粗銅的火法精煉(楚雄)

傾動式精煉爐是20世紀60年代中期，由瑞士人研究創(chuàng)造的。它是在反射爐和回轉爐根底上，吸取了兩種爐型的長處而設計的。爐膛形狀像反射爐，保持較大的換熱面積，采取了回轉爐可轉動的方式，增設了固定風口，取消了插風管和扒渣作業(yè)，減輕了勞動強度，既能處理熱料又能處理冷料。傾動爐由爐基、搖座、爐體、驅動裝置、燃燒器及燃燒室組成。爐基由耐熱鋼筋混凝土筑成，在爐基上裝設鋼結構搖座，搖座上沿為圓弧形，裝有假設干個滾輪。爐體底部也是圓弧形，座在搖座上。液壓缸底部裝在根底上，上部與爐底底部連接。伸縮液壓缸帶動爐體傾動，傾動角度為±300，有快慢兩種傾轉速度，氧化、復原、倒渣用快速傾轉，澆鑄用慢速傾轉。三、固定式反射爐由于精煉產出的渣量不多，且銅與渣的比重差異大，故精煉爐不需要澄清別離區(qū)。現代精煉反射爐的作業(yè)空間長度一般為10～15m，寬度4～5m，爐長與爐寬之比為1.7～3.5m其容量為5至400t，精煉爐的熔池深為為0.6～1.2m，以便在爐內維持一定的熱量儲藏，可在一定程度內補償爐內作業(yè)空間溫度的波動。1、固定式射爐的缺點氧化、復原、扒渣和出銅等作業(yè)全部是手工操作。勞動量和勞動強度大，勞動條件差，難以實現機械化和自動化。爐子密封性差，散熱損失大，煙氣泄漏多，車間環(huán)境差。氧化、復原作業(yè)，對于氧化劑和復原劑的利用率低。風管及輔助材料消耗大，操作效率低。爐子操作平安性不如回轉精煉爐和傾動精煉爐。2、固定式反射爐結構

固定反射爐主要由爐體局部、骨架局部、余熱利用及煙道局部、爐子供熱系統(tǒng)等設備組成。2.1爐體局部包括爐基、爐底、爐墻和爐頂組成爐基由鋼筋/耐熱混凝土與爐底支墩整體澆灌而成爐底分為三/四層，總厚為910mm。爐墻厚度為680mm，主要材質為鎂質和鎂鉻質兩種。爐頂厚度為380mm，村質為鎂質/鎂鉻質。

2.2骨架局部圍板立柱

拉桿

彈簧水套構件2.3余熱回收及煙道局部反射爐的排煙方式有自然排煙和強制排煙兩種。一般都采用自然排煙方式，煙氣經豎直煙道、斜煙道和余熱回收及煙塵收集系統(tǒng)，由煙囪排出。煙塵的收集采用重力沉降收塵，無任何的收塵設備。余熱回收采用低壓板箱式汽化水套，中間加對流管束。

2.4爐子供熱系統(tǒng)四、反射爐生產的根本原理反射爐生產的根本原理復原根本原理：復原過程是在銅熔體中的雜質氧化除去符合要求后，對銅熔體中存在的8%的Cu2O進行復原，選用含有大量碳的木炭粉作為復原劑，其根本反響式如下：CuO2＋C=2Cu＋COCuO2＋CO=2Cu＋CO2復原結束，使銅熔體中硫和氧降低到最低限度，使銅品位進一步提高，并澆鑄成適合電解需要、平整細密，有一定外形尺寸的陽極銅。五、雜質在精煉過程中的行為1.硫在粗銅中硫主要以硫化亞銅形態(tài)存在，少量呈其他硫化物形態(tài)存在。由于銅對硫的親和力很大，Cu2S在精煉過程中最初氧化緩慢，但在氧化階段將結束，鐵和鈷等雜質氧化之后，便開始按以下反響劇烈地放出SO2。[Cu2S]+2[Cu2O]=6[Cu]+SO2-27720卡在T和Pso2一定的條件下，銅水中溶解的氧濃度增加，可以促進硫濃度的減少甚至完全消失，故在氧化脫硫過程中，應該將Cu2O濃度提高到必需的程度，特別是在硫濃度已降到相當低的時候。同時Cu2S和Cu2O的交互反響是吸熱的，而且有SO2氣體發(fā)生，因此提高銅水溫度和降低SO2分壓，都有利于脫硫。a)為了把溶解的S濃度降低到0.008%以下，在1200℃時銅水中的氧濃度保持在0.1％也就足夠了，但在實際生產中氧的濃度往往提高到0.9～1.0％之間。這是因為隨著硫反響接近平衡狀態(tài)，反響速度勢必減慢，反響時間必然延長，為了加快反響速度，熔體中Cu2O的飽和是必要的。b〕爐氣SO2的分壓愈大,那么銅中含硫愈高，如果在銅熔體上的爐氣中含有較高SO2時，要將銅中的SO2除凈是不可能的，因此應采用低硫燃料供熱。在1200℃時，與銅水中的S和O保持平衡的SO2分壓為101Pa時，氧化期的爐氣中含有0.1％SO2是無害的c〕溫度和SO2分壓對銅水中S和O的平衡濃度有不同的影響。當提高溫度時，爐氣中SO2的分壓應控制低一些，相反，降低溫度時那么允許SO2分壓稍高一些。SO2分壓與溫度相比，有更大的作用，因此它是主要的影響因素。在實踐中采用含硫較少的燃料是必要的。3.鈷銅與鈷在一定含量范圍內互溶，鈷的行為與鐵相似，在鐵之后和鎳之前形成硅酸鹽和鐵酸鹽進入爐渣。4.鋅在處理雜銅時會帶入較多的鋅。鋅與銅在液態(tài)時完全互溶，并生成化合物。鋅沸點為906℃，精煉時大局部鋅在熔化階段即以金屬形態(tài)揮發(fā)，然后被爐氣中的氧氧化成ZnO而隨爐氣排出，其余的鋅在氧化初期被氧化成ZnO，并形成硅酸鋅〔2ZnO.SiO2〕和鐵酸鋅〔ZnO.Fe2O3〕進入爐渣。當精煉含鋅高的銅料時〔例如精煉黃雜銅、黑銅〕，為了加速鋅的蒸發(fā)，在熔化期和氧化期限均提高爐溫，并在熔體外表蓋一層木炭或不含硫焦炭顆粒，使氧化鋅復原成金屬鋅蒸發(fā)，以免生成氧化鋅結殼阻礙蒸發(fā)鋅的過程正常進行。6.鎳鎳與銅能生成一系列固熔體，鎳在熔化期和氧化期均受到氧化，但既緩慢又不完全。并且在氧化期所生成的NiO分布于銅水和爐渣之間，溶入爐渣中的NiO局部與其中的Fe2O3結合成NiO.Fe2O3。NiO.Fe2O3不溶于銅水而溶于爐渣，這局部鎳是可以氧化除去的，一般情況下銅中的鎳可降低到0.2～0.4%。由于銅水中經常含有少量的砷和銻，溶于銅水中的NiO便以6Cu22O5和6Cu22O5(鎳云母)的形態(tài)存在，這種三元氧化物的形成是很難防止的，這是鎳之所以難除去的主要原因。7.錫銅與錫在液態(tài)時互溶,在精煉過程中錫被氧化成氧化亞錫(SnO)和二氧化錫(SnO2)，前者呈堿性易與SiO2造渣除去。而二氧化錫呈酸性且稍溶于熔融銅中，需向爐內參加堿性熔劑〔蘇打或石灰等〕方能造渣，生成不溶于銅的錫酸鈉〔Na2O.SnO2〕或錫酸鈣〔CaO.SnO2〕。一種按70%碳酸鈉和30%氧化鈣組成的熔劑，可使銅中的含錫量從0.02%以上降至0.002%。8.砷和銻砷、銻和銅在液態(tài)時完全互溶。砷、銻和銅分別生成Cu3As、Cu5As2、Cu2O.хAs2O3、Cu2O.хAs2O5，Cu2Sb、Cu2O.хSb2O3、Cu2O.хSb2O5，以及鎳云母，它們都溶于銅中，這是砷、銻較難除的主要原因。精煉時，化學反響為：3Cu2O+2Cu3As=As2O3+12CuCu2O+хAs2O3=Cu2O.хAs2O32Cu2O+As2O3=As2O5+4CuCu2O+хAs2O5=Cu2O.хAs2O5銻的化合物具有類似的反響。生成的As2O3和Sb2O3具有揮發(fā)性，一局部隨爐氣排出，一局部繼續(xù)被氧化成As2O5和Sb2O5，不能揮發(fā)而與Cu2O作用生成砷酸銅和銻酸銅溶于銅液中，它們中的一局部也可以進入渣中，但在渣中很不穩(wěn)定，易于重新進入銅液中。9.鉍鉍與銅在液態(tài)時完全互溶，不生成化合物和固溶體。因為粗銅中一般含鉍量很少，而且鉍對氧的親合力與銅對氧的親合力差異不大，再加上鉍的沸點高〔1559℃〕，所以氧化精煉時鉍除去得很少，要在銅電解精煉過程中才能除去。10.硒和碲硒和碲能與銅形成化合物如Cu2Se、Cu2Te、Cu4Te3。它們在氧化精煉過程中的行為尚未詳細研究過。硒和碲在粗銅中的含量較低，在氧化精煉時，可少量地氧化成SeO2和TeO2隨同爐氣排出，但大局部硒和碲仍留在銅內，而在電解精煉后從陽極泥中回收。11.金、銀金和銀對氧的親和力比銅對氧的親和力小，在粗銅氧化精煉時，金、銀等貴金屬不會被氧化而留在金屬中；但少局部的銀會被鉛、砷、銻、硒等揮發(fā)性化合物帶走；故銀的損失可達2.5%。金銀等貴金屬在電解精煉后從陽極泥中回收。六、生產工藝流程圖七、反射爐精煉作業(yè)實踐液態(tài)銅粗用橋式起重機通過包子從特設的溜槽倒入爐內。有些大型反射爐為縮短作業(yè)時間，可將液態(tài)銅料分兩次參加，兩次銅料參加之間相隔1～2小時，在間隔時間提前進行氧化作業(yè)和熔化過程。冷料一般用加料機參加，某些小冶煉廠仍采用人工加料方式。先裝細料，后裝粗料，爐頭多加、爐尾少加。加冷料時要使銅料距爐頂及煙道口有一定距離，以保證燃料燃燒和爐氣流動的順暢。加冷料的批次各廠根據自己的作業(yè)特點及原料構成而變化。加料時要保證爐膛有足夠高的溫度，一般應到達1300℃以上，爐內應保證零壓或微負壓。保溫，熔化

熔化作業(yè)系在氧化氣氛下進行，一般爐膛溫度保持在1300～1400℃以加速冷銅料的熔化，在熔化過程中定期向爐內已熔化的銅液中插入一根風管，鼓入壓縮空氣劇烈地攪動熔體以加速熔化過程，這時也會有局部雜質氧化，形成爐渣于熔體外表，待熔體大局部熔化完，即可進行氧化操作。處理液態(tài)料時，經常需要保溫等料。利用保溫等料時間參加少量冷料時，保溫時間即為熔化時間。氧化操作氧化初期爐渣主要是雜質氧化物，呈黑色，隨著過程不斷進行，氧化亞銅進入爐渣，逐漸變?yōu)樽睾稚c紅色，氧化一直進行到爐渣停止生成，并在熔體外表生成Cu2O油光薄層為止。在氧化階段，應多取樣以判斷氧化終點，銅氧化后的試樣斷面為柱結晶，待略呈磚紅色時，表示氧化程度已夠。處理含雜質高的銅料時應加深氧化程度，應氧化至試樣斷面呈方塊狀結晶，深磚紅色，這種判斷方法需有一定的經驗。國內各工廠大多是憑借操作者的經驗、用肉眼來觀察樣品外表和斷面的狀況，以確定氧化終點。硫孔氧化終點、斷面無硫絲、硫孔扒渣扒渣是將造渣后的雜質通過扒渣過程將其除去，銅面控制是扒渣操作的關鍵。銅液面過低，給以后扒渣作業(yè)造成困難，床能率低；銅液面過高，易出現側門、渣口跑銅事故。為控制好渣含銅，應及時進行扒渣作業(yè)，防止干渣轉變?yōu)橄≡?，生產過多的氧化亞銅。扒渣不干凈，在復原過程，局部雜質會進入銅液，造成銅液的二次污染，影響陽極銅的品質。復原氧化結束后，銅熔體中已飽和溶解有多量的Cu2O，為了將它復原成金屬銅，過去用“插樹〞來進行復原的，因Cu2O復原后銅的韌性增加，故又稱為“韌性插樹〞。日前國內外普遍采用重油、液化石油氣、氨或其它復原性物質〔如天然氣、丙烷等〕。采用重油復原，用鐵管向熔池內導入1.5～2大氣壓的重油〔含硫量應小于0.5%〕，并用2大氣壓的壓縮空氣〔或3～5大氣壓的過熱蒸汽〕霧化，銅液溫度應控制在1150～1180℃，以減少氧、氫及SO2等氣體在銅中的溶解度。爐內必需維持復原氣氛，可將煙道閘門減小，使爐內液面為零壓，煙道抽力為10Pa～30Pa，并加一層木炭或不含硫的碎焦覆蓋銅液。為了充分利用復原劑和加快復原速度，鐵管應深插入熔池，并不斷地移動位置，復原時間約0.5～3小時。復原后期應經常取樣判斷其進行程度。隨著Cu2O的不斷復原，試樣斷面開始是絲狀粗粒結晶結構，逐漸轉變?yōu)榧毩７派錉?，最后變?yōu)榧毩Ｖ旅芙Y晶。復原初期試樣斷面呈磚紅色，后來轉為玫瑰色；從無光澤變?yōu)樽詈蟮慕z綢光澤，金屬亮最初集中最后散開。試樣外表開始時中心帶有凹槽，到復原結束時成為微帶皺紋的平整外表；此時，銅液中的殘氧約為0.03～0.05%(有高達0.1～0.3%的)。外表細花紋、無拉槽、顏色好看斷面出現1/3結晶外表花紋粗，拉槽深斷面還未出現結晶，斷面為細絲幾種主要雜質在復原時的行為如下：1〕鐵氧化后，殘留的鐵以氧化鐵〔Fe2O3〕形式存在于銅液中Fe2O3十分微量，復原時根本不被復原，仍以Fe2O3存在于銅相中；2〕鎳氧化后以NiO形式溶解在銅液中，在復原時被復原成金屬鎳，沒有生成獨立的化合物，溶解在金屬銅中；3〕氧化精煉后的砷、銻氧化物與鉛、鉍氧化物，生成砷鉛氧化物，其分子式可能為〔Pb.Bi〕2(As.Sb)4O12，該化合物不被復原，仍以砷鉛氧化物存在于銅相，假設砷以單一氧化物存在，砷能被復原為金屬。4〕鉍在精煉時氧化生成BiO，并與鉛、砷、銻生成穩(wěn)定的化合物，不被復原；假設以BiO存在時，可以被復原成金屬鉍。5〕PbO與砷、銻、鉍氧化物，組成化合物后不被復原；假設PbO未組成化合物時，將被復原成金屬鉛。6〕在復原期，SO2未被復原，而是繼續(xù)被排除。隨復原反響的進行，氧含量逐漸降低，硫含量也逐步降低，直至復原結束；氧含量降到0.1%以下，硫含量可降到0.005%以下，復原期硫的脫除率為43.53%～50.65%。澆鑄傳統(tǒng)的陽極澆鑄，是人工控制，銅液從精煉爐放出，經溜槽進入澆鑄包，注入鑄模。重量由澆鑄工根據模子的充滿程度或在鑄模上劃一些刻度線進行控制。人工控制的隨機性很大，重量波動大，20世紀50年代開始，逐步實行半自動或自動定量澆鑄，由微機控制稱量包，經液壓系統(tǒng)自動澆鑄。采用28～36塊鑄模的圓盤澆鑄機，其生產能力可到達100t/h。定量澆鑄的陽極板重量差可控制在2%以內，但仍然存在一些問題難以解決：澆鑄時銅水噴濺及圓盤晃動產生飛邊、毛刺；在冷卻和脫模時，產生彎曲變形；鑄模夾耳，耳部產生扭曲變形；鑄模不平，板面厚薄不均。這些缺陷以及其他一些問題，幾乎都是澆鑄過程難以防止和不可能完全克服的，因此采取了陽極外形的修整工作，以彌補澆鑄的缺陷。在電解車間增設陽級平板、校耳、銑耳整形生產線。澆鑄為保證澆鑄陽極的外形質量，控制好氧化、復原終點和銅液溫度是前提條件。往銅模內澆銅水，本著開始慢、中間快、末尾慢的原那么操作，同時啟動圓盤要求平衡準確。從而減少飛邊毛刺，保證