半氧化焙燒是焙燒的一種方式。造鋶熔煉一般採用半氧化焙燒，以保持形成冰銅時所需硫量。
基本介紹
- 中文名：半氧化焙燒
- 屬性：一種方式
- 類型：焙燒
- 屬於：半氧化焙燒
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、銻等易揮發的雜質。此過程為放熱反應，通常不需另加燃料。還原熔煉採用全氧化焙燒；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、銻等易揮發的雜質。此過程為放熱反應，通常不需另加燃料。造鋶熔煉一般採用半氧化焙燒，以保持形成冰銅時所需硫量；還原熔煉採用全氧化焙燒；此外，硫化銅精礦濕法冶金中的焙燒，是把銅轉化為可溶性硫酸鹽，稱硫酸化焙燒。
熔煉 主要是造鋶熔煉，其目的是使銅精礦或焙燒礦中的部分鐵氧化，並與脈石、熔劑等造渣除去，產出含銅較高的冰銅（xCu2S·yFeS）。冰銅中銅、鐵、硫的總量常占80%～90%，爐料中的貴金屬，幾乎全部進入冰銅。
冰銅含銅量取決於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%。生產高品位冰銅，可更多地利用硫化物反應熱，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，棄渣含銅一般在0.4%～0.5%。熔煉過程主要反應為：
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、銻等易揮發的雜質。此過程為放熱反應，通常不需另加燃料。造鋶熔煉一般採用半氧化焙燒，以保持形成冰銅時所需硫量；還原熔煉採用全氧化焙燒；此外，硫化銅精礦濕法冶金中的焙燒，是把銅轉化為可溶性硫酸鹽，稱硫酸化焙燒。
熔煉 主要是造鋶熔煉，其目的是使銅精礦或焙燒礦中的部分鐵氧化，並與脈石、熔劑等造渣除去，產出含銅較高的冰銅（xCu2S·yFeS）。冰銅中銅、鐵、硫的總量常占80%～90%，爐料中的貴金屬，幾乎全部進入冰銅。
冰銅含銅量取決於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%。生產高品位冰銅，可更多地利用硫化物反應熱，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，棄渣含銅一般在0.4%～0.5%。熔煉過程主要反應為：
2CuFeS2→Cu2S+2FeS+S
Cu2O+FeS→Cu2S+FeO
2FeS+3O2+SiO2→2FeO·SiO2+2SO2
2FeO+SiO2→2FeO·SiO2
造鋶熔煉的傳統設備為鼓風爐、反射爐、電爐等，新建的現代化大型煉銅廠多採用閃速爐。
鼓風爐熔煉 鼓風爐是豎式爐，小國很早就用它直接煉銅。傳統的方法為燒結塊鼓風爐熔煉。硫化銅精礦先經燒結焙燒脫去部分硫，製成燒結塊，與熔劑、焦炭等按批料呈層狀加入爐內，熔煉產出冰銅和棄渣，此法煙氣含SO2低，不易經濟地回收硫。為消除煙害，回收精礦中的硫，20世紀50年代，發展了精礦鼓風爐熔煉法，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，形成料封，減少漏氣，提高SO2濃度。混捏料在爐內經熱煙氣乾燥、焙燒形成燒結料柱，塊狀物料也呈柱狀環繞在燒結料柱的周圍，以保持透氣性，使熔煉作業正常進行。中國瀋陽冶煉廠、富春江冶煉廠等採用此法。
鼓風爐熔煉 鼓風爐是豎式爐，小國很早就用它直接煉銅。傳統的方法為燒結塊鼓風爐熔煉。硫化銅精礦先經燒結焙燒脫去部分硫，製成燒結塊，與熔劑、焦炭等按批料呈層狀加入爐內，熔煉產出冰銅和棄渣，此法煙氣含SO2低，不易經濟地回收硫。為消除煙害，回收精礦中的硫，20世紀50年代，發展了精礦鼓風爐熔煉法，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，形成料封，減少漏氣，提高SO2濃度。混捏料在爐內經熱煙氣乾燥、焙燒形成燒結料柱，塊狀物料也呈柱狀環繞在燒結料柱的周圍，以保持透氣性，使熔煉作業正常進行。中國瀋陽冶煉廠、富春江冶煉廠等採用此法。
反射爐熔煉 適於處理浮選的粉狀精礦。反射爐熔煉過程脫硫率低，僅20%～30%，適於處理含銅品位較高的精礦。如原料含銅低、含硫高，熔煉前要先進行焙燒。反射爐生產規模可大型化，對原料，燃料的適應性強，長期來一直是煉銅的主要設備，至80年代初，全世界保有的反射爐能力仍居煉銅設備的首位。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反射爐熔煉，有的採用氧氣噴撒裝置將精礦噴入爐內，加強密封，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，鼓風熔煉，提高了熔煉強度，煙氣可用於製取硫酸。
反射爐為長方形，用優質耐火材料砌築。燃燒器設在爐頭部，煙氣從爐尾排出，爐料由爐頂或側牆上部加入，冰銅從側牆底部的冰銅口放出，爐渣從側牆或端牆下的放渣口排出。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。中國大冶冶煉廠採用270m2反射爐熔煉生精礦。
電爐熔煉 煉銅採用電阻電弧爐即礦熱電爐，對物料的適應性非常廣泛，一般多用於電價低廉的地區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，煙氣中SO2濃度可達5%左右，有利於硫的回收。
銅熔煉電爐多為長方形，少數為圓形。大型電爐一般長30m～35m，寬8m～10m，高4m～5m，採用六根直徑為1.2m～1.8m的自焙電極，由三台單相變壓器供電。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。中國雲南冶煉廠採用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乾燥至含水0.3%以下，與熱風（或氧氣、或富氧空氣）混合，噴入爐內迅速氧化和熔化，生成冰銅和爐渣。其優點是熔煉強度高，可較充分地利用硫化物氧化反應熱。降低熔煉過程的能耗。煙氣中SO2濃度可超過8%。閃速熔煉可在較大範圍內調節冰銅品位，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採用奧托昆普型閃速爐，中國貴溪冶煉廠也採用此種爐型。
冰銅吹煉 利用硫化亞鐵比硫化亞銅易於氧化的特點，在臥式轉爐中，往熔融的冰銅中鼓入空氣，使硫化亞鐵氧化成氧化亞鐵，並與加入的石英熔劑造渣除去，同時部分脫除其他雜質，而後繼續鼓風，使硫化亞銅中的硫氧化進入煙氣，得到含銅98%～99%的粗銅，貴金屬也進入粗銅中。
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℃。主要反應是：
反射爐為長方形，用優質耐火材料砌築。燃燒器設在爐頭部，煙氣從爐尾排出，爐料由爐頂或側牆上部加入，冰銅從側牆底部的冰銅口放出，爐渣從側牆或端牆下的放渣口排出。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。中國大冶冶煉廠採用270m2反射爐熔煉生精礦。
電爐熔煉 煉銅採用電阻電弧爐即礦熱電爐，對物料的適應性非常廣泛，一般多用於電價低廉的地區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，煙氣中SO2濃度可達5%左右，有利於硫的回收。
銅熔煉電爐多為長方形，少數為圓形。大型電爐一般長30m～35m，寬8m～10m，高4m～5m，採用六根直徑為1.2m～1.8m的自焙電極，由三台單相變壓器供電。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。中國雲南冶煉廠採用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乾燥至含水0.3%以下，與熱風（或氧氣、或富氧空氣）混合，噴入爐內迅速氧化和熔化，生成冰銅和爐渣。其優點是熔煉強度高，可較充分地利用硫化物氧化反應熱。降低熔煉過程的能耗。煙氣中SO2濃度可超過8%。閃速熔煉可在較大範圍內調節冰銅品位，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採用奧托昆普型閃速爐，中國貴溪冶煉廠也採用此種爐型。
冰銅吹煉 利用硫化亞鐵比硫化亞銅易於氧化的特點，在臥式轉爐中，往熔融的冰銅中鼓入空氣，使硫化亞鐵氧化成氧化亞鐵，並與加入的石英熔劑造渣除去，同時部分脫除其他雜質，而後繼續鼓風，使硫化亞銅中的硫氧化進入煙氣，得到含銅98%～99%的粗銅，貴金屬也進入粗銅中。
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吹煉成粗銅：
2Cu2S+3O2→2Cu2O+2SO2
Cu2S+2Cu2O→6Cu+SO2
冰銅吹煉是放熱反應，可自熱進行，通常還須加入部分冷料吸收其過剩熱量。吹煉後的爐渣含銅較高，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。吹煉一般用臥式轉爐，間斷操作。表壓約1kgf/cm2的空氣通過沿轉爐長度方向安設的一排風眼鼓入熔體，加料、排渣、出銅和排煙都經過爐體上的爐口。
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對氧的親和力大於銅，而其氧化物又不溶於銅液等性質，通過氧化造渣或揮發除去。其過程是將液態銅加入精煉爐升溫或固態銅料加入爐內熔化，然後向銅液中鼓風氧化，使雜質揮發、造渣；扒出爐渣後，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。精煉後可鑄成電解精煉所用的銅陽極或銅錠。精煉爐渣含銅較高，可返迴轉爐處理。精煉作業在反射爐或迴轉精煉爐內進行。
火法精煉的產品叫火精銅，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，通常要進行電解精煉。若金、銀和有害雜質含量很少，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行。電解產出含銅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、銻等進入溶液，使電解液中的雜質逐漸積累，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行淨化，並補充一定量的硫酸。淨液過程為：直接濃縮、結晶，析出硫酸銅；結晶母液用電解法脫銅，析出黑銅，同時除去砷、銻；電解脫銅後的溶液經蒸發濃縮或冷卻結晶產出粗硫酸鎳；母液作為部分補充硫酸，返回電解液中。此外，還可向引出的電解液中加銅，鼓風氧化，使銅溶解以生產更多的硫酸銅。電解脫銅時應注意防止劇毒的砷化氫析出。
火法煉銅的其他方法 已套用於工業生產的方法還有：
三菱法 將硫化銅精礦和熔劑噴入熔煉爐的熔體內，熔煉成冰銅和爐渣，而後流至貧化爐產出棄渣，冰銅再流至吹煉爐產出粗銅。此法於1974年投入生產。
諾蘭達法 制粒的精礦和熔劑加到一座圓筒型迴轉爐內，熔煉成高品位冰銅。所產爐渣含銅較高，須經浮選選出銅精礦返回爐內處理。此法於1973年投入生產。
氧氣頂吹旋轉轉爐法 用以處理高品位銅精礦。將銅精礦製成粒或壓成塊加入爐內，由頂部噴槍吹氧，燃料也由頂部噴入，產出粗銅和爐渣。中國用此法處理高冰鎳浮選所得銅精礦。
離析法 用於處理難選的結合性氧化銅礦。將含銅1%～5%的礦石磨細，加熱至750℃～800℃後，混以2%～5%的煤粉和0.2%～0.5%的食鹽，礦石中的銅生成氣(Cu3Cl3)並為氫還原成金屬銅而附著於炭粒表面，經浮選得到含銅50%左右的銅精礦，然後熔煉成粗銅。此法能耗高，很少採用。
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對氧的親和力大於銅，而其氧化物又不溶於銅液等性質，通過氧化造渣或揮發除去。其過程是將液態銅加入精煉爐升溫或固態銅料加入爐內熔化，然後向銅液中鼓風氧化，使雜質揮發、造渣；扒出爐渣後，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。精煉後可鑄成電解精煉所用的銅陽極或銅錠。精煉爐渣含銅較高，可返迴轉爐處理。精煉作業在反射爐或迴轉精煉爐內進行。
火法精煉的產品叫火精銅，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，通常要進行電解精煉。若金、銀和有害雜質含量很少，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行。電解產出含銅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、銻等進入溶液，使電解液中的雜質逐漸積累，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行淨化，並補充一定量的硫酸。淨液過程為：直接濃縮、結晶，析出硫酸銅；結晶母液用電解法脫銅，析出黑銅，同時除去砷、銻；電解脫銅後的溶液經蒸發濃縮或冷卻結晶產出粗硫酸鎳；母液作為部分補充硫酸，返回電解液中。此外，還可向引出的電解液中加銅，鼓風氧化，使銅溶解以生產更多的硫酸銅。電解脫銅時應注意防止劇毒的砷化氫析出。
火法煉銅的其他方法 已套用於工業生產的方法還有：
三菱法 將硫化銅精礦和熔劑噴入熔煉爐的熔體內，熔煉成冰銅和爐渣，而後流至貧化爐產出棄渣，冰銅再流至吹煉爐產出粗銅。此法於1974年投入生產。
諾蘭達法 制粒的精礦和熔劑加到一座圓筒型迴轉爐內，熔煉成高品位冰銅。所產爐渣含銅較高，須經浮選選出銅精礦返回爐內處理。此法於1973年投入生產。
氧氣頂吹旋轉轉爐法 用以處理高品位銅精礦。將銅精礦製成粒或壓成塊加入爐內，由頂部噴槍吹氧，燃料也由頂部噴入，產出粗銅和爐渣。中國用此法處理高冰鎳浮選所得銅精礦。
離析法 用於處理難選的結合性氧化銅礦。將含銅1%～5%的礦石磨細，加熱至750℃～800℃後，混以2%～5%的煤粉和0.2%～0.5%的食鹽，礦石中的銅生成氣(Cu3Cl3)並為氫還原成金屬銅而附著於炭粒表面，經浮選得到含銅50%左右的銅精礦，然後熔煉成粗銅。此法能耗高，很少採用。
