基本介紹
簡介,基本過程,產物,發展趨勢,
簡介
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中注入重油、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。精煉後可鑄成點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爐內進行。
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。
基本過程
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。
粗銅火法精煉主要由鼓風氧化和重油還原兩個操作環節構成。銅中有害雜質除去的程度主要取決於氧化過程，而銅中氧的排除程度則取決於還原程度。
1. 氧化過程
由於粗銅含銅98%以上，所以在氧化過程中，首先是銅的氧化： 4Cu+O2=2Cu2O
生成的Cu2O溶解於銅液，在操作溫度1373~1523K條件下，Cu2O在銅中的雜質金屬(Me)發生反應：
Cu2O +Me=2Cu+MeO
反映平衡常數：K=[MeO]*[Cu]/[Cu2O][Me]
因為MeO在銅里溶解度小，很容易飽和；而銅的濃度更大，雜質氧化時幾乎不發生變化，故都可視為常數，因此K*=[Me]/[Cu2O]
所以，Cu2O的濃度越大，雜質金屬Me的濃度就越小。因此，為了迅速完成地出去銅中的雜質，必須使銅液中Cu2O的濃度達到飽和。升高溫度可以增加銅液中Cu2O的濃度，但溫度太高會使燃料消耗增加，也會使下一步還原時間延長，所以氧化期間溫度以1373~1423K為宜。此時Cu2O的飽和濃度為6%-8%。氧化除雜質時，為了減少銅的損失和提高過程效率，常加入各種溶劑如石英砂，石灰和蘇打等，使各種雜質生成矽酸鉛、砷酸鈣等造渣除去。脫硫是在氧化精煉最後進行，這是因為有其他對氧親和勢力的金屬時，銅的硫化物不易被氧化，但只要氧化除雜質金屬結束，立即就會發生劇烈的相互反應，放出SO2。
CuS+2Cu2O=6Cu+SO2
這時銅水出現沸騰現象，稱為“銅雨”。除硫結束就開始了還原操作過程。 Me是一種仿金合金-亞金。以銅、鉛、鋅、鎳、錫等為主要材料。
產物
粗銅火法精煉的產物包括陽極銅、精煉爐渣、煙塵和爐氣。
陽極銅的成分與粗銅成分及精煉的工藝制度有關；精煉爐渣的成分與所處理的粗銅成分、爐襯性質及過程中的所加熔劑等因素有關，變化範圍比較大。由於精煉爐渣含銅很高，有時還含有其它有用成分，故必需進行處理。一般作為冷料返迴轉爐吹煉，或與精礦一起在鼓風爐或反射爐中熔煉；如果渣中含砷、銻高，一般應單獨處理，以免砷、銻在吹煉和為精煉中循環積累。當渣中含有大量有價雜質元素時，則用適當方法處理提取；精煉粗銅時，煙塵量很少，在煙道中沉降收集。煙塵中含有銅、貴金屬和雜質氧化物。當處理雜銅或黑銅時，煙塵量較大，設定收塵設備加以回收。
發展趨勢
火法精煉過程的最大缺點是作業呈周期性，整個過程由兩個相反的操作———氧化和還原所組成，因而作業 時間長，燃料消耗多，設備生產率低，且不易精確控制金屬熔體溫度和爐內氣氛，目前技術改進的發展趨勢如下。
適當擴大爐子容量
實踐證明，爐子容量越大，生產率越高，原材料消耗越低。但所帶來的缺點，例如裝料和澆鑄等作業時間所占的比例增大，不易保證爐膛內的溫度均勻，操作也不便。
強化氧化過程
尋找新的氧化劑，如已用於工業的有水蒸氣和富氧空氣。水蒸氣氧化時，其氧化機理與通空氣不同，它不使銅氧化而只使雜質氧化；用富氧空氣氧化雜質，無疑將極大地縮短氧化時間。氧化操作也可以在吹煉冰銅的轉爐中完成，而且轉爐內反應激烈，吹幾分鐘就可以完成操作。經過氧化的液體粗銅倒入精煉爐中，進行還原及鑄型。
強化還原過程
用液體或氣體還原劑如氨氣、天然氣、液化石油氣、丙烷氣、城市煤氣、預混合的天然氣和柴油、柴油和蒸氣的混合物等進行還原。
