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火法煉銅
以黃銅礦精礦為主料的冶金工藝
基本信息
| 中文名 | 火法煉銅 |
| 主要方法 | |
| 焙燒 | 脫除精礦中部分或全部的硫 |
| 熔煉 | 銅精礦或焙燒礦中的部分鐵氧化 |
步驟
焙燒
焙燒分別脫除精礦中部分或全部的硫，同時(shí)除去部分砷、銻等易揮發(fā)的雜質(zhì)。此過(guò)程為放熱反應(yīng)，通常不需另加燃料。造锍熔煉一般采用半氧化焙燒，以保持形成冰銅時(shí)所需硫量；還原熔煉采用全氧化焙燒；此外，硫化銅精礦濕法冶金中的焙燒，是把銅轉(zhuǎn)化為可溶性硫酸鹽，稱(chēng)硫酸化焙燒。
火法煉銅
熔煉
熔煉其目的是使銅精礦或焙燒礦中的部分鐵氧化，并與脈石、熔劑等造渣除去，產(chǎn)出含銅較高的冰銅（xCu2S·yFeS）。冰銅中銅、鐵、硫的總量常占80%～90%，爐料中的貴金屬，幾乎全部進(jìn)入冰銅。
冰銅含銅量取決于精礦品位和焙燒熔煉過(guò)程的脫硫率，世界冰銅品位一般含銅40%～55%。生產(chǎn)高品位冰銅，可更多地利用硫化物反應(yīng)熱，還可縮短下一工序的吹煉時(shí)間。熔煉爐渣含銅與冰銅品位有關(guān)，棄渣含銅一般在0.4%～0.5%。熔煉過(guò)程主要反應(yīng)為：
Cu2O+FeS→Cu2S+FeO
2FeO+SiO2→2FeO·SiO2
主要方法
鼓風(fēng)爐
鼓風(fēng)爐是豎式爐，我國(guó)很早就用它直接煉銅。傳統(tǒng)的方法為燒結(jié)塊鼓風(fēng)爐熔煉。硫化銅精礦先經(jīng)燒結(jié)焙燒脫去部分硫，制成燒結(jié)塊，與熔劑、焦炭等按批料呈層狀加入爐內(nèi)，熔煉產(chǎn)出冰銅和棄渣，此法煙氣含SO2低，不易經(jīng)濟(jì)地回收硫。
為消除煙害，回收精礦中的硫，20世紀(jì)50年代，發(fā)展了精礦鼓風(fēng)爐熔煉法，即將硫化銅精礦混捏成膏狀，再配以部分塊料、熔劑、焦炭等分批從爐頂中心加料口加入爐內(nèi)，形成料封，減少漏氣，提高SO2濃度。
混捏料在爐內(nèi)經(jīng)熱煙氣干燥、焙燒形成燒結(jié)料柱，塊狀物料也呈柱狀環(huán)繞在燒結(jié)料柱的周?chē)员３滞笟庑裕谷蹮捵鳂I(yè)正常進(jìn)行。中國(guó)沈陽(yáng)冶煉廠(chǎng)、富春江冶煉廠(chǎng)等采用此法。
反射爐
適于處理浮選的粉狀精礦。反射爐熔煉過(guò)程脫硫率低，僅20%～30%，適于處理含銅品位較高的精礦。如原料含銅低、含硫高，熔煉前要先進(jìn)行焙燒。反射爐生產(chǎn)規(guī)模可大型化，對(duì)原料，燃料的適應(yīng)性強(qiáng)，長(zhǎng)期來(lái)一直是煉銅的主要設(shè)備，至80年代初，全世界保有的反射爐能力仍居煉銅設(shè)備的首位。但反射爐煙氣量大，且含二氧化硫僅1%左右，回收困難。反射爐的熱效率僅25%～30%，熔煉過(guò)程的反應(yīng)熱利用較少，所需熱量主要靠外加燃料供給。70年代以來(lái)，世界各國(guó)都在研究改進(jìn)反射爐熔煉，有的采用氧氣噴撒裝置將精礦噴入爐內(nèi)，加強(qiáng)密封，以提高SO2濃度。中國(guó)白銀公司第一冶煉廠(chǎng)將銅精礦加到反射爐中的熔體內(nèi)，鼓風(fēng)熔煉，提高了熔煉強(qiáng)度，煙氣可用于制取硫酸。
電爐
煉銅采用電阻電弧爐即礦熱電爐，對(duì)物料的適應(yīng)性非常廣泛，一般多用于電價(jià)低廉的地區(qū)和處理含難熔脈石較多的精礦。電爐熔煉的煙氣量較少，若控制適當(dāng)，煙氣中SO2濃度可達(dá)5%左右，有利于硫的回收。
閃速熔煉
是將硫化銅精礦和熔劑的混合料干燥至含水0.3%以下，與熱風(fēng)（或氧氣、或富氧空氣）混合，噴入爐內(nèi)迅速氧化和熔化，生成冰銅和爐渣。其優(yōu)點(diǎn)是熔煉強(qiáng)度高，可較充分地利用硫化物氧化反應(yīng)熱。降低熔煉過(guò)程的能耗。煙氣中SO2濃度可超過(guò)8%。閃速熔煉可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)冰銅品位，一般控制在50%左右，這樣對(duì)下一步吹煉有利。但爐渣含銅較高，須進(jìn)一步處理。
閃速爐有奧托昆普型閃速爐和國(guó)際鎳公司型閃速爐兩種。70年代末世界上已有幾十個(gè)工廠(chǎng)采用奧托昆普型閃速爐，中國(guó)貴溪冶煉廠(chǎng)也采用此種爐型。
冰銅吹煉
利用硫化亞鐵比硫化亞銅易于氧化的特點(diǎn)，在臥式轉(zhuǎn)爐中，往熔融的冰銅中鼓入空氣，使硫化亞鐵氧化成氧化亞鐵，并與加入的石英熔劑造渣除去，同時(shí)部分脫除其他雜質(zhì)，而后繼續(xù)鼓風(fēng)，使硫化亞銅中的硫氧化進(jìn)入煙氣，得到含銅98%～99%的粗銅，貴金屬也進(jìn)入粗銅中。
2FeS+3O2→2FeO+2SO2
2FeO+SiO2→2FeO·SiO2
第二階段，冶煉溫度1200℃～1280℃將白冰銅按以下反應(yīng)吹煉成粗銅：
2Cu2S+3O2→2Cu2O+2SO2
冰銅吹煉是放熱反應(yīng)，可自熱進(jìn)行，通常還須加入部分冷料吸收其過(guò)剩熱量。吹煉后的爐渣含銅較高，一般為2%～5%，返回熔煉爐或以選礦、電爐貧化等方法處理。吹煉煙氣含SO2濃度較高，一般為8%～12%，可以制酸。
吹煉一般用臥式轉(zhuǎn)爐，間斷操作。表壓約1kgf/cm2的空氣通過(guò)沿轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)度方向安設(shè)的一排風(fēng)眼鼓入熔體，加料、排渣、出銅和排煙都經(jīng)過(guò)爐體上的爐口。
其過(guò)程是將液態(tài)銅加入精煉爐升溫或固態(tài)銅料加入爐內(nèi)熔化，然后向銅液中鼓風(fēng)氧化，使雜質(zhì)揮發(fā)、造渣；扒出爐渣后，用插入青木或向銅液注入重油、石油氣或氨等方法還原其中的氧化銅。還原過(guò)程中用木炭或焦炭覆蓋銅液表面，以防再氧化。精煉后可鑄成電解精煉所用的銅陽(yáng)極或銅錠。精煉爐渣含銅較高，可返回轉(zhuǎn)爐處理。精煉作業(yè)在反射爐或回轉(zhuǎn)精煉爐內(nèi)進(jìn)行。
火法精煉的產(chǎn)品叫火精銅，一般含銅99.5%以上。火精銅中常含有金、銀等貴金屬和少量雜質(zhì)，通常要進(jìn)行電解精煉。若金、銀和有害雜質(zhì)含量很少，可直接鑄成商品銅錠。
電解精煉是以火法精煉的銅為陽(yáng)極，以電解銅片為陰極，在含硫酸銅的酸性溶液中進(jìn)行。電解產(chǎn)出含銅99.95%以上的電銅，而金、銀、硒、碲等富集在陽(yáng)極泥中。電解液一般含銅40～50g/L，溫度58℃～62℃，槽電壓0.2～0.3V，電流密度200～300A/m2，電流效率95%～97%，殘極率約為15%～20%，每噸電銅耗直流電220～300kwh。中國(guó)上海冶煉廠(chǎng)銅電解車(chē)間電流密度為330A/m2。
電解過(guò)程中，大部分鐵、鎳、鋅和一部分砷、銻等進(jìn)入溶液，使電解液中的雜質(zhì)逐漸積累，銅含量也不斷增高，硫酸濃度則逐漸降低。
三菱法
將硫化銅精礦和熔劑噴入熔煉爐的熔體內(nèi)，熔煉成冰銅和爐渣，而后流至貧化爐產(chǎn)出棄渣，冰銅再流至吹煉爐產(chǎn)出粗銅。此法于1974年投入生產(chǎn)。
諾蘭達(dá)法
制粒的精礦和熔劑加到一座圓筒型回轉(zhuǎn)爐內(nèi)，熔煉成高品位冰銅。所產(chǎn)爐渣含銅較高，須經(jīng)浮選選出銅精礦返回爐內(nèi)處理。此法于1973年投入生產(chǎn)。
離析法
用于處理難選的結(jié)合性氧化銅礦。將含銅1%～5%的礦石磨細(xì)，加熱至750℃～800℃后，混以2%～5% 的煤粉和0.2%～0.5%的食鹽，礦石中的銅生成氣(Cu3Cl3)并為氫還原成金屬銅而附著于炭粒表面，經(jīng)浮選得到含銅50%左右的銅精礦，然后熔煉成粗銅。此法能耗高，很少采用。
火法煉銅相關(guān)的文章
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