火法煉銅是當今生產銅的主要方法,占銅產量的80%~90%?;鸱掋~的優點是原料適應性強,能耗低,效率高,金屬回收率高?;鸱掋~工藝分為兩類:一是傳統工藝:如鼓風爐熔煉、反射爐熔煉、電爐熔煉;二是現代強化工藝:如閃速爐熔煉、熔池熔煉?;鸱üに囘^程主要包括四個主要步驟:造锍熔煉、銅锍(冰銅)吹煉、粗銅火法精煉和陽極銅電解精煉。
一、火法冶煉工藝分類
(1)閃速熔煉
閃速熔煉(flash smelting)包括因科(Inco)閃速爐、奧托昆普(Outokumpu)閃速爐和旋渦頂吹熔煉(ConTop)3種。閃速熔煉是充分利用細磨物料巨大的活性表面,強化冶煉反應過程的熔煉方法。將精礦經過深度干燥后,與熔劑經干燥一起用富氧空氣噴入反應塔內,精礦粒子在空間懸浮1-3s時間,與高溫氧化性氣流迅速發生硫化礦物的氧化反應,并放出大量的熱,完成熔煉反應即造锍的過程。反應的產物落入閃速爐的沉淀池中進行沉降,使銅锍和渣得到進一步的分離。這種方法主要用于銅、鎳等硫化礦的造锍熔煉。
(2)熔池熔煉
熔池熔煉包括特尼恩特煉銅法、三菱法、奧斯麥特法、瓦紐柯夫煉銅法、艾薩熔煉法、諾蘭達法、頂吹旋轉轉爐法(TBRC)、白銀煉銅法、水口山煉銅法和東營底吹富氧熔煉法等。熔池熔煉是在細小的硫化精礦加入熔體的同時,向熔體鼓入空氣或工業氧氣,在劇烈攪拌的熔池內進行強化熔煉。由于鼓風向溶池中壓人了氣泡,當氣泡通過熔池上升時,造成“熔體柱”運動,這樣便給熔體輸入了很大的功能。它的爐型有臥、立式、回轉式或固定式,鼓風方式有側吹、頂吹、底吹三種。
二、閃速爐
芬蘭奧托昆普型閃速爐主要由反應塔、沉淀池與上升煙道構成。熱空氣或富氧空氣、干燥后的精礦與熔劑從反應塔頂噴入熾熱的反應塔內,精礦中的硫和鐵立即發生氧化反應,速度極快,生成冰銅或冰鎳(銅锍或鎳锍)并初步造渣,落入沉淀池后,進一步造渣并完成冰銅與爐渣的分離,冰銅定時放出送轉爐吹煉,爐渣連續流入渣貧化電爐,煙氣回收制硫酸。
塔的上部由于氧分壓較高、溫度較低,塔壁形成了Fe3O4保護層。塔的下部溫度高并受熔體沿表面迅速流動與沖刷,爐襯易磨損、熔蝕;沉淀池池墻渣線區由于大量高溫熔渣流動,墻襯也易熔損;因此在這些部位都砌熔鑄鎂鉻磚并有水冷銅套加以保護。塔頂與沉淀池頂用燒成鎂鉻磚吊掛砌筑。為避免Fe3O4在爐底析出,爐底隔熱要好,隔熱層上砌粘土磚,上為鎂鉻搗打層,再砌鎂鉻磚。
三、諾蘭達爐(ReactorNoranda)
諾蘭達熔煉爐為臥式圓筒形熔池熔煉爐。大冶冶煉廠和沈陽冶煉廠建有此種爐,精礦與熔劑由拋料機經爐體一端的端墻拋入爐內。在這一端還設有燃燒器提供輔助熱量。在靠加料端圓筒體下部一側設有一排風口,以鼓入富氧空氣。爐體的另一端,端墻下有放渣孔??糠旁顺恋韰^底部圓筒體一側有冰銅放出口,定時放出冰銅。煙氣從放渣端圓筒體頂部的爐口排出。
諾蘭達爐易損部位是:風口、風口區和渣線區,此處耐火材料使用情況應定期檢查,發現損毀應立即修補。
四、白銀爐
白銀爐是我國研制開發的?;驹砼c加拿大諾蘭達爐相近。采用富氧鼓風使精礦中的硫、鐵氧化,放出的熱達到自熱熔煉。也是熔池熔煉。
白銀爐為一固定式長方形爐,爐內熔池有一隔墻,將其分成為熔煉區和沉淀區兩部分;實現了在一個爐內動態熔煉和靜態的熔渣和冰銅分離。在熔煉區拱頂設有加料口,銅精礦與熔劑經加料口投入熔煉區。落入熔池的爐料立即散布于由風口鼓入富氧空氣所激烈攪動的熔體之中,迅速完成氧化反應和造渣反應:
3Fe3O4+FeS+5SiO2→5(2FeO·SiO2)+SO2↑
并由于下面反應避免了Fe304的生成。熔煉區生成的高溫熔體,通過隔墻下通道進入較平靜的沉淀區,進行熔渣和冰銅的分離。熔渣和冰銅分別經渣口與虹吸口放出。
白銀爐的爐襯易損部位是:熔煉區風口部位、熔煉區爐拱及中部隔墻附近的爐墻,以及沉淀區的渣線部位。
五、其他銅冶煉爐
熔煉爐:精礦從爐頂噴入,爐頂邊側設有燃燒器補充熱量。產生的冰銅和熔渣通過溢流口,經流槽流進貧化電爐。流槽設有煤氣噴嘴以保溫。
爐渣貧化電爐:爐渣與冰銅在電爐內分層,冰銅由虹吸口經流槽流入吹煉爐,上層爐渣在加入的焦炭粉作用下還原貧化,成為棄渣。