摘 要 火法精煉主要是采用一些對(duì)氧的親和力比對(duì)銅的親和力的大的雜質(zhì)，并且這些雜質(zhì)的氧化物與銅液之間不具備相容性的特點(diǎn)。通過(guò)進(jìn)行氧化造渣或者揮發(fā)等措施將粗銅中的雜質(zhì)去除或者消除煙害。粗銅精煉主要分為火法精煉和電解精煉，目前國(guó)內(nèi)外很多的煉銅廠對(duì)于粗銅的精煉都是先采用火法精煉，然后在利用電解精煉去除粗銅中所含的雜質(zhì)以及煙害。本文主要進(jìn)行分析粗銅火法精煉的過(guò)程以及粗銅火法精煉技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞 粗銅；火法精煉技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào) TF811 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)052-0231-01

傳統(tǒng)的粗銅火法精煉主要是采用氧化還原精煉技術(shù)：首先采用富氧空氣將粗銅中雜質(zhì)通過(guò)氧化的作用去除，然后再采用碳氧化物還原劑將前一階段氧化過(guò)程中精煉中富含的多余的氧以及雜質(zhì)去除。在粗銅精煉的過(guò)程中采用這種技術(shù)不僅會(huì)造成空氣污染，而且也會(huì)造成在氧化過(guò)程中產(chǎn)生新的雜質(zhì)，從而為粗銅精煉造成負(fù)擔(dān)，因此研究粗銅火法精煉技術(shù)對(duì)減少煉銅廠的污染，提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的作用。

1 粗銅火法精煉技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 粗銅火法精煉的原理

粗銅火法精煉的原理主要是由于銅對(duì)氧的親和力小于銅中雜質(zhì)對(duì)氧的親和力，并且銅中很多雜質(zhì)的氧化物在銅液中溶解度是非常小的，如果空氣進(jìn)入到銅的熔體中，將會(huì)與熔體中銅產(chǎn)生氧化的作用，從而產(chǎn)生Cu2O，然后再與熔體中其他的金屬雜質(zhì)產(chǎn)生作用，使雜質(zhì)氧化。其作用機(jī)理主要是：

4Cu+O2=2Cu2O，Cu2O+Me+MeO+Cu，其中公式中Me主要是指金屬雜質(zhì)，在精煉的過(guò)程中將會(huì)溶解于熔融銅中，并且Cu2O的溶解度將會(huì)隨著溫度的增加而逐漸增加，其中溶解度和溫度之間的關(guān)系如下表所示：

表1 溶解度和溫度之間的關(guān)系

溫度（℃）1100115012001250

溶解度（%）58.212.313

在粗銅火法精煉的過(guò)程中如果銅中Cu2O的含量高于上表中溫度下的溶解度的時(shí)候，其銅的熔體將會(huì)分為飽和銅的Cu2O液相和飽和Cu2O的銅液相兩層。

在粗銅火法精煉中，將會(huì)產(chǎn)生大量的雜質(zhì)氧化物，并且這些雜質(zhì)氧化物在銅液中的溶解度是非常小的，并且在雜質(zhì)氧化物的銅液中的含量是非常少的，從而將會(huì)利用銅液的翻騰使雜質(zhì)氧化物迅速的浮出銅液的上面，然后將與加入在銅液中熔劑產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)從而形成活度比較少的游離狀態(tài)進(jìn)入爐渣或者直接生成穩(wěn)定的爐渣。

1.2 粗銅火法精煉的過(guò)程

在煉銅廠中，采用粗銅火法精煉的任務(wù)和目的主要是為銅電解提供優(yōu)良銅陽(yáng)極，并且雜質(zhì)在0.5%到1%，其化學(xué)組分中銅的含量99.5%以上。粗銅精煉這種方法主要適用于雜質(zhì)含量比較的粗銅中，粗銅火法精煉的過(guò)程主要分為以下幾個(gè)階段：1）加料熔化期；2）氧化期；3）還原期；4）銅澆鑄期，四個(gè)階段，粗銅火法精煉的一般流程如圖1所示。

2 粗銅火法精煉技術(shù)的發(fā)展

目前國(guó)內(nèi)外很多的煉銅廠中粗銅火法精煉的技術(shù)主要缺點(diǎn)是氧化和還原兩個(gè)相反的過(guò)程，造成整個(gè)粗銅火法精煉的作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、設(shè)備生產(chǎn)效率低下以及消耗的燃料比較多，經(jīng)濟(jì)效益低下，

圖1 粗銅火法精煉的流程

并且對(duì)于煉銅爐中的氣氛以及金屬熔體的溫度很難進(jìn)行控制。粗銅火法精煉技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要是為了能夠?qū)で笱趸瓦€原過(guò)程，從而能夠增加煉銅爐的容量，使煉銅廠的生產(chǎn)能力擴(kuò)大。

2.1 采用碳酸鈉作為熔劑的粗銅火法精煉新技術(shù)

在煉銅廠中傳統(tǒng)的粗銅火法精煉主要是采用碳氧化物作為氧化物的還原劑，使粗銅中的硫以及氧去除，但是這種方法不僅操作周期長(zhǎng)，而且設(shè)備生產(chǎn)效率比較低，目前國(guó)內(nèi)外一些銅冶煉技術(shù)研究人員正在大力研究使用碳?xì)浠献鳛榇帚~火法精煉技術(shù)，據(jù)有關(guān)媒體報(bào)道，目前銅冶煉技術(shù)已經(jīng)做過(guò)三次試驗(yàn)，試驗(yàn)中所使用的原料以及設(shè)備主要是采用純度為99%的再結(jié)晶氧化鋁坩堝，純度為98.7%硫作為主要的研究載體。碳酸鹽助熔劑主要采用碳酸鈉，其純度在99%，向熔體中噴吹空氣采用的噴嘴的為浸沒(méi)式率噴嘴，其直徑在5 mm，然后將噴嘴放在熔體表面下大約在7.6 mm的地方，以2 L/min的速度向熔體噴入氧氣或者空氣。

噴吹空氣或者氧氣的時(shí)間主要根據(jù)氧氣以及空氣的效率的90%進(jìn)行計(jì)算。其中銅試樣中的硫和氧的含量分析主要采用LECO分析設(shè)備進(jìn)行分析，試驗(yàn)取樣主要采用直徑為5 mm的石英管。通過(guò)進(jìn)行試驗(yàn)可以得知，在煉銅廠中采用碳酸鈉為助熔劑對(duì)粗銅進(jìn)行火法精煉能夠處理硫含量在700 PPm到1000 PPm，氧含量超過(guò)1500PPm的粗銅，并且這種方法與傳統(tǒng)的粗銅火法精煉技術(shù)相比能夠減少周期性和縮短作業(yè)時(shí)間，而且對(duì)提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益具有重要的作用和價(jià)值。這種技術(shù)將會(huì)成為煉銅廠中一種新型的技術(shù)被廣泛應(yīng)用。

2.2 真空精煉

在煉銅廠中，真空精煉也是粗銅火法精煉研究的一項(xiàng)重要的內(nèi)容，真空精煉主要是將轉(zhuǎn)爐吹過(guò)的熔融粗銅進(jìn)行真空精煉，如果在粗銅火法精煉的過(guò)程中當(dāng)硫和氧的原始濃度在0.017%和0.13%時(shí)，可以進(jìn)行真空精煉四次后，其硫和氧的濃度就會(huì)降低到0.006%和0.03%，并且在進(jìn)行真空精煉的過(guò)程中，粗銅中所含的鉛、砷、鋅、銻等雜質(zhì)也相應(yīng)的減少，從而達(dá)到去除粗銅中雜質(zhì)的目的和效果，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 采用氣體或者液體還原劑

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，粗銅火法精煉技術(shù)的提高，目前很多的煉銅廠已經(jīng)采用天然氣作為還原劑，其中天然氣的成分主要是甲烷，天然氣作為還原劑主要是將空氣或者天然氣在催化劑的作用下，在一定的壓力或者溫度下，生成含有CO和H2的混合氣體。如果將天然氣放置在銅液中，就會(huì)產(chǎn)生氫氣氣泡，并被銅液吸收，其中氫氣的還原反應(yīng)為。還可以采用氨氣作為脫氧氣體，氨氣的還原特性主要是應(yīng)該將氨加熱到800℃，時(shí)進(jìn)行分解。氨氣相對(duì)于天然氣以及液化石油氣體等氣體是脫氧氣體較好的一種氣體，但是這種氣體的價(jià)格非常昂貴，成本高，并且會(huì)形成氣體的銅氨絡(luò)合物造成銅液的揮發(fā)。但是天然氣以及丙烷等氣體在粗銅精煉的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的炭黑，造成精煉排除帶黑煙的氣體。因此在煉銅廠中首先應(yīng)該選擇恰當(dāng)?shù)倪€原劑，并且應(yīng)該充分考慮其經(jīng)濟(jì)性以及效益性。隨著粗銅火法精煉技術(shù)的快速發(fā)展，將會(huì)有越來(lái)越多的粗銅火法精煉技術(shù)產(chǎn)生，從而將會(huì)使粗銅火法精煉進(jìn)一步增加，使煉銅廠的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高，促進(jìn)社會(huì)效益以及經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展。

3 結(jié)論

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，銅冶金新技術(shù)不斷的研究，銅冶金新技術(shù)將會(huì)受到越來(lái)越多的煉銅廠以及研究人員的關(guān)注，粗銅火法精煉技術(shù)不僅具有工藝技術(shù)先進(jìn)、生產(chǎn)能力大，而且自動(dòng)化程度高，對(duì)環(huán)境的污染小等特點(diǎn)，并且隨著對(duì)粗銅火法精煉技術(shù)的研究發(fā)展，粗銅火法精煉技術(shù)將會(huì)成為未來(lái)煉銅的主要方向，但是仍然需要對(duì)節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效的銅冶金技術(shù)不斷發(fā)展和研究。

參考文獻(xiàn)

[1]陳遠(yuǎn)望.國(guó)外礦產(chǎn)粗銅火法精煉新方法[J].世界有色金屬，2005，01:41-42.

[2]江鐘，章文槐.銅熔體的精煉凈化技術(shù)[J].江西化工，2010，01:24-25.

[3]班麗麗，劉中華，雍歧龍，陳雯.一種除銅新工藝在粗鉛精煉中應(yīng)用研究.昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)(理工版)，2006，31(4):10-12.

[4]周堅(jiān)林.粗鉛火法精煉過(guò)程中雜質(zhì)控制的生產(chǎn)實(shí)踐[J].湖南有色金屬，2005，02:17-20.

[5]朱福良，張峰，樊丁，馮耀華.銅電解精煉工藝[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，2:20-21.