Ауыр түсті металдарды өндіру технологиясы. Пирометаллургиялық үрдістер. Гидрометаллургиялық үрдістер

Металдарды кеннен, концентраттардан немесе өзге металл өнімдерінен өндіру айтарлықтай қиынға соғады.

Түсті металлургия қолданылатын технологиялық үрдістер мен сүлбелердің түрлілігімен ерекшеленеді, ол бағалы компоненттерді алу, өңделетін кенді кешенді пайдалану, алынатын өнімнің сапасын жоғарлату және де қоршаған ортаны қорғау талаптарын қанағаттандыру қажеттілігіне байланысты. Сонымен қатар көп жағдайларда технологиялық үрдістер қазіргі таңдағы талаптарды қанағаттандырмайды. Бір қатар үрдістер мен олардың қондырғылары ескіріп, жетілдірілген қондырғылармен ауыстыруды қажет етеді.

Қазіргі таңдағы металлургиялық үрдіс мына талаптарды қанағаттандыру қажет: қолданылатын қондырғылардың шекті жоғары өнімділігі; негізгі және серіктес компоненттерді тауарлы өнім түріне жоғары дәрежеде алу; экологиялық қауіпсіздік (зиянды қалдықтардың атмосфераға шығарылуының, тазартылмаған өндірістік және шайынды сулардың, қатерлі қатты қалдықтардың болмауы); минималды энергия шығыны және екінші ретті энергия қорын пайдалану; кешенді механизациялау және қарапайым, арзан, жұмыста және жөндеуде ынғайлы қондырғыларды қолдану арқылы барлық операцияларды автоматтандыру; жоғары еңбек өнімділігі; қауіпсіз еңбек шағдайларын қамтамассыз ету.

Металлургияда химиялық әрекеттесулердің көбі, бір жағынан металдар арасында, екінші жаіынан оттегі, күкірт, хлор және өзге бейметалдар арасында жүреді.

Металдардың химиялық белсенділігі химиялық қосылыстардың диссоциация қатаңдығы мәнімен немесе Гиббс энергиясының өзгерісімен сипатталады. Гиббс энергиясының төмендеуі үлкен және диссоциация қатаңдығы кішкене болған сайын, қарастырылып жатқан металл және өзге де химиялық қосылыстар металлойдқа жақын болады.

Егер металл мен оксид консирленген фазамен берілген болса (қатты немесе сұйық), онда бұл жүйенің тепе-теңдігі оттегінің парциал қысымымен анықталады.

Орнатылған тепе-теңдік жағдайында әрбір берілген температураға айтарлықтай анықталған оттегі қысымы сәйкес келеді, ол әрбір оксид үшін белгілі мәнге ие және диссоциация қатаңдығы деп аталады.

Нағыз жүйелерде оксидтердің тұрақтылығы температура және қорашаған газды ортадағы оттегінің парциал қысымымен анықталады.

Жоғары диссоциация қатаңдығымен ерекшеленетін металдар (алтын, күміс, платина және т.б) оксидтері ауада тотықпайды. Қалған металдар диссоциация қатаңдығының төмендеуіне сәйкес үлкен химиялық белсенділігімен сипатталады.

Егер металл бірнеше тотығу дәрежесіне ие болатын болса, онда құрамындағы оттегі мөлшері қатысты үлкен оксид жоғары диссоциация қатаңдығына ие болады. Сөйтіп, темір оксидтерінің беріктігі мына қатармен кемиді FeO→Fe₃O₄→Fe₂O₃.

Изобаралы-изотермиялы потенциалдың физикалық мағынасы – реациямен қатар жүретін максималды жұмыс. Бұл жұмысты шартты түрде теріс деп санайды, сондықтан () теріс шамасы реакцияның өздігінен жүру мүмкіндігін және сәйкесінше оксидтің жоғары беріктігін көрсетеді.

Металдардың оттегіне және өзге бейметалдарға ұқсастығы температураға тәуелді. Ең берік оксид – кальций оксиді, ол кішкентай диссоциация қатаңдығына және Гиббс энергиясының максимал теріс мәніне ие болуы, кальцидің химиялық белсенділігі жоғары және оттегіге жоғары ұқсасты туралы айтады.

Температураның жоғарлауымен барлық металды оксидтердің тұрақтылығы төмендейді. Көміртегі үшін керісінше жану мен тотықсыздану теориясының негізгі жағдайларына толығымен сәйкес келетін, температураның артуымен тұрақтылықтың жоғарлауы тән. <710 °С кезінде белсендірек тотықсыздандырғыш көміртегі болып табылады, егер ол көміртегі диоксидіне дейін тотықса, >710 °С ал кезінде оның оксидке дейін тотығуы үлкен химиялық ұқсастыққа жауап береді.

Элементті қатты көміртегімен карбонотермиялық тотықсыздандыруды тура, ал көміртегі оксидімен – жанама. Металлургиялық үрдістердегі тура тотықсыздандыру кесек материалдар арасындағы түйісу жеткіліксіз болғандықтан тәуелді мағынаға ие. Кесек материалдарды тотықсыздандыра өңдеу кезіндегі негізгі рөлге көміртегі оксиді ие.

Кез келген берілген температура кезінде коміртегі оксиді мен диоксиді концентрациялары арасында қатаң қатынас болады, және керісінше тепе-теңдңдік жағжайынжағы кез келген концентрацияға қатаң тұрақты температура жауап береді.

Берік емес оксидтерді тотықсыздандыру үшін газды фазадағы көміртегі оксидінің құрамы бірнеші пайызға жетуі мүмкін, ал қиынтотықсызданатын оксидтерді тотықсыздандыру қөбіне көміртегі оксидінен тұратын газды фазада жүруі мүмкін.

Сульфидтердің қатысты беріктігі металдардың күкірке ұқсастығымен анықталады, яғни сульфидтердің диссоциация қатаңдығымен және элементтен сульфид түзудің Гиббс энергиясының төмендеуімен. 1200 °С температура кезінде күкіртке кальций, марганец, мырыш, мыс көп ұқсас келеді.

Көптеген пирометаллургиялық үрдістерде сульфидтердің қатысуымен көптеген химиялық әрекеттесулер орын алады. Мұндай әрекеттесулердің негізгі түрлері сульфидтердің оттегімен тотығуы және сульфидтер меноксидтер арасындағы алмасу реакциялары. Жалпы түрде сульфидтердің тотығуы мына теңдеумен сипатталады:

2MeS + ЗО₂ ↔ 2МеО + 2SO_2. (13)
Пирометаллургиялық үрдістердің көбінде оксидтерді түзу Гиббс энергиясының төмендеуі терісірек мәнедерге ие, сульфидтерге қарағанда, яғни берілген температурады металдың оттегіге ұқсастығы көміртегіге ұқсастығынан әрқашан үлкен. Дәл оттегіге ұқсастық жеке сульфидтердің тотықтырғыш атмосферадағы тәртібін анықтайды. Бір уақытта бірнеше металдардың сульфидтері болтын болса, бірінші кезекте онда тотығу кезінде берікірек оксид түзілетін сульфид басым тотығады.

Мұнымен сульфидтер мен оксидтер арасындағы аалмасу әрекетінің сипаты анықталады.

Күкіртке ұқсастық өзгешеліктері кейбір металдар мен олардың оксидтерінің таңдамалы сульфидтендіру негізінде жатыр, мысалы никельдің тотыққан никель кендерін штейнге балқыту кезінде немесе мыстың қара қорғасынды обезмеживании кезінде.

Көптеген пирометаллургиялық үрдітер ұшқыш компоненттердің возгона немесе олардың конденсациясымен қатар жүреді. Ұшқыш заттардың возгонкасы сұйық фазаның булану және қатты заттың сублимациясы нәтежиесінде және де тотығу-тотықсыздану реакциясы кезінде металдырдың ұшқыш қосылыстарының түзілуі нәтежиесінде, мысалы хлоридтер.

Затты толығымен бу тәрізді күйге ауыстыру үшін оны критикалық температурадан жоғары температураға қайнау, сублимация шейін қыздыру керек. Дегенмен возгонка критикалықтан төмен температурада жүреді бірақ айтарлықтай төмен жылдамдықпен. Температура төменболған сайын возгонятся ететін зат мөлшері төмен. Осыған орай әрбір температура үшін берілген температурадағы оның буының өлшемімен анықталатын қатаң анықталған зат күйі бар болады.

Жүйеде вакуумды туғызу возгонка үрдісіне әсер етіп, будың белсенді қайтарылуын және тепе-теңдіктің бу түзу жағына ығысуын қамтамассыз етеді.

Возгонкіге бос металдар және олардың қосылыстары түседі. Салыстырмалы төмен температурада сынап, сурьма, кадмий, мырыш, және өзге бірқатар элементтер будың жоғары қатаңдығына ие.

Бірқатар пирометаллургиялық үрдістер кезінде шаң қағу жүйесінің кемшіліктері кезіндегі ұшқыш компонентердің возгонкасы мен олардың газдармен алып кетуі бағалы компоненттердің жоғалуына жиі алып келеді.

Возгонкаға кері үрдіс – конденсация. Будың конденсациясы үшін оны критикалықтан біршама төмен температураға дейін салқындату қажет.
10 Мысты алу. Тотықтырғыш күйдіру, ҚҚ-да күйдіру

Мыс никельмен, қорғасынмен, мырышпен және қалайымен бірге ауыр металдар тобын құрайды.

Дүние жүзілік мыс индустриясында Қазақстан Республикасы мыс қоры бойынша 11-ші орында.

Қазақстан расталған мыс қоры бойынша дүние жүзінде 5 орында, кендегі орташа мыстың құрамы (0,44%) бойынша 88 елдің арасында 75 орында.

Республика түсті металлургиясының минералды шикізат қоры негізінен сапасы төмен түсті және сирек металдар кенорындарымен берілген.

Минералдық құрамын күрделендіру кезінде кенді шикізаттың барлық түрлері бойынша тауарлы кендегі негізгі металдар құрамының төмендеуі жүреді. Осының нәтежиесінде республика кенорындары кендеріндегі металл құрамы өзге елдердің кенорындарына қарағанда көп жағдайларда айтарлықтай төмен, бұл шикізаттың бәсекелестік қабілетін төмендетеді.

Мыстың құрамы төмен және кеннің кешенді сипатта болуына байланысты оларды тура металлургиялық өндеу тиімсіз, сондықтан оларды әдетте мынадай құрамды, %; Сu 55 дейін (жиі 10-30); Рb 1,5 дейін; Zn 7 дейін; Ni 1,8 дейін; Fe 7-37; S 17-40; SiO₂ 0,7-26; А1₂О₃, 7 дейін: CaO 0,2-2,4 мытың 80-нен 95% дейін алынуы кезінде) мыс концентратын алу үшін флотациялық байытуға түсіреді.

Ресейдегі негізгі мыс өндірушілері - Заполярье (Норильский ГМК комбинат "Североникель"). Ресей мыс өндірісінде орал кәсіпорындары маңызды орынға ие болып отыр. ТМД елдерінде көптеген мыс кенорындары негізінде Балхаш, Жезказган (Қазақстан) және Алмалық (Өзбекстаан) тау-металлургиялық комбинаттары жұмыс жасауда.

Шет елдарі арасында ең ірі мыс өндіруші – АҚШ. Жапониядағы мыс өндірісі қарқынды дамуда ол Азия, Мұхит елдерінен және Австралиядан барлық шикізатты импорттайды. Чилиде, Замбияда. Канадада және өзге де елдерде мыс көп мөлшерде өндіріледі.

Құрамында мысы бар кендерді өңдеу үшін пиро- және гидрометаллургиялық үрдістерді қолданылады. Мыс өндірудің жалпы көлемінен пирометаллургиялық үрдістер үлесіне аталған металдың дүние жүзілік өндірілуінің 85% жуығы келеді. ТМД елдерінде мысты гидрометаллургиялық әдіспен аз көлемде алады (1%-дан кем).

Пирометаллургиялық технология бастапқы шикізатты (кенді немесе концентратты) кейіннен міндетті түрде тазартылатын қара мысқа өңдеуді қарастырады. Мысты кеннің немесе концентраттың негізгі массасы мыс сульфидтерінен, темірден және бос жыныс минералдарынан тұрады, қара мысты алу кезінде бос жынысты, темірді және күкіртті толығымен алып тастайды.

Темір мен күкіртті тотықтырумен алып тастауды үш (күйдіру, балқыту, конвертрлеу) екі (балқыту, конвертрлеу) немесе бір кезеңде (қара мысқа балқыту) жүргізеді.

Қазіргі таңға дейін кең таралған мысты алу технологиясы штейнге балқытуды міндетті түрде қолдануды, мысты штейнді коонвертрлеуді, мысты отты және электролитті тазартуды қарастырады. Кейбір жағдайларда мысты балқыту алдында тотықтырғыш күйдіруді жүргізеді.

Нейтрал және тотықсыздандырғыш ортада балқыту кезінде мыстың штейндегі құрамы бастапқы шикіқұрамдағы құрамынан сәл ерекшеленеді. Тотықтырғышпен балқыту кезінде тотығумен берілген кезкелген құрамдағы штейндерді алады, негізінен темір сульфидтері артынан оның оксидтерін қождайды.

Десульфуризация дәрежесін кезкелген жолмен арттыру штейннің негізгі металменбайуына әкеледі, осыған байланысты оның мөлшері кемиді. Мысты концентраттарды штейнге өңдеудің кең таралған әдісі қайтарғыш немесе электр пештерде (кенді-термиялық) балқыту. Қазіргі уақытқа дейін кеннен мысты алудың ең ескі әдісін қолданып келеді, ол шахталы пештерде балқыту.

Штейнге балқытудың барлық әдістері кең таралуына қарамастан қазіргі заман талаптарын қанағаттандырмайды. Сульфидті мыс шикізатын өңдеу технологиясының негізгі даму бағыты – қазіргі заманға үнемді автогенді балқыту.

Автогенді үрдістер технологияны күйдіру үрдісі, штейнге балқыту және конвертрлеу үрдісін жартылай немесе толық бір технологиялық циклде біріктіру арқасында қысқартуға мүмкіндік береді. Ол кеннің кешенді пайдалануына, отын шығынын толық немесе күрт төмендетуге, көптеген технико-экономикалық көрсеткіштерді жақсартуға және зиянды заттармен қоршаған ортаның ластануын алдын алуға мүмкіндік береді.

Тотықтырғыш күйдіру – сульфидті мыс шикізатын кара мысқа өңдеудің дәстүрлі технологиясының бірінші, бірақ міндетті емес кезеңі, құрамындағы Сu 25-30% кем емес штейндерді кейінен балқыту кезінде алынуды қамтамассыз етеді.

Мыс өндірісінде тотықтырғыш күйдіру сирек қолданылады. Оны әдетте жоғарыкүкіртті, құрамындағы мыс бойынша кедей кендерді немесе концентраттарды және де концентраттағы мырыш құрамы жоғары болған кезде қолданады.

Шағылатын немесе электр пештерінде балқыту алдында күйдіруді шикіқұрамды балқытусыз жүргізеді. Ұсақ кендерді немесе флотациялық концентраттарды шахталы пештерде балқыту олардың кесектендірілуін қажет етеді. Бұл жағдайда жартылай тотықтырғыш күйдірумен қатар шикіқұрамды күйдірілген ірі кесекті өнім алумен - агломират күйежентектеу жүреді.

Тотықтырғыш күйдіру үрдісі кезінде темір мен күкірттің жартылай тотығуымен қатар күкірт қышқылын өндіру үшін жарамды күкіртті газдар алынды.

Күйдіру пештеріне түсетін мысты шикіқұрам концентраттардан, үнтақталған флюстерден және айналым шаңдарынан тұрады. Шикіқұрам құарамы штейнге балқыту үрдісі талаптарын қанағаттандыруы қажет.

Мысты концентраттарды тотықтарғыш күйдіруді 750-900 °С температурасы кезінде жүргізеді, бұл кезде сульфидтердің тотығуы оксидтерді түзумен мына реакция бойынша басым жүреді:
2MeS + ЗО₂ = 2МеО + 2SO₂ + Q, (14)
мұндағы Q – экзотермиялық реакцияның жылу эффектісі.

600-650 °С төмен температура кезінде сульфаттар (MeSO₄) тұрақты болып табылады.

Жоғары температура шегі жекелеген сульфидтер мен олардың жеңіл балқитын эвтектикаларының балқу температурасымен шектеледі, ол шикіқұрамның кішкене бөлшектерінің күйежентектелуіне әкеледі.

Күйдіру үрдісіне шикіқұрамды қыздыру мен кептіру, жоғары сульфидтедің термиялық диссоциациясы, сульфидтердің тұтануы мен жануы кіреді.

Ылғалды аластатқаннан және шикіқұрамды 350-400 °С жуық температураға дейін қыздырғаннан кейін бір уақытта сульфидті миералдардың диссоциациясы және олардың тұтануы басталады.

Термиялық ыдырауға тек қана жоғары сульфидтер ғана мына реакциялар бойынша түседі:

FeS₂ → FeS + 1/2S_{2 ;} 15)

2CuFeS₂ → Cu₂S + 2FeS + 1/2S_{2 ;} (16)

Барлық термиялық диссоциация реакциялары эндотермиялық және оның жүзеге асуына жылуды қажет етеді. Сульфидтердің тотығуы олардың тұтануынан басталады. Жекелеген сульфидтердің тұтану температурасы әртүрлі және олардың физико-химиялық қасиеттері мен ұсақтау ірілігінен тәуелді. Түйіршіктердің ірілігі 0,1 мм-ге жуық болған жағдайда олар сәйкесінше 325, 360 және 430 °С температурада жанады. Көптеген сульфидтер атап айтқанда пирит және халькопирит ыдыраудың басталу температурасынан төмен болғанда тотыға бастайды. Оған күйдіргіш пештердегі күшті тотықтырғыш атмосфера мен олардың тұтануы үшін жеткілікті температура септігін тигізеді. Мыс концентраттарын тотықтырғыш күйдіру кезінде темір сульфидтері басым тотығады. Бұгың себебі темірдің күкіртке қарағанда оттегіге жақындығы, мысқа қарасты. Мысты концентраттарды тотықтырғыш күйдірудің негізгі реакциялары:

FeS + 3,5О₂ = Fe₂O₃ + 2SO₂ + 921000 кДж ; (19)
2FeS₂ + 5,5О₂ = Fe₂O₃ + 4SO₂ + 1655000 кДж; (20)
2CuFeS₂ + 6О₂ = Fe₂O₃ + Cu₂O + 4SO_{2 .} (21)
Сульфидтер мен элементті күкірттің тотығу реакцияларының барлығы экзотермиялы. Бөлінетін жылу әдетте үрдістің өздінінен жүруі үшін жеткілікті.

Мысты концентраттарды күйдіру өнімдері – қоламта, газдар және шаңдар. Бастапқы концентратқа қарағанда огарок құрамында тотықпаған сульфидтермен қатар оксидтер және біраз мөлшерде сульфаттар болады.

Қайнау қабатында күйдіру кезінде концентрат қабаты арқылы шығатын ауа ағыны немесе оттегімен байытылған үрлем жылдамдықпен үрленелі, осы бастапқы материалдың түйіршіктері қайнауға ұқсас ілгермелі қайтымды қозғалысқа келеді.

Мысты концентраттарды қайнау қабатында күйдіру үшін көлденен қимасы дөңгелек, тікбұрышты және эллипсті ҚҚ пештерін қолданады. Құылысына қарамастан кез келген ҚҚ күйдіру пешінде міндетті торабтар мен бөлшектері своды бар вертикаль шахта, сопла астында, ауатаратқыш камералар, форкамерасы бар тиеу терезесі, тиеу қондырғысы және газ жүргіш. Әдетте тиеу және түсіру орындары пештің қарама қарсы беттерінде орналасады, сопла полдың барлық ауданында шахматты ретпен қатарлар арасы 200-300мм орналастырылған. 1 м² пода сопла саны 30 бен 50 дана арасында.

Шикіқұрасды соплалары тығыз орналасқан форкамера арқылы салады, огарок төгінді табалдырық арқылы түсіреді, оның орналасу биіктігін қайнау қабаты деңгейі анықтайды. Огарок қайнау қабатыныың төменгі жағынан шығарылуы мүмкін. Бұл жағдайда қайнау қабаты деңгейін түсіру материалының жылдамдығын шибер немесе стопор көмегімен реттейді.

Қайнау қабатында күйдіру - өнімділігі өте жоғары үрдіс. Бұл газтәрізді және қатты фазалардың түйісуінің шекті бетінің жақсы дамуына байланысты. Осы жағдайларда сульфидтердің тотығуы үрлеуде оттегінің біраз артықшылығына карамастан, теориялық қажеттіден 10-20% аспайтын өте қарқынды жүреді. Көпподты механикалық пештерден ҚҚ пештерінің гермитизациясы аитарлықтай жоғары болғанда концентрат бойынша өнімділік 4-5 есе, газдардағы күкірт диоксиді 2 немесе одан көп есе артық . Сонымен қатар ҚҚ пештерінің құрылысы қарапайым және олардың жұмысы механикаландыру мен автоматтандыруға оңай беріледі.

ҚҚ күйдіру шикіқұрамның жоғары шаң шығаруымен сипатталады, 20 -30% кем емес. Шаң шығарудың артуы сонғы өнімділікті арттырады.

Мысты концентраттарды ҚҚ пештерінде күйдіруді Ресейдегі Ортаорал мыс балқыту зауытында қолданады, онда ішкі диам. 4,6м, биіктігі 4 немесе 9 м (биіктеу пештер эффектифті жұмыс жасайды), табан ауданы 16.5 м², төгінді табалдырық биіктігі 105 м қимасы дөңгелек ҚҚ пештері орнатылған. Пешті қосқан кезде қыздыру үшін төрт мұнай форсункасын қолданады. Шаңдалған газдар пештен шыққан соң үш кезеңді тазартудан өтеді. Шаңнан тазартылған газдарды күкірт қышқылды өндірісте қолданады.

Қызылорал комбинатында күйдіруді 10-подты шикіқұрамды механикалық иетін, диам. 6,5м және биіктігі 9,7 м құрылысының күрделілігімен ерекшеленетін, қолданыс және капиталды шығыны жоғары, басқару мен автоматтандыру үрдістері қиын, газдағы күкіртті ангедрид құрамы төмен пештерде өткізеді.

Механикалық көпподты пештерде түзілетін шаңдар бастапқы шихтаны тиеу маңынан газ ағынымен шығарылады және оларды қайта күйдіруге қайтарады.

Сульфидті концентраттарды өндеудің автогенді үрдістерінің дамуы мен менгерілуіне байланысты мыс пирометаллургиясындағы күйдіру үрдісі өзінің тәжірибелік мағынасын толық жоғалтады.

Сульфидті кендер мен концентраттар айтарлықтай жылу қабілеттілігіне ие сондықтан оларды бағалы компоненттер көзі ретінде ғана қарастырып қоймай энергетикалық отын ретінде қарастырған жөн. Жоғары күкіртті кендер мен концентраттардың жану жылуы 6000 кДж/кг-ға (шартты отынның 0,2кг сәйкес) дейін жетуі мүмкін, бұл металлургиялық зауыттардағы отынның немесе электр қуатының шығынын қысқартуға мүмкіндік береді. Шихта бойынша өнімділігі бірдей шағылу пешін автогенді пешпен алмастыру айтарлықтай жылдық экономикалық әсер береді.

Автогенді үрдістер сыртқы жылу энергия көзісіз, толығымен ішкі энергия қоры арқылы жүзеге асады. Сульфидті кендерді өңдеу кезіндегі пирометаллургиялық үрдістің автогендігіне қож түзу және өңделетін шикіқұрамның сульфидтерінің экзотермиялық реакциялардың жану (тотығу) жылуы арқылы қол жеткізіледі. Автогенді үрдісмтерді жүргізген кезде тотықтырғыш реагент ретінде ауаны, оттекпен байытылған үрлеуді немесе технологиялық оттек (95-98% О) қолданылады. Флотациялық концентраттарды балқытумен штейнге өңдеу үшін автогенді үрдістерді ең алғаш рет 30-шы жылдардың басында КСРО қолданылып, кейінен бүкіл дүние жүзінде кең таралған.

Сульфидті мысты, мысты-мырышты, мысты-никельді және өзге концентраттар мен кендерді автогенді балқыту үрдісі негізінде шикіқұрам сульфидтері мен басты түрде темір сульфидтерінің экзотермиялық тотығу реакциялары жатыр.

Қосынды үрдістің құрамдас бөліктері – жоғары сульфидтердің термиялық ыдырау реакциялары және элементті күкірттің тотығуы, мысалы:

2FeS₂ → 2FeS + S₂; S₂ + 2O₂ = 2SO₂; (23)
2FeS + 3O₂ = 2FeO + 2SO₂; 6FeO + O₂ = 2Fe₃O₄; (24)
оксидтердің қождануы:

2FeO + SiO₂ = 2FeO·SiO₂; (25)

Сульфидтерді алауда жағу кезінде жақсылап кептірілген флотациялық концентратты құрамында отттегі бар үрлеу көмегімен жоғары температураға дейін қыздырылған балқыту кеңістігіне үрлейді. Сульфидті бөлшектер өлшенген күйде бола тұра үрлеу оттегісімен тотығады және де қыздыру температурасына байланысты толығымен немесе бөлшектеп балқиды. Сульфидтерді алауды жағу өлшенген күйде балқыту және бөліктеп КИВЦЭТ үрдісі кезінде қолданылады.

Автогенді үрдістер балқыту үрдісі бойынша жүреді және оған салынған шикіқұрамның балқуы мен құрамдас бөліктерінің бастапқа аса қыздырылған сульфидті-оксидті балқымада еруі, балқыған сульфидтердің тотығуы, штейн- және қож түзу үрдістері кіреді. Шикіқұрамды балқыма бетіне және де тотықтырғыш реагентпен бірге фурма арқылы үрлейді. Балқымаға берілетін үрлеу физико-химиялық үрдістердің үдеуіне әсер етеді. Балқытудың сұйық өнімдерін бөлу және тұндыру балқыту пешінің арнайы бөлігінде немесе арнайы аппаратта жүргізіледі.

Технологиялық және апаратты жұмысқа бейімделген автогенді үрдіс өлшенген күйде балқыту болып табылады. Қазіргі таңда бұл үрдісті мысты, никельді және пирротинді концентраттарды өңдеу үшін дүние жүзінің көптеген елдерінде 30 астам кәсіпорындарда қолданады.

Өлшенген күйде балқытуды салқын ауалы үрлеумен жүзеге асыру мүмкін емес сондықтан ауаны қыздаруды, үрлеуді оттекпен байытуды немесе үрлеу ретінде технологиялық оттекті қолданады (95-98% О). Үрлеуді қыздыру пешке қосымша физикалық жылуды еңгізуге, ал байытылған үрлеуді немесе технологиялық оттекті қолдану балқыту кезінде түзілетін қайтымды ыстық газдардың көлемін қысқартуға мүмкіндік береді.

450-500 °С-қа дейін қыздырылған ауалы үрлеу негізінде өлшенген күйде балқыту "Оутокумп у" фин фирмасы қолданады. Пеш негізгі үш жұмыс торабына ие: тік балқыту камерасы (шахта), көлденен тұндыру камерасы және котлом-утилизациямен газ жетек. Пеш шахтасы жұқа илемделген болаттан жасалып, ішінен магнезитті кірпішпен шегенделген. Пеш шахтасының қызмет ету мерзімін ұзарту үшін калауға мысты су-салқындату кессондар салынған және шикіқұрам ауалы қосысндыны даярлау мен оны пешке үрлеуге арналған шикіқұрам жанғышы орнатылған. Шикіқұрамды пешке беру алдында оны ылғалдылығы 0,2% жуық кептіреді. Пеш шахтасында сульфидті шикіқұрамның алауды жануы жүзеге асады. Алауда түзілген сульфидті-оксидті тамшылар тұндыру камерасындағы қожды балқыма бетіне құлайды, ал ал қыздырылған газдар тұндырғыштың жоғарғы бөлігімен газды жетекке қарай жылжиды, ондағы балқымаларды қыздыра отырып.

Үрлеуді 450-500 °С температурасына дейін қыздыру котла-утилизатора кейін орнатылған арнайы ауақыздырғыштардағы қайтымды газдардың жылуы арқылы жүзеге асырылады. Сонғы жылдары ауа қосындыларын 31%-ға дейін оттекпен байытады, ол үрлеудің қыздыру температурасын 200 °С төмендетуге мүмкіндік береді. Реакция щахтасындағы температура 1350-1400 °С дейін жетеді, ал тұрдырғышта 1250-1300 °С.

Құрамы 60% Сu штейнге балқыту жүргізіледі. Балқыту кезінде алынған қож құрамында 1,2% Си дейін иыс болады, оларды суыған сон ұнтақтап флотациямен кедейлейді.

Балқыту және кедейлету аймғының газдарын пеш ортасында орнатылған орты\ақ газ жетек арқылы аластатады. Олардың құрамындағы SO₂ 80%-ға дейін және сұйық күкіртті ангедрид немесе күкірт қышқылы өндірісінде қолданылады.

Мыс өндірісінің әлемдік тәжірибесінде өлшенген күйде оттекті үрлеуде балқытуды екі зауытта қолданады Коппер-Клифф (Канада) және Алмалық ГМК мыс зауытында (АГМК, Өзбекстан).

КФП пештерінде сульфидті шикіқұрамды көлденен алауда жағады, ол үшін пеш қабырғалардың бірінде арнайы жаққыштар орнатылған. Балқу кезінде түзілген сульфидті-оксидті балқыма тамшылары қожды былау бетіне құлайды, онда балқытудың сұйық өнімдері мен штейнді қождан тұндыру жүреді.

Тотықтыру балқытуын қолдану балқымадағы аталған кемшіліктердің бөліктеп аластатады. Сульфидті шикізатты балқымада тотықтырып балқыту автогенді үрдістердің тиімді даму бағыты. Балқымада балқытудың түрлі нұсқалары жасалған, кейде тура қара мыс алумен. Бұл үрдістер Норанда (Канада), Мицубиси (Жапония), А.В.Ванюкова (Ресей) казіргі таңда өндірістік ауқымда қолданылады.

Сульфидті мыс концентраттарын «Норанда» фирмасының әдісі бойынша үздіксіз балқыту құрылысы көлденен конверторға ұқсас көлденен цилиндрлі бұрылмалы аппаратта жүзеге асырылады. 37%-ға дейін оттекпен байытылған үрлеу шихта салу торабында орналасқан фурма арқылы енгізіледі. Балқытуды құрамы 70-75% Сu штейнге жүргізеді. Құрамында 5% Сu алынатын қож, салқындату және ұнтақтаудан кейін қалдық (0,35% Сu) және концентрат (40% Сu) алумен флотациялық кедейлетеді. Пештен шығу кезіндегі газдардың құрамы SO₂16-20% және күкірт қышқылын алу үшін қолданады.

Ванюков үрдісі (сұйық былауда балқыту) – 1951 ж ойлап табылған, ауыр түсті металл концентраттары мен кендерін автогенді балқытудың ерекше әдісі. Қазіргі таңда үрдіс Норильск және Балхаш тау-металлургиялық комбинаттарында шағылу пештерінің орнына еңгізілген. Ресей мен шет елдерің өзге де түсті металлургия кәсіпорындарында бұл үрдімті менгеру жалғаспақ. Ванюков балқыту үрдісі бірнеше елдерде патенттелген.

Ванюков балқытуын (ВБ) өндірістік жүзеге асыру үшін шахта типті пеш қолданылады (сурет 3,4). ВБ пешінің оптимал ұзындығы агрегаттың өнімділігімен анықталады және 10-нан 30 м-ге өзгереді. Үрлеу машиналарының мүмкіндігін және балқыту кезінде алынған балқыманың физико-химиялық қасиеттерін ескере отырып 2,5-3 м құрайды, шахтаның жалпы биіктігі 6-6,5 м. ВБ пештерінің ерекшелігі – подина үстінде үрлеу фурмалардың жоғары орналасуы (1,5-тен 2 м дейін). Балқытудың автогендігін қамтамассыз ету үшін үрлеудегі оттегі құрамы шикіқұрамның ылғалдылығы кезінде 1-2% - 40-45%, 6-8% - 55-65%. ВБ пештерінде ұсақ шикіқұрамды(флотациялық концентраттар) және кесек материалдарды (кендер) балқытуға болады.

ВБ пештерінде шикіқұрамның балқуы мен сульфидтердің тотығуы тікелей аса қыздырылған балқыма қабатында жүзеге асады. Фурма өсі бойынша өтетін көлденен жазықтық, балқыту пеші шартты түрде екі аймаққа бөлінеді: жоғарғы (фурма үсті), қарқынды барботаж күйінде болатын, төменгі (фурма асты), мұнда балқыма қатысты тыныш күйде болады.

Жоғарғы фурма үсті аумағында шикіқұрамның қызуы мен балқуы, қожды балқымада сульфидтердің тотығуы мен ұсақ сульфидті өлшемнің іріленуі жүреді. Сульфидтің ірі тамшылары балқымақабатында шөгіп, фурма асты аймағына өтеді, онда олар жоғарыдан төмен қозғалып қожды балқыманы бірнеше шаяды (кедейлетеді).

1 – штейн; 2 – штейнді сифон; 3 – пеш қалауы; 4 – шикіқұрам; 5 – тиегіш воронка; 6 – аптейк; 7– газдар; 8 – құйылған мыс кессондар; 9 – үрлеу; 10 – қож; 11 – фурмалар; 12 – қожды сифон

ВБ пешінен штейн мен қожды үздіксіз және бөліктеп шығару қарама қарсы бетте орналасқан екі жеке сифон көмегімен жүргізіледі. Штейнен бөлінген қожды пештен шығару алдында терең кедейлету, мырышты және өзге ұшқыш компоненттерді қуу үшін тотықсыздандырғыш өндуге түсуі мүмкін. Штейнді қара мысқа дейін дәл сол аппаратта конвертрлеуге болады.

ВБ үрдісі барлық балқымада тотықтарып балқытудан принцпиалды ерекшелігі шикіқұрамның балқуы және сульфидтердің тотығуы штейнде емес қожды балқыма көлемінде жүреді және де пеште балқыту өнімдері барлық белгілі әдістердегідей көлденен емес вертикаль – жоғарыдан төмен қарай жүреді. Бұл пештің өзінде құрамында мысы бар штейндер алуға және де технологиялық циклдан қосымша кедейленусіз шығаруға мүмкіндік береді.

Квицэтті балқыту (КИВЦЭТ) – құрылымы жағынан өте күрделі пирометаллургиялық үдістің қысқаша атауы, оттекті-өлшенген- циклонды-электротермиялық балқыту (сурет 7). Үрдіс циклонды және өлшенген балқыту принцптерінің қосындысына және электрқуаты мен технологиялық оттекті тиімді пайдалануға негізделген. Күйдіру мен балқыту кезеңдері, балқыту өнімдерін бөлу, қожды кедейлеті және қажет болған жағдайда мырыш буының конденсациясы біріккен бір агрегатта жүзеге асырылады. КИВЦЭТ мысты, мысты-мырышты және өзге коллективті концентраттарды кешенді өңдеу жасалған.

Концентрат ылғалдылығы 1% -дан кем кептіруден кейін циклонды жанғышқа үстінен беріледі, технологиялық оттекциклонға тангенсалды беріледі. Үрлеудің үлкен жылдамдығы нәтежиесінде газдар жылдам айналмалы қозғалысқа ие болады, осыған орай бастапқыда өлшенген күйде болған шикіқұрам бөлшектері циклонды камера қабырғасына лақтырылады. Сульфидтердің таза отттекте жану кезінде циклонда үлкен температура дамып, негізгі үрдістер жүретін камераның ішкі қабырғасында айналатын жұқа балқыма қабықшасын түзіп шикіқұрам балқиды. Тым қызған балқыма тұндыру камерасына ағады, мұнда штейнді қождан бөлу жүреді.
H₂SO₄ өндіруге газдар

1 – тұндыру камерасы; 2 – газды салқындатқыш стояк; 3 – электрсүзгі; 4 – шикіқұрам шанақтары, 5 – шнек, 6 – жеңді сүзгілер; 7 – толықөртеу камерасы; 8 – скруббер; 9 – инерциялы шаңқаққыш; 10 – ағысты мырыш конденсаторы, 11 – коксұа арналған шанақ; 12 – электро-қыздырылатын тұндырғыш; 13 – далда; 14 – балқыту циклоны

Балқыту аймағының газдары суыту мен шаңнан тазартудан кейін күкірт қышқылы өндірісіне түседі. КИВЦЭТ пешінің шекті өнімділігі, барлық жұмыс ауданына қарасты 3-5 т/(м²·тәу) құрайды.

Салыстырмалы мәліметтер Ванюков балқытуының сульфидті шикізаттарды штейнге балқытудың қарапайым әдістерінен ғана емес автогенді үрдістердің көбінен артық екендігі көрінеді. ВБ үрдісті пештердің шекті өнімділігі шағылу пештерінде балқытудан 15 есе, ал өзге автогенді үрдісті пештерден 4-8 есе асып түседі. Бұл параметр бойынша ВБ үрдісін тек қана автогенді шахталы балқытумен салыстыруға болады және де өзге де үрдістерді өзге көрсеткіштер бойынша асып түседі.

Шикіқұрам және балқыма қабаты ішіндегі жылу беру тек қана жылуөткізгіштік арқасында жүзеге асады, айта кететіні шикіқұрам мен қожды балқыманың жылу өткізгіштігі төмен.

Шикі концентраттарды балқыту кезінде жоғары сульфидтердің ыдырауы және пешке айналымдағы конвертрлі қожбен түсетін магнетитпен темір сульфидінің әрекеттесуі жүреді. Бұл жағдайдағы қосынды десульфуризация әдетте 40-50% құрайды.

Жоғары сульфидтердің ыдырауы күйдіру кезінде толығымен аяқталғандықтан, күіндіні балқыту кезінде оксидтер мен сульфидтер арасында химиялық әрекеттесу жүреді. Бұл кездегі негізгі реакциялар:

Cu₂O + FeS = Cu₂S + FeO; (27)
10Fe₂O₃ + FeS = 7Fe₃O₄ + SO_{2 .} (28)
Күйдірілген мыс концентраттарын балқыту кезіндегі десульфуризация 20-25% аспайды.

Мысты концентраттарды балқытуға арналған жаралы- аспалы күбезді шағылу пеші жұмыс кеңістігі көлденен балқыту агрегегаты болып табылады. Шағылу пештерінің ұзындығы 28-35 м, ені 6-11,6 м, сводтан подқа дейінгі биіктік 4-4,5 м, пеш подының ауданы 180-нен 350 м² дейін ауытқиды.

Шағылу пеші құйылған қождан, бетоннан, кірпіштен немесе тастан жасалған фундаментке орнатылады. Жалпы қалыңдығы 0,6-1,5 м болатын пісірілген лещадь орналасқан.

Пештің жоғарғы бөлігіндегі қабырға қалыңдығы - 0,5-0,6 м, лещадьте – 0,75-1 м. Қалауға механикалық беріктік беру үшін оны сыртынан металл каркаспен қаптайды.

Мысбалқыту зауыттарының көбінде шикіқұрамды бүйірдегі қабырға бойында орналасқан тиеу қондырғылары көмегімен свод арқылы жүеге асырады. Шикіқұрамды тиеудің мұндай әдісі жоғары шаңдатумен серіктеседі және пеш своды шегенінің тез желінуіне әкеледі, әсіресе тиеу тетігі маңында. Мұндай тиеу әдісі кезінде сводтың ең көп химиялық коррозиясы күйдірілген шикіқұрамды балқыту кезінде орын алады. Күйіндіні тікелей бүйір қабырғаларындағы тесіктер арқылы қожды балқыма бетіне тиеген жөн.

Шағылу балқытудың өнімдері – штейн, қож, шаңдар және газдар оларды шығару арнайы құрылғылар арқылы жүзеге асырады. Штейнді былау түбінен лещадь үтіндегі периодты жұмыс жасайтын шпура немесе қатынасты ыдыстар принцпі бойынша жұмыс жасайтын сифонды құрылға арқылы жүргізіледі. Штейнді сифон үздіксіз жұмыс жасауы мүмкін

Шағылу пештері алауды болыптабылады. Пештегі қажетті температураны тудыру үшін отынды өртейді, газды немесе көмір шаңын жанғыш көмегімен, ал мазутты форсункаларда. Жағу құрылғылары (4-8 дана) пештің алдынға беттік қабырғасында арнайы терезелерге орнатылады. Отынды үрлеу, шашу және жағу үшін сығылған ауаны 200-400 °С температураға дейін қыздырады. Қазіргі таңда шағылу пештері үшін кеең тараған отын түрі табиғи газ болып табылады.

Шағылу пештерінің көбінде жану фокусындағы және пеш соңындағы температураны қадағалау автоматты түрде жүргізіледі, отынды жағу үшін оттекпен 28-30%-ға дейін байытылған үрлеуді қолданады.

Алдынғы қабырғадан 10 м қашықтықтағы шағылу пешіндегі жұмыс температурасы 1550-1600 °С дейін жетеді. Бұл жоғары температура және балқыту аймағы болып табылады; мұнда өңделетін шикіқұрамды тиейді. Балқу аймағынан алыстаған сайын температура төмендейді және де пештің соңында 1250-1300 °С аспайды. Пештің екінші бөлігі түндырғыш қызыметін атқарады.

Шағылып балқыту жетілмеген үрдіс, қазіргі таңдағы талаптарды қанағаттандырмайды. Шағылып балқытудың негізгі кемшіліктері: балқыту үрдістерінің ішінен ең төмен шекті өнімділік; өзі отын болып табылатын сульфидті материалдарды балқыту үшін жұмсалатын коміртекті отынныың жоғары шығыны; пайдалы әсердің төмен жылу коэфиценті; алынатын штейн құрамын пеште қадағалау мүмкіндігінің жоқтығы; құрасында күкірті бар кедей газдарды қолдану қиыншылықтары, ол өз кезегінде қайтымсыз күкірт шығынына және қоршаған ортаны ластауға әкеледі.

Электрбалқыту. Сульфидті материалдарды шағылып балқытуға электр немесе кентермиялық пештерде балқыту ұқсас болып келеді.

Мысты шикізатты балқыту үшін негізінен ұзындығы 23-23,5 м және ені 5,5-6 м алтыэлектродты тікбұрышты кентермиялық пештер қолданылады. Электродтар пешке свод арқылы еңгізілген және пеш көлденен өсі бойымен қатар орнатылған.

Балқыманы және шикіқұрамды қыздыру әдістеріне байланысты кентермиялық және шағылу пештерінің балқу механизмі әртүрлі.

Кентермиялық пештің балқымалар былауы екі қабаттан тұрады. Жоғарғы қож қабатының биіктігі 700-1900 мм, ал төменгі штейнді - 600-800 мм құрайды. Шикіқұрамның балқуы қожда 300-500 мм тереңдікке батырылған бұрышты электродтар көмегімен, қожды балқыма арқылы электр тоғын өткізген кезде бөлінетін жылу арқылы жүзеге асады.

Кен термиялық пештерде электр энергиясын жылу энергиясына түрлендіру электр микродоға арқылы боліктеп газды фазада және бөліктеп қожды балқымада оның электр кедергісі арқылы жүреді. Пештегі электр кедергісінің негізі – қожды балқыма, ал электр микродоғалары қожбен оған батырылған электродтар шекарасындағы газды қабатта туындайды.

Қождың электрод асты қабатында, яғни конвекция толығымен жоқ жерде қож және штейнге бөлу аяқталады.

Қождың айналмалы қозғалысы – қожды балқыма былауындағы айтарлықтай жақсы масса- және жылу алмасуды қамтамассыз ететін кентермиялық пештердегі маңызды жұмыс үрдісі. Бұл қожды 1450 °С және одан да жоғары температураға дейін қыздыруға және қиын балқитын шикіқұрамды балқытуға мүмкіндік береді.

Кентермиялық пештердегі температура автоматты түрде ұсталып тұрады. Бұдан өзге оны кернеуді 420-дан 570 В аралығында өзгерту арқылы немесе шикіқұрамды тиеу және қожды шығару сызбасы бойнше реттеуге болады.

Шағылу пештерімен салыстырғанда кентермиялық пештер айтарлықтай жоғары шекті өнімділікке ие, шегініс газдарымен жылу жоғалту төмен, жоғары жылу ПӘК (70% дейін).

Кентермиялық пештерде шикізатты да және күйдірілген концентраттарды да балқытуға болады. Шикі концентраттарды өңдеу кезінде оларды ылғалдылығы 1% кем емес кептіру қажет.

Мысты кендерді шахталы балқыту – қазіргі заманға дейін өзінің тәжірибелік мәнін сақтаған ең ескі әдіс.

Бұл салыстырмалы арзан үрдіс оны жүзеге асыру үшін үлкен аудандар және отқа төзімділердің шығыны қажет емес. Балқыту түрінің артықшылығы – пештердің шекті жоғары өнімділігі және кез келген ауқымдағы өндіріс үшін үрдістің жарамдығы.

Шахталы пеш қимасы тік шахта типті жұмыс кеңістігі тік балқыту қондырғысы.

Пеш шахтасы жеке кессондардан жинақталған – суменсалқындатылатын болат қорабтар. Кессондарға су сақиналы суқұбырларынан беріледі, ең жоғарғы нүктеден төгінде науаға бұрылады. Жеткізілетін судың температурасы әдетте 35-45 °С, қататын – 45-55 °С құрайды. Судың пешке кіру және шығу температураларының ауытқуы 5-15 °С құрайды.

Қазіргі уақытта металлургиялық пештерде шахталыны қоса алғанда артық жылуды аластатудың тиімді әдісі буландырып салқындату кең қолданылып келеді.

Шахталы пештер үшін буландырып салқындату кессондары коллекторге пісірілген қалың қабырғалы құбарлардын тұратын жылу экраны болып табылады.

Кеннен, айналымнан, флюстерден және отыннан тұратын шикіқұрамды вагонеткасы бар шатыр колошникте орналасқан жапқыштары бар тиеу терезелері арқылы периодты қабаттап тиейді. Шахтаның төменгі жағында фурмалар арқылы пешке ауа үрлейді. Фурмалар аймағында отын (кокс және өңделетін шикіқұрам сульфидтері) жанып пеш фокусы деп аталатын жоғары темепература аймағын (1300-1500 °С және жоғары) тудырады. Бөлінетін жылу арқасында онда шикіқұрамның балқуы жүреді және балқыту өнімдерінің түзілуі аяқталады.

Балқытудың сұйық өнімдері (қож және штейн) ішкі горнға ағады, одан оларды тұндыруға алдынғы горнға сифонды науа арқылы бірге шығарады. Штейн мен қожды жеке жеке шығаудыалдынға горннан жүзеге асырады.

Шикіқұрамның балқуына карай ол пеш шахтасында томен түседі, ал оның орнына жаңадан тиеледі. Қарсы ағын принцпі бойынша газдар мен шикіқұрам арасында жылуалмасу жүреді, ол шахталы пештердегі жылуды қолданудың 80-85% дейін жететін ең жоғары коэффицентін қамтамассыз етеді.

Өзге балқыту пештеріне қарағанда шахталы пештерде ірілігі 20-100 мм кесек материалдарды балқытуға мүмкіндік береді. Ұсақ шикіқұрамды балқыту кезінде оларды алдын ала кесектенду әдістеріне агломерация немесе брекеттеуге түсіру керек.

Шахталы балқытудың төрт түрін мысты кенді шикізатты өңдеуге қолдануға болады: тотықсыздандырғыш, пиритті (тотықтырғыш), жартылай пиритті және автогенді шахталы балқыту деп аталатын мысты-күкіртті (жетілдірілген пиритті). Қазіргі мыс металлургиясында соңғы екеуі ғана өзінің маңызын сақтаған. Тотықсыздандырғыш шахталы балқытуды біраз өзгертілген күйінде екінші ретті шикізаттан қара мыс алуға қазіргі таңға дейін қолдануда.

Өндірістік қоры аз тотыққан мыс кендерін өңдеуге жарамды тотықсыздандырып балқыту кезінде қажетті жылу қатты шикіқұрам массасының 15% кем емесін құрайтын кокстың жануы нәтежиесінде алынады.

Пиритті балқыту тотықсыздандырғышқа қарама қарсы, теориялық тұрғыдан ол жану жылуы 5000-6000 кДж/кг болатын сульфидті кендердің тотығуының экзотермиялық жылуы арқасында жүреді. Пиритті балқыту кезіндегі пештегі жылу балансының кернеуленуі нәтежиесінде 2%-ке дейін кокс еңгізіледі. Пиритті балқыту – тәжірибелік маңызға ие типті автогенді үрдіс. Дегенмен аталған үрдісті құрамындағы (S 42%-ға жуық) пириті 75%-дан кем емес жоғары күкіртті мысты кендерді өңдеу үшін жарамды.

Автогенді шахталы балқытуды жүргізу үшін өңделетін шикіқұрамдағы сульфидтер жеткіліксіз болған жағдайда отынның жетіспеуін көміртекті отынды жағумен өтейді. Жылу отынның жануынан және сульфидтердің өртенуінен түзілген кезде шахталы балқытудың мұндай түрін жартылай пиритті деп атайды. Бұл жағдайда кокс шығыны 5-тен 12% арасында өзгереді. Сонымен тәжірибеде жартылай пиритті балқыту тотықсыздандырғыш және пиритті арасындағы аралық орынға ие.

Жартылай пиритті балқытудың химизмі мен механизмін анықтайтын негізгі үрдістер пеш фокусында өрбиді, мұнда максимал температураға қол жеткізіліп, балқыған сульфидтер және кесекті кокстың жану үрдістері, шикіқұрам құрамдастарының балқуы, штейн- және қожтүзілу жүреді. Жартылай пиритті балқыту кезіндегі бұл аймақтағы негізгі реакциялар:

2FeS + ЗО₂ = 2FeO + 2SO₂ + 937340 кДж; (30)

Ауа артық болған кезде үрлеу оттегісі пеш фокусында шығындалып үлгермей, даярлау аймағына шикіқұрамның жоғары қабатына көп мөлшерде шығарылады. Осының нәтежиесінде шикіқұрам бағанының жоғарғы жағында бұл аймақ үшін қыздыру, жоғары карбонаттар мен сульфидтердің термиялық диссоциациясы және кепіру қалыпты үдістерімен қатар қатты сульфидтердің жануы жүреді.

Жартылай пиритті балқыту үшін шахталы пештер 4-тен 12 м-ге дейін ұзындыққа, фурма маңындағы ені 1,4м-ге және колашникті алаң деңгейіндегі ені 1,8 м-ге жуық және биіктігі (лещьадьтен колошникке дейін) 5,2-6,5 м. Кессондардың ішкі жағында карқынды салқындату нәтежиесінде, отқа төзімді қызметін атқаратын қождың қатқан қабаты түзіледі. Балқытудың сұйық өнімдері (штейн және қож) алдынғы горнға төгінді көлденен қималы терезелі науа арқылы үздіксіз шығарылады.

Өңделетін шикізаттың құрамына байланысты штейндердегі мыстың құрамы 15-тен 50% аралығында өзгереді. Қождың құрамында, %: SiO₂ 35-40; FeO 40-60; CaO 3-12 и Сu 0,3-0,35.

Мысты-күкіртті балқыту класикалық нұсқасында пиритті жоғары күкіртті кендермен элементті күкірт алу мақсатында пешті газдарды өңдеу әдістерін жетілдірумен аралас. Ол үшін сульфидті кенді кварцты флюсті қосындымен және 12%-ға дейін күкіртпен биіктігі арттырылған герметизацияланған шахталы пештерде балқытады. Мысты күкіртті балқыту үшін пеште биіктігі бойынша үш балқу аймағының болуы тән: тотығу (төменгі), тотықсызданц (орта) және дайындау (жоғарғы). Шектеулі өлшемдерге ие және фурмалар аймағында орналасқан тотықтырып балқыту аймағында ең жоғары температуралар өрбиді (1200-1450 °С). Балқу үшін қажетті жылу негізгі пиритті балқу реакциясы жүруі кезінде бөлінеді.

Классикалық пиритті балқытуды қолдану кезінде стехиометрлық қажетті реагенттер шығынынан ауытқуға ешқандай жол берілмейді. Бастапқы реагенттердің артықшылығы немесе кемшілігі пеш фокусының ұзаруы немесе қысқаруына, балқытудың жылу режимінің бұзылуына әкеледі. Теориялық тұрғыдан пиритті балқыту кезінде үрлеудің барлық оттегісі міндетті түрде фурма аймағында шығындалуы қажет және фурмға кокс жетпеу керек. Керіжағдайда пиритті әсер жоғалады және настыль түзіледі.

Балқытудың сұйық өнімдері пештің ішкі горнына артынан сыртқы қорға ағады, ал түгелдей күкіртті ангедриттен және азоттан тұратын газдар жоғары ұмтылып, қаздырылған кокспен толтырылған орта аймаққа түседі. Бұл аймақтың негізгі үрдісі – мына реакциялар бойынша күкіртті ангедриттің элементті күкірт буына дейін тотықсыздануы:

2SO₂ + 2С = S_2(nap) + 2C0₂; (32)

Мысты-күкіртті балқыту үрдісі құрылысы арнайы пештерде жүзеге асырылады. Күкірт бу күйінде қалуы үшін пештің жоғарғы жағындағы температура 500-550 °С-ден (күкірттің қайнау температурасы 444,5 °С) төмен болмауы тиіс. Оған жоғарғы жағында отқа төзімді кірпішпен қаланып темір кожухта бекітілген пештің қабырғасы арқылы жылу жоғалтуды төмендетумен қол жеткіземіз.

Мысты-күкіртті балқыту шикіқұрамды сапалы даярлауды қажет етеді. Кенді ұсақтарды коксты қосындымен, әктаспен және трепелмен (кварцпен) бреккеттерді артынан автоклавтарда буландырумен штемпельді баспақтарда міндетті түрде бреккеттейді, ол оларға жоғары беріктік пен кеуектілік береді.

Мысты-күкіртті балқыту өнімдері – мысты штейн, қож және колошникті газдар. Штейн мен қожды таспалы құйма машиналар көмегімен құймакесектерге құяды. Бастапқы штейндергегі мыс құрамы төмен болғандықтан оларды жариалай пиритті режим бойынша анайы шахталы пештерде міндетті түрде концентарциялы балқытуға түсіреді.

Мысты-күкіртті балқытудың колошникті газдарының құарамында, г/м³: S₂ 250-290; SO₂ 28-32; H₂S 17-20; (CS₂+COS) 28-33 және де азот, көміртегі оксиді және диоксиді. Пештен шыққаннан кейін алдымен газ жектек пен шаң камерасында газдардан ірі шаң бөлінеді, кейіннен электрсүзгілерде оларды шаңсыздандыру жүргізіледі. Шаңнан тазартылған газдардан элементтікүкіртті алу үшін екі- немесе үш кезеңді өңдеуден өтеді.

Жақын жылдарға дейін классикалық мысты-күкіртті балқытуды Ресейдегі Медногорск мыс-күкіртті комбинатында қолданды. Бұл комбинаттың және кебір шетел кәсіпорындарының жұмыс тәжірибесі шахталы балқытудың бұл түрі өте баяу, тұрақты емес жіне экономикалық тиімділігі жеткілікті жоғары емес қиынбақыланатын үрдіс екенін көрсетті. Бұл мысты-күкіртті балқытуды түпкі жетілдіруге негіз болды.

«Гинцветмет» институты және Медногорск мыс-күкірт комбинатымен мысты-күкіртті балқыту жетілдіріді. Бастапқыда ол күкірт диоксидін пештің жоғары жиегінде табиғи газбен тотықсыздандырумен қоса жартылай пиритті режимге әкелінді. Балқытудың бұл нұсқасында балқыту пештің фурмалы белдігіне жететін қыздырылған және оттекпен байытылған үрлеумен ірі кокста жүреді.

Кейінен алынған нәтежиелерге негізделе отырып, жаңа үрдіс автогенді шахталы балқыту зерртелген болатын. күкіртті газды пеш ішінде тотықсыздандыру үшін табиғи газды және 30%-ға дейін байытылған үрлеуді қолдана отырып сульфидті шикізатты автогенді балқыту (кокссыз) үшін арналған үрдіс. Автогенді шахталы балқыту жоғары күкіртті пиритті мыс кендерін өңдеу және мысты-мырышты, мысты-никельді кендерді және алдын ала бреккеттелген (кенмен қосындыды) немесе илемделген флотациялық концентраттарды балқыту үшін жарамды.