粗铜火法精炼技术的发展趋势

粗铜火法精炼技术的发展趋势

摘要火法精炼主要是采用一些对氧的亲和力比对铜的亲和力的大的杂质，并且这些杂质的氧化物与铜液之间不具备相容性的特点。通过进行氧化造渣或者挥发等措施将粗铜中的杂质去除或者消除烟害。粗铜精炼主要分为火法精炼和电解精炼，目前国内外很多的炼铜厂对于粗铜的精炼都是先采用火法精炼，然后在利用电解精炼去除粗铜中所含的杂质以及烟害。本文主要进行分析粗铜火法精炼的过程以及粗铜火法精炼技术的发展方向。

关键词粗铜；火法精炼技术；发展趋势

中图分类号TF811 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)052-0231-01

传统的粗铜火法精炼主要是采用氧化还原精炼技术：首先采用富氧空气将粗铜中杂质通过氧化的作用去除，然后再采用碳氧化物还原剂将前一阶段氧化过程中精炼中富含的多余的氧以及杂质去除。在粗铜精炼的过程中采用这种技术不仅会造成空气污染，而且也会造成在氧化过程中产生新的杂质，从而为粗铜精炼造成负担，因此研究粗铜火法精炼技术对减少炼铜厂的污染，提高经济效益具有重要的作用。

1 粗铜火法精炼技术简介

1.1 粗铜火法精炼的原理

粗铜火法精炼的原理主要是由于铜对氧的亲和力小于铜中杂质对氧的亲和力，并且铜中很多杂质的氧化物在铜液中溶解度是非常小的，如果空气进入到铜的熔体中，将会与熔体中铜产生氧化的作用，从而产生Cu2O，然后再与熔体中其他的金属杂质产生作用，使杂质氧化。其作用机理主要是：

4Cu+O2=2Cu2O，Cu2O+Me+MeO+Cu，其中公式中Me主要是指金属杂质，在精炼的过程中将会溶解于熔融铜中，并且Cu2O的溶解度将会随着温度的增加而逐渐增加，其中溶解度和温度之间的关系如下表所示：

表1 溶解度和温度之间的关系

温度（℃）1100 1150 1200 1250

溶解度（%） 5 8.2 12.3 13

在粗铜火法精炼的过程中如果铜中Cu2O的含量高于上表中温度下的溶解度的时候，其铜的熔体将会分为饱和铜的Cu2O液相和饱和Cu2O的铜液相两层。

在粗铜火法精炼中，将会产生大量的杂质氧化物，并且这些杂质氧化物在铜液中的溶解度是非常小的，并且在杂质氧化物的铜液中的含量是非常少的，从而将会利用铜液的翻腾使杂质氧化物迅速的浮出铜液的上面，然后将与加入在铜液中熔剂产生化学反应从而形成活度比较少的游离状态进入炉渣或者直接生成稳定的炉渣。

1.2 粗铜火法精炼的过程

在炼铜厂中，采用粗铜火法精炼的任务和目的主要是为铜电解提供优良铜阳极，并且杂质在0.5%到1%，其化学组分中铜的含量99.5%以上。粗铜精炼这种方法主要适用于杂质含量比较的粗铜中，粗铜火法精炼的过程主要分为以下几个阶段：1）加料熔化期；2）氧化期；3）还原期；4）铜浇铸期，四个阶段，粗铜火法精炼的一般流程如图1所示。

2 粗铜火法精炼技术的发展

目前国内外很多的炼铜厂中粗铜火法精炼的技术主要缺点是氧化和还原两个相反的过程，造成整个粗铜火法精炼的作业时间长、设备生产效率低下以及消耗的燃料比较多，经济效益低下，

图1 粗铜火法精炼的流程

并且对于炼铜炉中的气氛以及金属熔体的温度很难进行控制。粗铜火法精炼技术的发展趋势主要是为了能够寻求氧化和还原过程，从而能够增加炼铜炉的容量，使炼铜厂的生产能力扩大。

2.1 采用碳酸钠作为熔剂的粗铜火法精炼新技术

在炼铜厂中传统的粗铜火法精炼主要是采用碳氧化物作为氧化物的还原剂，使粗铜中的硫以及氧去除，但是这种方法不仅操作周期长，而且设备生产效率比较低，目前国内外一些铜冶炼技术研究人员正在大力研究使用碳氢化合作为粗铜火法精炼技术，据有关媒体报道，目前铜冶炼技术已经做过三次试验，试验中所使用的原料以及设备主要是采用纯度为99%的再结晶氧化铝坩埚，纯度为98.7%硫作为主要的研究载体。碳酸盐助熔剂主要采用碳酸钠，其纯度在99%，向熔体中喷吹空气采用的喷嘴的为浸没式率喷嘴，其直径在5 mm，然后将喷嘴放在熔体表面下大约在7.6 mm的地方，以2 L/min的速度向熔体喷入氧气或者空气。

喷吹空气或者氧气的时间主要根据氧气以及空气的效率的90%进行计算。其中铜试样中的硫和氧的含量分析主要采用LECO分析设备进行分析，试验取样主要采用直径为5 mm的石英管。通过进行试验可以得知，在炼铜厂中采用碳酸钠为助熔剂对粗铜进行火法精炼能够处理硫含量在700 PPm到1000 PPm，氧含量超过1500PPm的粗铜，并且这种方法与传统的粗铜火法精炼技术相比能够减少周期性和缩短作业时间，而且对提高生产效率和经济效益具有重要的作用和价值。这种技术将会成为炼铜厂中一种新型的技术被广泛应用。

2.2 真空精炼

在炼铜厂中，真空精炼也是粗铜火法精炼研究的一项重要的内容，真空精炼主要是将转炉吹过的熔融粗铜进行真空精炼，如果在粗铜火法精炼的过程中当硫和氧的原始浓度在0.017%和0.13%时，可以进行真空精炼四次后，其硫和氧的浓度就会降低到0.006%和0.03%，并且在进行真空精炼的过程中，粗铜中所含的铅、砷、锌、锑等杂质也相应的减少，从而达到去除粗铜中杂质的目的和效果，提高经济效益。

2.3 采用气体或者液体还原剂

随着科学技术的发展，粗铜火法精炼技术的提高，目前很多的炼铜厂已经采用天然气作为还原剂，其中天然气的成分主要是甲烷，天然气作为还原剂主要是将空气或者天然气在催化剂的作用下，在一定的压力或者温度下，生成含有CO 和H2的混合气体。如果将天然气放置在铜液中，就会产生氢气气泡，并被铜液吸收，其中氢气的还原反应为。还可以采用氨气作为脱氧气体，氨气的还原特性主要是应该将氨加热到800℃，时进行分解。氨气相对于天然气以及液化石油气体等气体是脱氧气体较好的一种气体，但是这种气体的价格非常昂贵，成本高，并且会形成气体的铜氨络合物造成铜液的挥发。但是天然气以及丙烷等气体在粗铜精炼的过程中会产生大量的炭黑，造成精炼排除带黑烟的气体。因此在炼铜厂中首先应该选择恰当的还原剂，并且应该充分考虑其经济性以及效益性。随着粗铜火法精炼技术的快速发展，将会有越来越多的粗铜火法精炼技术产生，从而将会使粗铜火法精炼进一步增加，使炼铜厂的经济效益和生产效率进一步提高，促进社会效益以及经济效益的发展。