Штейн

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

Медный Ш. состоит гл. обр. из сульфидов железа и меди (FeS и Cu₂S). В расплавленном состоянии существует полная взаимная растворимость между FeS и Cu₂S. При 995° образуется эвтектика с 32,0% Cu₂S. Сильно железистые Ш. способны растворять-значительное количество металлов. Повышение содержания меди в Ш., наоборот, понижает растворяющую способность штейна. Прибавление меди к Cu₂S понижает точку застывания Cu₂S с 1 127° до 1 102° (при содержании 15% Си).Дальнейшее прибавление меди не понижает t° до получения сплава из 90% Си и 10% Cu₂S. Эвтектич. смесь с в 1 067° содержит 3,8% Cu₂S и 96,2% Си. FeS и Fe образуют эвтектику из 15% Fe и 85% FeS, застывающую при 983°. В твердом состоянии Fe растворяет в себе ок. 3% FeS, a FeS ок. 1% Fe. Из окислов металлов в III. растворима лишь магнитная окись железа. Содержание кислорода в медных Ш. колеблется от 2,5 до 8%, серы 23—24%. В зависимости от отношения железа к меди Ш. делятся на роштейны (Fe<Cu), концентрированный Ш. (Fe<Cu) и шпурштейн, или белый матт (matte), состоящий из Cu₂S. Содержание меди в Ш. колеблется от 0% (чистыйFeS) до 79,8% (Cu₂S— белый Ш.). Темп-pa плавления медного Ш. зависит от его состава. Самую низкую Ь°_пл имеют Ш., содержащие 30—40% Си (ок. 950°). Жидко-

плавкость Ш: увеличивается с повышением содержания FeS. Наличие ZnS в IIL сильно повышает Р_пл. Ш.; кроме того Ш. делается вязким и густым. Уд. вес Ш. ~ 5,0. Цвет Ш. в свежем изломе зависит от содержания меди: при 15% Си 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 Ш. является активным коллектором благородных металлов. Плавка на Ш. является одним из способов извлечения драгоценных металлов из руд. Растворимость золота и серебра в медных Ш. объясняется тем, что Cu₂S растворяет золото, a Cu₂S и Ag₂S образуют непрерывный ряд твердых растворов. Металлич. медь в Ш., образующая сплавы с Au и Ag, способствует переходу последних в Ш. Достаточно иметь в Ш. 0,5% Си в металлич. 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 Ш., чтобы уменьшить потери благородных металлов в шлаках, куда они переходят с Ш. На 200 килограмм меди в Ш. не должен быть больше 1 килограмм золота. Если количество Ш. получается небольшим, необходимое содержание "меди для обеспечения полной аккумуляции золота и серебра не должен быть ниже 10%; при работе на бедный ΙΠ. меди м. б. 2—3%. Медный Ш. идет на переработку в конвертерах для получения черновой меди.

Ш. свинцовой шахтной плавки получается при плавке медьсодержащих свинцовых руд в качестве промежуточного продукта, в котором концентрируется медь. Блейштейн (свинцовый III.) обычно содержит 5—10% Си; 20—25% S; 10—15% РЬ; 45—60% Fe. Он представляет смесь сульфидов железа, меди и свинца, в которой растворено нек-рое количество металлич. Fe, Си, РЬ. При плавке веркблея в Ш. в первую очередь переходит медь в виде Cu₂S. Свинец имеет сравнительно небольшое сродство к сере, и его переход в Ш. должен быть сравнительно невысоким. Можно отметить, что содержание свинца в Ш. тем выше, чем больше в последнем FeS и меньше Cu₂S, что объясняется большей растворимостью жидкого свинца в FeS, чем в Cu₂S. Ш. растворяет в себе также штейзу (арсениды и антимониды металлов) и нек-рое количество шлака. Из окислов в свинцовых Ш. растворяется лишь Fe₃0₄. Золото в блейштейны переходит в незначительном количестве; наоборот, серебро в значительном количестве аккумулируется в свинцовом Ш. Т. b. блейштейн можно рассматривать как коллектор драгоценных металлов. В блейштейн при нормальном содержании в нем меди переходит ^1г5ч. всего серебра, в веркблей—%. Золото имеет тенденцию почти полностью переходить в серебристый свинец. Опыты, проделанные Мо-стовичем, показали, что при сплавлении Ш. с металлич. свинцом количество Au и Ag, извлекаемых из IIL, пропорционально количеству взятого свинца. При 80 вес. ч. свинца на 100 ч. Ш. все Au и Ag переходит в свинец. При равном количестве свинца и Ш. в последнем остается 28% Ag.

Конституция Ш. до некоторой степени выяснена изучением бинарных систем сульфидов раз личных металлов. 1) PbS—FeS. В твердом состоянии данные сульфиды взаимно нерастворимы. Эвтектику образуют при 863°, содержащую 74,2 PbS. 2) PbS—Cu₂S. Эвтектика содержит 51% Cu₂S и 49% PbS. Температура застывания эвтектики 540°. 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 t°_nΛ# в 1 044°. 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 2PbS · Sb₂S₃ и застывает при 426°; образуют твердые растворы Sb₂S₃ в 2PbS · Sb₂S₃ (между 44% и 58,8% PbS) ниже 577° и 2PbS · Sb₂S₃ в PbS (до 4,1 % РЬ) при 577°;имеется химич.соединение состава 2PbS-Sb₂S₃ с ίη_Λ. 577°. Указанные выше свойства нельзя считать окончательными, т. к. найдены другие химич. соединения: 2PbS* •Sb₂S₃ с критич. точкой при 609° (джемсонит) и 5PbS*4Sb₂S₃ при 570° (платонит). Эвтектика содержит при этом 80% PbS с £^.495°. 5) PbS— SnS. В расплавленном состоянии растворяются полностью; PbS, плавящийся при 1 106°, образует твердый раствор с 8% SnS, a SnS, плавящийся при 880°, при застывании образует твердый раствор с 61,27% PbS. Предполагается существование химич. соединения PbSnS₂ с той же tnji, 880°. 6) PbS—Pb. PbS кристаллизуется, начиная с 1 103°. Застывание смеси происходит при 326° (tnji. свинца). д. ч ижиков.

Лит.: см. Медь, Свинец, Никель.