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反射爐熔煉的金屬回收率主要決定于渣率和渣含銅、隨爐氣帶出的煙塵成分和數(shù)量、原料中金屬含量及冰銅品位等。一般進入冰銅的銅約97%左右。銅的損失中,渣含銅占1.7%,煙塵占1%,管理損失占0.3%,渣、銅的比例約為1.4.由此可看出,銅主要損失于爐渣中,渣含銅損失約占熔煉損失的60%,而反射爐渣又是廢棄產(chǎn)物。因此,有必要采取措施將渣含銅降低到最低限度,可從以下幾方面考慮
1. 選擇合理渣型;
2. 爐渣充分過熱,使冰銅、爐渣良好分離;
3. 嚴格控制冰銅面,減少隨渣損失;
4. 穩(wěn)定冰銅品位;
5. 穩(wěn)定各項技術(shù)條件,使爐況處于正規(guī)操作;
6. 有條件時,將轉(zhuǎn)爐渣單獨貧化;
7. 加強備料。
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 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。
主要雜質(zhì)在氧化精煉過程中的行為簡述如下:
鐵。鐵對氧的親合力遠遠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,在電解精煉時進入陽極泥,進一步處理陽極泥得以回收。