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火法煉銅（以黃銅礦精礦為主料的冶金工藝）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-20

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火法煉銅

以黃銅礦精礦為主料的冶金工藝

包括焙燒、熔煉、吹煉、精煉等工序，以黃銅礦精礦為主要原料。焙燒分半氧化焙燒和全氧化焙燒（“死焙燒”），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)。熔煉主要是造锍熔煉，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。吹煉能夠消除煙害，回收精礦中的硫。精煉分火法精煉和電解精煉。粗銅精煉分火法精煉和電解精煉。火法精煉是利用某些雜質(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。

基本信息

中文名	火法煉銅
主要方法	鼓風(fēng)爐
焙燒	脫除精礦中部分或全部的硫
熔煉	銅精礦或焙燒礦中的部分鐵氧化

步驟

焙燒

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。

火法煉銅

熔煉

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+O2→Cu2S+2FeS+SO2

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。

火法煉銅

主要方法

鼓風(fēng)爐

鼓風(fēng)爐是豎式爐，我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

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)模可大型化，對原料，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，且含二氧化硫僅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

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30 m～35m，寬8 m～10m，高4 m～5m，采用六根直徑為1.2 m～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閃速爐和國際鎳公司型閃速爐兩種。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。

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。

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)。

轉(zhuǎn)爐法

用以處理高品位銅精礦。將銅精礦制成粒或壓成塊加入爐內(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。

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