铜冶金学第7章粗铜火法精炼(免费阅读).ppt

第七章 粗铜火法精炼 7.1 概 述 转炉产出的粗铜，铜含量一般为98.5-99.5%，其余数量为杂质。如硫、氧、铁、砷、锑、锌、锡、铅、铋、镍、钴、硒、碲、银和金等。这些杂质存在于铜中，对铜的性质产生各种不同的影响。有的（如砷、锑、锡）降低铜的导电率，有的（如砷、铋、铅、硫）会导致热加工时型才内部产生裂纹，有的（铅、锑、铋）则使冷加工性能变坏。总之，降低了铜的使用价值。有些杂质则是将具有使用价值和经济效益，需要回收和利用。 为了满足铜的各种用途要求，需要将粗铜精炼提纯。精炼有两个目的： 除去铜中的的杂质，提高纯度，使铜含量在99.95%以上；从铜中分离回收有价元素，提高资源综合利用率，从铜精炼的副产品中回收金、银，是贵金属的重要生产途径。 目前使用的精炼方法有两类： (1) 粗铜火法精炼，直接生产含铜99.5%以上的精铜。该法仅适用于金、银和杂质含 量较低的粗铜，所产精铜仅用于对纯度要求不高的场合。 (2) 粗铜先经过火法精炼除去部分杂质，浇铸成阳极，再进行电解精炼。产出含铜 99.95%以上，杂质含量达到标准的精铜。这是铜生产的主要流程。 阳极板属于中间产品，由于原料与工艺的差异，它的化学成分标准是由工厂各自制定。Cu品位一般为98.5%～99.8%，其它杂质成分如下表7.1所示： 阳极板在浇铸时会产生外形缺陷, 给电解作业带来不利。为此，近代炼铜厂都装备了阳极的平板、整形、校耳和铣耳生产线，以改善阳极板的外形质量。少数工厂还采用了哈列兹特双带连铸生产线，将浇铸与整形合成一道工序。 粗铜的火法精炼过程: 包括氧化、还原和浇铸三个工序。在1150℃~1200℃的温度下，首先将空气压入熔融铜中，进行杂质的氧化脱出，而后再用碳氢物质除去铜液中的氧，最后进行浇铸。 7.2火法精炼的理论基础 7.2.1 铜液中的氧及Cu-O体系 粗铜火法精炼的实质是使其中的杂质氧化成氧化物，并利用氧化物不溶于或极少溶于铜，形成炉渣浮在熔池表面而被除去；或者借助某些杂质在精炼作业温度（1100～1200℃）下，呈气态挥发除去。 当空气鼓入熔池中时，作为主体金属的铜首先吸收氧并进行氧化反应。这个过程是氧化精炼的开始和必需条件。氧在铜液中的溶解和形态可以由Cu-O 体系说明。 从Cu—O体系状态图上看出，精炼过程在1100~1200℃的温度下，氧含量为0.45~1.39%，或Cu2O为3.58~12.43%。 精炼实践中,铜液中含氧一般超过了1.39%(即Cu2O12.43%)。显然,有过剩的固体Cu2O(s)存在,从而使Cu2O(s)保持饱和状态。当温度高于1200℃时，出现分层，Cu溶解于Cu2O的一液相层和Cu2O溶解于Cu的另一液相层。 铜液中溶解的Cu2O是由下面的反应产生的: 4[Cu] + O2 = 2Cu2O(s) Cu2O(s)溶解于铜液中： 2Cu2O(s)=2[Cu2O](l) 总的反应为: 4[Cu]+ O2 = 2[Cu2O](l) (7.1) 该反应的平衡氧势与温度的关系由反应的标准自由焓变值求出，如下式表示 ln Po2=－6858/T +2.14 +2 ln aCu2O 式中, aCu2O为铜液中Cu2O的活度, Po2为(7.1)式的平衡分压。当铜液为Cu2O(s)所饱和时， aCu2O为常数。于是,铜液氧化反应平衡时的氧势仅随温度而变化。提高温度，饱和含氧量增加，氧势随之升高。铜液中Cu2O和相应的氧量O2%与熔体温度的关系如下表7.2所示。 表7.2 不同温度下铜液中Cu2O和相应的氧含量 在实际生产中，当温度为1150 ～1180℃时，杂质已经充分氧化。因此,铜液中的含氧量应该根据杂质的含量来进行合理的控制，以避免因含氧过高，延长后来的还原时间，增加还原剂的消耗，对生产反而不利。 深氧化 浅氧化 氧化精炼时，熔池内氧的溶解速率由下式给出：  式中, [O%]/dτ为铜液中氧浓度随时间τ的变化率，ηox为氧在熔池中的溶解率，Mo为氧的原子量，mCu为铜的质量，Qair为鼓入空气是体积流量，mCu为铜的质量，Vair为鼓入空气的摩尔体积。该公式中，氧溶解率很高，实验室试验的测定值为95%，生产测定值为85%，可以视为常数。因此，熔池中铜的氧化速度仅取决于鼓入的空气量。 7.2.2 杂质在铜液中的氧化 粗铜中的杂质被氧直接氧化的程度是非常小的，主要是通过铜液中的Cu2O来氧化的： [Cu2O]+[