粗銅的火法精煉工藝

1、粗銅的火法精煉工藝1 概述陽(yáng)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(yáng)極銅，并澆鑄成表面平整、厚度均勻、致密的陽(yáng)極板， 以保證電解銅的質(zhì)量和降低電解精煉的成本。陽(yáng)極爐精煉的過(guò)程描述轉(zhuǎn)爐產(chǎn)出的粗銅裝入粗銅包子， 用液體吊車(chē)倒入陽(yáng)極爐內(nèi)， 先通 入壓縮空氣使之產(chǎn)生氧化反應(yīng)， 氧化結(jié)束后扒出爐渣， 開(kāi)始通入還原 劑使之產(chǎn)生還原反應(yīng)， 還原結(jié)束后開(kāi)始澆鑄， 精煉過(guò)程采用重油做燃 料。陽(yáng)極板的雙圓盤(pán)定量澆鑄系統(tǒng)是由程序來(lái)自動(dòng)控制的。 產(chǎn)生的煙 氣經(jīng)過(guò)空氣換熱器冷卻后經(jīng)排空。陽(yáng)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(gè)主要過(guò)程。粗銅的

2、火法精煉通常是在 115 01250 C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(yīng)， 以金屬 氧化物MO形態(tài)進(jìn)入渣中，然后用碳?xì)溥€原劑將熔解在銅的氧出去， 最后澆鑄成合格的陽(yáng)極送去電解精煉。2.1陽(yáng)極爐精煉氧化原理及主要物理化學(xué)變化陽(yáng)極爐氧化精煉是在 11501200 C的高溫下，將空壓風(fēng)鼓入熔 銅中，由于銅液中大多數(shù)雜質(zhì)對(duì)氧的親合力都大于銅對(duì)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(dāng)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(guò)程中進(jìn)行的。向銅熔體中 鼓入空氣時(shí)，除了 02直接氧化熔銅中的硫產(chǎn)生SO2之外，氧亦熔于 銅中。但熔體中銅占

3、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(yīng)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。1100C，溶解的 Cu2O=5%，相應(yīng)的 02=0.56%1150C，溶解的 Cu2O=8.3%，相應(yīng)的 02=0.92%1200C，溶解的 Cu2O=12.4%,相應(yīng)的 02=1.38%1250C，溶解的 Cu2O=13.1%，相應(yīng)的 02=1.53%1300C1300C1083C900C700C500CCu重量% Cu0當(dāng)Cu20含量超過(guò)該溫度下的溶解度時(shí)，則熔體分為兩層，下層是飽 和了 Cu20的銅液相，上層是飽和了銅的 Cu20液相。溶

4、解在銅熔體中的Cu20，均勻地分布于銅熔體中，能較好地與 銅熔體中的雜質(zhì)接觸，那些對(duì)氧親和力大于銅對(duì)氧親和力的雜質(zhì)(Me),便被 Cu2O所氧化：Cu2O +(Me) =2Cu + MeO。這樣在氧化精煉中一部分發(fā)生 CuCu2OCu 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(gè)方式進(jìn)行的。當(dāng)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(yīng)為： 2(Me) + O2=2 MeO 。這種反應(yīng)，在氧化精煉中不占主導(dǎo)地 位。為了使空氣中的氧盡量與銅反應(yīng)生成 Cu2O，且使Cu2O與雜質(zhì) 良好接觸，進(jìn)而氧化雜質(zhì)。 就必須把空氣鼓入銅熔體中，使空氣形成 無(wú)數(shù)小氣泡，使銅熔體翻騰，以

5、增大氣 液相接觸面，加快 Cu2O 和 雜質(zhì)間的擴(kuò)散，強(qiáng)化氧化精煉過(guò)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(shí)，溫度達(dá)1175C時(shí)，硫在銅液中溶解度可達(dá) 9%,開(kāi) 始按Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2反應(yīng)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(biāo)志著氧化將結(jié) 束。2.2 陽(yáng)極爐氧化過(guò)程雜質(zhì)行為雜質(zhì)的氧化順序, 從理論上說(shuō), 可按雜質(zhì)對(duì)氧的親合力的大小來(lái) 粗略地判斷,其排列順序?yàn)殇X、硅、錳、鋅、鐵、鎳、砷、銻、硫、 鉍、銅、銀、金。然而,在實(shí)際精煉過(guò)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(shí)發(fā)生

6、氧化, 只是在某一個(gè)時(shí)刻氧化程度 不同而已雜質(zhì)的氧化順序和除去程度，與下列因素有關(guān)： （1） 雜質(zhì) 在銅中的濃度和對(duì)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(duì)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(duì)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(yáng)極爐精煉過(guò)程中， 雜質(zhì)按其易難除去程度可分為三類(lèi)： 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

7、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(jìn)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(jìn)行， 過(guò)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(shí)互溶，固態(tài)時(shí)形成一系列固溶體。精煉過(guò)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Si02作用生成硅酸鋅即ZnC2 S

8、iO2,與 Fe2O3生成鐵酸鋅即ZnC2 Fe2O3爐渣。當(dāng)精煉含鋅高的銅料時(shí)，為 加速鋅的蒸發(fā)， 在熔化期和氧化期均應(yīng)提高爐內(nèi)溫度， 并在熔體表面 覆蓋一層木碳或不含硫的焦炭顆粒， 使還原成金屬鋅蒸發(fā)， 以免生成 結(jié)塊而妨礙蒸鋅過(guò)程的正常進(jìn)行。C鉛：鉛和銅在固態(tài)時(shí)互不溶解，在銅熔體中溶解度很小，但鉛對(duì) 電解的危害較大， 須將其控制在所允許的范圍內(nèi)， 鉛的氧化是在銅熔 化時(shí)就開(kāi)始， 一直延續(xù)到開(kāi)始還原時(shí)為止， 通常采用的除鉛方法是向 爐內(nèi)加入石英熔劑，使PbO成硅酸鹽的形態(tài)除去，因PbO濃度較大， 固用壓縮空氣強(qiáng)制將細(xì)粉狀熔劑吹入熔體內(nèi)效果較好。 然而用硅酸鹽 造渣脫鉛的方法操作時(shí)間長(zhǎng)，銅的

9、損失大，爐渣酸性化，對(duì)堿性爐襯 腐蝕嚴(yán)重，尤其是要使鉛的含量降低到 0.005%以下更是如此。此外 用氧化硼作劑，使鉛呈硼酸鹽形態(tài)除去，亦有顯著效果，但其成本較 高。D錫：錫是比較難以除去的雜質(zhì)，但從處理礦石或精礦得到的粗銅 中，含錫很少，一般只有萬(wàn)分之幾，不會(huì)給精煉作業(yè)帶來(lái)較大困難。 錫在氧化成，其可用加入堿性熔劑如 Na2CO和CaO等方法除去。E、硫：硫在粗銅中，主要以Cu2S和其它金屬硫化物形式存在，它在 精 煉 初 期 氧 化 的 較 緩 慢 ， 但 在 氧 化 后 期 時(shí) ， 便 開(kāi) 始 按 Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2反應(yīng)激烈地放出SO2使銅水沸騰，有小 銅液滴噴濺射出，

10、形成所謂“銅雨”。要使硫降至0.008%以下，在1200C時(shí)銅水含氧在0.1%即可。然而為了加速反應(yīng)，實(shí)踐中常將氧 的濃度提高到0.91%,保持熔體中Cu2O為飽和狀態(tài)。同時(shí)采用低硫 的重油供熱，爐氣中SO2濃度應(yīng)低于0.1%,防止SO2溶解于銅熔體 中，溫度應(yīng)控制在1200C，并使?fàn)t內(nèi)為中性或微氧化性氣氛。（2）難除去的雜質(zhì)：包括鎳、砷、銻A、鎳：鎳在氧化階段氧化緩慢，而氧化生成的分布在爐渣和銅水中， 鎳之所以難除去， 一方面由于鎳對(duì)氧的親合力接近于銅， 另一方面在 有砷、銻存在時(shí)，鎳、砷、銻的氧化物形成易深于銅熔體中的三元氧 化物，阻礙鎳進(jìn)入爐渣。鎳氧化生成的 NiO.Cu2O和As2O5

11、.Sb2O5生 成鎳和銅的砷酸鹽和銻酸鹽，即6 Cu2O.8NiO. As2O5和6 Cu2O.8NiO. Sb2O5所謂“鎳云母”它們部分溶于銅中，使除去鎳、砷、銻困難， 部分沉積爐底易形成爐結(jié)，為了除鎳，除添加使生成的造渣外，還可 加入分解和破壞鎳云母，減少這些化合物在銅熔體中的溶解。B、砷、銻 砷、銻在精煉時(shí)，如形成 As2O3和Sb2O3易于揮發(fā)而 除去，如形成As2O5和Sb2O5則不能揮發(fā)，與銅的氧化物生成砷酸 鹽和銻酸鹽，溶解于銅熔體中，難以除去。在精煉的氧化期，砷和銻生成具有揮發(fā)性的三氧化物，即As2O3和Sb2O3 一部分隨爐氣逸出， 其余部分與銅生成可溶于銅熔體的亞砷酸銅和亞銻酸銅， 如熔體中始 終飽和以Cu20時(shí)，砷、金北的三氧化物將繼續(xù)氧化成不揮發(fā)的五氧 化物，即As2O5和As2O5，并生成砷酸銅和銻酸銅溶解于銅熔體中。 當(dāng)精煉含砷、銻相當(dāng)高的粗銅時(shí)，根據(jù)砷、銻化合物的性質(zhì)