铜炉渣贫化

熔炼贫化的理论基础

贫化过程反应的热力学分析

影响渣含铜的最根本因素是炉渣中的Fe3O4含量。降低炉渣中的Fe3O4含量，就能够改善锍滴在渣中沉降的条件，如粘度、密度以及渣-锍间界面张力等；降低渣中的Fe3O4含量，将减少铜的氧化损失，从而降低渣含铜。

炉渣的熔炼贫化就是降低氧势、提高硫势，还原Fe3O4的过程。

锍品位降低, a FeS减少，有锍于反应

3Fe3O4 + FeS = 10FeO + SO2（6-1）

向破坏Fe3O4的方向发展，如图6. 1表示。对反应（6.1）的影响因素还有温度、a FeO 和SO2的分压Pso2。这些因素与aFe3O4的关系，在图6.1和以前的有关章节中已经讨论过了。提高温度，加入适量的SiO2, 降低Pso2，都会对Fe3O4的减少起到有效的作用。另一方面，锍品位降低，有利于锍与渣的平衡反应

（Cu2O）+ [FeS] = (FeO) + [Cu2S] （6-2）

向Cu2O被硫化的方向进行。

6.1 炉气中SO2分压与锍中a FeS对渣中Fe3O4活度的影响

实际贫化过程中的锍品位不可能降低很多。从吹炼锍的角度出发，再生产出低品位的锍将会增加处理的麻烦。保持原来的熔炼锍品位的办法是用碳质还原剂还原Fe3O4：

(Fe3O4) + C = 3（FeO）+ CO (6-3)

ΔG0=-430942 + 41.34T (J)

以FeO-Fe3O4-SiO2炉渣体系考虑，若取锍品位为60%，aFe3O4及aFeO之值按

图6.1决定，分别为0.2和0.36。反应（6-2）在贫化熔炼温度（1250℃）下平

衡时ΔG=0, 则P CO可从式（6-3）求得：

Pco = 1.8 1013

计算表明，用C直接还原Fe3O4的CO平衡压力是相当大的，冶金炉内的CO分压无论如何也达不到此平衡数值。固体碳的强烈还作用使反应（6-2）彻底地向右进行。

Fe3O4的另外一条还原途径是被气体还原剂CO还原：

(Fe3O4) + CO = 3（FeO）+ CO2（6-4）

ΔG0=35380 - 40.16T

反应（6-4）平衡时:

Pco2/Pco = 11.83

实际条件下，贫化炉炉膛空间吸入大量的空气，炉气中的P´co2约为0.04，P´co

很微小，P´co2/ P´co之比值可能会大于平衡时的Pco2/Pco值，因此，贫化渣中

的Fe3O4被气相中CO还原的作用是不能肯定的，实际生产中也未观察到蓝色

火苗发生的现象。但是，在熔体炉渣被搅拌的情况下，与固体碳混合充分，由

反应（6-2）产生出的CO应该有一定的还原作用。

电炉贫化

用于贫化炉渣的电炉属于矿热电炉的形式。有长方形、椭圆形和圆形。与矿热电炉相比，单位炉床面积的功率要低，为46.6 ～102kW/m2。矿热电炉一般为230kW/m2

以上。贫化电炉的二次电压比较低（最低级为60～100V，最高级为80～190V），以便能够较深一些插入渣层，加强贫化作用。

贫化电炉的作业方式有两种：间断作业和连续作业。前者在一个周期完成后，

放出弃渣，留下很薄的渣层，再进熔炼渣开始下一个周期，铜锍定时放出。这

种方式多用于单独处理转炉渣，或渣量不大，或要求深度贫化，弃渣含金属很

低的情况，如含Ni和Co的炉渣。连续作业是连续进熔炼渣，连续放出弃渣。

有的贫化炉还与熔炼炉结合成一体。

电炉贫化过程及其影响贫化效果的因素

贫化过程

由熔炼炉溜槽流出的液态炉渣不断地进入贫化炉内，在通过自焙电极产生的电能热（以电阻热为主，有很小部分电弧热）作用下，熔体温度保持在1200～1250℃。

渣中的Fe3O4被加入的还原剂还原成FeO，并与SiO2、CaO等氧化物造渣。

在降低了炉渣的粘度、密度，改善了渣的分离性质以后，锍粒比较容易地沉降

到锍层中。Cu2O硫化生成的锍粒、原先夹带的锍粒会在炉渣对流运动中相遇，

互相碰撞，由于界面张力的作用而聚合成较大尺寸的锍粒沉降。

贫化电炉需要加入还原剂，一般多使用焦屑，少数用煤和木炭。调整渣型时，要加入熔剂。对硅酸盐渣，多以石灰和石灰石加入。必要时，用黄铁矿或含硫物料作贫化剂。

影响贫化效果的因素

贫化效果是以弃渣含铜来衡量的。在电炉内，影响弃渣含铜的因素有渣成分、还原剂种类、电气参数、温度、熔池与电极操作制度等。

炉渣成分

炉渣成分中对渣含铜影响较显著的是Fe3O4含量。提高SiO2的含量，有利于降低Fe3O4,使渣含Cu减少。在一定范围内，CaO有助于降低渣中的铜损失。添加CaO 的办法亦应该联系电能消耗、渣量和材料消耗等经济方面作出综合考虑与对比。还原剂

加入贫化电炉的还原剂对贫化效果的影响较大。

不同还原剂和熔剂条件下，在工业贫化电炉内炉渣中Cu2O的还原过程。其还原贫化速度有着明显的差异。如图6.2所示。从图6.2看出，在焦碳、焦碳加石灰石和天然气三种方法种，以天然气的曲线较陡，而且位置最低，只加焦碳的效果最差。

贫化电炉内炉渣中Cu2O的还原速度曲线（J.Czeenechi等）

（自倒入新鲜渣后开始时间为0，还原结束开始放渣的总时间：焦碳为13h20min,焦炭+石灰为7h，天然气为6h）

焦碳，▲焦炭+石灰，■天然气

一般情况下，有价金属在贫化过程中的回收率随还原剂的数量增加而增加。但是，过多的还原剂会引起金属铁的产生，使锍金属化，导致锍的熔点升高，放除作业困难。

电气参数

贫化电炉变压器的二次电压不需要象矿热电炉那样多级数，但是，与炉渣电阻的匹配应该更合适些。保证在最高级数下，能够使电极浸入渣层350mm以上。

炉渣温度

在能够保证炉渣有良好的流动性前提下，宜以较低的温度操作，这有利于延长炉子