術(shù)語介紹

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,稱硫酸化焙燒。

主要原料是硫化銅精礦,一般包括焙燒、熔煉、吹煉、精煉等工序.

焙燒 分半氧化焙燒和全氧化焙燒(“死焙燒”),分別脫除精礦中部分或全部的硫,同時除去部分砷、銻等易揮發(fā)的雜質(zhì)。此過程為放熱反應(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,稱硫酸化焙燒。

熔煉 主要是造锍熔煉,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%。熔煉過程主要反應(yīng)為:

2CuFeS2→Cu2S+2FeS+S

Cu2O+FeS→Cu2S+FeO

2FeS+3O2+SiO2→2FeO·SiO2+2SO2

2FeO+SiO2→2FeO·SiO2

造锍熔煉的傳統(tǒng)設(shè)備為鼓風(fēng)爐、反射爐、電爐等,新建的現(xiàn)代化大型煉銅廠多采用閃速爐。

鼓風(fēng)爐熔煉 鼓風(fēng)爐是豎式爐,小國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)料柱的周圍,以保持透氣性,使熔煉作業(yè)正常進(jìn)行。中國沈陽冶煉廠、富春江冶煉廠等采用此法。

反射爐熔煉 適于處理浮選的粉狀精礦。反射爐熔煉過程脫硫率低,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)??纱笮突瑢υ?,燃料的適應(yīng)性強(qiáng),長期來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SO2僅1%左右,回收困難。反射爐的熱效率僅25%~30%,熔煉過程的反應(yīng)熱利用較少,所需熱量主要靠外加燃料供給。70年代以來,世界各國都在研究改進(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。中國白銀公司第一冶煉廠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。

反射爐為長方形,用優(yōu)質(zhì)耐火材料砌筑。燃燒器設(shè)在爐頭部,煙氣從爐尾排出,爐料由爐頂或側(cè)墻上部加入,冰銅從側(cè)墻底部的冰銅口放出,爐渣從側(cè)墻或端墻下的放渣口排出。爐頭溫度1500℃~1550℃,爐尾溫度1250℃~1300℃,出爐煙氣1200℃左右。熔煉焙燒礦時,燃料率10%~15%,床能率3~6t/(m2·日)。銅精礦直接入爐,燃料率16%~25%,床能率為2~4t/(m2·日),稱生精礦熔煉。中國大冶冶煉廠采用270m2反射爐熔煉生精礦。

電爐熔煉 煉銅采用電阻電弧爐即礦熱電爐,對物料的適應(yīng)性非常廣泛,一般多用于電價低廉的地區(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。

銅熔煉電爐多為長方形,少數(shù)為圓形。大型電爐一般長30m~35m,寬8m~10m,高4m~5m,采用六根直徑為1.2m~1.8m的自焙電極,由三臺單相變壓器供電。電爐視在功率3000~50000千伏安,單位爐床面積功率100kw/m2左右,床能率3~6t/(m2·日),爐料電耗400~500kw·h/t,電極糊消耗約2~3kg/t。中國云南冶煉廠采用30000kVA電爐熔煉含鎂高的銅精礦。

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。降低熔煉過程的能耗。煙氣中SO2濃度可超過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和國際鎳公司型兩種。70年代末世界上已有幾十個工廠采用奧托昆普型閃速爐,中國貴溪冶煉廠也采用此種爐型。

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。

一個吹煉周期分為兩個階段:第一階段,將FeS氧化成FeO,造渣除去,得到白冰銅(Cu2S)。冶煉溫度1150℃~1250℃。主要反應(yīng)是:

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

Cu2S+2Cu2O→6Cu+SO2

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的空氣通過沿轉(zhuǎn)爐長度方向安設(shè)的一排風(fēng)眼鼓入熔體,加料、排渣、出銅和排煙都經(jīng)過爐體上的爐口。

粗銅精煉 分火法精煉和電解精煉?;鸱ň珶捠抢媚承╇s質(zhì)對氧的親和力大于銅,而其氧化物又不溶于銅液等性質(zhì),通過氧化造渣或揮發(fā)除去。其過程是將液態(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。中國上海冶煉廠銅電解車間電流密度為330A/m2。

電解過程中,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。因此,必須定期引出部分溶液進(jìn)行凈化,并補(bǔ)充一定量的硫酸。凈液過程為:直接濃縮、結(jié)晶,析出硫酸銅;結(jié)晶母液用電解法脫銅,析出黑銅,同時除去砷、銻;電解脫銅后的溶液經(jīng)蒸發(fā)濃縮或冷卻結(jié)晶產(chǎn)出粗硫酸鎳;母液作為部分補(bǔ)充硫酸,返回電解液中。此外,還可向引出的電解液中加銅,鼓風(fēng)氧化,使銅溶解以生產(chǎn)更多的硫酸銅。電解脫銅時應(yīng)注意防止劇毒的砷化氫析出。

火法煉銅的其他方法 已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的方法還有:

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)。

氧氣頂吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐法 用以處理高品位銅精礦。將銅精礦制成?;驂撼蓧K加入爐內(nèi),由頂部噴槍吹氧,燃料也由頂部噴入,產(chǎn)出粗銅和爐渣。中國用此法處理高冰鎳浮選所得銅精礦。

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。