Штейн

Плавка на штейнШТЕЙН, промежуточный продукт плавки руд цветных металлов. Плавка на штейн является основой пирометаллургии меди и никеля. В свинцовом производстве штейн имеет второстепенное значение и является побочным продуктом при выплавке веркблея из свинцовых медьсодержащих руд. Штейн в основном представляет собой смесь сульфидов металлов: FeS, Cu2S, NiS, PbS и др. Из них сернистое железо является постоянной составной частью любого штейна. Основными компонентами медных штейнов являются FeS и Cu2S; никелевых штейнов - FeS и Ni3S2; медноникелевых штейнов - FeS, Cu2S, Ni3S2; свинцовых штейнов - FeS, Cu2S, PbS. Помимо основных сульфидов в штейнах встречаются также сульфиды Zn, Со, Mn, Ва, Na, К, Са, Bi, Sb, As, Se, Те, Au, Ag. Порядок перехода металлов в штейн зависит от степени сродства их к сере. По признаку сродства к сере металлы располагаются в следующий ряд: Mn, Сu, Ni, Со, Fe, Zn, Pb. В штейне всегда содержится в растворенном виде некоторое количество Fe, Сu, Pb, Ni в металлическом состоянии.

Медный штейн состоит гл. обр. из сульфидов железа и меди (FeS и Cu2S). В расплавленном состоянии существует полная взаимная растворимость между FeS и Cu2S. При 995°С образуется эвтектика с 32,0% Cu2S. Сильно железистые штейны способны растворять значительное количество металлов. Повышение содержания меди в штейне, наоборот, понижает растворяющую способность штейна.

Прибавление меди к Cu2S понижает точку застывания Cu2S с 1127°С до 1102°С (при содержании 15% Сu), Дальнейшее прибавление меди не понижает температуру до получения сплава из 90% Сu и 10% Cu2S. Эвтектическая смесь с температурой плавления в 1067°С содержит 3,8% Cu2S и 96,2% Сu. FeS и Fe образуют эвтектику из 15% Fe и 85% FeS, застывающую при 983°C. В твердом состоянии Fe растворяет в себе около 3% FeS, aFeSоколо 1% Fe. Из окислов металлов в штейне растворима лишь магнитная окись железа. Содержание кислорода в медных штейнах колеблется от 2,5 до 8%, серы 23—24%. В зависимости от отношения железа к меди штейны делятся на роштейны (Fe<Cu), концентрированный штейн (Fe<Cu) и шпурштейн, или белый матт (matte), состоящий из Cu2S. Содержание меди в штейне колеблется от 0% (чистый FeS) до 79,8% (Cu2S - белый штейн). Температура плавления медного штейна зависит от его состава. Самую низкую температуру плавления имеют штейны, содержащие 30—40% Сu (около 950°С). Жидкоплавкость штейна увеличивается с повышением содержания FeS. Наличие ZnS в штейне сильно повышает температуру плавления штейна; кроме того штейн делается вязким и густым. Удельный вес штейна - 5,0. Цвет штейна в свежем изломе зависит от содержания меди: при 15% Сu излом имеет фиолетово-серую окраску с красноватым оттенком, при 50% - бронзовый цвет с фиолетовым оттенком, при 70% - синий оттенок, при 72—75% - серебристо-белую окраску. Медный штейн является активным коллектором благородных металлов. Плавка на штейн является одним из способов извлечения драгоценных металлов из руд. Растворимость золота и серебра в медных штейнах объясняется тем, что Cu2S растворяет золото, a Cu2S и Ag2S образуют непрерывный ряд твердых растворов. Металлическая медь в штейне, образующая сплавы с Аu и Ag, способствует переходу последних в штейн. Достаточно иметь в штейне 0,5% Сu в металлическом состоянии, чтобы обеспечить полную концентрацию золота. При высоком содержании благородных металлов в проплавляемых рудах или концентратах, в особенности при наличии в последних металлов платиновой группы, плавку ведут на бедный штейн, чтобы уменьшить потери благородных металлов в шлаках, куда они переходят с штейном. На 200 кг меди в штейне не д. б. больше 1 кг золота. Если количество штейна получается небольшим, необходимое содержание меди для обеспечения полной аккумуляции золота и серебра не д. б. ниже 10%; при работе на бедный штейн меди м. б. 2—3%. Медный штейн идет на переработку в конвертерах для получения черновой меди.

Штейн свинцовой шахтной плавки получается при плавке медьсодержащих свинцовых руд в качестве промежуточного продукта, в котором концентрируется медь. Блейштейн (свинцовый штейн) обычно содержит 5—10% Сu; 20—25% S; 10—15% Рb; 45—60% Fe. Он представляет смесь сульфидов железа, меди и свинца, в которой растворено некоторое количество металлического Fe, Сu, Рb. При плавке веркблея в штейн в первую очередь переходит медь в виде Cu2S. Свинец имеет сравнительно небольшое сродство к сере, и его переход в штейн должен быть сравнительно невысоким. Можно отметить, что содержание свинца в штейне тем выше, чем больше в последнем FeS и меньше Cu2S, что объясняется большей растворимостью жидкого свинца в FeS, чем в Cu2S. Штейн растворяет в себе также штейзу (арсениды и антимониды металлов) и некоторое количество шлака. Из окислов в свинцовых штейнах растворяется лишь Fe3О4. Золото в блейштейны переходит в незначительном количестве; наоборот, серебро в значительном количестве аккумулируется в свинцовом штейне. Т. о. блейштейн можно рассматривать как коллектор драгоценных металлов. В блейштейн при нормальном содержании в нем меди переходит 1/5 часть всего серебра, в веркблей - 4/5. Золото имеет тенденцию почти полностью переходить в серебристый свинец. Опыты, проделанные Мостовичем, показали, что при сплавлении штейна с металлическим свинцом количество Аu и Ag, извлекаемых из штейна, пропорционально количеству взятого свинца. При 80 вес. ч. свинца на 100 ч. штейна все Au и Ag переходит в свинец. При равном количестве свинца и штейна в последнем остается 28% Ag.

Конституция штейна до некоторой степени выяснена изучением бинарных систем сульфидов различных металлов.
1) PbS—FeS. В твердом состоянии данные сульфиды взаимно нерастворимы. Эвтектику образуют при 863°С, содержащую 74,2% PbS.
2) PbS—Cu2S. Эвтектика содержит 51% Cu2S и 49% PbS. Температура застывания эвтектики 540°С. В твердом состоянии эти компоненты взаимно нерастворимы.
3) PbS—ZnS. При сплавлении свинцового блеска с цинковой обманкой получается эвтектика, содержащая 92% PbS и 8% ZnS, с в 1044°С. Они образуют твердые растворы, причем ZnS образует твердый раствор приблизительно с 6% PbS, a PbS с 3% ZnS.
4) PbS—Sb2S3. Полная растворимость в расплавленном состоянии. Эвтектика содержит 17% PbS, состоит из Sb2S3 и 2 PbS·Sb2S3 и застывает при 426°C; образуют твердые растворы Sb2S3 в 2PbS·Sb2S3 (между 44% и 58,8% PbS) ниже 577°С и 2PbS·Sb2S3 в PbS (до 4,1% Рb)при 577°С; имеется химическое соединение состава 2PbS·Sb2S3 с температурой плавления 577°С. Указанные выше свойства нельзя считать окончательными, т. к. найдены другие химические соединения: 2PbS·Sb2S3 с критической точкой при 609°С (джемсонит) и 5PbS·4Sb2S3 при 570°С (платонит). Эвтектика содержит при этом 80% PbS с температурой плавления 495°С.
5) PbS— SnS. В расплавленном состоянии растворяются полностью; PbS, плавящийся при 1106°С, образует твердый раствор с 8% SnS, a SnS, плавящийся при 880°С, при застывании образует твердый раствор с 61,27% PbS. Предполагается существование химического соединения PbSnS2 с той же 880°С.
6) PbS—Pb.PbS кристаллизуется, начиная с 1103°С. Застывание смеси происходит при 326°С (температура плавления свинца).

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 26 - 1934 г.