54 подвергают воздействию содержащегося во вдуваемом газе кислорода и реакции с ним с образованием капель черновой меди. Эти капли опускаются через шлак 50 и собираются под ним в виде сплошной фазы черновой меди 56.

Во время конвертирования медно-сульфидного штейна 54 в черновую медь 56 необходим контроль за вертикальным положением фурмы 46. Как указано, нижний конец фурмы 46 погружен в перемешиваемую фазу шлака. Таким образом, струи 52, исходящие из этого нижнего выпускного конца фурмы 46, вдуваются внутрь фазы шлака. В показанной компоновке фурма 46 имеет ряд расположенных под углом друг к другу выходных сопел на ее выпускном конце, при этом соответствующая струя 52 испускается из каждого выхода. Конструкция является такой, что струи 52 расходятся вниз и наружу вбок друг от друга. В альтернативных конструкциях струи 52 не должны расходиться, но могут просто направляться вниз, или же может иметь место единственная струя, направленная либо вниз, либо вбок и вниз. В любом случае эта конструкция направлена на достижение перемешивания шлака 50, диспергирования штейна 54 по шлаку 50 и реагирования содержащегося во вдуваемом газе кислорода со штейном 54 с получением капель черновой меди. Однако выпускной конец фурмы 46 внутри фазы шлака должен быть таким, чтобы предотвращать контактирование сколь-нибудь существенной части вдуваемого газа 52 со сплошной фазой черновой меди 56.

Требование настоящего изобретения о том, что предотвращается контактирование сколь-нибудь существенной части вдуваемого газа 52 со сплошной фазой черновой меди 56, состоит в том, чтобы предотвратить проникновение потоков вдуваемого газа в эту сплошную фазу. Таким образом, хотя некоторая малая часть вдуваемого газа может «проноситься» по поверхности сплошной фазы черновой меди, струи этого газа не должны проходить за границу раздела между фазой шлака и сплошной фазой черновой меди. Предпочтительно, положение головки фурмы является таким, чтобы полностью исключить непосредственный контакт или соударение струй вдуваемого газа с этой границей раздела.

Как будет понятно, в реактор 30 необходимо загружать флюс для поддержания подходящей глубины фазы шлака и сохранения отношений оксидов в шлаке в ходе реакций конвертирования и для обеспечения возможности периодического выпуска шлака. Флюс может загружаться через узел 40 и/или через фурму 46, вместе с исходным медно-сульфидным штейном или отдельно от него.

Как является предпочтительным для настоящего изобретения, фаза шлака 50 содержит силикатный шлак на основе железа, такой как фаялитовый или оливиновый шлак. Шлак может, например, иметь состав, подобный составу в любом из примеров, приведенных в таблице 2. Хотя такие шлаки могут использоваться с малым риском вспенивания, такой риск может быть дополнительно уменьшен посредством добавления угля в реактор 30 через узел 40. Уголь предпочтительно подают в виде крупных кусков, которые могут плавать на фазе шлака 50. Перемешивание шлака посредством вдувания через фурму 46 достаточным образом заставляет шлак циркулировать к плавающим кускам угля, при этом восстановительное действие угля уменьшает или предотвращает образование магнетита в фазе шлака 50.

Наконец, необходимо понимать, что в конструкции и компоновки описанных ранее деталей могут быть внесены различные изменения, модификации и/или дополнения без отклонения от сущности или объема изобретения.