反射爐熔煉原理?

　　【中國幕墻網(wǎng) 12月26日消息 記者kiko】用一段法處理雜銅時，一般都在固定反射爐中進(jìn)行，所以實際上，在反射爐 進(jìn)行的 既是熔煉也是精煉。
　　雜銅反射爐精煉原理實質(zhì)上與礦銅的火法精煉原理相同，不過，由于次粗銅雜質(zhì)含量高（有時高達(dá) 4% ），所以在操作上有其獨特特點，雜銅在反射爐中處理時，整個精煉過程包括熔化、氧化、還原、除渣、澆鑄等作業(yè)。整個作業(yè)的核心是氧化和還原。下面主要闡述氧化和還原。
　　雜銅氧化精煉的基本原理在于銅中存在的大多數(shù)雜質(zhì)對氧的親合力都大于銅對氧的親合力，且多數(shù)雜質(zhì)的氧化物在銅液中溶解度小，所以當(dāng)向熔體中鼓入空氣時，便優(yōu)先將雜質(zhì)氧化脫除，但熔體中銅占絕大多數(shù)，而雜質(zhì)量很少，故氧化時，首先是銅被氧化。
　　4Cu+O2=2Cu2O
　　所產(chǎn)生 Cu2O 立即溶于銅液中，并與銅液中的雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使雜質(zhì)氧化。
　　[Cu2O]+[Me]=2[Cu]+(MeO)
　　式中：[ ] 表示銅液中物質(zhì)濃度；
　　（ ）表示渣相中物質(zhì)濃度；
　　Me 為雜質(zhì)金屬。
　　此反應(yīng)的平衡常數(shù)為：
　　銅液中的主體為金屬銅，濃度很大，因雜質(zhì)量相對很少，故盡管雜質(zhì)被 Cu2O 氧化，可認(rèn)為 [Cu] 基本不變（即為常數(shù)）。同時，由于雜質(zhì)氧化物（ MeO ）在銅液中的溶解度很小，能迅速達(dá)到飽和，因此在大多數(shù)情況下，當(dāng)溫度一定時， [MeO] 可認(rèn)為也是一個恒定值，所以反應(yīng)的平衡常數(shù)可用下式表示：
　　K’=[Cu2O][Me]
　　這表明，在一定溫度下（即 K 為確定常數(shù)）銅液中的雜質(zhì)含量與 Cu2O 的含量成反比， [Cu2O] 越大， [Me] 越小，即殘留在銅液中未氧化的雜質(zhì)越少，精煉作業(yè)愈完全。實踐表明，為了更迅速、徹底地除去銅液中的雜質(zhì)，應(yīng)力求強(qiáng)化氧化過程，使 Cu2O 在銅液中的濃度達(dá)到飽和狀態(tài)。
　　Cu2O 在銅液中的溶解度隨溫度升高而增加：
　　溫度℃ 1100 1150 1200 1250
　　溶解度 % 5 8.3 12.4 13.1
　　當(dāng) Cu2O 的溶解量超過該溫度下的溶解度時，熔體將分為兩層，下層是飽和了 Cu2O 的銅液，上層是飽和了銅的 Cu2O 相，這一關(guān)系可從 Cu ￠ O 系相圖看得清楚。銅液中的溶解度增加很少，并且熔體出現(xiàn)分層，使部分 Cu2O 進(jìn)入渣層中，而且過度的氧化，使還原過程增長，同時要消耗更多的還原劑，所以為了避免銅液過度氧化，要求氧化期保持在 1150 ～ 1170 ℃下進(jìn)行。
　　主要雜質(zhì)在氧化精煉過程中的行為簡述如下：
　　鐵。鐵對氧的親合力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于銅對氧的親合力，所以鐵很容易氧化，并造渣脫除。鐵氧化反應(yīng)按下式進(jìn)行：
　　Cu2O+Fe=2Cu+FeO
　　按熱力學(xué)估算，在精煉過程中鐵可除到十萬分之一。
　　鎳。鎳是難于除去的雜質(zhì)，鎳和銅能生成一系列固溶體，盡管鎳在熔化期和氧化期均受到氧化，但既緩慢又不完全，并且在氧化期所生成的 NiO 分布于銅液和爐渣之間。溶于渣中的 NiO 可生成不溶于銅液而溶于渣相中的 NiO · Fe2O3 ，這部分鎳可脫除，熱力學(xué)計算表明，當(dāng)銅液中含鎳 16% 時，鎳可除到 0.25% 。
　　當(dāng)銅液中既含鎳又含砷和銻時，鎳的脫除更為難。因為溶于銅液中的 NiO 能與 Cu 、 As 或 Sb 形成溶于銅液的鎳云母（ 6Cu2O · 8NiO · 2As2O3 或 6Cu2O · 8NiO · 2Sb2O3 ）。為了脫鎳，這時只有加堿性熔劑，使鎳云母分解。
　　鋅。鋅與銅在液態(tài)時完全互溶，鋅的沸點為 906 ℃，在精煉時，大部分鋅在熔化階段即以金屬形態(tài)揮發(fā)，而后被爐氣中的氧氧化成 ZnO 隨爐氣排出，并在收塵系統(tǒng)中收集下來，其余的鋅在氧化初期被氧化成 ZnO ，并形成硅酸鋅（ 2ZnO · SiO2 ）和鐵酸鋅（ ZnO · Fe2O3 ）進(jìn)入爐渣。當(dāng)精煉含鋅高的雜銅料（黃雜銅等）時為加速鋅的揮發(fā)，在熔化期和氧化期均提高爐溫 ( 一般保持在 1300 ～ 1350 ℃ ) ，并在熔體表面上覆蓋一層木炭或不含硫的焦碳顆粒，使氧化鋅還原成金屬鋅而揮發(fā)，以免生成氧化鋅結(jié)殼妨礙蒸鋅過程的進(jìn)行。
　　鉛。固態(tài)鉛不溶于銅，在液態(tài)時溶解得也很少，但在氧化期，當(dāng)鉛氧化成氧化鉛后，因其密度（ 9.2 ）比銅的密度（ 8.9 ）高，故沉于爐底，所以如果是酸性爐底，則 PbO 將與筑爐材料中的 SiO2 作用，生成密度小的硅酸鉛（ XPbO · YSiO ）。從而上浮到熔池表面而被除去。如果爐底為堿性耐火材料，則鉛的脫除很困難，這時必須向熔體中吹入石英熔劑，增大風(fēng)量并保持較高的爐溫（約 1250 ℃），使 PbO 和 SiO2 作用，產(chǎn)出硅酸鉛。用石英造渣除鉛方法耗時長，銅入渣損失大，為了改進(jìn)除鉛效果，克服該法缺點，可改加磷銅，使鉛以磷酸鹽形態(tài)除去。也可以氧化硼作熔劑，使鉛呈硼酸鉛形態(tài)脫去。
　　錫。處理青銅料時，料中含錫高，錫與銅液態(tài)時互溶，在反射爐中錫氧化生成氧化亞錫（ SnO ）和二氧化錫（ SnO2 ）， SnO 呈弱堿性，能與 SiO2 造渣，還能部分揮發(fā)。 SnO2 呈弱酸性，且溶于銅液中，這時需加入堿性溶劑（蘇打或石灰石）使其造渣，生成不熔于銅液的錫酸鈉（ Na2O · SnO2 ）或錫酸鈣（ CaO · SnO2 ）。實踐證明，加入由 30% 氧化鈣和 70% 碳酸鈉組成的混合熔劑，可使銅中含錫量從 0.029% 降到 0.002% 。使用 Fe2O3 與和 SiO2 各占 50% 的混合熔劑亦能使錫的含量很快下降至 0.005% ，并可除去部分鉛。
　　砷。從 As ? Cu 相圖可知，砷與銅在液態(tài)時互溶，在氧化時，砷能氧化成易揮發(fā)的 As2O3 ，從而隨爐氣排走，但也有少量砷氧化成 As2O5 ，并生成砷酸銅（ Cu2O · XAs2O5 ），溶于銅液中，當(dāng)銅液中有鎳存在時，砷還能與銅、鎳一起生成鎳云母，這都給脫砷增加了困難。
　　銻。銻與銅在液態(tài)時無限互溶，而且銅與銻還能生成 Cu3Sb 和 Cu3Sb2 。與砷一樣，在氧化時銻也生成易揮發(fā)的 Sb2O3 ，還可生成溶于銅液的 Cu2O · Sb2O3 和 Cu2O · Sb2O5 。所以當(dāng)處理含 As 和 Sb 高的雜銅時，氧化和還原過程需反復(fù)進(jìn)行數(shù)次，使不揮發(fā)的 As2O5 和 Sb2O5 還原為易揮發(fā)的 As2O3 和 Sb2O3 ，未揮發(fā)的 As 和 Sb ，加堿性熔劑處理。
　　金和銀。金和銀完全富集在陽極銅中，在電解精煉時進(jìn)入陽極泥，進(jìn)一步處理陽極泥得以回收。
　　當(dāng)全部雜質(zhì)脫除后，氧化期結(jié)束，過程轉(zhuǎn)入還原期。還原的作用一是使過氧化的銅氧化物還原成金屬銅，二是脫除溶于銅液中的氣體，因為在氧化結(jié)束時，銅液中還存有 8% 左右的 Cu2O ，銅中含氧過多，將使銅變脆，延展性和導(dǎo)電性降低，故必須進(jìn)行還原。在還原期，使用重油、插木等還原時，發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如下：
　　6Cu2O+2C2Hm=12Cu+2Co+mH2+2CO2
　　用 NH3 還原時，發(fā)生下列反應(yīng)：
　　Cu2O+2NH3 6Cu+N2+3H2O
　　如果用天然氣作還原劑，必須對天然氣進(jìn)行所謂“重整”，否則，天然氣中的成分甲烷 CH4 在 1000 ℃時分解產(chǎn)出大量 H2 ，雖能加強(qiáng)還原，但也增加銅對氫氣的吸附。 【完】