Bessemerov proces na výrobu medi
Bessemerov proces na výrobu medi alebo Bessemerov pochod na výrobu medi alebo besemerovanie na výrobu medi je oxidačný proces medeného kamienka, pri ktorom dochádza k okysličovaniu sulfidov železa a medi za vzniku konvertorovej medi, trosky a plynov obsahujúcich SO2. Proces prebieha v konvertore s kyslou výmurovkou a je pomenovaný podľa britského vinálezcu Henryho Bessemera. Podobný proces sa používa aj na výrobu ocele.
Fázy procesu
Podľa charakteru reakcií prebiehajúcich v konvertore rozdeľujeme celý proces na dve periódy:
Okysličovanie sulfidu železnatého a jeho troskovanie oxidom kremičitým
Táto perióda trvá od začiatku fúkania až do doby zostroskovania železa, keď zostáva v konvertore prakticky čistý sulfid meďný Cu2S, tzv. koncentrovaný kamienok, alebo biely mat. Čistý sulfid meďný obsahuje 79,2 % Cu. Počas tejto periódy sa dodáva do konvertora kremeň, aby vznikajúci oxid železnatý prechádza do trosky. Okysličovanie prebieha veľmi energicky, za vzniku veľkého množstva tepla, ktoré udržuje obsah konvertora v tekutom stave s dostatočným prehriatím. Teplota v konvertore je 1250 až 1300 °C.
Hlavné reakcie prvej periódy konvertorovania:
- 2 FeS + 3 O2 → 2 FeO + 2 SO2 + 225,34 kcal
- 2 Cu2S + 3 O2 → 2 Cu2O + 2 SO2 + 185,50 kcal
Oxid meďný sa za prítomnosti sulfidu železnatého rozkladá
- Cu2O + FeS → Cu2S + FeO + 31,5 kcal
Vznikajúci oxid železnatý sa okamžite zlučuje s oxidom kremičitým podľa rovnice:
- 2 FeO + SiO2 → 2 FeO . SiO2 + 8,1 kcal
Takže hlavnú reakciu prvej periódy konvertorovania môžeme vyjadriť sumárnou rovnicou:
- 2 FeS + 3 O2 + SiO2 → 2 FeO . SiO2 + 2 SO2 + 233,440 kcal
Keď je vo vsádzke nedostatok kremeňa, môže dochádzať k oxidácii FeO na Fe3O4. Magnetit sa za prítomnosti sulfidu železa a kremeňa čiastočne redukuje podľa rovnice:
- 3 Fe3O4 + FeS + 5 SiO2 → 5 ( 2FeO. SiO2 ) + SO2
Koniec prvej periódy sa dá odhadnúť podľa obsahu SO2 v plynoch. V praxi sa však koniec prvej periódy určuje podľa farby plameňa, ktorý sa ku koncu periódy, keď je v konvertore len Cu2S sfarbuje na modro. Okrem toho sa z taveniny odoberie lyžičková skúška. Po skončení periódy sa zleje troska, ktorá je dobre tekutá, upraví sa hrdlo konvertora a začne sa fúkať. Začína sa druhá perióda.
Okysličovanie sulfidu meďného a získavanie kovovej medi
Druhá perióda besemerácie sa dá vyjadriť rovnicami:
- 2 Cu2S + 3 O2 → 2 Cu2O + 2 SO2 + 185,5 kcal
- Cu2S + 2 Cu2O → 6 Cu + SO2 – 30,82 kcal
Priebeh oxidácie sulfidu meďného a tvorba kovovej medi sa počas fúkania posudzuje podľa farby plameňa, ktorý sa ku koncu periódy sfarbí do hneda.
Koniec periódy poznáva tavič podľa pichacej skúšky. Skúška pozostáva z prestrčenia skúšobnej tyče do fúkacieho otvoru a po vytiahnutí sa rýchle namočí do vody. Na skúšobnej tyči prilipne tenká vrstva taveniny. Keď je v konvertore len meď, je vrstva na pichači hladká a má červeno hnedú farbu. Po sklopení sa odoberie lyžičková skúška a zisťuje sa kvalita medi.
Energetická bilancia
Z uvedených rovníc je zrejmé, že obidve periódy sú tepelne odlišné. V prvej perióde je nadbytok zo spaľovania a troskovania sulfidu železnatého. V druhej perióde, pri vzniku medi, prebieha endotermická reakcia. Pretože besemerovanie tekutého kamienka prebieha bez pridávania paliva, je potrebné viesť celý proces tak, aby sa vystačilo s teplom exotermických reakcií z prvej periódy. To znamená, že treba pracovať bez zbytočných prestojov, ktoré zapríčiňujú tepelné straty. Tepelný režim konvertora a jeho výkonnosť pri tej istej veľkosti závisí od množstva privádzaného vzduchu.
Čím viac vzduchu sa privádza, tým viac sulfidu železnatého sa okysličuje, a tým viac tepla vzniká v konvertore. Druhú periódu, ktorá prebieha na úkor tepelného obsahu konvertora, treba uskutočniť rýchle a bez prerušenia.