Плавка меди: Как расплавить медь в домашних условиях: температура, сосуд

Как расплавить медь в домашних условиях: температура, сосуд

Медь считается одним из самых распространенных сплавов на сегодняшний день. Довольно распространенным вопросом можно назвать то, как расплавить медь в домашних условиях. Высокие литейные свойства позволяют получать качественные и точные изделия, использовать сплав в качестве покрытия.

Литье меди может проводится при отсутствии специального оборудования. Процесс характеризуется большим количеством различных особенностей, которые будут рассмотрены ниже.

Температура плавления

Одним из наиболее важных параметров каждого сплава можно назвать температуру плавления. Она может зависеть от концентрации легирующих элементов в составе. Литье меди в чистом виде проводится при температуре 1080 °C, при которой кристаллическая решетка перестраивается и сплав становится жидким. Расплавлять медь можно даже в случае наличия примеси в виде олова, но при этом температура плавления может варьировать в пределе от 930 до 1140 °C.

В состав могут добавлять цинк, за счет чего получается латунь. От концентрации этого легирующего элемента плавка может проводится при 900 ⁰C.

При рассмотрении особенностей плавки меди учитывается температура кипения. Этот показатель составляет 2 560 °C. В домашних условиях достигнуть подобной температуры практически невозможно. На процесс кипения указывает появление пузырьков газа.

Нельзя доводить сплав до состояния кипения. Это связано с тем, что после выделения газов структура становится пористой. За счет этого снижаются не только декоративные, но и механические качества.

Последовательность действий

При необходимости в домашних условиях можно получить изделия декоративного характера или практического назначения. Плавка меди в домашних условиях пошаговая инструкция выглядит следующим образом:

1. Сырье измельчается, после чего помещается в тигель. Стоит учитывать, что при уменьшении размеров кусочков металла существенно ускоряется процесс плавки.
2. После заполнения тигеля, он помещается в печь, которая заранее разогревается.
3. Расплавленный сплав нужно извлечь из печи при помощи специальных клещей. Из-за активного процесса окисления на поверхности может образовываться однородная пленка. Перед тем как проводить литье из меди ее нужно убрать.
4. Металл аккуратно заливают в подготовленную емкость. Стоит учитывать, что при попадании расправленного сплава на открытые участки тела могут появится серьезные травмы. Кроме этого, некоторые материалы при контакте возгораются. Поэтому нужно соблюдать крайнюю осторожность.

При рассмотрении того, как плавить медь в домашних условиях стоит учитывать, что можно использовать не только печи. В некоторых случаях применяется газовая горелка, которой нагревается дно тигля. Процесс менее продуктивный, но при этом на подготовку уходит мало времени.

В качестве нагревательного оборудования может использоваться обычная паяльная лампа. При применении этой технологии стоит учитывать, что контакт меди с воздухом приводит к быстрому появлению окиси. В некоторых случаях для уменьшения интенсивности окисления поверхность покрывается измельченным древесным углом.

Оборудование для плавки меди

Подготовительный этап предусматривает приобретение специального оборудования. Расплавить медь в домашних условиях можно при наличии:

1. Муфельной печи. Современные варианты исполнения позволяют контролировать мощность нагрева с высокой точностью, за счет чего существенно упрощается процесс плавки и можно достигнуть более качественного результата.
2. Тигель, предназначенный для размещения шихты и ее плавки.
3. Щипцы, при помощи которых тигель вытягивается с печи. Стоит учитывать, что поверхность будет накалятся, поэтому нужно использовать специальный механизм из жаростойкого сплава.
4. Крюк и бытовой пылесос.
5. Древесный уголь для покрытия поверхности.
6. Форма из жаропрочного материала, по которой будет проводится литье.
7. Газовая горелка или горн для повышения пластичности сплава.

Приобретают профессиональное оборудование только в том случае, когда литье меди проводится периодически. Оно характеризуется высокой стоимостью, а также эффективностью в применении.

Муфельная печь

Проще всего проводить переплавку меди в домашних условиях при установке муфельной печи. Среди ее особенностей отметим:

1. Можно нагревать шихту до более высоких температур, за счет чего повышается текучесть. Это связано с высоким КПД, так как стенки конструкции отражают и аккумулируют тепло.
2. Ускоряется процесс плавки.
3. Высокая производительность. Равномерное распределение тепла позволяет одновременно плавить большое количеств меди.

Кроме этого, муфельная печь довольно проста в установке если соблюдать все правила безопасности. Проблемы по установке подобного оборудования в домашних условиях зачастую возникают по причине больших размеров конструкции.

Газовая горелка

Литье из меди в домашних условиях при применении газовой горелки часто проводится в случае, если медные изделия изготавливают крайне редко. Подобные процесс характеризуется небольшими финансовыми затратами. При выборе подобной технологии учитывается:

1. Малый показатель КПД.
2. На момент плавки возникают трудности с равномерным распределением тепла.
3. Проводить работу следует на открытом пространстве с соблюдением правил пожарной безопасности.

Газовая горелка может разогреть тигель в течение нескольких минут. Стоит учитывать, что медь будет быстро окисляться.

Паяльная лампа

Плавление при применении паяльных ламп проводится крайне редко. Это связано с невысокой эффективностью подобного метода. Как и в предыдущем случае, при использовании паяльной лампы происходит активное окисление поверхности. При применении паяльной лампы учитывается тот момент, что для разогрева металла требуется довольно много времени. При этом нагрев должен проходить без перерыва, так как металл остывает быстро, после чего начинает кристаллизоваться.

Горн

В домашних условиях отливка медных заготовок может проводится в горне. Подобная печь характеризуется следующими особенностями:

1. Она часто используется в кузнечном деле.
2. Стоит учитывать низкий показатель КПД, за счет которого на плавку меди уходит намного больше времени.
3. Различают две конструкции: открытого и закрытого типа.

Температура плавки при применении горна относительно низкая. Поэтому не вся медь может плавится рассматриваемым способом.

Плавление с помощью самодельных приспособлений

Плавку можно проводить при применении самодельных конструкций. Зачастую они представлены сочетанием источника тепла и корпуса из теплоотражающего материала. Переплавить медь в домашних условиях можно при использовании подобных устройств.

Как правило, за счет создания специальной отражающей конструкции повышается КПД и ускоряется процесс нагрева шихты. Сделать отражающий корпус для тигля можно при использовании жаропрочного кирпича.

Плавка меди в домашних условиях: температура, инструменты, правила

Содержание

• 1 Характеристики
• 2 Температура плавления
• 3 Пошаговая инструкция по плавлению
  • 3.1 Плавление в муфельной печи
  • 3.2 Самодельные приспособления

Ювелирные изделия, другие предметы из меди или с элементами меди получили широкое распространение во всем мире. Найти ее у себя дома, в металлоломе не составит труда. Применений для этого металла масса. Нередко, чтобы добиться поставленной цели необходимо расплавить медь, причем сделать это в домашних условиях. Процедура довольна проста, если знать ее характеристики и температуру плавления.

Содержание

1. Характеристики
2. Температура плавления
3. Пошаговая инструкция по плавлению
4. Плавление в муфельной печи
5. Самодельные приспособления

Характеристики

Медь относится к одному из первых металлов, который люди начали получать и использовать для дальнейшей переработки. Изделия из сплава или чистой меди применялись еще до нашей эры. Такой спрос появился в результате легкой обработке обычными методами, а также простоте плавления и литья.

Материал имеет характерный красно-желтый оттенок, а за счет мягкости, можно легко деформировать, переплавлять, обрабатывать и делать разные предметы. Поверхность при контакте с кислородом начинает образовывать оксидную пленку, что и дает красивый оттенок.

Очень значимая характеристика – электро и теплопроводность материала, которые имеют второе место среди всех видов металлов, на первом месте стоит серебро. Эти характеристики дали возможность применять ее в электрической сфере, а также для быстрого отвода тепла.

Температура плавления

Плавление – процесс, при котором металл переходит из твердой формы в жидкое состояние. Для каждого материала есть своя температура плавления, под которой можно получить жидкое состояние. Большую роль в выплавке отыгрывает наличие присутствующих примесей.

Сам металл начинает плавиться от 1083 градусов. Если в составе содержится олово, то температура сокращается, и будет колебаться от 930 до 1140 градусов. Подобная разница температуры именно за счет наличия в составе олова. Если включен цинк, то растопить сплав получится в температурном диапазоне 900-1050 градусов.

Данный металл может кипеть при относительно невысокой температуре для металлов. Она составляет 2560 градусов, во время кипения процесс будет аналогичным другим жидкостям в таком состоянии. Литьё начинает пузыриться, выделяется газ.

Чтобы знать, как плавить материал дома, нужно изучить пошаговую инструкцию и различные варианты процедуры, описанные ниже.

Пошаговая инструкция по плавлению

Чтобы переплавить медь в домашних условиях, нужно сделать температуру немного выше, чем та при которой она будет плавиться. В данном случае не получится использовать банку и костер или подобные методы. Результата не будет.

Рекомендуется использовать доменную печь, причем важно, чтобы была возможность регулировать жар. Можно сделать печь для плавки своими руками из обычных материалов. Точную схему и принцип действия можно использовать на разных форумах, посмотреть видео в пошаговыми инструкциями.

Для создания печи часто используются старые огнетушители. Если выбрать такой метод, то надо срезать верхнюю часть и сделать крышку, которая будет закрываться. Дополнительно обрабатывается внутреннее пространство глиной, монтируется нагревательный элемент.

Выплавка должна проводиться в такой емкости, которая сама не будет от высокой температуры плавиться и деформироваться, соответственно способная выдержать более 1100 градусов. Дополнительно переплавка медных изделий требует создания азотной среды, если ее не будет, то материал испортится.

Когда все готово можно переплавить материал и получить из него единый слиток, который можно применять в дальнейшем для своих нужд.

Плавление в муфельной печи

Расплавлять медь дома можно при помощи такого инвентаря:

• Тигель, в который будет закладываться металл для плавки.
• Щипцы, которые могут достать тигель из печи.
• Муфельная печь или горн для нагревания.
• Форма для выливания жидкой меди.
• Стальной крючок.

Пошаговый алгоритм отливки следующий:

1. Металл для плавки надо измельчить и положить в тигель. Чем мельче будет состояние, тем быстрее получится расплавить материал. Готовый тигель ставится в прогретую до нужной температуры печь.
2. Когда медь станет жидкой и полностью расплавиться, надо щипцами изъять тигель, причем нужно действовать аккуратно, но быстро. На поверхности жидкой массы будет плева, крюком ее надо сдвинуть и слить материал в приготовленную емкость.
3. Не рекомендуется использовать чистый металл для создания сложных фигур или маленьких предметов, это вызвано плохой текучестью меди без примесей. В данном случае лучше использовать сплавы, в которых будет цинк, олово и другие металлы.

Самодельные приспособления

Чтобы выплавлять медь необязательно использовать специальные устройства, можно применять самодельные конструкции. Основное условие – соблюдать технику безопасности и основные правила работы с материалом.

Если муфельной печи или горна нет, то используется простая горелка на газу. Правда, сама медь будет контактировать с кислородом, за счет чего происходит быстрое окисление. Для исключения появления толстой плевы на поверхности, надо использовать измельченный уголь, когда металл примет жидкую форму.

Для получения жидкой консистенции материала надо:

1. Установить на земле опору, для этого используются силикатные кирпичи, на них кладется сетка из металла с малыми ячейками.
2. На сетку насыпается уголь и раскаляется, используя газовую лампу. Для получения высокой температуры можно использовать пылесос, который направляется на уголь и дает сильный воздушный поток.
3. На раскаленный материал ставится тигель, нужно подождать, пока все расплавиться. После чего слить полученную жидкость в форму.

Еще можно использовать в домашних условиях пропан-кислородное пламя. Его рекомендуется использовать для сплава, где есть олово или цинк.

Если дома есть мощная микроволновая печь, то провести плавильную процедуру можно в ней. Для безопасности, а также сохранения тепла, защиты самой печи необходимо тигель обернуть в жаропрочный материал, а также использовать накрытие для него. После помещения надо поставить максимальный режим и ждать, когда металл переплавиться.

За счет невысокой температуры плавления медь можно легко использовать для изготовления различных деталей, предметов прямо у себя дома. Применяя описанные методы можно добиться качественного результата с минимальными вложениями. Как только температура будет снижаться, материал начнет принимать твердое состояние и после этого остывает окончательно. Для создания мелких или сложных деталей, надо применять сплавы.

В ходе выполнения работы рекомендуется не доводить материал до кипения, поскольку он теряет свои свойства, становится после остывания не таким твердым, портится визуально. В результате кипения выделяется газ, а после остывания изделия будут иметь пористую поверхность.

Британика

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Обзор недели
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.

• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
• Britannica Beyond
  Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Просить. Мы не будем возражать.
• Спасение Земли
  Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
• SpaceNext50
  Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы изучаем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!

Страница не найдена

Приносим свои извинения! Этот контент недоступен. Посетите домашнюю страницу Britannica или воспользуйтесь полем поиска ниже.

Поиск в Британике

Медицинские термины и викторина пионеров

Выбор редактора: 6 великих рождественских историй

Как наследие проповеди чернокожих повлияло на голос MLK, призывающего к справедливости

Медеплавильное производство

Содержание

На протяжении этого столетия основное производство меди (поскольку это относится к выплавке меди) и большинства других цветных металлов производилось пирометаллургическими методами, обрабатывая сульфидные руды с помощью различных периодических процессов. 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 на 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:

1. Концентраты и флюс вводятся в один конец реактора, который по поперечному сечению подобен конвертеру Пирса-Смита;
2. плавка происходит на загрузочном конце;
3. потоки штейна и шлака контролируются по мере их медленного движения к выпускным отверстиям;
в штейн вводят окислительный газ
4. для окисления FeS;
5. продолжающееся введение газа в полученный белый металл окисляет Cu2S до металлической меди; и
металлическую медь
6. периодически выпускают после периодов отстаивания.

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

1. Шлак идет противотоком, тогда как в системе Noranda он идет параллельно;
2. воздух или воздух, обогащенный кислородом, продувается через шлак под высоким давлением для контакта с ванной штейна для преобразования в медь, тогда как Noranda использует фурмы;
Поток меди
3. практически непрерывен из водослива, тогда как в системе Норанды медь снимается периодически после периодов отстаивания; и
Шлак
4. очищают, пропуская через зону питания с низким кислородным потенциалом, тогда как в печи Норанда используются фурмы с восстановительным газом.

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

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

Процесс выплавки меди

В автогенной системе, описанной в данном 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 подают 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 железосиликатного шлака, 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, образующийся при плавлении и превращении, 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 9.0130

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 испытаний 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 сразу 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.

До сих пор 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 плавить 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 можно получить практически 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.

Были проведены испытания с подачей кислорода через шлак примерно на 6 дюймов выше уровня шлака при давлении 40 фунтов на кв. дюйм для сравнения с погружным зондом. 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.

Микрозондовые, рентгеноструктурные и микрофотографические исследования 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) показали следующее:

1. При температуре несколько ниже точки плавления происходит быстрый рост кристаллов меди.
2. Наилучшее извлечение было получено из переточного шлака печи COS, охлажденного при комнатной температуре (извлечение 72% при содержании меди 48%).
3. Наиболее выраженное влияние на восстановление меди оказывает скорость охлаждения.
4. Добавление извести для получения более жидкого шлака не привело к лучшему извлечению меди флотацией.
5. Выдерживание вблизи точки 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 шлак естественно охлаждается. 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.