火法精煉銅車間

火法精煉銅車間除硫是在氧化過程的後期完成。 氧化終點時，銅液含氧。 火法精煉銅含鎳0.1%一0.3%，在後續的電

火法精煉銅車間是指製造火法精煉銅的地方或生產線。

銅火法精煉

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銅火法精煉在 熔融高溫條件下，除去礦產粗銅和再生銅中的硫、鐵、 鉛、鋅、鎳、砷、銻、錫、秘和氧等雜質，產出火法精銅的火法煉銅過程。部分再生銅、少數不含或含貴金屬 很少的粗銅，經過火法精煉，即可供機械製造等部門直 接使用。絕大部分粗銅在火法精煉後鑄成陽極板，經電 解精煉，生產純度更高、用途更廣的電解銅。 基本原理火法精煉的主要目的是要除去粗銅中 的硫等雜質，利用雜質對氧的親和勢大於銅對氧的親 和勢和雜質氧化物在銅中溶解度低的特性，向熔銅中 鼓入空氣，即可使雜質生成氣體和造渣除去，而金、銀等貴金屬富集於銅液中。鼓入空氣中的氧首先與銅反 應生成Cu20，Cu2o同分散於銅液中的雜質接觸，生成雜質氧化物除去。然後再用含碳氫化合物的還原劑除 掉溶於銅中的氧，產出化學成分和物理性能符合要求 的精煉銅。

銅火法精煉包括氧化脫硫等雜質和還原脫 氧兩個基本過程。 氧化過程又稱氧化精煉期，主要是脫除粗銅中 的硫、鐵、鉛、鋅、鎳、砷、銻、錫和秘等雜質。熔池 中待精煉熔體質量的98%以上是銅，所以氧化過程一 開始，首先是銅被鼓入熔池的空氣中的氧所氧化: 4Cu+02一ZCuZO 生成的Cu20溶解於銅液中，在操作溫度1373一 1523K條件下，CuZO在銅中溶解度為6%一13%。銅中雜質金屬(Me‘)遇溶解在銅液中的CuZO時便發生 反應: CuZO+Me，一Me，O十ZCu 由於M日O在銅中溶解度很小，而銅的濃度在雜質氧 化時幾乎不發生變化，可視為常數，上式的反應平衡常 數為: K‘=〔CuZO〕〔Me，〕 K‘ 或〔Me‘〕〔CuZO〕 式中表明，Cu20的濃度越高，雜質金屬的濃度就越小， 被除去的雜質就越多。從節約嫉料和不延長下一步還 原過程所需時間等綜合因素出發，氧化過程溫度控制 在1373~1423K時，euZo的飽和濃度約為6%~s%。 氧化精煉期通常還要加入石英砂、石灰和蘇打等熔劑， 以使鐵、鉛、砷、銻等雜質氧化後造渣除去。

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除硫是在氧化過程的後期完成。因為在有對氧的親和勢較大的 金屬雜質存在時，銅的硫化物不易氧化，而一旦金屬雜質氧化結束，銅中硫的氧化反應會劇烈進行: 〔S〕e。+2〔O〕eu一502(g) 反應平衡常數為: p陽。氧化精煉末期銅液含氧約0.6%，1373K時的反應平 衡常數K值為90，氣相中戶、2在3. ZkPa左右，由此 計算銅液中含硫量可以降到0.001%。銅液中以cu20 形態存在的氧在下一步還原過程中除去。 還原過程又稱還原精煉期。用重油、丙烷等還原 劑將CuZO還原成金屬銅，使銅中氧含量降到0.05% ~0.10%的過程。重油等還原劑受熱裂解為HZ、CO、 C等成分，還原反應為: CuZO十HZ—ZCu+HZO Cu:O+CO—ZCu+COZ CuZO+C一ZCu+CO 還原精煉期的終點控制十分重要，如過還原，氫氣在銅 液中的溶解量會急劇增加，在澆鑄銅陽極板時析出，使 陽極板多孔;而還原不足時，就不能產生一定量的水蒸 氣，以抵消銅冷凝時的體積收縮部分，降低了陽極板的 物理規格，同樣不利。

20世紀60年代以前，銅火法精煉均以新鮮樹木 作還原劑，稱為“插樹”還原。新樹木價格貴，操作既 笨重又危險。20世紀60年代開始，逐漸採用液體和氣體還原劑。重油是一種還原劑，但其利用率不超過 20%，裂解產生的炭黑污染環境。天然氣和丙烷均適用 於脫氧，二者也會產生煙臭，如不採取特殊處理措施， 同樣存在污染間題。再制天然氣利用率高，不會造成污 染，但額外的再制費用限制了它的套用。氨氣是有吸引 (3)鏇轉式銅精煉爐兩端呈錐形的臥式爐，燒 嘴、供風和排煙均設於爐子同一端，爐子長3一4m，直 徑3一3.sm，容量240t。採用此爐型工廠較少。 銅陽極定量澆鑄系統由中間銅水包、澆鑄包、稱 量裝置、控制裝置及澆鑄機(見彩圖插頁第3頁)等組 成。精煉銅經溜槽自陽極爐(見彩圖插頁第3頁)進入 中間包，按1塊陽板規定質量，傾出銅水到澆鑄包，稱 量裝置控制澆鑄始末的質量差，實現陽極板質量設定 值，鑄錠機用液壓傳動。陽極板用撈板機、鏈式運輸機、 吊車等機械運出。銅精煉澆鑄生產線見彩圖插頁第3 頁。 反射爐銅精煉作業包括作業準備、加料、熔化、 氧化、還原和澆鑄等。

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作業準備首先清爐，然後升溫、封閉渣口和出銅口。 加料一般粗銅占爐料量的75%~80寫，返回處 理的殘陽極占15%~2。%，廢紫雜銅約l%。液態粗銅 經過溜槽加入爐內，然後加入固體冷料;使用無熱態粗 銅時，先加小塊鬆散銅料，後加大塊銅料。加料期內爐 膛溫度不低於1273K，爐內壓力控制在零壓。 熔化加料後短時間內將爐溫提高到1623K以 上，爐膛呈微負壓，熔化結束扒出銅液面上的浮渣。 氧化除去粗銅中硫、鐵、鋅、鉛、鎳、砷和銻的 作業。將壓縮空氣通過外面塗敷有耐火泥的鐵管鼓入 銅液，爐內為負壓。氧化終點時，銅液含氧。.6%一 0.8%，扒渣後再鼓入壓縮空氣，攪拌3一smin脫除溶 解的50:，此時爐渣以不高於1473K溫度為宜。在氧 化精煉期內，銅中部分鐵氧化後與加入的石英熔劑反 應，生成鐵橄欖石造渣;部分鐵氧化成高價氧化物，同較強鹼性金屬氧化物生成鐵酸鹽進入爐渣。

銅中的含鐵量可由粗銅時的1%左右降到了0.005%。粗銅含鋅.003%一0.008%，在精煉1423K的高溫下，鋅成氣 體揮發並在爐氣中被氧化成煙塵。少部分鋅在銅液中 氧化後，與Fe203和510:分別形成鐵酸鋅和矽酸鋅。 為加速鋅的蒸發，除要保持1423K的爐溫外，還需在 熔池面上覆蓋一層木炭粉或無硫焦炭末，造成有利於 鋅揮發的還原性氣氛。銅中鉛在精煉時生成密度為 9200kg/m3的氧化鉛，氧化鉛與石英熔劑化合成矽酸 鉛造渣。精煉過程可將銅中含鉛量由入爐時的0.06% ~0.12%降到0.005%~。.05%。

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粗銅的鎳含量因原 料不同在0.032%一l%之間波動，在氧化期內， 砷、銻生成鎳銅銻酸鹽和鎳銅砷酸鹽配合物，而溶於銅中，成為難除雜質。除鎳到。.25%時，如繼續深度氧化，只會增加銅在造渣中的損失，而不會顯著降低銅中 鎳含量。火法精煉銅含鎳0.1%一0.3%，在後續的電 解精煉中通過淨液處理予以回收。砷和銻在氧化期內 氧化成三氧化物和五氧化物。三氧化物部分逸入煙氣， 部分生成銅的亞鹽(CuO·AsZO3、Cu·Sb:03);五氧 化物則生成銅的砷酸鹽和銻酸鹽。這四種鹽易溶於銅， 因而銻和砷也是難除雜質。氧化精煉期終了時，銅液中 含有殘存的雜質金屬、50:氣體和占其質量6%~8% 的Cu:O。 還原在爐內正壓和還原氣氛下除去粗銅中氧的 一步作業。

銅液面上覆蓋一層木炭粉或碎焦炭末，用蒸 汽或空氣將重油霧化吹入銅液除氧。還原精煉期終了 時，銅液含氧。.05%~0.1%。 澆鑄出銅時爐內為零壓，銅水溫度保持1388一 1423K。現代多採用自動定量陽極澆鑄系統。 一攀夸鎮直蜂力的還原劑，但價格較高，而且氨能生成氣態的銅氨配磚砌築在混凝土支撐的厚鋼板上，爐牆外用鋼板、工字 合物，引起銅的損失。在有天然氣的地方，以使用天然鋼和拉桿固定。爐頭設供熱的燃燒器，爐尾砌有豎直排 氣最為經濟。煙道，側牆有放銅口，端牆開有扒渣口，爐子中部設尺 中國的主要銅火法精煉廠，除貴溪冶煉廠用丙烷、寸較大的加料口和操作門。 重慶冶煉廠用柴油外，均以重油作還原劑。

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上海冶煉廠(2)臥式迴轉銅精煉爐最大的容量達380t，爐 採用煙氣二次燃燒、多級收塵、煙氣系統加餘熱鍋爐等子尺寸為(d/m)4.sx(h/m)11;常用的多為250t， 措施後，減少了對環境的污染，也降低了能源消耗。(d/m)4隻(h/m)9。中國貴溪冶煉廠建有240t臥式 設備主要有精煉爐及其配套的銅陽極澆鑄系迴轉銅精煉爐(見彩圖插頁第2頁)。爐子的一端設燃統。燒孔和測溫孔，另一端設排煙口。爐子中部的爐口除加 精煉爐有反射式銅精煉爐、臥式迴轉銅精煉爐料和倒渣時打開外，其餘時間均有爐蓋蓋住，防止煙氣和鏇轉式銅精煉爐。外泄和熔體噴濺。爐口對側設有放銅口，平時在液面以 (l)反射式銅精煉爐。18世紀時只有每爐產精銅上，轉到液面以下即可放銅。爐口同一側下部開有2個 30t的小型爐，

20世紀出現了每爐產精銅100t的蓄熱筍somm的風嘴，用以鼓入空氣和還原氣體。爐體支在 換熱室式大型爐，現代反射式銅精煉爐可容粗銅輥輪上，可繞軸線轉動。典型臥式迴轉銅精煉爐技術特 3oot。中國現有最大銅反射精煉爐的容量是150t，，中國典型銅火法精煉廠主要技術特徵 只有20~3ot。大型爐子長15m，寬sm 。

我國銅資源及市場

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銅是鋼鐵、鋁之後的第三大用量的金屬。20世紀80年代前，在我國，銅用量還位居鋁之前。銅工業是主要的有色金屬工業。有色金屬工業實質上是開發地下礦產資源，將礦產資源變成可以利用的金屬和材料以及有色金屬資源循環（即有色金屬再生利用）的原材料工業。礦產資源的開發是有色金屬產業的基礎。由於礦產資源是不可再生的，開採一點少一點，這種不可再生性對有色金屬工業的可持續性發展至關重要。因此世界各國都非常重視礦產資源的開發；注重對礦山的投資建設，尤其是有色金屬的礦山建設。

近20多年來，隨著我國經濟的持續高速發展，國內對礦產資源的需求增長迅速，而新增探明儲備量增幅下降，致使礦產資源的保有儲量減少。

我國有色金屬礦的特點是貧礦多、富礦少、生產工藝複雜，“三廢”產生量大。就銅礦而言，我國銅礦平均品位僅0.87%，品位大於1%的銅礦儲量約占我國銅礦總儲量的36%。在大型銅礦中，品位大於1%的儲量只占總儲量的13.2%。銅陵是我國的銅都，經過長期的開採，品位已經很低，去年我去銅陵的礦山，銅礦的平均品位僅0.4%，而且埋藏較深，也在開採。

隨著我國銅需求量的大幅遞增，銅冶煉規模的大幅擴大，銅資源短缺狀況逐步加劇。目前，我國銅產量的60%以上用進口原料生產，國內銅原料只能滿足40%左右的銅生產需求。進口的銅原料包括銅精礦、粗銅和廢雜銅。據了解，估計2006年我國精銅（也就是電解銅）產量達295萬噸，粗銅產量190萬噸。進口銅精礦355萬噸（折合金屬量約106萬噸，按含銅30%計），進口廢、雜銅480萬噸。為滿足國內對電解銅的需求；還進口電解銅55萬噸左右。有專家預測，2007年，我國電解銅的產量將達到320萬噸（已知的銅冶煉廠增加的生產能力就有15萬噸左右）。預計銅精礦進口量達到400萬噸，比去年增加約45萬噸。不難看出，銅精礦的短缺局面不會改變，而且這種短缺狀況將長期存在下去。

過去的數十年中，有色金屬行業的利潤天平都偏向下游企業。銅產業鏈中的銅加工企業效益最好，銅冶煉行業次之，銅採礦、選礦企業最差。現在則完全反過來了，下游產業和上有產業的利益分配中，礦山利潤豐厚，冶煉廠的現貨採購利潤為0，甚至為負數，而加工企業是難以為繼。據說礦山利潤已達6000美元/噸銅。儘管如此，冶煉廠仍然繼續開足馬力生產，幫礦山實現利潤。當然，礦山也並非一勞永逸，坐待收利。如果礦山品位下降，出現生產事故，也會使盈利大打折扣。