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銅精煉之銅陽極泥的火法熔煉－貴鉛爐簡介

火法熔煉是當(dāng)今生產(chǎn)銅的主要方法，一般包括焙燒、熔煉、吹煉、精煉等工序。經(jīng)過一道道工序的冶煉，終于精煉出了含Cu為99.99%的電銅，同時(shí)一起分離出來的陽極泥也具有一定的價(jià)值。

銅陽極泥脫銅浸出渣的熔煉，過去曾廣泛使用小型反射爐或平爐�，F(xiàn)今，國內(nèi)外廣泛使用轉(zhuǎn)爐或電爐。浸出渣加入還原劑和熔劑，經(jīng)還原熔煉，產(chǎn)出含金、銀總量30%～40%的貴金屬與鉛的合金（俗稱貴鉛）。故熔煉作業(yè)的冶金爐俗稱為貴鉛爐。

過去使用反射爐或平爐作貴鉛爐，由于操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，特別是爐口常殘留有低熔點(diǎn)的鉛合金不易清除干凈，當(dāng)爐溫升高時(shí)，扎好的爐口常因低熔點(diǎn)合金熔蝕而發(fā)生“跑爐”。因此，許多工廠相繼改用圓筒形臥式轉(zhuǎn)爐和電爐。使用電爐熔煉，除便于操作外，更重要的是能縮短冶煉時(shí)間和提高生產(chǎn)效率。

某廠所用的2.5t圓筒形臥式轉(zhuǎn)爐，爐殼系由厚15mm鍋爐鋼板卷焊而成。內(nèi)徑長2m、直徑1.1m，自爐殼向爐心襯以10mm石棉板一層、耐火磚半（橫）層和鎂磚一層。爐膛容積約5.4m³，按容積五分之二裝料，每爐可處理提出渣2.5t，或處理密度較大的返回渣3.5t。

轉(zhuǎn)爐爐體（圖1）由固定在底座上的兩對(duì)托輪（夾角60°）支承，電動(dòng)機(jī)通過減速機(jī)傳動(dòng)。爐口在向下35°（出料）和向上10°（加料）范圍內(nèi)回轉(zhuǎn)。加料口400mm×400mm，設(shè)在爐頂兼作煙氣出口。出料口（爐口）寬400mm×高300mm，在爐體正前方。加熱由兩只3層〔里管供重油，油壓343.233～392.266kPa（3.5～4kg／cm²）；中管供蒸汽，汽壓98.066～196.133kPa（1～2kg∕cm²）；外管供壓縮空氣，風(fēng)壓98.066～196.133kPa（1～2kg∕cm²）〕同心高壓噴嘴，于爐體兩側(cè)供入重油。為保證熔煉過程的爐溫，熔煉時(shí)用磚封閉爐口，煙氣經(jīng)加料口進(jìn)入總長約40m的煙道，再通過布袋收塵器經(jīng)高35m的鋼煙囪排人大氣。

河南隆江冶金可根據(jù)客戶的原料和處理量設(shè)計(jì)制作合適的轉(zhuǎn)爐、貴鉛爐、分銀爐。

圖1 轉(zhuǎn)爐示意圖

一、貴鉛爐的烤爐與洗爐

新砌的轉(zhuǎn)爐或修理或停爐再生產(chǎn)，均應(yīng)進(jìn)行烤爐，使?fàn)t溫逐漸升高，以保護(hù)爐內(nèi)砌體，延長爐齡。

新砌的爐子（全部換磚）需烤爐7d（168h）。開始用木炭緩慢烘烤24h，使?fàn)t溫升至200℃，經(jīng)保溫16h后，再以每8h升溫66℃的速度烘120h使?fàn)t溫達(dá)到1100℃，然后保溫8h開始加料洗爐。中修（部分換磚）爐子需烤爐3天。停爐再生產(chǎn)根據(jù)爐內(nèi)是否尚有余熱而定，一般需烤爐32～48h，使?fàn)t溫升至1200℃即加料熔煉，不必洗爐。全部換磚的大修或部分換磚的中修，一般先用木炭烤至爐溫100℃即開始向爐口和煙道口水套供冷卻水，爐溫至200℃后加木材升溫，至600℃后改用重油（或柴油）升溫至1200℃后洗爐。

洗爐，是向爐內(nèi)加入廢鉛或氧化鉛煙塵（加煙塵洗爐應(yīng)配入焦屑、碳酸鈉和螢石等還原劑和熔劑）。洗爐時(shí)間通常為24h，保持爐溫在1000℃左右，為了減少鉛的揮發(fā)損失，熔池液面應(yīng)加碎焦屑覆蓋，使?fàn)t內(nèi)保持還原氣氛。洗爐過程中每隔半小時(shí)需將爐體向前或向后交替轉(zhuǎn)動(dòng)一次，以保證熔池液面以下的磚縫都充滿鉛，以免金、銀滲入磚縫，降低直收率。洗爐完畢，將鉛放出鑄錠供下次再用。

二、脫銅、硒浸出渣的熔煉

熔煉脫銅、硒浸出渣，是向洗爐后的爐中加入浸出渣，經(jīng)還原熔煉產(chǎn)出貴鉛錠。某廠脫銅、硒浸出渣的組分為（%）：H₂O30^±，Au1～1.5，Ag10～15，Cu＜3，Pb15～20，SiO₂＜5，Se＜0.3，Te0.3^±。熔煉時(shí)配入8%～15%碳酸鈉、3%～5%螢石粉、6%～10%碎焦屑（或粉煤）、2%～4%鐵屑。碳酸鈉的配入量也可按浸渣中SiO₂含量的1.8倍或稍過量。在熔煉過程中，如爐結(jié)太厚或粘渣過多，則可適當(dāng)增加碳酸鈉量（稀渣過多則減少）。由于貴鉛熔煉是在微還原氣氛中進(jìn)行的，故還原劑（碎焦或粉煤）的加入量應(yīng)按還原浸出渣中所含的銅、鎳及部分鉛的需要計(jì)算加入（實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)配料），不使其過量。如過量過大，則會(huì)使大量雜質(zhì)一起還原進(jìn)入貴鉛中，而降低貴鉛中金、銀的含量。

在熔煉初期，爐料隨著爐溫的逐步升高，首先發(fā)生煅燒放出大量水分，繼而部分砷、銻被煙化。爐溫的進(jìn)一步升高，爐料不斷熔融并開始發(fā)生還原反應(yīng)和造渣過程。還原反應(yīng)主要由焦屑和鐵屑與原料中的金屬化合物作用。其主要的反應(yīng)有：

2MeO＋C→ 2Me＋CO₂↑

MeO＋Fe→ Me＋FeO

MeSO₄＋4Fe→ Fe₃O₄＋FeS＋Me

還原產(chǎn)出的鉛、銅、鎳、鉍等金屬，能有效地捕集金、銀組成貴鉛。造渣則是爐料與熔劑的互相作用，主要反應(yīng)有：

Na₂CO₃→ Na₂O＋CO₂↑

Na₂O＋SiO₂→ Na₂O·SiO₂

Na₂O＋Sb₂O₅→ Na₂O·Sb₂O₅

CaO＋SiO₂→ CaO·SiO₂

FeO＋SiO₂→ FeO·SiO₂

還原反應(yīng)和造渣結(jié)束后，使?fàn)t內(nèi)轉(zhuǎn)為微氧化氣氛，這時(shí)主要是砷、銻的氧化。砷生成As₂O₃揮發(fā)是從爐溫700℃開始的，此時(shí)部分銻也生成Sb₂O₃揮發(fā)，部分銻呈Sb₂O₄浮于熔池表面。當(dāng)爐溫超過900℃后，殘留的絕大部分砷、銻都生成不易揮發(fā)的五氧化物進(jìn)入渣中。重金屬中除少量鉛被氧化揮發(fā)外，其余的鉛、銅、鎳、鉍等均進(jìn)入貴鉛中。

熔煉初期升溫應(yīng)緩慢些。經(jīng)1～1.5h把爐溫升高至950～1000℃后，再加大風(fēng)、油量升溫至1150～1200℃。待爐料熔化后用扒子徹底攪動(dòng)熔池一次，以防爐料粘底。熔煉后期再升溫至1250～1300℃并保持此溫度到放完稀渣，熔煉后期（放渣前1～2h）的升溫能熔化粘結(jié)在爐壁上的渣，以便出渣時(shí)一道清出。否則，在扒完渣出貴鉛時(shí)，會(huì)因合金放出大量潛熱使?fàn)t溫升高，渣從爐壁熔下而影響貴鉛質(zhì)量。放稀渣時(shí)，要經(jīng)常觀測渣層厚度，正確控制放渣量。扒粘渣時(shí)，應(yīng)適當(dāng)抬高爐口，操作要平穩(wěn)，以免攪動(dòng)熔池中金屬，并盡量不要帶出金屬。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，在稀渣與粘渣的比例為1.5～2∶1時(shí)較好操作。扒渣后將貴鉛放入吊煲，再澆入鑄鐵模中產(chǎn)出貴鉛錠，送分銀爐熔煉銀陽極板。每爐貴鉛熔煉總冶煉時(shí)間為8～12h。貴鉛中金、銀總量在40%左右。

所產(chǎn)出的稀渣，通常含有0.1%～0.2%的銀和少量金，送鼓風(fēng)爐富集后再入貴鉛爐熔煉銅銀合金，或者將稀渣送熔煉鉛。貴鉛爐產(chǎn)出的粘渣通常含有較多的金、銀，可再入貴鉛爐熔煉成“返回渣貴鉛”。煙塵的組分主要為砷、銻的氧化物，并含少量氧化鉛等。

三、返回渣的熔煉

貴鉛爐產(chǎn)出的粘渣和分銀爐熔煉的氧化渣（俗稱返回渣），入貴鉛爐熔煉產(chǎn)出返回渣貴鉛。由于返渣密度大，2.5t爐子可熔煉3.5t以上的這種渣，并配入7%～12%碳酸鈉、8%～10%碎焦屑、2%～4%螢石粉。固返渣中含鐵（Fe₂O₃和Fe₃O₄）多，一般不配鐵屑。

返渣的熔煉作業(yè)與脫銅、硒浸出渣基本相同。每爐總冶煉時(shí)間達(dá)19～23h，原料與熔劑入爐熔融，并在還原和造渣結(jié)束及清除液面渣以后，往熔池合金液中插入涂敷耐火泥的鋼管吹風(fēng)，以加速賤金屬的氧化。為了使?fàn)t料中的賤金屬雜質(zhì)按順序氧化，熔煉過程中熔池的氧化氣氛不宜過強(qiáng)，渣量（干渣）也不宜過多。

熔煉產(chǎn)出的返回渣貴鉛，含金、銀總量約15%～30%。送分銀爐精煉。稀渣和粘渣合并送鼓風(fēng)爐富集后，返回貴鉛爐熔煉銅銀合金。

四、銅銀合金渣的熔煉

返回渣熔煉的稀渣和粘渣經(jīng)鼓風(fēng)爐富集后，再入貴鉛爐熔煉成銅銀合金。由于原料密度大，故上述的2.5t轉(zhuǎn)爐每爐可處理該原料6～8t，總冶煉時(shí)間為40～90h。

爐料經(jīng)熔融后吹風(fēng)氧化，至取樣斷面呈粉紅色，其中夾雜有粗粒的氧化銅結(jié)晶析出時(shí)終止熔煉。產(chǎn)出的爐渣送銅鼓風(fēng)爐回收銅。

所產(chǎn)出的銅銀合金，經(jīng)風(fēng)淬器風(fēng)淬成粉狀，加入濃硫酸焙炒使之硫酸鹽化，再于浸出脫銅槽浸出脫銅。脫銅浸出渣與陽極泥脫銅、硒浸出渣合并熔煉。

某廠使用的小型風(fēng)淬器如圖2。風(fēng)淬器由鋼板焊制成，進(jìn)風(fēng)管為25～40mm，供入風(fēng)壓147.099～196.133kPa（1.5～2kg∕cm²），出風(fēng)扎按圓周開8只直徑3.5mm的斜孔，孔斜10°～25°，各孔相交于同一中心點(diǎn)。熔融的銅銀合金注入鋼質(zhì)內(nèi)敷耐火泥和焦粉混合料搗制的漏斗中，由漏斗底部的中心孔流出，經(jīng)風(fēng)淬器出風(fēng)孔組成的交叉點(diǎn)時(shí)，熔融合金被高壓風(fēng)打碎成粉末（俗稱銅銀合金渣），送硫酸鹽化焙炒和浸出除銅。

圖2 風(fēng)淬器示意圖（單位：mm）

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