【正文】 ..................................... 31 .......................................................................................................... 32 ................................................................................................................. 32 ....................................................................................................... 33 .............................................................................. 34 .............................................................................. 34 .................................................................... 34 .................................................................................. 34 .......................................................................................................... 35 ................................................................................................... 36 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.................................................................................. 46 ................................................... 52 參考文獻 ..................................................... 53 1 銅是與人類關系非常密切的有色金屬。它具有許多優(yōu)異的特性和奇妙的功能，不但為人類社會的進步作出了不可磨滅的貢獻；而且隨著人類文明的發(fā)展不斷開發(fā)出新的用途 ]1[ 。銅既是一個古老的金屬，又是一個充滿生機和活力的現(xiàn)代工程材料，被廣泛地應用于電氣、輕工、機械制造、建筑工業(yè)、國防工業(yè) 等領域，在我國有色金屬材料的消費中僅次于鋁。銅在電氣、電子工業(yè)中應用最廣、用量最大，占總消費量一半以上，用于各種電纜和導線，電機和變壓器的繞阻，開關以及印刷線路板等；在機械和運輸車輛制造中，用于制造工業(yè)閥門和配件、儀表、滑動軸承、模具、熱交換器和泵等；在化學工業(yè)中廣泛應用于制造真空器、蒸餾鍋、釀造鍋等；在國防工業(yè)中用以制造子彈、炮彈、槍炮零件等，每生產 100萬發(fā)子彈，需用銅 1314 噸。 銅還是一種重要的生產和生活資料，其需求的變化主要取決于制造業(yè)的興衰和生活質量的變化，也就是國家經濟的好壞。衡量一個國家的 經濟發(fā)展狀況，國內生產總值 GDP 是一個重要指標。分析數(shù)據(jù)表明，當西方國家 GDP 的增長率超過％時，銅的消費量才會增長，且 GDP 每變化 l％，則銅的消費量變化 ％。銅的消費水平，在一定程度上反映了一個國家的發(fā)展程度，理論上可以通過對銅的消費量做定性分析，來把握經濟的走勢。 400t 回轉式精煉爐由爐體、爐口、水冷裝置、爐蓋啟閉裝置、托輪裝置、驅動裝置、主令控制器、潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣操作控制系統(tǒng)等組成。廢紫雜銅精煉爐如圖 11所示。 吊車將粗銅包內的粗銅溶液經銅精煉爐爐口 倒人爐體 , 然后爐蓋啟閉裝置將爐口關閉 , 進行精煉。造渣時 , 爐蓋開啟，驅動裝置驅動爐體傾轉 , 銅渣經過爐口溢出。爐內銅水進行氧化還原反應時 , 可根據(jù)不同作業(yè)周期的要求 , 將爐體傾轉至不同的角度。放銅時 , 爐體 圖 11 廢紫雜銅精煉爐 2 隨著銅水液面的改變而不斷改變爐體的傾轉角度 , 產出的陽極銅銅水經爐體上設置的出銅口流出。爐體傾轉的角度由主令控制器進行控制。爐體傾轉具有快速、慢速及事故轉速等不同轉速 , 可根據(jù)操作要求的不同進行選擇。 回轉式精煉爐為周期性作業(yè)，按過程物理化學變化特點和操作程序整個周期由加料、熔 化、氧化還原、澆鑄等階段組成，其中以氧化期和還原期為主要階段。雜質除去的程度主要取決于氧化過程，而銅中氧的排除程度則決定于還原過程。在精煉液態(tài)粗銅時，可免去熔化期 ]2[ 。 氧化過程 氧化精煉的基本原理是銅中多數(shù)雜質對氧的親和力都大于銅對氧的親合力，而且雜質氧化物在銅液中的溶解度很小。當空氣鼓入銅熔體時，雜質優(yōu)先被氧化除去，銅成為粗銅的主體，雜質濃度較低。根掘質量作用定理，銅將被優(yōu)先氧化： 4 [Cu ]+ 2O =2[ OCu2 ] 生成的 OCu2 立即溶于銅液中，在與雜質接觸的情況下又將雜質氧化： [ OCu2 ]+[ 39。M ] =2[Cu ]+( OM39。 ) 式中 39。M 表示金屬雜質。由于銅液中銅的濃度很大，可以認為 [Cu]a =1，則上式平衡常數(shù)為： )M()OCu()OM( 39。239。 aa/aK ?= 因為)M()M()M( 39。39。39。 N?g=a，則雜質在銅液中的極限濃度為： )OCu()M()M()M( 239。39。39。 agK/aN ?= 由此可見，銅中殘留雜質的濃度與銅液中 OCu2 的活度、該雜質的活度系數(shù)以及平衡常數(shù)成反比，這就要求 OCu2 在銅中始終保持飽和狀態(tài)和大的 K 值。由于雜質氧化為放熱反應，溫度升高時 K 值變小，所以氧化精煉時 溫度不宜太高，一般在 1150— 1170℃，查 Cu OCu2 系狀態(tài)圖、銅液中 OCu2 的溶解度表 (見表11)可知，在此溫度下銅液中 OCu2 的飽和度約為 8％。 表 11 銅液中 OCu2 的溶解度表 溫 度 /℃ 1100 1150 1200 1250 溶解度 /％ 5 銅液中 OCu2 的溶解度如表 11所示，銅中殘留雜質的濃度還與渣中該雜質氧化物活度成正比。為此須選擇適當?shù)娜蹌┦勾帚~熔體造渣和及時扒渣，以降低渣中該雜質氧化物活度。 3 另外， OCu2 氧化過程還與爐氣分壓、雜質及其氧化物的揮發(fā)性、比重、造渣性能及熔池攪動情況等因素有關。 OCu2 在氧化精煉中起著氧化劑或氧的傳遞作用。 還原過程 銅火法精煉的還原在我國較多采用重油作還原劑，如江西銅業(yè)公司、金隆銅業(yè)公司等，也有采用天然 氣、氨、液化天然石油氣、丙烷以及插木法進行還原的嘲。我國云南銅業(yè)公司則是采用粉煤作為還原劑，這是我國也是當今世界上第一家成功運用煤粉作為還原劑的。 重油的主要成分是各種碳氫化合物，高溫下分解為氫和碳，而碳燃燒后成為CO，所以重油還原實際上是 2H 和 CO 對 OCu2 的還原： OCu2 + 2H =2Cu + OH2 OCu2 +CO =2Cu + 2CO 氫還原溫度始于 248℃，在精煉溫度下進行得非常激烈。在 OCu2 飽和銅液中可視 )OCu(2a=l，得： )1050(10P/PK 41OHHP 22 ℃== 可見，混合氣體中只要有極少的 2H 還原即可進行。 CO還原的平衡常數(shù)可寫為： ]OCu/[]uC[KP/P 22COCO 2 = 1100℃下的理論計算值如表 12所示，從中可以發(fā)現(xiàn) OCu2 也是很容易被 CO還原的。 表 12 OCu2 還原反應的 CO 濃度值 銅液中的 OCu2 濃度 )P/Plg( 2COCO CO+ 2CO 總和中的 CO ％ COP， Pa ％，質量 ％， mol 還原過程中用木炭或焦炭覆蓋銅液表面，以防再氧化。精煉后的火精銅一般含銅 ％以上可鑄成電解精煉所用的銅陽極或銅錠，精煉爐渣含銅較高，可返回轉爐處理。火精銅中常含有金、銀等貴金屬和少量雜質，通常要進行電解精煉，電解精煉是以火法精煉的銅為陽極，以電解銅片為陰極，在含硫酸銅的酸性溶液中進行。電解產出含銅 ％以上的電銅，而金、銀、硒、碲等富集在陽極泥中，因此回轉式精煉爐又稱陽極爐。 4 回轉式精煉爐 (又稱陽極爐 ) 是銅冶煉廠用于將轉爐生產的熔融態(tài)粗銅溶液在爐內經過造渣 、氧化、還原而產出陽