Шихта, приготовленная из концентрата и флюсов до обжига, хорошо перемешивается в обжиговой печи и выходит из нее горячей. Это тепло желательно использовать, но перевозка и загрузка горячего огарка затруднительна: от выделения газов он сильно пылит. Чтобы не терять тепло, обжиговые печи располагают над сводом отражательных печей. Если это невозможно, загружают шихту уже остывшей, пользуясь различными механизированными питателями и транспортерами.
По мере нагревания шихты на откосах начинаются реакции восстановления оксида меди, высших оксидов железа и реакции шлакования:
6CuO + 4FeS = 4FeO + 3Cu2S + SO2,
10Fe2O3 + FeS = 7Fe3O4 + SO2,
FeS + 3Fe3O4 + 5SiO2 = 5Fe2SiO4 + SO2.
До начала плавления скорости этих реакций невелики, особенно требующих одновременного контакта нескольких веществ. Тем не менее измельчение и тщательное перемешивание составляющих шихты весьма полезно.
Средняя крупность концентрата 0,07 мм. Флюсы дробят до 4–6 мм. Шихту готовят разными способами, в том числе в дезинтеграторах. Иногда кварц и известняк добавляют в сгустители при обезвоживании концентрата, достигая этим хорошего перемешивания. Желательно пользоваться золотосодержащими флюсами, самостоятельное извлечение благородных металлов из которых не выгодно. Благородные металлы – золото и серебро – хорошо растворяются в жидких штейнах; растворимость их в шлаках ничтожно мала, поэтому в качестве флюсов отражательной плавки выгодно использовать золотосодержащие руды, концентраты от их обогащения и другие золотосодержащие материалы. Все эти материалы можно подавать вместе с концентратом в обжиговые печи.
Плавление начинается образованием наиболее легкоплавких сульфидных сплавов, преимущественно состоящих из Cu2S и FeS. Собираясь в капли и скатываясь вниз, они растворяют в себе другие сульфиды и магнетит, образуя первичный штейн.
Плавление силикатов наступает позднее. Самые легкоплавкие из них становятся жидкими при температурах не ниже 1100 °С, и надо учесть, что образование силикатов из оксидов требует значительного перегрева, часто на 100–300 град.
Скорость отражательной плавки и ее производительность мало зависят от кинетики химических реакций, а определяются в основном температурой печного пространства, теплопередачей от факела к откосам шихты и ее теплопроводностью. Существует мнение об улучшении теплопередачи при прямом действии факела на шихту. С этой целью иногда устанавливают на своде дополнительные горелки вдоль стен, направленные вниз.
Далее состав штейна и шлака изменяется в жидкой ванне, на границе раздела, где межфазное натяжение и конвекция в расплавах имеют, весьма большое значение.
Сульфидная сера в шихте окисляется преимущественно кислородом высших окислов; печные газы окисляют ее с меньшей скоростью, так как избыточного кислорода в них обычно мало. По общему мнению, при плавке обожженных концентратов десульфуризация достигает 20–25 % от серы в огарке.
Магнетит, не восстановленный на откосах, переходит в ванну, он тонет в шлаке и растворяется в штейне. Здесь энергично протекает реакция между FeS и Fe3O4 с выделением SO2, пузырьки которого флотируют мелкие капли штейна, перенося их в шлаковый слой, поэтому эти шлаки богаты медью. Если Fe3O4 больше, чем может растворить штейн, магнетит оседает на лещадь, образуя тугоплавкие настыли.
По мере приближения к равновесию между жидкими расплавами оксиды меди и железа переходят в шлак, а сульфиды – в штейн. Извлечение меди в штейн при отражательной плавки бывает от 93 до 94 %