銅精煉的必要性及工序

轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)出的粗銅，其含銅量一般為98.5% ~99.5%，其余為雜質(zhì)，如硫、 氧、鐵、砷、鋪、鋅、錫、鉛、鉍、鎳、鈷、硒、碲、銀和金等。這些雜質(zhì)存在 于銅中，對銅的性質(zhì)產(chǎn)生各種不同的影響，有的會降低銅的電導(dǎo)率，如砷、銻、 錫;有的會導(dǎo)致熱加工時型材內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，如砷、鉍、鉛、硫;有的則使冷加 工性能變壞，如鉛、銻、鉍?？傊?，降低了銅的使用價值。有些雜質(zhì)如金和銀則 具有較高使用價值和經(jīng)濟效益，需要回收和利用。因此，為了滿足銅的各種用途 要求，需要將粗銅提純精煉。

精煉的目的有兩個，一是除去銅中的雜質(zhì)，提高純度，使銅含量在99.5%以 上;二是從銅中分離回收有價元素，提高資源綜合利用率。目前使用的精煉方法 有兩類：

(1)粗銅火法精煉，直接生產(chǎn)含銅99. 5%以上的精銅。該法僅適用于金、銀 和雜質(zhì)含量較低的粗銅，所產(chǎn)精銅僅用于對純度要求不高的場合。

(2)粗銅先經(jīng)過火法精煉除去部分雜質(zhì)，澆鑄成陽極，再進行電解精煉，產(chǎn)出含銅99. 95%以上、雜質(zhì)含量達到標準的精銅。這是銅生產(chǎn)的主要流程。

粗銅的火法精煉過程包括氧化、還原和澆鑄三個工序。在1150 ~1200℃的溫度下，先將空氣壓入熔融銅中，進行雜質(zhì)的氧化脫出，而后再用碳氫物質(zhì)除去銅 液中的氧，最后進行澆鑄。

粗銅火法精煉用設(shè)備

目前，用于銅火法精煉的爐型有反射爐、回轉(zhuǎn)式精煉爐、傾動式精煉爐三種。

1 反射爐

反射爐是傳統(tǒng)的火法精煉設(shè)備，是一種表面加熱的膛式爐，結(jié)構(gòu)簡單，操作 容易，既可處理冷料，又可處理熱料。此外，因反射爐容積、爐體尺寸可大、可 小，處理量可以從1t變化到400t，具有很強的適應(yīng)性。處理冷料較多的工廠和 規(guī)模較小的工廠，多采用反射爐生產(chǎn)陽極銅。其缺點是操作效率低，勞動強度 大，操作環(huán)境差。

國內(nèi)大多采用固定式反射爐進行精煉，爐襯主要采用鎂磚、鎂鋁磚或鎂鉻磚 砌筑。國外精煉反射爐爐頂用不燒鎂鉻磚、鉻鎂磚或直接結(jié)合鎂鉻磚砌筑，爐墻 上部用鎂鉻磚，下部用直接結(jié)合鎂鉻磚和普通鎂鉻磚，爐底使用硅磚。

2 回轉(zhuǎn)式精煉爐

回轉(zhuǎn)式精煉爐是20世紀50年代后期開發(fā)的火法精煉設(shè)備。它是一個圓筒形 的爐體，在爐體上配置有2 ~4個風(fēng)管、1個爐口和1個出銅口，可作360°回轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)動爐體將口埋入液面下，進行氧化、還原作業(yè)，精煉完成后進行澆鑄，產(chǎn)品 為陽極板，因此回轉(zhuǎn)式精煉爐又稱回轉(zhuǎn)式陽極爐，其結(jié)構(gòu)如圖1-11所示。與反 射爐相比，回轉(zhuǎn)式精煉爐具有機械化、自動化程度高，散熱損失小，利于環(huán)保等 優(yōu)點，但由于熔池深，受熱面積小，化料慢，故不適宜處理冷料，主要適合于處 理熱料。

    回轉(zhuǎn)式精煉爐爐膛溫度高于1350℃ (澆鑄期)，最高時可達1450℃(氧化期)，由于爐體是轉(zhuǎn)動的，爐內(nèi)沒有固定的渣線，爐渣的侵蝕和熔融金屬的沖刷， 幾乎占據(jù)了 2/3以上的爐膛內(nèi)表面。因此，一般要求內(nèi)襯鎂鉻磚Cr2O3的含量較 高，在氧化還原口和出銅口處，要求更高，經(jīng)常采用直接結(jié)合鎂鉻磚或電熔再結(jié) 合鎂鉻磚。

3  傾動式精煉爐

傾動式精煉爐是20世紀60年代中期，由瑞士 Maerz研究發(fā)明的。它在反射 爐和回轉(zhuǎn)爐基礎(chǔ)上，吸取了兩種爐型的長處而設(shè)計的。爐膛形狀像反射爐，保持 其較大的熱交換面積，采取了回轉(zhuǎn)爐可轉(zhuǎn)動的方式，增設(shè)了固定風(fēng)口，取消了插風(fēng)管和扒渣作業(yè)，減輕了勞動強度，既能處理熱料，又能處理冷料，是較理想的 爐型。但因爐體形狀特殊，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資高等不足，目前的應(yīng)用有限。

陽極澆鑄

目前，陽極板的生產(chǎn)有兩種工藝：鑄模澆鑄和連鑄。鑄模澆鑄又分為圓盤型 和直線型兩種。其中圓盤型澆鑄機是銅陽極生產(chǎn)的主要生產(chǎn)設(shè)備。直線型澆鑄機 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，占地面積小，投資低，但陽極質(zhì)量差，僅被小型工廠采用。連 鑄是連續(xù)作業(yè)，連續(xù)澆鑄并軋成板帶，經(jīng)剪切或切割成單塊陽極。

1 鑄模澆鑄

目前的陽極板多采用自動澆鑄工藝生產(chǎn)。主要設(shè)備為圓盤澆鑄機，主要由中 間包、澆鑄包、鑄輪(本體)、冷卻系統(tǒng)、廢板取出裝置、頂起裝置、陽極取出 系統(tǒng)及冷卻水槽、涂模系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)構(gòu)成。澆鑄過程的各個階段均由PLC進行 自動控制。主要流程為：銅水由精煉爐流出，經(jīng)流槽進人中間包，接收澆鑄包指 令后由尾部提升，將銅水注入澆鑄包。當(dāng)電子秤自動稱量至給定值時，發(fā)出信 號，中間包收包，回到原位。圓盤模子轉(zhuǎn)到澆鑄工位后，發(fā)出信號，澆鑄包啟動，按預(yù)定程序向銅模注入銅水。至給定值后，電子秤發(fā)出信號，澆鑄包回到原 位，同時將信號發(fā)給中間包，再次注入銅水。信號同時發(fā)給圓盤，轉(zhuǎn)動一個工 位，空模再次進入澆鑄位置。鑄好陽極的銅模，進入冷卻室冷卻后轉(zhuǎn)出冷卻室， 停止運動，頂桿先以較小的力量對陽極進行松動預(yù)頂，而后再以大的力量作最終 頂起使模與陽極板分離。裝在冷卻室后面的攝像機，攝制耳部圖像，輸人電腦進 行不合格判斷，結(jié)果輸入分揀計算機。圓盤轉(zhuǎn)至取板工位，取板機自動提取陽極板，并送到接收機上。接收機是一個滾筒輸送機，陽極放在滾筒上后，自動將陽極送到電子秤上。電子秤將陽極稱出質(zhì)量，并把稱重信號送到計算機處理。根據(jù)質(zhì)量差異，分出合格、異形、不合格三種類型。分類信號輸入分揀計算機。分揀計算機 根據(jù)耳部攝像監(jiān)測的信息和電子秤輸入的信息指令分揀機，揀出異形陽極及不合格 陽極。合格陽極經(jīng)冷卻后，堆碼、吊出、抬車送電解整形生產(chǎn)線，修整外形。陽極 取走后，圓盤轉(zhuǎn)至下一工位，經(jīng)攝像機攝取頂針復(fù)位圖像，并送計算機處理，對未復(fù)位的頂針進行錘擊復(fù)位。頂針復(fù)位后，下一工位自動噴涂脫模劑。至此，一塊陽極澆鑄的作業(yè)程序全部完成。圓盤澆鑄示意圖與現(xiàn)場照片如圖1-12所示。

    2 連鑄

為解決陽極澆鑄出現(xiàn)的問題，20世紀70年代開發(fā)了Hazelett連鑄機，亦稱 雙帶連鑄機。Hazelett連鑄機的構(gòu)造如圖1-13所示。連鑄機由上、下兩組環(huán)形鋼 帶組成。每一組環(huán)形鋼帶，由兩個輥筒繃直，輥筒由驅(qū)動裝置帶動，鋼帶可隨輥 筒轉(zhuǎn)動。上、下兩組環(huán)形鋼帶完全平行，組成鑄模的頂和底。為保持兩鋼帶的距 離一致，上、下兩鋼帶都有鰭狀輥支承和固定位置。兩帶之間的側(cè)面由兩串邊部 擋板鏈將兩側(cè)封嚴，形成?？?。板坯為鑄模的末端，前端為銅液注人口。兩條鋼 帶，前高后低，有9°傾角。

    由精煉爐中流出的銅水經(jīng)流槽注入用重油或天然氣加熱的保溫爐。保溫爐起 緩沖作用，均衡銅水溫度，自動控制澆鑄機的金屬供應(yīng)量。銅水從保溫爐流出后，經(jīng)流槽流入固定式澆鑄包，按給定速度注入澆鑄機，銅水進人鑄機后，鑄模 的上、下鋼帶和邊部擋流塊連續(xù)運動，形成連續(xù)鑄坯，同時噴淋大量的水，冷卻上部和下部鋼帶，間接冷卻鑄坯。鑄坯出鑄機后由牽引輥碾壓送至切割機或沖壓 機，切割成單塊陽極。澆鑄速度由牽引輥控制。單塊陽極板經(jīng)冷卻室冷卻后，進 人堆碼機，按給定數(shù)量堆碼，再由叉車運送至庫房或電解車間。