【中國(guó)幕墻網(wǎng) 12月26日消息 記者kiko】用一段法處理雜銅時(shí)，一般都在
固定反射爐中進(jìn)行，所以實(shí)際上，在反射爐 進(jìn)行的 既是
熔煉也是精煉。
雜銅反射爐精煉原理實(shí)質(zhì)上與礦銅的火法精煉原理相同，不過(guò)，由于次粗銅雜質(zhì)含量高（有時(shí)高達(dá) 4% ），所以在操作上有其獨(dú)特特點(diǎn)，雜銅在反射爐中處理時(shí)，整個(gè)精煉過(guò)程包括
熔化、
氧化、還原、除渣、澆鑄等作業(yè)。整個(gè)作業(yè)的核心是氧化和還原。下面主要闡述氧化和還原。
雜銅氧化精煉的基本原理在于銅中存在的大多數(shù)雜質(zhì)對(duì)氧的親合力都大于銅對(duì)氧的親合力，且多數(shù)雜質(zhì)的氧化物在銅液中溶解度小，所以當(dāng)向熔體中鼓入空氣時(shí)，便優(yōu)先將雜質(zhì)氧化脫除，但熔體中銅占絕大多數(shù)，而雜質(zhì)量很少，故氧化時(shí)，首先是銅被氧化。
4Cu+O2=2Cu2O
所產(chǎn)生 Cu2O 立即溶于銅液中，并與銅液中的雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使雜質(zhì)氧化。
[Cu2O]+[Me]=2[Cu]+(MeO)
式中：[ ] 表示銅液中物質(zhì)濃度；
（ ）表示渣相中物質(zhì)濃度；
Me 為雜質(zhì)
金屬。
此反應(yīng)的平衡常數(shù)為：
銅液中的主體為金屬銅，濃度很大，因雜質(zhì)量相對(duì)很少，故盡管雜質(zhì)被 Cu2O 氧化，可認(rèn)為 [Cu] 基本不變（即為常數(shù)）。同時(shí)，由于雜質(zhì)氧化物（ MeO ）在銅液中的溶解度很小，能迅速達(dá)到飽和，因此在大多數(shù)情況下，當(dāng)溫度一定時(shí)， [MeO] 可認(rèn)為也是一個(gè)恒定值，所以反應(yīng)的平衡常數(shù)可用下式表示：
K’=[Cu2O][Me]
這表明，在一定溫度下（即 K 為確定常數(shù)）銅液中的雜質(zhì)含量與 Cu2O 的含量成反比， [Cu2O] 越大， [Me] 越小，即殘留在銅液中未氧化的雜質(zhì)越少，精煉作業(yè)愈完全。實(shí)踐表明，為了更迅速、徹底地除去銅液中的雜質(zhì)，
應(yīng)力求強(qiáng)化氧化過(guò)程，使 Cu2O 在銅液中的濃度達(dá)到飽和狀態(tài)。
Cu2O 在銅液中的溶解度隨溫度升高而增加：
溫度℃ 1100 1150 1200 1250
溶解度 % 5 8.3 12.4 13.1
當(dāng) Cu2O 的溶解量超過(guò)該溫度下的溶解度時(shí)，熔體將分為兩層，下層是飽和了 Cu2O 的銅液，上層是飽和了銅的 Cu2O 相，這一關(guān)系可從 Cu ￠ O 系相圖看得清楚。銅液中的溶解度增加很少，并且熔體出現(xiàn)分層，使部分 Cu2O 進(jìn)入渣層中，而且過(guò)度的氧化，使還原過(guò)程增長(zhǎng)，同時(shí)要消耗更多的
還原劑，所以為了避免銅液過(guò)度氧化，要求氧化期保持在 1150 ～ 1170 ℃下進(jìn)行。
主要雜質(zhì)在氧化精煉過(guò)程中的行為簡(jiǎn)述如下：
鐵。鐵對(duì)氧的親合力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于銅對(duì)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(jìn)行：
Cu2O+Fe=2Cu+FeO
按熱力學(xué)估算，在精煉過(guò)程中鐵可除到十萬(wàn)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(jì)算表明，當(dāng)銅液中含鎳 16% 時(shí)，鎳可除到 0.25% 。
當(dāng)銅液中既含鎳又含砷和銻時(shí)，鎳的脫除更為難。因?yàn)槿苡阢~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(shí)只有加堿性
熔劑，使鎳云母分解。
鋅。鋅與銅在液態(tài)時(shí)完全互溶，鋅的沸點(diǎn)為 906 ℃，在精煉時(shí)，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(lái)，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(jìn)入爐渣。當(dāng)精煉含鋅高的雜銅料（黃雜銅等）時(shí)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(guò)程的進(jìn)行。
鉛。固態(tài)鉛不溶于銅，在液態(tài)時(shí)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(shí)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(shí)長(zhǎng)，銅入渣損失大，為了改進(jìn)除鉛效果，克服該法缺點(diǎn)，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(shí)，料中含錫高，錫與銅液態(tài)時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)互溶，在氧化時(shí)，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(shí)，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(shí)無(wú)限互溶，而且銅與銻還能生成 Cu3Sb 和 Cu3Sb2 。與砷一樣，在氧化時(shí)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(shí)，氧化和還原過(guò)程需反復(fù)進(jìn)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(yáng)極銅中，在電解精煉時(shí)進(jìn)入陽(yáng)極泥，進(jìn)一步處理陽(yáng)極泥得以回收。
當(dāng)全部雜質(zhì)脫除后，氧化期結(jié)束，過(guò)程轉(zhuǎn)入還原期。還原的作用一是使過(guò)氧化的銅氧化物還原成金屬銅，二是脫除溶于銅液中的氣體，因?yàn)樵谘趸Y(jié)束時(shí)，銅液中還存有 8% 左右的 Cu2O ，銅中含氧過(guò)多，將使銅變脆，延展性和
導(dǎo)電性降低，故必須進(jìn)行還原。在還原期，使用重油、插木等還原時(shí)，發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如下：
6Cu2O+2C2Hm=12Cu+2Co+mH2+2CO2
用 NH3 還原時(shí)，發(fā)生下列反應(yīng)：
Cu2O+2NH3 6Cu+N2+3H2O
如果用天然氣作還原劑，必須對(duì)天然氣進(jìn)行所謂“重整”，否則，天然氣中的成分甲烷 CH4 在 1000 ℃時(shí)分解產(chǎn)出大量 H2 ，雖能加強(qiáng)還原，但也增加銅對(duì)氫氣的吸附。 【完】
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