Плавка меди: Как расплавить медь в домашних условиях: температура плавления, инструкция, видео

Содержание

Физико-химические превращения при восстановительной обработке шлаков плавки медных концентратов | Соколовская

1. Bellemans I., De Wilde E., Moelans N., Verbeken K. Metal losses in pyrometallurgical operations — A review. Adv. Colloid Interface Sci. 2018. Vol. 255. P. 47—63. https://doi.org/10.1016/j.cis.2017.08.001.

2. Guo Z., Pan J., Zhu D., Congcong Y. Mechanism of composite additive in promoting reduction of copper slag to produce direct reduction iron for weathering resistant steel. Powder Technol. 2018. Vol. 329. P. 55—64. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.01.063.

3. Guo Z., Pan J., Zhu D., Zhang F. Innovative methodology for comprehensive and harmless utilization if waste copper slag via selective reduction-magnetic separation process. J. Cleaner Product. 2018. Vol. 187. P. 910—922. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.03.264.

4. Sarfo P., Wyss G., Ma G., Das A., Young C. Carbothermal reduction of copper smelter slag for recycling into pig iron and glass. Miner. Eng. 2017. Vol. 107. P. 8—19. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2017.02.006.

5. Рябко А.Г., Цемехман Л.Ш. Развитие автогенных процессов в металлургии меди и никеля. Цвет. металлы. 2003. No. 7. С. 58—63.

6. Лазарев В.И., Спесивцев А.В., Быстров В.П., Ладин Н.А., Зайцев В.И. Развитие плавки Ванюкова с обеднением шлаков. Цвет. металлы. 2000. No. 6. С. 33—36.

7. Okanigbe D.O., Popoola A.P.I., Adeleke A.A., Otunniyi I.O., Popoola O.M. Investigating the impact of pretreating a waste copper smelter dust for likely higher recovery of copper. In: Procedia 2nd Int. conf. on sustainable materials processing and manufacturing (SMPM 2019) (8—10 March 2019). Johannesburg: University of Johannesburg, 2019. P. 430—435.

8. Wang Q.-m., Guo X.-y., Tian Q.-h. Copper smelting mechanism in oxygen bottom-blown furnace. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2017. Vol. 27. Iss. 4. P. 946—953. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(17)60110-9.

9. Chen C., Zhang L., Jahanshahi S. Thermodynamic modeling of arsenic in copper smelting process. Metall. Mater. Trans. B. 2010. Vol. 41. Iss. 6. P. 1175—1185. https://doi.org/10.1007/s11663-010-9431-z.

10. Gonzalea C., Parra R., Klenovcanova A., Imris I., Sanchez M. Reduction of Chilean copper slags: a case of waste management project. Scand. J. Metall. 2005. Vol. 34. Iss. 2. Р. 143—149. https://doi.org/10.1111/j.1600-0692.2005.00740.x.

11. Мартиросян В.А., Сасунцян М.Э. Исследование шлаков металлургических заводов Армении при тонком измельчении. Изв. вузов. Чер. металлургия. 2019. Т. 62. No. 1. С. 8—14. https://doi.org/10.17073/03680797-2019-1-8-14.

12. Цымбулов Л.Б., Колосова Е.Ю., Князев М.В. Термодинамический анализ равновесия между шлаком и черновой медью в двухзонной конвертерной печи Ванюкова. Цвет. металлы. 2009. No. 7. С. 30—35.

13. Комков А.А., Быстров В.П., Федоров А.Н. Исследование поведения меди и никеля при глубоком окислении штейна в присутствии шлака. Цвет. металлы. 2006. No. 9. С. 11—15.

14. Комков А.А., Быстров В.П., Рогачев М.Б. Распределение примесей при плавке медного сульфидного сырья в печи Ванюкова. Цвет. металлы. 2006. No. 5. С. 17—24.

15. Русаков М.Р. Конструкция обеднительного агрегата для процесса высокоинтенсивного обеднения шлака. Цвет. металлы. 2006. No. 10. С. 28—33.

16. Кенжалиев Б.К., Квятковский С.А., Кожахметов С.М., Соколовская Л.В., Семенова А.С. Обеднение отвальных шлаков Балхашского медеплавильного завода. Комплекс. использ. минер. сырья. 2018. No. 3. С. 45—53. https://doi.org/10.31643/2018/6445.16.

17. Кенжалиев Б.К., Квятковский С.А., Кожахметов С.М., Соколовская Л.В., Кенжалиев Э.Б., Семенова А.С. Отработка технологических параметров обеднения отвальных шлаков Балхашского медеплавильного завода. Металлург. 2019. No. 7. С. 78—83.

18. Бекенов М.С., Соколовская Л.В., Квятковская М.Н., Семенова А.С. Переработка сульфидных концентратов в печи Ванюкова с обеднением шлаков по меди. Комплекс. использ. минер. сырья. 2010. No. 5. С. 14—20.

19. Селиванов Е.Н., Гуляева Р.И. Карботермическое восстановление металлов в системе FeS—Cu1,96 S—CaO. Металлы. 2019. No. 2. С. 25—32.

20. Charkin D.O., Sadakov A.V., Omel’yanovskii O.E., Kazakov S.M. Synthesis, crystal structure, and properties of novel perovskiteoxychalcogenides, Ca2 CuFeO3 Ch (Ch = = S, Se). Mater. Res. Bull. 2010. Vol. 45. Iss. 12. P. 20122016. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2010.07.023.

21. Gulyaeva R., Selivanov E., Mansurova A. Kinetics of the calcium oxysulfides redaction by carbon monoxide. Defect Diffusion Forum. 2009. Vol. 283—286. P. 539—544. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.283-286.539.

22. Кузнецов Ю.С., Качурина О.И. Термодинамический анализ процессов восстановления оксидов железа с использованием углерода и паров воды. Изв. вузов. Чер. металлургия. 2019. Т. 62. No. 5. С. 394—406. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-5-394-406.

23. Avarmaa K., Klemettinen L., O’Brien H., Taskinen P. Urban mining of precious metals via oxidizing copper smelting. Miner. Eng. 2019. Vol. 133. P. 95—102. https://doi.org/10.1016/j.mineng. 2019.01.006.

24. Shui L., Cui Z., Ma X., Rhamdhani M.A., Nguen A.V., Zhao B. Understanding of bath surface wave in bottom blown copper smelting furnace. Metall. Mater. Trans. B. 2016. Vol. 47. Iss. 1. P. 135—144. https://doi.org/10.1007/s11663-015-0466-z.

Плавка медных концентратов в отражательных печах

Плавка медных руд и концентратов ведется в отражательных, шахтных и электрических печах. При расплавлении сульфидной шихты происходит расслаивание жидкости на два слоя. Внизу располагается сплав сульфидов — штейн с плотностью около 5. Штейн состоит главным образом из сульфидов железа FeS и меди Сu₂S, в сумме составляющих 80—90%. Кроме того, в штейне содержатся сульфиды цинка, свинца, никеля, окислы железа, кремнезем, глинозем и другие составляющие.

Благородные металлы плохо растворимы в шлаках и хорошо растворимы в штейне. Максимально возможное содержание меди в штейне, соответствующее расплаву Сu₂S, равно 79,9%. Обычно содержание меди в штейне находится в пределах 15—40%. С повышением содержания меди в штейне увеличиваются потери меди в шлаке. Температура плавления штейна обычно находится в пределах 900— 1150° С. Шлаки содержат главным образом окислы кремния, железа, кальция, алюминия и другие окислы и имеют температуру плавления 1100—1250° С.

При плавке медных концентратов в отражательных печах атмосфера в рабочем пространстве является слабоокислительной. Это определяет небольшое удаление серы в процессе плавки. Типовая конструкция отражательной печи показана на рис. 1.

Рис. 1. Современная отражательная печь с подвесным сводом для плавки на штейн: 1 — загрузочные отверстия; 2—шлаковое окно, 3 — шпуровые отверстия (для выпуска штейна), 4 — фундамент; 5 — лещадь; 6 — окно для форсунки; 7—подвесной свод, 8 — боров; 9 — температурные швы

Рабочее пространство печи имеет длину 30—40 м, ширину 7— 8 м и высоту 3,5—4,5 м. Площадь пода 200—300 м². Печь изнутри футеруется в зависимости от состава шихты либо кислыми, либо основными огнеупорными материалами. Свод печи делается арочным из динасового или подвесным при использовании магнезитового кирпича. Подвесные своды из магнезитового кирпича, а также футеровка стен хромомагнезитовым кирпичом позволяет повышать температуру в печи до 1700° С, на 150— 200 град выше, чем при использовании динасовых сводов, что интенсифицирует процесс плавки.

Отапливаются печи природным газом, мазутом или угольной пылью. Горелки или форсунки обычно располагаются в один ряд в передней торцовой стенке. Газообразные продукты горения проходят до задней торцовой стенки и через газоход уходят в боров. Состав отходящих газов отражательных печей находится в пределах 72—76% N₂, 10—17% С0₂, 0,5—2,0% 0₂, 4—10% Н₂0, 1—2% SiO₂, до 0,5% СО. Температура газов в печи 1500—1550° С на расстоянии 3—10 м от передней стенки. На середине печи температура равна 1400—1350° С. В конце печи — 1250—1300° С. Отходящие газы направляются в котлы-утилизаторы, чтобы использовать тепло отходящих газов и увеличить тепловой коэффициент печи.

Шихтовые материалы загружают в печь через сводовые загрузочные отверстия из бункеров с шихтой, расположенных на колошниковой площадке над печью. Штейн и шлак, получаемые в процессе плавки, периодически выпускаются из печи. Для выпуска штейна имеются отверстия (обычно два), в которые вставляются чугунные водоохлаждаемые летки, в боковой стенке печи на уровне лещади. Для выпуска жидкого шлака из печи используют шлаковое окно, расположенное в задней торцовой или боковой стенке печи, на высоте около 1 м от уровня лещади.

Степень удаления серы зависит от состава шихты и вида топлива. При плавке необожженного концентрата степень десульфурации составляет 30—50%, при плавке огарка — 20—25%.

Шлак состоит в основном из Si0₂, FeO, CaO и А1₂0₃. Суммарное содержание этих окислов в шлаке 85—95%. В шлаке содержится также 0,1—0,5% Сu.

Потери меди со шлаком, в котором остаются капельки штейна, зависят от состава штейна и шлака и от технологии плавки. При повышении содержания меди в штейне увеличиваются потери меди со шлаком. Количество шлака при плавке р отражательной печи в два-три раза по массе и три—пять раз по объему больше, чем штейна. В присутствии магнетита в шлаке растворимость меди возрастает, а потери меди со шлаком увеличиваются. Если магнетит не успел восстановиться на откосах, то восстановление продолжается в ванне на границе штейн—шлак. С газовыми пузырьками, образующимися при этом, штейн увлекается в шлак, увеличивая потери меди и благородных металлов. Содержание меди в отвальных шлаках находится в пределах 0,3—0,7%. Извлечение меди и благородных металлов в штейн составляет 95—98%.

Производительность печи зависит от характера подготовки шихтовых материалов к плавке, а также от тепловой напряженности печи. При предварительном обжиге проплав шихты возрастает. Общий поток тепла в современных печах порядка 208— 290 Гдж/ч (50—70 Гкал/ч). Тепловой коэффициент печи невысок — около 30%, поэтому практически расход тепла находится в пределах 2,9—4,2 Гдж/т (0,7—1,0 Гкал/т) при плавке горячей обожженной шихты. Суточный проплав шихты на 1 м² площади пода составляет от 2 до 9 т.

Применение зонной плавки для получения сверхчистой меди: особенности поведения металлов-примесей

Journals → Цветные металлы → 2017 → #7 → Back

Тяжелые цветные металлы
ArticleName	Применение зонной плавки для получения сверхчистой меди: особенности поведения металлов-примесей
DOI	10.17580/tsm.2017.07.06
ArticleAuthor	Досмухамедов Н. К., Жолдасбай Е. Е., Нурлан Г. Б., Курмансеитов М. Б.
ArticleAuthorData	Казахский национальный исследовательский технический университет им. К. И. Сатпаева, Алматы, Казахстан: Н. К. Досмухамедов, профессор каф. металлургии и обогащения полезных ископаемых, эл. почта: [email protected] Е. Е. Жолдасбай, инженер каф. металлургии и обогащения полезных ископаемых Г. Б. Нурлан, магистр каф. металлургии и обогащения полезных ископаемых М. Б. Курмансеитов, докторант каф. металлургии и обогащения полезных ископаемых
Abstract	Показана конструкция новой прецизионной установки для зонной плавки. Представлены результаты опытов по очистке меди, содержащей широкий спектр металлов-примесей (суммарная концентрация 380 ppm). Изучены особенности поведения металлов-примесей в различных условиях опытов: при температурах, превышающих температуру плавления меди на 100, 150 и 200 °С, и разной длительности выдержки жидкой зоны. Установлено, что при зонной плавке примеси с большим, чем у меди, давлением паров удаляются наиболее полно. Наиболее затруднено удаление железа, марганца, хрома, никеля и кобальта, обладающих парциальными давлениями, близкими к парциальному давлению меди. Достигнуто снижение концентраций трудно отделяемых примесей — железа, никеля и кобальта — до уровня, ppm: 31 Fe; 21 Ni; 15 Co. Показано, что снижение концентраций этих элементов связано с их взаимодействием как друг с другом, так и с другими металлами-примесями. Это взаимодействие способствует образованию в жидкой фазе новых устойчивых химических соединений, концентрирующихся при дальнейшем снижении температуры в твердой фазе. Установлено, что высокая степень чистоты меди достигается при температуре расплавленной зоны 1233 °С (выше температуры плавления меди на 150 °С) и времени выдержки жидкой зоны 15 мин. При указанных условиях ведения зонной плавки общее содержание металлов-примесей снижено с 380 до 9,8 ppm. Основные закономерности и особенности поведения примесей, установленные при глубокой очистке меди, позволяют дать рекомендации для подбора оптимальных технологических режимов получения любых других сверхчистых металлов. ^ppm (parts per million) — частей на миллион, 1 ppm = 10–4 %.
keywords	Очистка, медь, зонная плавка, металлы-примеси, концентрация, температура, выдержка, жидкая зона
References	1. Ажажа В. М., Ковтун Г. П., Тихинский Г. Ф. Получение и металлофизика особо чистых металлов // Металлофизика и новейшие технологии. 2000. № 2. С. 21–35. 2. Алиева З. У., Трубицын Ю. В. Аспекты управления кинетикой вертикальной бестигельной зонной плавки при очистке кремния // Новые материалы в металлургии и машинооборудовании. 2011. № 1. С. 106–110. 3. Досмухамедов Н. К., Федоров А. Н., Жолдасбай Е. Е., Даулетбаков Т. С., Нурлан Г. Б. Расчет технологических параметров экспериментальной установки для получения сверхчистых металлов // Вестник КазНИТУ им. К. И. Сатпаева. 2016. № 5. С. 384–390. 4. Досмухамедов Н. К., Лезин А. Н. Разработка отечественных приборов аналитического контроля для предприятий горно-металлургического комплекса Казахстана // Горный журнал Казахстана. 2011. № 10. С. 28–35. 5. Пфанн В. Зонная плавка. Второе издание, перераб. и доп., пер. с англ. — М. : Мир, 1970. — 366 с. 6. Солопихин Д. А. Применение зонной перекристаллизации для получения высокочистых тугоплавких металлов // Вопросы атомной науки и техники. 2007. № 4. Сер. Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (16). С. 204–210. 7. Cheung, T., Cheung N., Garcia A. Application of an artificial intelligence technique to improve purification in the zone refining process // Journal of Electronic Materials. 2010. Vol. 39, No. 1. Р. 49–55. 8. Cheung T., Cheung N., Tobar C. M. T., Caram R., Garcia A. Application of a Genetic Algorithm to Optimize Purification in the Zone Refining Process // Materials and Manufacturing Processes. 2011. Vol. 26. Р. 493–500. 9. Dost S., Liu Y. C., Haas J., Roszmann J., Grenier S., Audet N. Effect of applied electric current on impurity transport in zone refining // Journal of Crystal Growth. 2007. Vol. 307, No. 1. P. 211–218. 10. Ghosh K., Mani V. N., Dhar S. A modeling approach for the purification of group III metals (Ga and In) by zone refining // Journal of Applied Physics. 2008. Vol. 104, No. 2. P. 024904. 11. Lalev G. M., Lim J.-W., Munirathnam N. R., Choi G.-S., Uchikoshi M., Mimura K., Isshiki M. Impurity Behavior in Cu Refined by Ar Plasma-Arc Zone Melting // Met. Mater. Int. 2009. Vol. 15, No. 5. Р. 753–757. 12. Lim J-W., Kim M. S., Munirathnam N. R., Le M. T., Uchikoshi M., Mimura K., Isshiki М., Kwon Н. С., Choi G. S. Effect of Ar/Ar–H₂ Plasma Arc Melting on Cu Purification // Materials Transactions. 2008. Vol. 49, No. 8. Р. 1826–1829. 13. Liu D., Engelhardt H., Li X., Loffler A., Rettenmayr M. Growth of an oriented Bi_40-xIn_xTe₆₀ (x = 3, 7) thermoelectric material by seeding zone melting for the enhancement of chemical homogeneity // CrystEngComm. 2015. Vol. 17. Р. 3076–3081. 14. Jung Y.-I., Lee J.-S., Park J.-Y., Jeong Y.-H., Moon K.-S., Kim K.-S. Effect of ion-beam assisted deposition on resistivity and crystallographic structure of Cr/Cu // Electronic Materials Letters. 2009. Vol. 5, No. 3. Р. 105–107. 15. Yoon Y. O., Jo H. H., Cho H., Kim S. K., Kim Y. J. Effect of distribution coefficient in copper purification by zone refining process // Materials Science Forum. 2004. Vol. 449–452. Р. 173–176. 16. Zhu Y., Mimura K., Ishikawa Y., Isshiki M. Effect of Floating Zone Refining under Reduced Hydrogen Pressure on Copper Purification // Materials Transactions. 2002. Vol. 43, No 11. Р. 2802–2807. 17. Knacke O., Kubaschewski O., Hesselmann K. Thermochemical Properties of Inorganic Substances. — New York : Springer-Verlag, 1991. Р. 2370.
Language of full-text	russian
Full content	Buy

Back

Клипная плавка медных

Содержание

Процесс выплавки медного плавания
- Тепловой баланс с использованием чистого кислорода против воздуха
СОЗДАНИЯ КОМПИНЯЯ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ СОЗДАНИЯ И ПЕРЕВОРОСТИ.
Формы меди
Аналитические испытания
Испытания в индукционных печах
Испытания на флотацию

руды различными периодическими процессами. Преобладающим процессом получения меди является плавка сульфидных концентратов в отражательных печах с получением штейна и шлака с последующей обработкой штейна в конвертерах с получением черновой меди. Отходящие газы из отражательной печи обычно содержат не более 2 процентов SO2, а содержание SO2 из конвертеров варьируется, что в большинстве случаев препятствует экономичному извлечению серы.

Взвешенная медь Плавка на штейн была усовершенствованием процесса, что привело к более высокой концентрации SO2. В процессе взвешенной плавки Outokumpu, разработанном Outokumpu Oy в Финляндии, шихта вдувается в печь через специально сконструированную горелку с воздухом, предварительно нагретым примерно до 850°C. Тепло от реакций покрывает большую часть общей потребности в тепле. Достигается концентрация газа SO2 около 13 процентов.

В процессе взвешенной плавки International Nickel Company в Садбери, Онтарио, используется коммерческий кислород (95 процентов O2) для получения 45-процентного медного штейна и газа SO2 с постоянной концентрацией более 70 процентов. Последний известен как автогенный (самоплавящийся) процесс, поскольку для плавки остатка шихты в штейн и шлак не используется постороннее топливо. В обоих этих процессах взвешенной плавки штейн обрабатывается в конвертерах.

Два недавних процесса, Noranda и Worcra, используют взвешенную плавку и преобразование в черновую медь в одном устройстве. Оба используют воздух или воздух, обогащенный кислородом, и постороннее топливо для обеспечения потребностей в тепле. Процесс Норанды включает следующие основные этапы:

Концентраты и флюс вводятся в один конец реактора, который по поперечному сечению подобен конвертеру Пирса-Смита;

плавка происходит на загрузочном конце;
потоки штейна и шлака контролируются по мере их медленного движения к выпускным отверстиям;
для окисления FeS;
продолжающееся введение газа в полученный белый металл окисляет Cu2S до металлической меди; и
периодически выпускают после периодов отстаивания.

Процесс Worcra, изобретенный доктором Говардом К. Уорнером, существенно отличается от процесса Noranda следующим образом:

Поток шлака является противотоком, тогда как в системе Noranda он является параллельным;
воздух или воздух, обогащенный кислородом, продувается через шлак под высоким давлением, чтобы контактировать с ванной штейна для преобразования в медь, тогда как Noranda использует фурмы;

практически непрерывен из плотины, тогда как в системе Норанды медь снимается периодически после периодов отстаивания; и
очищают, пропуская через зону питания с низким кислородным потенциалом, в то время как в печи Норанда используются фурмы с восстановительным газом.

Процесс, описанный в этом отчете, непрерывная кислородная плавка (COS), принципиально отличается от ранее описанных процессов следующим образом:

Это непрерывный процесс с использованием коммерческого кислорода для производства черновой меди в единой установке;
производится очень высокая концентрация SO2, более 80 процентов (малый объем дымовых газов); и
кислород конвертера вводится под поверхность штейна с помощью погружного зонда.

Процесс выплавки меди

В автогенной системе, описанной в этом отчете, сульфидный концентрат и флюс кремнезема вдуваются в печь через специально сконструированную горелку с кислородом и выплавляются во взвешенном состоянии до примерно 50-процентного медного штейна. Штейн стекает по наклонному тиглю противотоком потоку шлака в зону конвертирования на одном конце печи. Кислород вводят с помощью водоохлаждаемого зонда, погруженного в ванну штейна, где происходит преобразование в черновую медь.

Отношение потерь тепла к подводу по своей природе велико для небольшой печи, и поскольку желательно поддерживать атмосферу, не разбавленную внешними загрязняющими веществами, с присутствием только продуктов реакции, была спроектирована двойная печь, как показано на рисунках 1 и 2. Наружная топка служит тепловым барьером. Длинное пламя углеводородной горелки пропускает горячие газы по внешней топке. Эти газы выводятся через водоохлаждаемый дымоход в водяной скруббер. Газы из внутренней топки выходят через другой водоохлаждаемый дымоход через крышу, а также в водяной скруббер. На рис. 3 показаны места в своде, где в печь поступают различные продукты и где выходит газ. Концентрат халькопирита, просушенный и просеянный от крупных комков, вместе с кремнеземным флюсом шнеком из бункера подается в питатель концентрата (рис. 4). Сырье смешивается с кислородом в водоохлаждаемой секции питателя концентрата и подается в печь на первой позиции (рис. 1), где происходит сочетание взвешенного обжига и плавки.

Штейн, содержащий от 45 до 55 процентов меди и оставшуюся часть шлака из силиката железа, образуется в результате очень быстрой, почти мгновенной реакции; отсюда и название «взвешенная плавка». Штейн опускается через более легкий слой шлака и стекает в наклонный тигель

. Преобразование в медь происходит в зоне вокруг второй позиции. Сульфид железа окисляется преимущественно, так как сродство кислорода к сере и железу больше, чем к меди. Система находится в динамическом состоянии с сосуществованием меди, белого металла и штейна, а новый штейн постоянно образуется в зоне 1. Относительное количество каждого из них зависит от скоростей конвертирования и подачи. Кислород вводят непосредственно в матовую ванну в положении два с помощью погружного зонда. Согласно сравнительным испытаниям, зонд обеспечивает гораздо лучший контакт газа с жидкостью и, по крайней мере, на 50% повышает эффективность использования кислорода. Также производится более чистый шлак, поскольку содержание меди в шлаке напрямую связано с его кислородным потенциалом. Рядом с кислородным зондом добавляется диоксид кремния для получения дисперсии и хорошего контакта с новым образовавшимся оксидом железа. Обычно считается, что без кремнезема, непосредственно доступного для образования силикатов, оксид железа будет дополнительно окисляться до магнетита и накапливаться в более холодных частях печи. К сожалению, даже при большом дефиците кремнезема высокая температура и доступность сульфида железа предотвращает отложение магнетита в зоне конвертирования, где желательно компенсировать потери огнеупоров. Более холодная стенка для осаждения магнетита может быть достигнута в экспериментальной печи путем обеспечения большей зоны конвертирования или в промышленной печи с помощью стен с водяной рубашкой.

Шлак, образовавшийся в результате плавки и превращения, стекает в шлаковый колодец. Очистка шлака происходит в результате контакта с более низким штейном при прохождении через зону 1, реакции обжига сульфида меди и оксидов меди путем восстановления оксида меди серой и сульфидом железа, восстановления магнетита.

Поскольку имеется небольшое количество расплавленного материала по отношению к теплопроводной поверхности, характерной для небольшой печи, угольная дуга используется для предотвращения замерзания и поддержания потока шлака и штейна из печи. Неподвижный электрод представляет собой графитовый стержень, вставленный в каждую летку. Подвижные электроды контактируют с расплавом в соответствующих лунках. Шлак нагревается за счет комбинации нагрева сопротивления и дугового разряда, в то время как медь из-за ее высокой проводимости нагревается только за счет дугового разряда на поверхности. Таким образом, скважины легко держать открытыми и поддерживать непрерывный поток шлакового продукта. Некоторое количество штейна образуется в результате очистки шлака и осаждения унесенного штейна, который можно периодически выпускать и возвращать в конвертерную часть печи.

Инжекция кислорода через фурмы в штейн была прекращена из-за быстрой эрозии огнеупора на входе в фурму и, таким образом, чрезвычайной трудности поддержания фурмы открытой.

Зонд с водяным охлаждением, показанный на рис. 5, был разработан для подачи кислорода непосредственно в штейн, в отличие от продувки высокоскоростной струей через шлак, как это делается в процессе Worcra. Эта процедура приводит к улучшению контакта газ-штейн, увеличению скорости реакции и полному использованию кислорода. Другие преимущества заключаются в том, что тепло концентрируется в штейне там, где это необходимо, а не над шлаком, что сводит к минимуму расход огнеупоров над уровнем шлака. Кроме того, поскольку кислород не проходит через шлак, шлак остается с более низким кислородным потенциалом, что снижает содержание в нем меди. Кислород подается к основанию зонда по медной трубке, где он разделяется по желанию в соответствии с количеством и положением отверстий в делительном диске кислорода и поступает в ванну под прямым углом к зонду. Такая конструкция способствует распределению кислорода и позволяет расположить зонд вблизи дна.

Тепловой баланс с использованием чистого кислорода по сравнению с воздухом

В таблице 1 приведен простой тепловой баланс, иллюстрирующий большое количество тепла, доступного при кислородной плавке концентратов халькопирита. По оценкам, 24 процента производимого тепла приходится на потери в печах, включая водяное охлаждение.

Если бы, например, вместо коммерческого кислорода 95-процентной чистоты использовался воздух, то 0,435 кг кислорода на килограмм халькопирита было бы разбавлено 1,43 кг азота, что позволило бы извлечь 1,43/28 x 9,790 = 501 ккал; таким образом, общие потери будут на 258 ккал больше, чем произведено. Следовательно, использование воздуха вместо кислорода потребует дополнительного топлива.

Конструкция медеплавильной печи и используемые огнеупоры

Печь состоит из трех неотъемлемых секций, включающих дно и внутреннюю печь, четыре наружные стены и крышу, что обеспечивает простоту сборки и разборки и избавляет от различных характеристик расширения эти разделы. Крышу и боковые стенки можно поднимать отдельно как единое целое для облегчения доступа к внутренней печи. На рис. 2 показаны различные типы используемых кирпичей. Стандартная изоляция из минеральной ваты покрывает всю внешнюю поверхность. Арочная крыша выполнена из огнеупорного жаропрочного литья поверх металлической пластины, образующей нижнюю часть. Стены выполнены из теплоизоляционного силикатного кирпича, уложенного в угловой железный каркас и поддерживаемого стойками из двутавровых балок и швеллерными задними стойками. Различные отверстия в крыше между внутренней печью и внешней печью 9.0003

изготовлен из магнезиальной смеси. Дно кирпичное, уложено в металлический поддон, внутренняя топка встроена за одно целое с дном. Кирпич высокой плотности с высоким содержанием глинозема окружает тигель, что обеспечивает максимальную стойкость любых испытанных огнеупоров к коррозионному штейну.

Процедура испытания и обсуждение результатов

Экспериментальная печь непрерывной кислородной плавки (COS), показанная на рисунках 6 и 7, предварительно нагревается перед загрузкой тремя газовыми горелками на пропане, расположенными в шлаковом конце внешней печи, через шлакоочистки (FeS2) через крышное отверстие и через штейновую летку. Достигается температура внутри печи от 1200° до 1300°С, а температура снаружи печи составляет от 400° до 700°С, измеренная на выходе из дымохода. Внешняя стенка внутренней печи становится самой горячей вокруг тигля для штейна, достигая температуры от 800° до 1000°C. Предварительно расплавляют около 100 фунтов штейна для герметизации медного колодца. Поскольку перед введением водоохлаждаемого зонда штейн должен иметь температуру не менее 1250°C, его сначала нагревают до 1400°C, а затем вручную переносят в горшках в печь COS. На матовой поверхности сразу после зарядки зажигается дуга для предотвращения замерзания в скважине. Требуемая первоначально мощность в 8 кВт постепенно снижается до 3-4 кВт.

После загрузки штейна немедленно начинается подача. Сырье состоит из медного концентрата с добавлением кремнеземистого флюса. Анализы концентрата и минерального состава показаны в таблицах 2 и 3.

Конверсия начинается примерно через 1 час после плавки, чтобы создать пул штейна и шлака и нагреть штейн примерно до 1250°C. ● Горелка внутренней внутренней топки снимается, а горелка внешней топки регулируется в соответствии с потребностью в тепле. Уровень резервуара в тигле может повышаться для получения потока шлака и поддерживается на этом уровне. Было обнаружено, что нет необходимости герметизировать шлак, пока остаточный шлак в колодце предварительно расплавляется электрической дугой. Температура шлака, перетекающего через кромку тигля в шлаковую яму, составляет от 1250° до 1300°C. Типичные рабочие скорости показаны в таблице 4.

Загружаемые материалы и продукты, полученные в двух типичных испытаниях, представлены в таблице 5, в которых протекала конверсия в медь, и в таблице 6, в которой реакция была остановлена перед конверсией в медь. Штейн, полученный при очистке шлака, возвращается в печь вместе с дымовыми наростами, остатками скруббера, твердыми частицами дымовой трубы и другими материалами очистки с использованием обычных устройств и процессов. Медь в растворе не будет присутствовать в такой степени в промышленной эксплуатации, поскольку растворимые сульфаты будут удалены до очистки газа. Из таблицы 7 видно, что при переходе в медь количество образующихся шлаков выше, как и следовало ожидать. Эти высокие значения шлака могут быть снижены за счет добавления восстановителей, таких как пирит, пирротин. или медный сульфидный концентрат в секцию очистки печи. Эта фаза испытаний не была начата, а полученные шлаки были обработаны флотацией. Шлаковый композит выше, чем чистый шлак, из-за того, что он содержит штейн от очистки шлака, который вытекал вместе со шлаком, так как не было предусмотрено его отдельного выпуска. Типичным было низкое извлечение металлической меди из-за потерь меди, в данном случае 24,4 процента, как показано в колонке неучтенных данных. Медь остается в углублениях и трещинах тигля и теряется в брызгах штейна во время конверсии.

На сегодняшний день испытания проводились в одну смену из-за сложности выдерживания длительного цикла в малой печи. Следует предпринять попытки непрерывной работы в течение как минимум 24 часов, поскольку возможности увеличиваются.

В первую очередь следует обратить внимание на баланс между конверсией, подачей и кислородом. Только когда это выполнено, можно адекватно определить такие важные переменные, как содержание меди в шлаке, возвратный штейн, концентрация SO2, потери дымовой трубы и скорости флюсования. Собранные до сих пор данные являются лишь указанием на то, чего можно ожидать при непрерывной кислородной плавке. Что еще более важно, испытания показывают, что непрерывная кислородная плавка возможна в пределах одной установки.

Эрозия малой печи чрезмерная из-за близкого расположения кислородных струй к стене; однако он замедляется по мере разрушения тигля. Используя низкие температуры на внешней печи, можно приблизиться к равновесию с отложением магнетита для защиты стены. Если настоящая печь окажется неудовлетворительной для проведения расширенных испытаний, необходимо будет спроектировать печь с конверсионной зоной большего диаметра для продолжения испытаний в масштабе от 2 до 5 фунтов в минуту. Согласно оценкам, основанным на расчетах и нашем опыте в Исследовательском центре металлургии Олбани, печь, достаточно большая, чтобы выплавлять достаточное количество концентрата для преодоления потерь тепла в автогенной системе, будет составлять порядка 25 тонн в день (35 фунтов в минуту). Это было примерно размером с последнюю печь, построенную International Nickel Company для опытных испытаний их процесса взвешенной плавки.

Теоретически при плавке сульфидного концентрата с чистым кислородом может быть получен почти стопроцентно чистый диоксид серы. Самое высокое значение, проанализированное в наших тестах, составило 81,7 процента из-за атмосферного разбавления в системе. Семьдесят пять процентов диоксида серы регулярно производится путем взвешенной плавки медного концентрата с использованием чистого кислорода на плавильном заводе Международной никелевой компании в Садбери, Онтарио. На этом заводе (единственный процесс взвешенной плавки в Западном полушарии) медный концентрат выплавляется примерно до 45% штейна. Используется товарный кислород, произведенный на месте, и извлекается чистый жидкий диоксид серы.

Для сравнения с погружным зондом кислород проходил через шлак примерно на 6 дюймов выше шлака при манометрическом давлении 40 фунтов на кв. дюйм. Конверсия лучше всего происходила в течение первых 30 минут, прежде чем образовывался большой шлаковый покров, затем быстро уменьшалась по мере накопления шлака до рабочего уровня. Использование более высоких давлений, конечно, увеличило бы проникновение струи через шлак в штейн. Результаты этих испытаний приведены в таблице 8. Эффективность кислорода в испытаниях, в которых использовалась струя, составляет лишь около одной трети эффективности погружного зонда. Кажущийся выход кислорода более 100 процентов, вероятно, обусловлен разрушением магнетита, содержащегося в исходном штейне, и реакцией с кислородом воздуха.

Хотя вода и штейн вступают в бурную реакцию, существует встроенный фактор безопасности, заключающийся в том, что при возникновении течи происходит быстрое охлаждение и накопление наростов вокруг утечки, которые ее герметизируют. Это произошло в двух случаях, когда остановка подачи кислорода из-за формирования черепа была единственным признаком развития утечки. В промышленной эксплуатации вместо воды может использоваться нереакционноспособная охлаждающая жидкость.

Состав шлака, потери и формы меди

Аналитические испытания

Шлаки из печи COS широко варьируются от 20 до 40 процентов кремнезема и от 35 до 60 процентов оксида железа. Шлаки, содержащие около 30 процентов кремнезема и 55 процентов оксида железа, имели низкую вязкость, приемлемую температуру ликвидуса и относительно низкое содержание меди. Типичный анализ шлака выглядит следующим образом:

Производство известняка было прекращено, поскольку использование только кремнезема для флюсования железа облегчает контроль. Образовавшиеся шлаки выглядели одинаково текучими и имели меньшее пенообразование. Необходима дополнительная работа, чтобы определить идеальный состав шлака и установить оптимум.

Исследования с помощью микрозондов, рентгеновской дифракции и фотомикрофотографий идентифицировали первичную медную фазу в этих шлаках как металлическую медь микронного размера, часто запертую или связанную с магнетитом и ферритами. Некоторое количество меди присутствовало в виде уносимых сульфидов, наростов из раствора и медной шпинели, а при использовании хромомагнезитового огнеупора — в осадках оксида меди в центре крупных зерен хромита. На микрофотографии шлака с воздушным охлаждением на рис. 8 показаны типичные черты мелкодисперсной металлической меди с глыбистыми кристаллами магнетита и длинными тонкими кристаллами силиката. Кристаллы меди имеют размер от 1 до 80 микрон. Рисунок 9показаны электронно-лучевые сканы микрозондового исследования шлака с медного конца при использовании хромомагнезитового огнеупора. Длинноигольчатые кристаллы силиката типа фаялита сочетаются с магнием. Магний в результате эрозии огнеупоров образует более сложный шлак, чем примеси глинозема из огнеупоров, используемых в настоящее время.

Испытания в индукционных печах

Небольшая индукционная печь использовалась для определения влияния на содержание меди в конвертерных шлаках вдувания природного газа, кокса и серы (таблица 9).). Кокс вызывает сильное пенообразование из-за выделения CO и CO2. Трудно получить хороший контакт с пропаном и серой, так как они очень быстро улетучиваются. Контрольные опыты, в которых шлак расплавляли и выдерживали 15 минут, были столь же эффективны для снижения содержания меди, как и те, в которых добавлялись восстановители, поскольку происходило восстановление из угольного тигля.

Испытания на флотацию

Испытания на флотацию 11 шлаков COS, обработанных в индукционной печи, и двух необработанных шлаков (таблица 10) показывают следующее:

Происходит быстрый рост кристаллов меди при температуре несколько ниже ее точки плавления.
Наилучшее извлечение было получено из переточного шлака печи COS, охлажденного при комнатной температуре (извлечение 72% при содержании меди 48%).
Наиболее выраженное влияние на извлечение меди оказывает скорость охлаждения.
Добавление извести для получения более жидкого шлака не привело к лучшему извлечению меди флотацией.
Выдерживание вблизи температуры плавления в течение длительного времени может быть нежелательным, поскольку этот температурный диапазон способствует образованию магнетита, медной шпинели и медных ферритов. Результаты флотации шлаков, выдержанных при этой температуре, были хуже, чем у необработанных печных шлаков.

Микрозондовое исследование закаленного шлака, СН-17, табл. 10, показывает, что большая часть меди, за исключением увлеченных частиц штейна, находится в растворе или находится в виде очень мелкого микроосадка, в то время как в естественно охлажденном шлаке. SN-13, таблица 10, содержит частицы меди с расчетным распределением по размерам следующим образом: от 20 до 40 микрон, 50%; от 10 до 20 микрон, 30 процентов; и менее 10 микрон, 20 процентов. Похоже, что медь находилась в растворе во время расплавления и остается в таком же состоянии при закалке. Рост кристаллов происходил при относительно медленном охлаждении при комнатной температуре. Эти различия в размерах частиц объясняют большую разницу в результатах флотации двух шлаков.

Выводы

Непрерывная кислородная плавка была продемонстрирована в лабораторных условиях в течение нескольких часов. По мере увеличения возможностей требуются более длительные прогоны для адекватного определения параметров процесса. Рекомендуется, чтобы для продолжения испытаний в лабораторных масштабах была спроектирована печь производительностью около 5 фунтов в минуту с радиатором, подобным настоящей печи, но с большей конверсионной площадью и более длинным тиглем. Печь, достаточно большая, чтобы плавить достаточное количество материала для компенсации потерь тепла в автогенной системе, должна иметь производительность порядка 25 тонн в день.

Погружной кислородный зонд позволяет подавать кислород ниже поверхности штейна и вдали от стенки, это более эффективно, чем продувка шлака, и превосходит фурмы.

Медь в шлаке находится в основном в форме металлической меди, и хорошего извлечения путем флотации можно добиться путем медленного охлаждения шлака при температуре окружающей среды, что способствует росту кристаллов меди. Необходимы дополнительные исследования, чтобы определить оптимальный цикл охлаждения для максимального роста кристаллов меди.

Медь, выходящая из печи в виде пара и пыли, не является чрезмерной, и ее количество будет меньше в печи большего размера с большим расстоянием между зоной взвешенной плавки и дымоходом.

Существует высокая степень эффективности преобразования кислорода в диоксид серы.

Непрерывная кислородная плавка может проводиться в полностью закрытом агрегате с меньшими по сравнению с современными установками дымоходом и системой газоочистки.

Поскольку диоксид серы в дымовых газах имеет высокую концентрацию, можно ожидать экономичного извлечения и превосходной очистки сточных вод.

Мезоамериканская технология выплавки меди помогла колониальному оружию | Новости Массачусетского технологического института

Когда испанские захватчики прибыли в Америку, они, как правило, смогли подчинить себе местное население, отчасти благодаря превосходному вооружению и технологиям. Но археологические данные указывают на то, что, по крайней мере, в одном важном отношении испанцы весьма зависели от более древней местной технологии в некоторых частях Мезоамерики (сегодняшние Мексика, Гватемала, Белиз и Гондурас).

Захватчикам нужна была медь для артиллерии, а также для монет, чайников и сковородок, но им не хватало знаний и навыков для производства металла. Даже Испания в то время не производила металл внутри страны на протяжении столетий, полагаясь на импорт из Центральной Европы. В Мезоамерике им приходилось зависеть от местных плавильщиков, строителей печей и горняков для производства необходимого материала. Эти квалифицированные рабочие, в свою очередь, могли добиться освобождения от налогов, взимаемых с других коренных народов.

Эта зависимость продолжалась по крайней мере столетие, а возможно, и два столетия или более, согласно новым открытиям, опубликованным в журнале Latin American Antiquity в статье Дороти Хослер, профессора археологии и древних технологий в Массачусетском технологическом институте. и Йохан Гарсиа Зайдуа, исследователь из Университета Порту в Португалии.

В исследовании, проведенном на месте Эль-Манчон в Мексике, использовалась информация, собранная из археологических объектов и артефактов, насчитывающих более четырех веков, раскопанных Хослер и ее командой в течение многих лет полевых работ, а также из лабораторных работ и исторические архивы Португалии, Испании и Мексики, проанализированные Гарсией.

Эль-Манчон, большое и отдаленное поселение, изначально не имело признаков присутствия испанцев. Участок состоял из трех крутых секторов, два из которых представляли собой длинные фундаменты домов, некоторые с внутренними комнатами и религиозными святилищами, патио и конфигурацией, которая была концептуально мезоамериканской, но не имела отношения к каким-либо известным этническим группам, таким как ацтеки. Между ними была область, которая содержала насыпи шлака (неметаллический материал, который отделяется во время плавки от чистого металла, всплывающего на поверхность).

Испанским захватчикам срочно понадобилось огромное количество меди и олова для изготовления бронзы для пушек и другого вооружения, говорит Хослер, и это задокументировано в исторических и архивных записях. Но «они не умели плавить», — говорит она, тогда как археологические данные свидетельствуют о том, что коренные жители уже несколько сотен лет плавили медь в этом поселении, в основном для изготовления ритуальных или церемониальных материалов, таких как колокольчики и амулеты. Эти ремесленники были высококвалифицированными, и в Герреро и других местах сотни лет производили сложные сплавы, включая медь-серебро, медь-мышьяк и медь-олово, работая в небольших масштабах, используя паяльную трубку и тигли для плавки меди и других руд. .

Но испанцы отчаянно нуждались в больших количествах меди и олова, и, посоветовавшись с местными металлургами, внедрили в процесс некоторые европейские технологии. Хослер и ее коллеги раскопали загадочную особенность, которая состояла из двух параллельных рядов камней, ведущих к большой лепешке шлака в зоне плавки. Они идентифицировали это как остатки до сих пор не задокументированного гибридного типа закрытой конструкции печи, приводимой в действие модифицированным ручным европейским сильфоном. Небольшой региональный музей в Хайленде Герреро иллюстрирует именно такую гибридную конструкцию печи, включая модифицированную систему сильфонов, представленную в Европе, способную производить большие объемы меди. Но фактических остатков таких печей ранее обнаружено не было.

Период, когда это место было заселено, длился примерно с 1240 по 1680 год, говорит Хослер, и, возможно, простирался как на более ранние, так и на более поздние времена.

Участок Герреро, который Хослер раскапывал в течение четырех полевых сезонов, прежде чем работы пришлось приостановить из-за деятельности местного наркокартеля, содержит большие кучи медного шлака, образовавшиеся за столетия интенсивного использования. Но потребовалось сочетание вещественных доказательств, анализа руды и шлаков, археологических находок в районе плавки, архивных работ и реконструкции рисунков, чтобы определить многовековую взаимозависимость двух народов в этом отдаленном аванпосте.

Более ранние исследования состава шлака на объекте, проведенные Хослер и некоторыми из ее учеников, показали, что он образовался при температуре 1150 градусов по Цельсию, чего нельзя было бы достичь с помощью только системы паяльной трубы и потребовалось бы мехи. По словам Хослера, это помогает подтвердить продолжающуюся работу сайта в колониальный период.

Годы работы ушли на то, чтобы найти способы датировать различные залежи шлака на участке. Команда также попробовала археомагнитные данные, но обнаружила, что этот метод неэффективен для материалов в этом конкретном регионе Мексики. Но письменные исторические записи оказались ключом к пониманию широкого диапазона дат, отражающих столетия использования этого места.

Документы, отправленные в Испанию в ранний колониальный период, описывают доступность меди местного производства и успешные испытания колонистами ее использования для отливки бронзовых артиллерийских орудий. В документах также описывались сделки, заключенные местными производителями для получения экономических привилегий для своего народа, основанных на их специальных металлургических знаниях.

«Из документов мы знаем, что европейцы поняли, что единственный способ плавить медь — сотрудничать с коренными народами, которые уже делали это», — говорит Хослер. «Им пришлось заключить сделки с местными металлургами».

Хослер говорит, что «что мне так интересно, так это то, что мы смогли использовать традиционные археологические методы и данные анализа материалов, а также этнографические данные «из печи в музее в этом районе», а также исторические и архивные материалы XVI века. века в Португалии, Испании и Мексике, а затем объединить все данные из этих различных дисциплин в абсолютно надежное объяснение».

Исследование получило поддержку от Чарльза Барбера, генерального директора Asarco; Фонд Веннера-Грена; ФАМСИ; и Программа бакалавриата Массачусетского технологического института.

Учебное пособие по химии плавки меди

Ключевые понятия

Горные породы представляют собой смеси минералов.
Минерал может состоять из отдельных элементов или соединений.

Хотя медь встречается в природе в виде несвязанного элемента, она часто встречается в природе в виде соединений.

Общие медные минералы
Классификация	Название минерала	формула	внешний вид	% медь
элемент	самородная медь	Медь	красноватый, металлик	100%
оксид	куприт	Медь ₂ О	красный, землистый	89%
оксид	тенорит	CuO	серый черный	80%
сульфид	халькоцит	Медь ₂ С	темно-серый, металлик	80%
	ковеллит	CuS	синий индиго	66%
	борнит	Cu ₅ FeS ₄	золотисто-коричневый, землистый	63%
	халькопирит	CuFeS ₂	золотисто-желтый, металлик	35%
карбонат	малахит	Cu ₂ CO ₃ (OH) ₂	ярко-зеленый, землистый	58%
карбонат	азурит	Cu ₃ (CO ₃ ) ₂ (OH) ₂	голубой, стеклянный	55%

Медная руда представляет собой смесь медных минералов и других материалов в горной породе, называемой пустой породой, из которой экономически выгодно извлекать металл.
Типичная медная руда содержит от 0,5% до 2,0% меди.
Высококачественная руда дает большой выход металла.
Заказ низкого качества приводит к низкому выходу металла.
Медь может быть извлечена из сульфидных руд (обычно руд с более высоким содержанием) путем прямой плавки.
г. Самые ранние свидетельства выплавки меди встречаются в сербских артефактах, датируемых примерно 5000 г. до н.э.
Медь может быть извлечена из оксидных руд с помощью электролиза (электровыделения) для руд с низким содержанием или методом восстановления углерода при плавке для руд с более высоким содержанием.
Процесс извлечения меди из сульфидных руд с более высоким содержанием включает:

Физические процессы

Химические процессы

Горнодобывающая промышленность

→

Дробление

→

Шлифование

→

Концентрация

→

Жарка

→

Плавка

→

Преобразование

→

Рафинирование
(электрорафинирование)

Пример: извлечение меди из халькопирита (CuFeS

₂ )

Добыча полезных ископаемых: раскопки или взрывные работы для получения медной руды из окружающей породы
Дробление: добытая медная руда дробится на очень мелкие кусочки
Измельчение: дробленая медная руда измельчается в порошок
Обогащение флотацией (известной также как пенная флотация или рудная флотация).
Горнодобывающая промышленность производит руды, содержащие 2% или менее меди.
При обогащении руды пенной флотацией можно получить руды с содержанием меди до 35%.
- Масло-коллектор, такое как органический ксантогенат или тиофосфат, добавляется к порошкообразной руде и прочно прилипает к частицам халькопирита, делая их водоотталкивающими.
  Это коллекционное масло не так сильно адсорбируется на других минералах, таких как силикатные минералы, поэтому эти частицы не будут отталкивать воду.
- Эту смесь подают в водяную баню, содержащую пенообразователь, такой как сырой крезол или сосновое масло (в данном случае мыло не является подходящим пенообразователем).
- Струи воздуха нагнетаются через водяную баню.
- Частицы водоотталкивающего халькопирита прилипают к пузырькам пены и всплывают на поверхность, образуя пену.
  Пустая порода (отходы) падает на дно и удаляется.
- Пена, содержащая медь, снимается с поверхности, а обогащенная или концентрированная руда отправляется на обжиг.
  Смесь водяной бани используется повторно.
- Концентрированная (обогащенная) руда может содержать до 35% меди и ряд примесей, таких как сурьма, мышьяк, свинец.
Обжиг: уменьшает примеси в медной руде и производит кальцин (смесь продуктов) ^*
- Концентрированная (обогащенная) руда нагревается до температуры от 500 ^o C до 700 ^o C на воздухе.
  Некоторые примеси в руде, такие как мышьяк и сурьма, окисляются и образуют летучие газы, которые можно удалить:
  4As + 3O _2(г) → 2As ₂ O _3(г)
  4Sb + 3O _2(г) → 2Sb ₂ О _3(г)
- Обжиг руды, содержащей халькопирит, CuFeS ₂, также приводит к образованию газообразного диоксида серы и смеси соединений, называемых кальцином.
  Одна из реакций образования огарка показана ниже:
  2CuFeS _2(т) + 4O _2(г) → 2FeO _(s) + Cu ₂ S _(s) + 3SO _2(g)
  chalcopyrite + oxygen → calcine + диоксид серы
- Кальцин, смесь твердых веществ, включающая оксиды, сульфиды и сульфаты меди, затем можно плавить.
  например, оксид меди(I) можно получить из сульфида меди(I):
  2Cu ₂ S + 3O _2(г) → 2Cu ₂ O + 2SO _2(г)
Плавка с флюсами ^*: превращает огарок в штейн (смесь сульфидов меди и сульфидов железа)
Кальцин плавится и его соединения реагируют с флюсами.
Любой присутствующий оксид меди(I) будет преобразован в сульфид меди(I) в процессе плавки, потому что медь имеет более высокое сродство к сере, чем к кислороду.
например: Cu ₂ O + FeS → Cu ₂ S + FeO

Примеси образуют шлак, который плавает на поверхности и легко удаляется.

Одна из реакций по удалению примесей железа показана ниже:

₂

FEO	+	SIO ₂	→	FEO.SIO ₂
710 2	999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999996999999996999996999969996999699999н. 0296	→	шлак

(FeO.SiO ₂ также может быть представлен как FeSiO ₃ )

₂ S) и примеси, такие как сульфиды железа.
Этот штейн, содержащий около 40% меди, затем можно подавать в конвертер.

Преобразование штейна в черновую медь (нечистая медь)

Воздух продувают через расплавленный штейн, который превращает сульфид железа (II) в оксид железа (II) и диоксид серы.
2FeS + 3O ₂ → 2FeO + 2SO _2(г)
Оксид железа(II), FeO, шлак снят.
Относительно чистый сульфид меди(I) Cu ₂ S накапливается в нижней части конвертера.

Через этот сульфид меди (I) продувают воздух для восстановления меди и окисления серы до диоксида серы:

reaction	Cu ₂ S	+	O ₂	→	2Cu	+	SO ₂
oxidation state (number) of copper	+1				0			уменьшение степени окисления: медь восстановлена
степень окисления (число) 902 серы0295 -2						+4	повышение степени окисления: сера окисляется

Неочищенная медь, полученная конвертером, называется черновой медью, потому что пузырьки газообразного диоксида серы на поверхности меди выглядят как волдыри.

2CuFeS _2(т)	+	4O _2(г)	→	2FeO _(s) + Cu ₂ S _(s)	+	3SO _2(g)
chalcopyrite	+	oxygen	→	calcine	+	диоксид серы