粗銅的火法精煉工藝

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1、粗銅的火法精煉工藝1概述1.1陽極爐精煉的目的粗銅火法精煉的任務(wù)是除去一部分雜質(zhì)，目的是為電解精煉提供合乎要求的陽極銅，并澆鑄成表面平整、厚度均勻、致密的陽極板，以保證電解銅的質(zhì)量和降低電解精煉的成本。1.2陽極爐精煉的過程描述轉(zhuǎn)爐產(chǎn)出的粗銅裝入粗銅包子，用液體吊車倒入陽極爐內(nèi)，先通入壓縮空氣使之產(chǎn)生氧化反應，氧化結(jié)束后扒出爐渣，開始通入還原劑使之產(chǎn)生還原反應，還原結(jié)束后開始澆鑄，精煉過程采用重油做燃料。陽極板的雙圓盤定量澆鑄系統(tǒng)是由程序來自動控制的。產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過空氣換熱器冷卻后經(jīng)排空。1.3陽極爐精煉的工藝流程2粗銅火法精煉原理粗銅的火法精煉包括氧化與還原兩個主要過

2、程。粗銅的火法精煉通常是在1150～1250℃的溫度下，先向銅熔體中鼓入空氣，使銅熔體中的雜質(zhì)與空氣中的氧發(fā)生氧化反應，以金屬氧化物MO形態(tài)進入渣中，然后用碳氫還原劑將熔解在銅的氧出去，最后澆鑄成合格的陽極送去電解精煉。2.1陽極爐精煉氧化原理及主要物理化學變化陽極爐氧化精煉是在1150～1200℃的高溫下，將空壓風鼓入熔銅中，由于銅液中大多數(shù)雜質(zhì)對氧的親合力都大于銅對氧的親合力，且多數(shù)雜質(zhì)氧化物在銅水中的溶解度很小，當空氣中的氧通入銅熔體中便優(yōu)先將雜質(zhì)氧化除去。脫硫是在氧化過程中進行的。向銅熔體中鼓入空氣時，除了O2直接氧化熔銅中的硫產(chǎn)生SO2之外，氧亦熔于銅中。但熔

3、體中銅占絕大多數(shù)，而雜質(zhì)占極少數(shù)，按質(zhì)量作用定律，優(yōu)先反應的是銅的大量氧化：4Cu+O2=2Cu2O所生成的Cu2O溶解于銅水中，其溶解度隨溫度升高而增大。1100℃，溶解的Cu2O=5%，相應的O2=0.56%1150℃，溶解的Cu2O=8.3%，相應的O2=0.92%1200℃，溶解的Cu2O=12.4%，相應的O2=1.38%1250℃，溶解的Cu2O=13.1%，相應的O2=1.53%當Cu2O含量超過該溫度下的溶解度時，則熔體分為兩層，下層是飽和了Cu2O的銅液相，上層是飽和了銅的Cu2O液相。溶解在銅熔體中的Cu2O，均勻地分布于銅熔體中，能較好地與銅熔體中

4、的雜質(zhì)接觸，那些對氧親和力大于銅對氧親和力的雜質(zhì)（Me），便被Cu2O所氧化：[Cu2O]+（Me）=2[Cu]+[MeO]。這樣在氧化精煉中一部分發(fā)生Cu—Cu2O—Cu的變化而起到氧的傳遞劑作用。銅熔體中雜質(zhì)氧化主要是以這個方式進行的。當然，也有少部分雜質(zhì)，直接被爐氣或空氣中的氧所氧化，其反應為：2（Me）+O2=2[MeO]。這種反應，在氧化精煉中不占主導地位。為了使空氣中的氧盡量與銅反應生成Cu2O，且使Cu2O與雜質(zhì)良好接觸，進而氧化雜質(zhì)。就必須把空氣鼓入銅熔體中，使空氣形成無數(shù)小氣泡，使銅熔體翻騰，以增大氣—液相接觸面，加快Cu2O和雜質(zhì)間的擴散，強化氧化精

5、煉過程。銅液中Cu2S和其它金屬硫化物，它在精煉初期氧化的較緩慢，但在氧化后期時，溫度達1175℃時，硫在銅液中溶解度可達9%，開始按[Cu2S]+2[Cu2O]=6[Cu]+SO2反應激烈地放出SO2，使銅水沸騰，有小銅液滴噴濺射出，形成所謂“銅雨”而將硫脫除,也標志著氧化將結(jié)束。2.2陽極爐氧化過程雜質(zhì)行為雜質(zhì)的氧化順序，從理論上說，可按雜質(zhì)對氧的親合力的大小來粗略地判斷，其排列順序為鋁、硅、錳、鋅、鐵、鎳、砷、銻、硫、鉍、銅、銀、金。然而，在實際精煉過程中，雜質(zhì)氧化的明顯順序是不存在的，而是許多雜質(zhì)同時發(fā)生氧化，只是在某一個時刻氧化程度不同而已雜質(zhì)的氧化順序和除去

6、程度，與下列因素有關(guān)：（1）雜質(zhì)在銅中的濃度和對氧的親合力；（2）雜質(zhì)氧化后所生成的氧化物在銅中的溶解度；（3）雜質(zhì)及其氧化物的揮發(fā)性、雜質(zhì)氧化物的造渣性。上述因素中，雜質(zhì)的濃度、對氧的親合力和雜質(zhì)氧化物在銅中的溶解度是主要因素，雜質(zhì)及其氧化物在銅中的溶解度愈大，則該雜質(zhì)愈難除去，雜質(zhì)對氧的親合力愈小，則該雜質(zhì)愈難氧化，因而也難以除去。因此在陽極爐精煉過程中，雜質(zhì)按其易難除去程度可分為三類：易除去的、難除去的和不能除去的。(1）易除去雜質(zhì)：包括鐵、鋅、鉛、錫、硫等A、鐵：鐵是易于除去的雜質(zhì)，它在銅的熔體中是有限溶解，不與銅生成化合物，在火法精煉中，能迅速而完全地除去，它

7、在爐料的熔化和氧化階段初期即被氧化成FeO并與石英熔劑作用生成硅酸鹽爐渣，或進一步氧化成Fe2O3，與其它金屬氧化物生成鐵酸鹽即MeO.Fe2O3爐渣。如精煉作業(yè)在堿性爐襯的爐子中進行，過程又不加入石英熔劑，則全部的鐵幾乎都氧化成Fe2O3而呈鐵酸鹽爐渣。B、鋅：鋅和銅在液態(tài)時互溶，固態(tài)時形成一系列固溶體。精煉過程中，鋅可直接蒸發(fā)，熔體中的ZnO在有還原劑覆蓋銅熔體的情況下，也能被還原成金屬鋅而蒸發(fā)，并在爐氣中被氧化成ZnO，隨爐氣排出。此外，還有一部分ZnO與SiO2作用生成硅酸鋅即ZnO·SiO2,與Fe2O3生成鐵酸鋅即ZnO·Fe