粗铜的火法精炼工艺

1、粗铜的火法精炼工艺1 概述阳极炉精炼的目的粗铜火法精炼的任务是除去一部分杂质， 目的是为电解精炼提供 合乎要求的阳极铜，并浇铸成表面平整、厚度均匀、致密的阳极板， 以保证电解铜的质量和降低电解精炼的成本。阳极炉精炼的过程描述转炉产出的粗铜装入粗铜包子， 用液体吊车倒入阳极炉内， 先通 入压缩空气使之产生氧化反应， 氧化结束后扒出炉渣， 开始通入还原 剂使之产生还原反应， 还原结束后开始浇铸， 精炼过程采用重油做燃 料。阳极板的双圆盘定量浇铸系统是由程序来自动控制的。 产生的烟 气经过空气换热器冷却后经排空。阳极炉精炼的工艺流程2 粗铜火法精炼原理粗铜的火法精炼包括氧化与还原两个主要过程。粗铜的

2、火法精炼通常是在 115 01250 C的温度下，先向铜熔体 中鼓入空气， 使铜熔体中的杂质与空气中的氧发生氧化反应， 以金属 氧化物MO形态进入渣中，然后用碳氢还原剂将熔解在铜的氧出去， 最后浇铸成合格的阳极送去电解精炼。2.1阳极炉精炼氧化原理及主要物理化学变化阳极炉氧化精炼是在 11501200 C的高温下，将空压风鼓入熔 铜中，由于铜液中大多数杂质对氧的亲合力都大于铜对氧的亲合力， 且多数杂质氧化物在铜水中的溶解度很小，当空气中的氧通入铜熔体中便优先将杂质氧化除去。脱硫是在氧化过程中进行的。向铜熔体中 鼓入空气时，除了 02直接氧化熔铜中的硫产生SO2之外，氧亦熔于 铜中。但熔体中铜占

3、绝大多数，而杂质占极少数，按质量作用定律， 优先反应的是铜的大量氧化：4Cu+O2=2Cu2O所生成的Cu2O溶解于铜水中，其溶解度随温度升高而增大。1100C，溶解的 Cu2O=5%，相应的 02=0.56%1150C，溶解的 Cu2O=8.3%，相应的 02=0.92%1200C，溶解的 Cu2O=12.4%,相应的 02=1.38%1250C，溶解的 Cu2O=13.1%，相应的 02=1.53%1300C1300C1083C900C700C500CCu重量% Cu0当Cu20含量超过该温度下的溶解度时，则熔体分为两层，下层是饱 和了 Cu20的铜液相，上层是饱和了铜的 Cu20液相。溶

4、解在铜熔体中的Cu20，均匀地分布于铜熔体中，能较好地与 铜熔体中的杂质接触，那些对氧亲和力大于铜对氧亲和力的杂质(Me),便被 Cu2O所氧化：Cu2O +(Me) =2Cu + MeO。这样在氧化精炼中一部分发生 CuCu2OCu 的变化而起到氧的传递剂 作用。铜熔体中杂质氧化主要是以这个方式进行的。当然，也有少部分杂质，直接被炉气或空气中的氧所氧化，其反应为： 2(Me) + O2=2 MeO 。这种反应，在氧化精炼中不占主导地 位。为了使空气中的氧尽量与铜反应生成 Cu2O，且使Cu2O与杂质 良好接触，进而氧化杂质。 就必须把空气鼓入铜熔体中，使空气形成 无数小气泡，使铜熔体翻腾，以

5、增大气 液相接触面，加快 Cu2O 和 杂质间的扩散，强化氧化精炼过程。铜液中Cu2S和其它金属硫化物，它在精炼初期氧化的较缓慢， 但在氧化后期时，温度达1175C时，硫在铜液中溶解度可达 9%,开 始按Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2反应激烈地放出SO2,使铜水沸腾， 有小铜液滴喷溅射出, 形成所谓 “铜雨”而将硫脱除 ,也标志着氧化将结 束。2.2 阳极炉氧化过程杂质行为杂质的氧化顺序, 从理论上说, 可按杂质对氧的亲合力的大小来 粗略地判断,其排列顺序为铝、硅、锰、锌、铁、镍、砷、锑、硫、 铋、铜、银、金。然而,在实际精炼过程中,杂质氧化的明显顺序是 不存在的, 而是许多杂质同时发生

6、氧化, 只是在某一个时刻氧化程度 不同而已杂质的氧化顺序和除去程度，与下列因素有关： （1） 杂质 在铜中的浓度和对氧的亲合力； （ 2） 杂质氧化后所生成的氧化物在 铜中的溶解度；（ 3） 杂质及其氧化物的挥发性、杂质氧化物的造渣 性。上述因素中， 杂质的浓度、对氧的亲合力和杂质氧化物在铜中的 溶解度是主要因素， 杂质及其氧化物在铜中的溶解度愈大， 则该杂质 愈难除去，杂质对氧的亲合力愈小，则该杂质愈难氧化，因而也难以 除去。因此在阳极炉精炼过程中， 杂质按其易难除去程度可分为三类： 易除去的、难除去的和不能除去的。（1 ）易除去杂质：包括铁、锌、铅、锡、硫等A、铁：铁是易于除去的杂质，它在

7、铜的熔体中是有限溶解，不与铜 生成化合物，在火法精炼中，能迅速而完全地除去，它在炉料的熔化 和氧化阶段初期即被氧化成FeO并与石英熔剂作用生成硅酸盐炉渣，或进一步氧化成Fe2O3与其它金属氧化物生成铁酸盐即 MeO.Fe2O3 炉渣。如精炼作业在碱性炉衬的炉子中进行， 过程又不加入石英熔剂， 则全部的铁几乎都氧化成Fe2O3而呈铁酸盐炉渣。B、锌：锌和铜在液态时互溶，固态时形成一系列固溶体。精炼过程 中，锌可直接蒸发，熔体中的 ZnO在有还原剂覆盖铜熔体的情况下， 也能被还原成金属锌而蒸发，并在炉气中被氧化成 ZnO ，随炉气排 出。此外，还有一部分ZnO与Si02作用生成硅酸锌即ZnC2 S

8、iO2,与 Fe2O3生成铁酸锌即ZnC2 Fe2O3炉渣。当精炼含锌高的铜料时，为 加速锌的蒸发， 在熔化期和氧化期均应提高炉内温度， 并在熔体表面 覆盖一层木碳或不含硫的焦炭颗粒， 使还原成金属锌蒸发， 以免生成 结块而妨碍蒸锌过程的正常进行。C铅：铅和铜在固态时互不溶解，在铜熔体中溶解度很小，但铅对 电解的危害较大， 须将其控制在所允许的范围内， 铅的氧化是在铜熔 化时就开始， 一直延续到开始还原时为止， 通常采用的除铅方法是向 炉内加入石英熔剂，使PbO成硅酸盐的形态除去，因PbO浓度较大， 固用压缩空气强制将细粉状熔剂吹入熔体内效果较好。 然而用硅酸盐 造渣脱铅的方法操作时间长，铜的

9、损失大，炉渣酸性化，对碱性炉衬 腐蚀严重，尤其是要使铅的含量降低到 0.005%以下更是如此。此外 用氧化硼作剂，使铅呈硼酸盐形态除去，亦有显著效果，但其成本较 高。D锡：锡是比较难以除去的杂质，但从处理矿石或精矿得到的粗铜 中，含锡很少，一般只有万分之几，不会给精炼作业带来较大困难。 锡在氧化成，其可用加入碱性熔剂如 Na2CO和CaO等方法除去。E、硫：硫在粗铜中，主要以Cu2S和其它金属硫化物形式存在，它在 精 炼 初 期 氧 化 的 较 缓 慢 ， 但 在 氧 化 后 期 时 ， 便 开 始 按 Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2反应激烈地放出SO2使铜水沸腾，有小 铜液滴喷溅射出，

10、形成所谓“铜雨”。要使硫降至0.008%以下，在1200C时铜水含氧在0.1%即可。然而为了加速反应，实践中常将氧 的浓度提高到0.91%,保持熔体中Cu2O为饱和状态。同时采用低硫 的重油供热，炉气中SO2浓度应低于0.1%,防止SO2溶解于铜熔体 中，温度应控制在1200C，并使炉内为中性或微氧化性气氛。（2）难除去的杂质：包括镍、砷、锑A、镍：镍在氧化阶段氧化缓慢，而氧化生成的分布在炉渣和铜水中， 镍之所以难除去， 一方面由于镍对氧的亲合力接近于铜， 另一方面在 有砷、锑存在时，镍、砷、锑的氧化物形成易深于铜熔体中的三元氧 化物，阻碍镍进入炉渣。镍氧化生成的 NiO.Cu2O和As2O5

11、.Sb2O5生 成镍和铜的砷酸盐和锑酸盐，即6 Cu2O.8NiO. As2O5和6 Cu2O.8NiO. Sb2O5所谓“镍云母”它们部分溶于铜中，使除去镍、砷、锑困难， 部分沉积炉底易形成炉结，为了除镍，除添加使生成的造渣外，还可 加入分解和破坏镍云母，减少这些化合物在铜熔体中的溶解。B、砷、锑 砷、锑在精炼时，如形成 As2O3和Sb2O3易于挥发而 除去，如形成As2O5和Sb2O5则不能挥发，与铜的氧化物生成砷酸 盐和锑酸盐，溶解于铜熔体中，难以除去。在精炼的氧化期，砷和锑生成具有挥发性的三氧化物，即As2O3和Sb2O3 一部分随炉气逸出， 其余部分与铜生成可溶于铜熔体的亚砷酸铜和亚锑酸铜， 如熔体中始 终饱和以Cu20时，砷、金北的三氧化物将继续氧化成不挥发的五氧 化物，即As2O5和As2O5，并生成砷酸铜和锑酸铜溶解于铜熔体中。 当精炼含砷、锑相当高的粗铜时，根据砷、锑化合物的性质