电炉在铜冶炼中的作用.docx
《电炉在铜冶炼中的作用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电炉在铜冶炼中的作用.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电炉在铜冶炼中的作用
电炉在铜冶炼当中的作用
摘要
铜是常见的有色金属，其以自身的优良性能，被广泛使用着，是到目前为止，最早被人类开发利用的金属材料之一。
现如今，铜的冶炼都是在富氧条件下生产的，这样的优点是高效而且适用性强，而且四高的现象越来越普遍——高生产能力，高铜锍品味，高富养浓度以及高热强度，而其缺点就是渣含铜较高。
渣含铜的升高，直接导致了铜的损失，影响了铜的直收率。
渣含铜每升高0.01%，对于我厂的经济损失高达数百万美元。
所以炉渣贫化工序变得异常重要。
贫化电炉应运而生。
贫化电炉的产生，极大的减少了渣中铜的损失。
本文结合我厂的实际情况，详细讲述了我厂电炉的生产情况和操作方面的注意事项。
并且深入的研究了影响渣含铜的一些相关因素，总结了我厂贫化电炉在降低渣含铜方面采取的措施。
关键字：
渣含铜；电极；除尘；铜损失；
ABSTRACT
Copperisacommonnon-ferrousmetal,itsexcellentperformance,iswidelyused,isbyfarthefirsttobedevelopedbytheuseofmetalmaterials.Today,coppersmeltingisproducedunderoxygen-enrichedconditions,withtheadvantageofbeinghighlyefficientandhighlyadaptable,andfour-highphenomenaarebecomingmorecommon-highproductioncapacity,highcoppermattetaste,highnutrientconcentrationsandHighheatintensity,anditsshortcomingsishighcopperslag.Theincreaseofcoppercontentinslagdirectlyleadstothelossofcopper,whichaffectsthedirectyieldofcopper.Slagcopperper0.01%increase,theeconomiclossofourplantuptomillionsofdollars.Sothattheslagdilutionstepbecomesextremelyimportant.Dilutionfurnacecameintobeing.Dilutionofthefurnace,greatlyreducingthelossofcopperintheslag.
Inthispaper,combinedwiththeactualsituationofourplant,Idescribedindetailtheproductionofelectricfurnaceandoperatingaspectsofthenote.Andsomerelatedfactorsinfluencingthecoppercontentintheslagarestudieddeeply.Themeasurestakentoreducethecoppercontentintheslagfurnacearesummarized.
Keywords:
slagcopper;electrode;dustremoval;copperloss;
第一章：
绪论
人类使用铜及其合金已有数千年历史。
古罗马时期铜的主要开采地是塞浦路斯，因此最初得名cyprium（意为塞浦路斯的金属），后来变为cuprum，这是其英语（copper）、法语（cuivre）和德语（Kupfer）的来源。
铜是人类最早使用的金属之一。
早在史前时代，人们就开始采掘露天铜矿，并用获取的铜制造武器、式具和其他器皿，铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。
中国使用铜的历史年代久远。
大约在六、七千年以前中国人的祖先就发现并开始使用铜。
1973年陕西临潼姜 寨遗址曾出土一件半圆型残铜片，经鉴定为黄铜。
1975年甘肃东乡林家马家窑文化遗址（约公元前3000左右）出土一件青铜刀，这是目前在中国发现的最早的青铜器，是中国进入青铜时代的证明。
相对西亚、南亚及北非于距今约6500年前先后进入青铜时代而言，中国青铜时代的到来较晚。
中国存在一个铜器与石器并用时代，年代距今约为5500~4500年。
中国在此基础上发明青铜合金，与世界青铜器发展模式相同。
铜是一种过度元素，化学符号Cu，英文copper，原子序数29。
纯铜是柔软的金属，表面刚切开时为红橙色带金属光泽，单质呈紫红色。
延展性好，导热性和导电性高，因此在电缆和电气、电子元件是最常用的材料，也可用作建筑材料，可以组成众多种合金。
铜合金机械性能优异，电阻率很低，其中最重要的数青铜和黄铜。
此外，铜也是耐用的金属，可以多次回收而无损其机械性能。
二价铜盐是最常见的铜化合物，常呈蓝色或绿色，是蓝铜矿和绿松石等矿物颜色的来源，历史上曾广泛用作颜料。
铜质建筑结构受腐蚀后会产生铜绿（碱式碳酸铜）。
装饰艺术主要使用金属铜和含铜的颜料。
铜是人类最早使用的金属之一。
早在史前时代，人们就开始采掘露天铜矿，并用获取的铜制造武器、式具和其他器皿，铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。
铜是一种存在于地壳和海洋中的金属。
铜在地壳中的含量约为0.01%，在个别铜矿床中，铜的含量可以达到3%～5%。
自然界中的铜，多数以化合物即铜矿石存在。
1.1铜的基本性质
1.1.1铜的物理性质
铜呈紫红色光泽的金属，密度8.92克/立方厘米。
熔点1083.4±0.2℃，沸点2567℃。
有很好的延展性。
导热和导电性能较好。
磁性：
抗磁性
晶体类型：
面立方结构
电阻率：
1.75×10-8Ω·m
声速：
（室温）3810（m/s）
杨氏模量：
110－128GPa
前切莫量：
48GPa
泊松比：
0.34
莫氏硬度：
3.0
维氏硬度：
343–369MPa
布氏硬度：
235–878MPa
固态密度8.960g/cm³
熔融液态密度8.920g/cm³
比热容：
24.440J/（mol·K）
汽化热：
300.4kJ/mol
融化热：
13.26kJ/mol
热导率：
401W/m.K
膨胀系数：
（25°C）16.5µm/m·K
化合价通常为+2，也有+1（3价铜仅在少数不稳定的化合物中出现）
在地壳中的含量（ppm）：
50
在太阳中的含量（ppm）：
0.7
电离能：
7.726电子伏特
焰色为：
绿色
1.1.2铜的化学性质
原子大小与结构
电子层：
K-L-M-N
电子层分布：
2-8-18-1
电子排布式：
1s22s22p63s23p63d104s1
原子半径：
186pm
范德华半径：
140pm
与氧气的反应
铜是不太活泼的重金属，在常温下不与干燥空气中的氧化合，加热时能产生黑色的氧化铜：
如果继续在很高温度下燃烧，就生成红色的Cu2O：
与空气的反应（与O2、H2O、CO2反应）
在潮湿的空气中放久后，铜表面会慢慢生成一层铜绿（碱式碳酸铜），铜绿可防止金属进一步腐蚀，其组成是可变的。
或：
与卤素的反应
铜可与卤素单质气体在加热条件下化合。
与硫的反应
加热时，铜与硫直接化合生成硫化亚铜（Cu2S）：
与氯化铁溶液反应
在电子工业中，常用FeCl3溶液来刻蚀铜，以制造印刷线路。
方程式：
（或
）
与酸的反应
与空气和稀酸反应
在电位序（金属活动性顺序）中，铜族元素都在氢以后，所以不能置换稀酸中的氢。
但当有空气存在时，铜可先被氧化成氧化铜，然后再与酸作用然后缓慢溶于这些稀酸中（离子方程式）：
与浓盐酸反应
（concentrated代表浓）
与氧化性酸反应
铜会被硝酸、浓硫酸（需加热）等氧化性酸氧化而溶解：
（dilute代表稀）
催化剂
铜能充当一些有机反应的催化剂，如酒精的催化氧化：
铜常见的价态是+1和+2。
铜（I）通常称为亚铜，氯化亚铜（CuCl）、氧化亚铜（Cu2O）、硫化亚铜（Cu2S）都是常见的一价铜化合物。
[Cu（NH3）2]2-是亚铜和氨的配离子，无色，易被氧化。
铜（II）是铜最常见的价态，它可以和绝大部分常见的阴离子形成盐，如总所周知的硫酸铜，存在白色的无水物和蓝色的五水合物。
碱式碳酸铜，又称铜绿，有好几种组成形式。
氯化铜和硝酸铜也是重要的铜盐。
铜（II）可以形成一系列的配离子，如Cu（H2O）4（蓝色）、CuCl4（黄绿）、Cu（NH3）4（深蓝）等，它们的颜色也不尽相同。
常见铜化合物
硫酸铜（五水、一水和无水）、醋酸铜（（CH3COO）2Cu·H2O）、氧化铜（CuO）和氧化亚铜（Cu2O）、氯化铜 （CuCl2）和氯化亚铜（CuCl）、硝酸铜（Cu（NO3）2）、氰化铜（Cu（CN）2）、脂肪酸铜、环烷酸铜（C22H14CuO4）等。
1.2铜的应用
铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在中国有色金属材料的消费中仅次于铝。
铜是一种红色金属，同时也是一种绿色金属。
说它是绿色金属，主要是因为它熔点较低，容易再熔化、再冶炼，因而回收利用相当地便宜。
古代主要用于器皿、艺术品及武器铸造，比较有名的器皿及艺术品如司母戊鼎、四羊方尊。
电器和电子市场电器和电子市场约占总数的28%。
1997年，这两个市场成为铜消耗的第二大终端用户，拥有25%的市场份额。
在许多电器产品中，（例如：
电线、母线、变压器绕组、重型马达、电话线和电话电缆）铜的使用寿命都相当地长，只有经过20到50年以后，里面的铜才可以进行回收利用。
其他含铜的电器和电子产品（比如：
小型电器和消费电子产品）使用寿命则比较短，一般是5-10年。
商业性电子产品和大型电器产品通常要回收的，因为它们除含有铜以外，还有其他珍贵的金属。
尽管如此，小型的电子消费产品的回收率还是相当低的，因为它们里面几乎没有多少铜元素。
随着电子领域科学技术的快速发展，一些陈旧的含铜产品越来越过时了。
比如，在二十世纪80年代，电话转换站和中央营业所是铜和铜合金碎屑的主要来源，但是数字转换的出现使得这些笨重的、金属密集的东西变得越来越过时了。
交通设备交通设备是铜的第三大市场，约占总数的13%，与二十世纪60年代基本相同。
尽管交通的重要性没有改变，但是铜的使用形式却发生了很大的变化。
许多年来，自动散热器是这方面最重要的终端用户；然而，铜在自动电器和电子产品中的使用飞速增长，而在热交换器市场中的使用则有所下降。
小轿车的平均使用寿命是10-15年，几乎所有的铜（包括散热器和配线）都是在它的整体拆卸和回收前来进行回收的。
工业机器和设备工业机器和设备是另外一个主要的应用市场，在当中铜往往有比较长的使用寿命。
硬币和军火是这方面主要的终端用户。
子弹很少回收，一些硬币可以熔化，而还有许多则由收藏者或储蓄者保存，不可以进行回收。
[4] 在机械和运输车辆制造中，用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。
在化学工业中广泛应用于制造真空器、蒸馏锅、酿造锅等。
在国防工业中用以制造子弹、炮弹、枪炮零件等，每生产300万发子弹，需用铜13～14吨。
在建筑工业中，用做各种管道、管道配件、装饰器件等。
医学
医学中，铜的杀菌作用很早就被认知。
自20世纪50年代以来，人们还发现铜有非常好的医学用途。
20世纪70年代，中国医学发明家刘同庆研究发现，铜元素具有极强的抗癌功能，并成功研制出相应的抗癌药物“克癌症7851”，在临床上获得成功。
后来，墨西哥科学家也发现铜有抗癌功能。
新世纪，英国研究人员又发现，铜元素有很强的杀菌作用。
相信不久的将来，铜元素将为提高人类健康水平做出巨大贡献。
有机化学
有机化学中，有机铜锂化合物是一类重要的金属有机化合物。
合金
而铜可用于制造多种合金，铜的重要合金有以下几种：
黄铜
黄铜是铜与锌的合金，因色黄而得名。
黄铜的机械性能和耐磨性能都很好，可用于制造精密仪器、船舶的零件、枪炮的弹壳等。
黄铜敲起来声音好听，因此锣、钹、铃、号等乐器都是用黄铜制做的。
航海黄铜
铜与锌、锡的合金，抗海水侵蚀，可用来制作船的零件、平衡器。
青铜
铜与锡的合金叫青铜，因色青而得名。
在古代为常用合金（如中国的青铜时代）。
青铜一般具有较好的耐腐蚀性、耐磨性、铸造性和优良的机械性能。
用于制造精密轴承、高压轴承、船舶上抗海水腐蚀的机械零件以及各种板材、管材、棒材等。
青铜还有一个反常的特性——“热缩冷胀”，用来铸造塑像，冷却后膨胀，可以使眉目更清楚。
磷青铜
铜与锡、磷的合金，坚硬，可制弹簧。
白铜
白铜是铜与镍的合金，其色泽和银一样，银光闪闪，不易生銹。
常用于制造硬币、电器、仪表和装饰品。
十八开金（18K金或称玫瑰金）
6/24的铜与18/24的金的合金。
红黄色，硬度大，可用来制作首饰、装饰品。
1.3铜的冶炼方法
1.3.1火法炼铜
通过熔融冶炼和电解精火炼生产出阴极铜，也即电解铜，一般适于高品位的硫化铜矿。
火法冶炼一般是先将含铜百分之几或千分之几的原矿石，通过选矿提高到20～30%，作为铜精矿，在密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉进行造锍熔炼，产出的熔锍（冰铜）接着送入转炉进行吹炼成粗铜，再在另一种反射炉内经过氧化精炼脱杂，或铸成阳极板进行电解，获得品位高达99.9%的电解铜。
该流程简短、适应性强，铜的回收率可达95%，但因矿石中的硫在造锍和吹炼两阶段作为二氧化硫废气排出，不易回收，易造成污染。
90年代出现如白银法、诺兰达法等熔池熔炼以及日本的三菱法等、火法冶炼逐渐向连续化、自动化发展。
从铜矿石冶炼铜：
以黄铜矿为例，首先把精矿砂、熔剂（石灰石、砂等）和燃料（焦炭、木炭或无烟煤）混合，投入“密闭”鼓风炉中，在1000℃左右进行熔炼。
于是矿石中一部分硫成为SO₂（用于制硫酸），大部分的砷、锑等杂质成为As₂O₃、Sb₂O₃等挥发性物质而被除去：
2CuFeS₂+O₂=Cu₂S+2FeS+SO₂↑。
一部分铁的硫化物转变为氧化物：
2FeS+3O₂=2FeO+2SO₂↑。
Cu₂S跟剩余的FeS等便熔融在一起而形成“冰铜”（主要由Cu₂S和FeS互相溶解形成的，它的含铜率在20%～50%之间，含硫率在23%～27%之间），FeO跟SiO₂形成熔渣：
FeO+SiO₂=FeSiO₃。
熔渣浮在熔融冰铜的上面，容易分离，借以除去一部分杂质。
然后把冰铜移入转炉中，加入熔剂（石英砂）后鼓入空气进行吹炼（1100～1300℃）。
由于铁比铜对氧有较大的亲和力，而铜比铁对硫有较大的亲和力，因此冰铜中的FeS先转变为FeO，跟熔剂结合成渣，而后Cu₂S才转变为Cu₂O，Cu₂O跟Cu₂S反应生成粗铜（含铜量约为98.5%）。
2Cu₂S+3O₂=2Cu₂O+2SO₂↑，2Cu₂O+Cu₂S=6Cu+SO₂↑，再把粗铜移入反射炉，加入熔剂（石英砂），通入空气，使粗铜中的杂质氧化，跟熔剂形成炉渣而除去。
在杂质除到一定程度后，再喷入重油，由重油燃烧产生的一氧化碳等还原性气体使氧化亚铜在高温下还原为铜。
得到的精铜约含铜99.7%。
除了铜精矿之外，废铜做为精炼铜的主要原料之一，包括旧废铜和新废铜，旧废铜来自旧设备和旧机器，废弃的楼房和地下管道；新废铜来自加工厂弃掉的铜屑（铜材的产出比为50%左右），一般废铜供应较稳定，废铜可以分为：
裸杂铜：
品位在90%以上；黄杂铜（电线）：
含铜物料（旧马达、电路板）；由废铜和其他类似材料生产出的铜，也称为再生铜
火法炼铜流程
。
1.3.2湿法炼铜
一船适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。
现代湿法冶炼有硫酸化焙烧－浸出－电积，浸出－萃取－电积，细菌浸出等法，适于低品位复杂矿、氧化铜矿、含铜废矿石的堆浸、槽浸选用或就地浸出。
湿法冶炼技术正在逐步推广，预计本世纪末可达总产量的20%，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。
第二章贫化电炉的相关要求
艾萨产出的冰铜与炉渣混合物、转炉渣进入沉降电炉，在电极送电保证熔体温度的条件下，通过加入还原剂使熔体中的磁性铁得到还原，熔体中的冰铜和炉渣在重力作用下得以澄清分离，同时产生低含硫烟气。
冰铜供转炉吹炼，炉渣用渣包车运至渣场缓冷堆存，低含硫烟气经旋涡除尘后排空，收下的尘则返回电炉
电炉沉降，系借助于插入熔体渣层中的电极产生电阻、电弧热，对艾萨产出的冰铜与炉渣混合物、转炉渣进行提温、保温，借助重力的作用使澄清冰铜与炉渣分离，从而达到降低渣含铜的目的。
其电能转换成热能，可由公式Q=I2·R·t计算。
式中：
Q：
热量，焦耳；
I：
电流强度，安培；
R：
炉渣电阻，欧姆；
t：
通电时间，秒。
同时通过加入还原剂对熔体中的磁性铁进行还原，降低渣的粘度、比重、熔点，以达到冰铜、炉渣良好分离从而降低渣含铜的目的。
主要反应为：
3Fe3O4+FeS+5SiO2=5（2FeO·SiO2）+SO2
Fe3O4＋C＝3（FeO）＋CO
入炉料技术条件
化学要求
艾萨冰铜品位50—60%；渣型SiO2／Fe在0.7—1.1；转炉渣含硅大于21％。
物理要求
艾萨放出混合熔体温度在1180—1200℃。
2.1电炉沉降产出物技术要求
冰铜
冰铜品位：
50—60%；
冰铜放出温度：
1180－1230℃。
电炉渣
电炉渣主要成份：
SiO2：
35—45%；FeO：
45—55%；SiO2/Fe＞0.6。
渣含铜：
小于1%；
电炉渣放出温度：
1200－1280℃
2.2操作条件的控制
二次电压选择
二次电压的选择，其实是为了调节电极插入熔池的深浅，应根据功率大小，炉渣、冰铜放出温度的高低来调整。
如：
冰铜温度偏高，炉底过热而熔体上部温度偏低、表面结壳时，则切换较高电压操作，使电极插入深度浅一些。
反之，可选择较低的电压。
电极插入深度一般控制在200~500mm。
熔池深度
熔池深度的控制需视具体情况而定。
一般说来，可控制在1600—1800㎜。
炉顶温度
一般控制在600—1000℃。
电极糊面高度
一般控制范围为0.8—1.5m。
排烟控制
使炉顶保持微负压操作。
炉体的维护
视熔体温度高低控制适当的二次电压和功率，防止熔体过热或冰铜温度过低。
维持炉底的冻结层在200—400㎜左右。
2.3主要技术经济指标
电炉各项技术经济指标是以每吨铜（或炉料）来进行计算的。
2.7.1年平均冰铜含铜电耗：
＜500千瓦时/吨·铜。
2.7.2年平均渣含铜：
＜1%。
贫化电炉的基本技术参数
序号
名称
单位
参数
1
沉降电炉功率
KVA
6300
2
变压器台数
台
1
3
变压器二次侧电压
V
60~110~180
4
变压器二次侧最大电流
A
33066
5
渣线处炉膛宽度
mm
6000
6
渣线处炉膛长度
mm
14000
7
熔池深度
mm
1800
其中：
铜锍层高度
mm
~600
渣层高度
mm
~1200
8
炉膛高度
mm
3200
9
电极根数
根
3
10
电极直径
mm
￠1000
11
电极壳钢板厚度
mm
3
12
电极间距
mm
3200
13
电极液压传动工作油压
KPa
5000
14
电极升降速度
m/min
0.5~1.0
15
电极工作行程/最大行程
mm
1200/1400
16
设备总重
t
~1060
其中：
铜水套重
t
~38
耐火材料重
t
~655
三根电极总重
t
~70
17
冷却水用量
m3/h
~300（软水）
18
冷却水压力
MPa
＞0.2
第三章渣中铜损失形态检
要降低渣中铜损失量就必要对渣相进行物相和矿相分析，以研究减少渣含铜损失的对策。
渣中铜损失形态检验主要是依靠X光粉末衍射分析、显微镜观察以及扫描电镜能谱分析完成
渣样的X射线衍射分析
图3.1铜陵金龙冶炼厂渣样的X射线分析图：
图3.2云铜冶炼厂电炉渣分析图谱
图3.3铜陵金龙冶炼厂电炉渣矿相显微镜分析结果：
渣中铜损失的检验结果
渣样的检验显示:
1、铜在渣中损失形态主要有:
铜锍、辉铜矿、铜氧化物Cu0/Cu20和铁酸铜。
2、电炉渣中硫化态铜以众多的微细铜锍颗粒为主;电炉渣中硫化亚铜的颗粒小而分散;电炉渣池渣中都见到带状Cu20，它们都被其它相，如铜梳、铁酸铜和辉铜矿所包裹;矿相显微镜显示硫化态铜含量大于氧化态铜含量;渣中Fe304大多以溶解态分散在渣相中，也有少量以片（块）状存在.
3从渣中铜损失形态的检验结果来看，降低渣中铜损失要加强还原贫化，减少氧化物形态渣含铜损失;此外要强化贫化炉的沉清分离作用，但对于微米数量级的细小含铜粒子仅仅依靠重力作用己难以实现与渣的分离，促进小颗粒聚合长大是关键（14）。
4：
电炉渣在急剧冷却过程中磁铁矿及硫化物的结晶粒度过细，小于0.010mm的磁体矿及硫化物分别占到19.91%和21.71%，它们不可能通过磨矿使之单体解离，这必然会影响到铜铁的回收效果;而另一方面，50.93%的磁体矿及35.12%硫化物富集在0.010～0.020mm的粒级中，它们实际上也很难磨矿解离.
第四章渣含铜相关的因素
炉渣是火法冶金的必然产物，其量又相当大。
例如反射炉炼铜产出的炉渣约为熔锍质量的200％～500％。
炉渣在冶炼过程中主要起八方面的作用。
（1）熔融炉渣富集了炉料中几乎全部的脉石和大部分的杂质，并在造渣过程中完成了金属的某些熔炼和精炼过程。
例如铜、镍硫化矿造锍熔炼时，铜、镍等硫化物与硫化亚铁富集为熔锍，而铁的氧化物与脉石、熔剂和燃料灰分等形成熔渣。
（2）熔炼生成的金属或锍熔体液滴分散在熔渣中，它们的汇合长大和澄清分离都是在熔渣介质中进行的。
因此，熔渣对熔炼生成的金属或熔锍与造渣成分分离的程度起着重要的作用。
（3）覆盖在金属或熔锍表面的熔渣层起保护金属和熔锍的作用。
（4）熔渣在冶炼过程中除富集炉料中的脉石等成分外，有时还起富集有价组分的作用，如钛精矿还原熔炼所得的高钛渣，以及吹炼含钒和含铌的生铁所得的钒渣和铌渣等都是提取钛、钒和铌等的原料。
（5）熔渣在一些冶炼过程中还起着特殊作用，在烧结焙烧过程中造渣成分起到粘合结块的作用；在鼓风炉熔炼过程中，炉渣的组成基本上决定了炉内的温度，低熔点渣型的强化熔炼只能提高炉子生产能力而不能提高炉内温度，要提高炉内温度必须选择熔点高的渣型；在电炉熔炼时，炉渣起电阻发热体作用。
（6）炉渣的性质决定着熔炼过程的燃料消耗量，热焓量大的和熔点高的炉渣，熔炼的燃料消耗量也增加。
（7）炉渣的性质和熔炼产出的渣量是影响金属回收率的一个重要因素，因为渣含金属的损失是冶金过程中金属损失的主要途径。
（8）炉渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷，会影响炉子的使用寿命。
由此可见，炉渣是直接影响冶炼产品质量、生产率、金属回收率、冶炼过程能否顺行
升级会员 