Штейн и шпейза
Штейн представляет собой сплав сульфидов железа, меди, свинца и цинка. В небольших количествах в штейне содержатся сульфиды серебра и других металлов. При высокой температуре в штейне растворяются железо, свинец, медь, золото и окислы (Ре3О4). В заводских штейнах, кроме того, встречаются включения шлака. При малом выходе штейна в тяжелом железистом шлаке получают смесь плохо разделяющихся шлака и штейна. Данные о составе заводских медно-свинцовых штейнов приведены в табл. 31. Штейн свинцовой плавки всегда содержит значительное количество свинца. Кроме PbS, в свинцовом штейне растворено значительное количество металлического свинца. Дело в том, что FeS растворяет до 30% Pb. Температура плавления эвтектики — 1000° С. Штейн при свинцовой плавке, как показали исследования акад. Г.Г. Уразова с сотрудниками, имеет существенное значение. В зависимости от количества и состава штейна между продуктами плавки распределяется не только медь, но и свинец с благородными металлами. Сложные вопросы структуры медно-свинцовых штейнов, выбора их оптимального состава, распределения меди и других металлов между штейном и черновым свинцом остаются и до настоящего времени еще недостаточно изученными. О составе и температуре плавления сплавов сульфидов можно судить по диаграмме плавкости. Сульфиды FeS—PbS дают простую эвтектику с 74,2% PbS и температурой плавления 863° С. Cu2S—PbS образуют эвтектику с 49% PbS и температурой плавления 540° С. Систему PbS—FeS—Cu2S изучали многие исследователи. Особенно тщательно эта система была изучена академиком Г.Г. Уразовым и Н.Н. Ногиновым. Ими было сделано 8 разрезов. Общий вид полученной диаграммы представлен на рис. 50. Диаграмма состояния системы характеризуется четырьмя полями первичных выделений. Поле, обозначенное цифрой 1, соответствует проекции первичных выделений пирротина. Оно со стороны Cu2S—FeS ограничено двойными сплавами состава от 100% FeS до 50%, FeS +50%, Cu2S и со стороны PbS—FeS — двойными сплавами состава от 100% FeS до 30% FeS +70% PbS. Поле, обозначенное цифрой 2, соответствует проекции поверхности первичных выделений борнитового твердого раствора состава (Сu2, Fe)S, где z>1. Это поле со стороны Сu2S—FeS ограничено сплавами состава от 100% Сu2S до 50% Cu2S +50% FeS, а CO стороны Cu2S — PbS — сплавами состава от 100% CusS до 51% Cu2S +49% PbS. Поле 3 представляет собой первичное выделение сернистого свинца. По стороне Cu2S — PbS оно достигает сплава 51% Cu2S +49% PbS, а по стороне FeS — PbS — сплава 30% FeS и 70% PbS. Почти в центре треугольника расположено поле 4, суженное около стороны Cu2S — FeS и расширенное по направлению к полю сернистого свинца. Оно является проекцией поверхности первичных выделений медного колчедана. Появление здесь медного колчедана в качестве первичных выделений обусловлено тем, что область, которую он занимает, лежит ниже температур его образования в твердом состоянии. Температура плавления медно-свинцовых штейнов в зависимости от их состава колеблется от 850 до 1050° С; сернистый цинк значительно повышает температуру плавления штейна. Штейны обладают хорошей электропроводностью. Можно считать, что расплавленные сульфиды — это системы в состоянии частичной или полной ионной диссоциации. Штейн — хороший коллектор благородных металлов. Серебро в штейне находится в виде Ag и Ag2S, а золото — в виде металла. Ag2S с PbS образует эвтектику с 23% Ag2S, плавящуюся при температуре 630° С. Ag2S с Сu2З дает твердые растворы с минимальной температурой плавления 677° С, соответствующей сплаву состава; 30% Сu2З и 70% Ag2S. Полусернистая медь хорошо растворяет золото и серебро в жидком и твердом состоянии. Сернистое железо хорошо растворяет золото и сернистое серебро. Содержание золота в штейне невысокое (несколько г/г) даже в том случае, когда полученный при плавке черновой свинец содержит много золота (золото при плавке переходит главным образом в черновой свинец). Распределение благородных металлов между продуктами плавки зависит от многих причин (химического состава, температуры, выхода продуктов плавки и др.) и колеблется в больших пределах. Благородные металлы практически не растворимы в шлаке, HO вследствие несовершенного отстаивания продуктов плавки содержание серебра в шлаке достигает 5—10 г/г, а иногда и более (в шлаках, богатых свинцом). Минералогический состав штейнов свинцовой плавки изучили М.А. Абдеев и А.М. Зайцева. По их данным, свинец присутствует в затвердевшем штейне в виде металла и в незначительном количестве — в сульфидной форме. Цинк содержится в штейне преимущественно в виде сульфида, который ограниченно растворяется в сульфидах железа и меди и при охлаждении штейна выпадает из раствора. Выбор оптимального состава штейна фактически сводится к выбору содержания меди в штейне (в процентах), а это определяется обычно степенью обжига. Шпейза представляет собой сплав мышьяковистых и сурьмянистых соединений металлов или сплав арсенидов и антимонидов металлов. При плавке свинца получают мышьяковистую шпейзу. Сурьмянистую шпейзу получают иногда при переплавке богатых сурьмой отходов рафинировочного цеха. На свинцовых заводах штейн получается при выплавке свинца из концентратов и при переработке медных шликеров. В табл. 32 и 33 представлен химический состав шпейз различных свинцовых заводов. Как видно из табл. 32 и 33, шпейза, получаемая при плавке свинцовых руд и концентратов, содержит главным образом железо и мышьяк с небольшим количеством свинца, меди и серы. Это объясняется тем, что при плавке концентратов и руд получается бедный штейн, в котором концентрируются медь и свинец. При плавке шликеров, содержащих незначительные количества серы, никеля и кобальта и много свинца, получается шпейза с высоким содержанием до 60% меди и 15—26% свинца. Шпейза обычно содержит большое количество золота и серебра. Главные растворители золота в шпейзе — металлическое железо, арсениды и антимониды меди. Никеля и кобальта в шпейзах свинцового производства мало. Минералогическое исследование шпейз свинцового производства показало, что медь в основном находится в виде зернисто-кристаллического арсенида состава Cu3As. Присутствие сульфида меди в шпейзах объясняется растворимостью штейна в шпейзе, зависящей от состава штейна и температуры продуктов плавки, и механическим увлечением штейна. Свинец присутствует в шпейзе в виде металлического, в основном растворенного в арсениде меди. Шпейза содержит железо в виде арсенида типа Fe2Аs, иногда в виде FeAs2, и тройную эвтектику Cu3As — Fе2As — Fемет. Предполагается, что никель в шпейзе содержится в виде NiAs. Содержание сурьмы в свинцовых шпейзах незначительно. Обычно она находится в виде коричневого арсенид-антимонида железа Fe2(As, Sb). Шпейза может образоваться при шахтной плавке в том случае, если в шихте имеется достаточное количество мышьяка или сурьмы, на практике шпейзу получают редко. Только при переработке свинцовых концентратов, содержащих никель и кобальт, желательно эти металлы сконцентрировать в шпейзе так же, как обычно концентрируют медь в выплавляемом штейне. Шпейза более тугоплавкая и тяжелая, чем штейн. |