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反射炉熔炼的金属回收率主要决定于渣率和渣含铜、随炉气带出的烟尘成分和数量、原料中金属含量及冰铜品位等。一般进入冰铜的铜约97%左右。铜的损失中,渣含铜占1.7%,烟尘占1%,管理损失占0.3%,渣、铜的比例约为1.4.由此可看出,铜主要损失于炉渣中,渣含铜损失约占熔炼损失的60%,而反射炉渣又是废弃产物。因此,有必要采取措施将渣含铜降低到最低限度,可从以下几方面考虑
1. 选择合理渣型;
2. 炉渣充分过热,使冰铜、炉渣良好分离;
3. 严格控制冰铜面,减少随渣损失;
4. 稳定冰铜品位;
5. 稳定各项技术条件,使炉况处于正规操作;
6. 有条件时,将转炉渣单独贫化;
7. 加强备料。
杂铜反射炉精炼原理实质上与矿铜的火法精炼原理相同,不过,由于次粗铜杂质含量高(有时高达 4% ),所以在操作上有其独特特点,杂铜在反射炉中处理时,整个精炼过程包括熔化、氧化、还原、除渣、浇铸等作业。整个作业的核心是氧化和还原。下面主要阐述氧化和还原。
主要杂质在氧化精炼过程中的行为简述如下:
铁。铁对氧的亲合力远远大于铜对氧的亲合力,所以铁很容易氧化,并造渣脱除。铁氧化反应按下式进行:
Cu2O+Fe=2Cu+FeO
按热力学估算,在精炼过程中铁可除到十万分之一。
镍。镍是难于除去的杂质,镍和铜能生成一系列固溶体,尽管镍在熔化期和氧化期均受到氧化,但既缓慢又不完全,并且在氧化期所生成的 NiO 分布于铜液和炉渣之间。溶于渣中的 NiO 可生成不溶于铜液而溶于渣相中的 NiO · Fe2O3 ,这部分镍可脱除,热力学计算表明,当铜液中含镍 16% 时,镍可除到 0.25% 。
当铜液中既含镍又含砷和锑时,镍的脱除更为难。因为溶于铜液中的 NiO 能与 Cu 、 As 或 Sb 形成溶于铜液的镍云母( 6Cu2O · 8NiO · 2As2O3 或 6Cu2O · 8NiO · 2Sb2O3 )。为了脱镍,这时只有加碱性熔剂,使镍云母分解。
锌。锌与铜在液态时完全互溶,锌的沸点为 906 ℃,在精炼时,大部分锌在熔化阶段即以金属形态挥发,而后被炉气中的氧氧化成 ZnO 随炉气排出,并在收尘系统中收集下来,其余的锌在氧化初期被氧化成 ZnO ,并形成硅酸锌( 2ZnO · SiO2 )和铁酸锌( ZnO · Fe2O3 )进入炉渣。当精炼含锌高的杂铜料(黄杂铜等)时为加速锌的挥发,在熔化期和氧化期均提高炉温 ( 一般保持在 1300 ~ 1350 ℃ ) ,并在熔体表面上覆盖一层木炭或不含硫的焦碳颗粒,使氧化锌还原成金属锌而挥发,以免生成氧化锌结壳妨碍蒸锌过程的进行。
铅。固态铅不溶于铜,在液态时溶解得也很少,但在氧化期,当铅氧化成氧化铅后,因其密度( 9.2 )比铜的密度( 8.9 )高,故沉于炉底,所以如果是酸性炉底,则 PbO 将与筑炉材料中的 SiO2 作用,生成密度小的硅酸铅( XPbO · YSiO )。从而上浮到熔池表面而被除去。如果炉底为碱性耐火材料,则铅的脱除很困难,这时必须向熔体中吹入石英熔剂,增大风量并保持较高的炉温(约 1250 ℃),使 PbO 和 SiO2 作用,产出硅酸铅。用石英造渣除铅方法耗时长,铜入渣损失大,为了改进除铅效果,克服该法缺点,可改加磷铜,使铅以磷酸盐形态除去。也可以氧化硼作熔剂,使铅呈硼酸铅形态脱去不锈钢线。
锡。处理青铜料时,料中含锡高,锡与铜液态时互溶,在反射炉中锡氧化生成氧化亚锡( SnO )和二氧化锡( SnO2 ), SnO 呈弱碱性,能与 SiO2 造渣,还能部分挥发。 SnO2 呈弱酸性,且溶于铜液中,这时需加入碱性溶剂(苏打或石灰石)使其造渣,生成不熔于铜液的锡酸钠( Na2O · SnO2 )或锡酸钙( CaO · SnO2 )。实践证明,加入由 30% 氧化钙和 70% 碳酸钠组成的混合熔剂,可使铜中含锡量从 0.029% 降到 0.002% 。使用 Fe2O3 与和 SiO2 各占 50% 的混合熔剂亦能使锡的含量很快下降至 0.005% ,并可除去部分铅。
砷。从 As ? Cu 相图可知,砷与铜在液态时互溶,在氧化时,砷能氧化成易挥发的 As2O3 ,从而随炉气排走,但也有少量砷氧化成 As2O5 ,并生成砷酸铜( Cu2O · XAs2O5 ),溶于铜液中,当铜液中有镍存在时,砷还能与铜、镍一起生成镍云母,这都给脱砷增加了困难。
锑。锑与铜在液态时无限互溶,而且铜与锑还能生成 Cu3Sb 和 Cu3Sb2 。与砷一样,在氧化时锑也生成易挥发的 Sb2O3 ,还可生成溶于铜液的 Cu2O · Sb2O3 和 Cu2O · Sb2O5 。所以当处理含 As 和 Sb 高的杂铜时,氧化和还原过程需反复进行数次,使不挥发的 As2O5 和 Sb2O5 还原为易挥发的 As2O3 和 Sb2O3 ,未挥发的 As 和 Sb ,加碱性熔剂处理。
金和银。金和银完全富集在阳极铜中,在电解精炼时进入阳极泥,进一步处理阳极泥得以回收。
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