铜精炼的必要性及工序

转炉生产出的粗铜，其含铜量一般为98.5% ~99.5%，其余为杂质，如硫、 氧、铁、砷、铺、锌、锡、铅、铋、镍、钴、硒、碲、银和金等。这些杂质存在 于铜中，对铜的性质产生各种不同的影响，有的会降低铜的电导率，如砷、锑、 锡;有的会导致热加工时型材内部产生裂纹，如砷、铋、铅、硫;有的则使冷加 工性能变坏，如铅、锑、铋。总之，降低了铜的使用价值。有些杂质如金和银则 具有较高使用价值和经济效益，需要回收和利用。因此，为了满足铜的各种用途 要求，需要将粗铜提纯精炼。

精炼的目的有两个，一是除去铜中的杂质，提高纯度，使铜含量在99.5%以 上;二是从铜中分离回收有价元素，提高资源综合利用率。目前使用的精炼方法 有两类：

(1)粗铜火法精炼，直接生产含铜99. 5%以上的精铜。该法仅适用于金、银 和杂质含量较低的粗铜，所产精铜仅用于对纯度要求不高的场合。

(2)粗铜先经过火法精炼除去部分杂质，浇铸成阳极，再进行电解精炼，产出含铜99. 95%以上、杂质含量达到标准的精铜。这是铜生产的主要流程。

粗铜的火法精炼过程包括氧化、还原和浇铸三个工序。在1150 ~1200℃的温度下，先将空气压入熔融铜中，进行杂质的氧化脱出，而后再用碳氢物质除去铜 液中的氧，最后进行浇铸。

粗铜火法精炼用设备

目前，用于铜火法精炼的炉型有反射炉、回转式精炼炉、倾动式精炼炉三种。

1 反射炉

反射炉是传统的火法精炼设备，是一种表面加热的膛式炉，结构简单，操作 容易，既可处理冷料，又可处理热料。此外，因反射炉容积、炉体尺寸可大、可 小，处理量可以从1t变化到400t，具有很强的适应性。处理冷料较多的工厂和 规模较小的工厂，多采用反射炉生产阳极铜。其缺点是操作效率低，劳动强度 大，操作环境差。

国内大多采用固定式反射炉进行精炼，炉衬主要采用镁砖、镁铝砖或镁铬砖 砌筑。国外精炼反射炉炉顶用不烧镁铬砖、铬镁砖或直接结合镁铬砖砌筑，炉墙 上部用镁铬砖，下部用直接结合镁铬砖和普通镁铬砖，炉底使用硅砖。

2 回转式精炼炉

回转式精炼炉是20世纪50年代后期开发的火法精炼设备。它是一个圆筒形 的炉体，在炉体上配置有2 ~4个风管、1个炉口和1个出铜口，可作360°回转。 转动炉体将口埋入液面下，进行氧化、还原作业，精炼完成后进行浇铸，产品 为阳极板，因此回转式精炼炉又称回转式阳极炉，其结构如图1-11所示。与反 射炉相比，回转式精炼炉具有机械化、自动化程度高，散热损失小，利于环保等 优点，但由于熔池深，受热面积小，化料慢，故不适宜处理冷料，主要适合于处 理热料。

    回转式精炼炉炉膛温度高于1350℃ (浇铸期)，最高时可达1450℃(氧化期)，由于炉体是转动的，炉内没有固定的渣线，炉渣的侵蚀和熔融金属的冲刷， 几乎占据了 2/3以上的炉膛内表面。因此，一般要求内衬镁铬砖Cr2O3的含量较 高，在氧化还原口和出铜口处，要求更高，经常采用直接结合镁铬砖或电熔再结 合镁铬砖。

3  倾动式精炼炉

倾动式精炼炉是20世纪60年代中期，由瑞士 Maerz研究发明的。它在反射 炉和回转炉基础上，吸取了两种炉型的长处而设计的。炉膛形状像反射炉，保持 其较大的热交换面积，采取了回转炉可转动的方式，增设了固定风口，取消了插风管和扒渣作业，减轻了劳动强度，既能处理热料，又能处理冷料，是较理想的 炉型。但因炉体形状特殊，结构复杂，投资高等不足，目前的应用有限。

阳极浇铸

目前，阳极板的生产有两种工艺：铸模浇铸和连铸。铸模浇铸又分为圆盘型 和直线型两种。其中圆盘型浇铸机是铜阳极生产的主要生产设备。直线型浇铸机 结构简单、紧凑，占地面积小，投资低，但阳极质量差，仅被小型工厂采用。连 铸是连续作业，连续浇铸并轧成板带，经剪切或切割成单块阳极。

1 铸模浇铸

目前的阳极板多采用自动浇铸工艺生产。主要设备为圆盘浇铸机，主要由中 间包、浇铸包、铸轮(本体)、冷却系统、废板取出装置、顶起装置、阳极取出 系统及冷却水槽、涂模系统、液压系统构成。浇铸过程的各个阶段均由PLC进行 自动控制。主要流程为：铜水由精炼炉流出，经流槽进人中间包，接收浇铸包指 令后由尾部提升，将铜水注入浇铸包。当电子秤自动称量至给定值时，发出信 号，中间包收包，回到原位。圆盘模子转到浇铸工位后，发出信号，浇铸包启动，按预定程序向铜模注入铜水。至给定值后，电子秤发出信号，浇铸包回到原 位，同时将信号发给中间包，再次注入铜水。信号同时发给圆盘，转动一个工 位，空模再次进入浇铸位置。铸好阳极的铜模，进入冷却室冷却后转出冷却室， 停止运动，顶杆先以较小的力量对阳极进行松动预顶，而后再以大的力量作最终 顶起使模与阳极板分离。装在冷却室后面的摄像机，摄制耳部图像，输人电脑进 行不合格判断，结果输入分拣计算机。圆盘转至取板工位，取板机自动提取阳极板，并送到接收机上。接收机是一个滚筒输送机，阳极放在滚筒上后，自动将阳极送到电子秤上。电子秤将阳极称出质量，并把称重信号送到计算机处理。根据质量差异，分出合格、异形、不合格三种类型。分类信号输入分拣计算机。分拣计算机 根据耳部摄像监测的信息和电子秤输入的信息指令分拣机，拣出异形阳极及不合格 阳极。合格阳极经冷却后，堆码、吊出、抬车送电解整形生产线，修整外形。阳极 取走后，圆盘转至下一工位，经摄像机摄取顶针复位图像，并送计算机处理，对未复位的顶针进行锤击复位。顶针复位后，下一工位自动喷涂脱模剂。至此，一块阳极浇铸的作业程序全部完成。圆盘浇铸示意图与现场照片如图1-12所示。

    2 连铸

为解决阳极浇铸出现的问题，20世纪70年代开发了Hazelett连铸机，亦称 双带连铸机。Hazelett连铸机的构造如图1-13所示。连铸机由上、下两组环形钢 带组成。每一组环形钢带，由两个辊筒绷直，辊筒由驱动装置带动，钢带可随辊 筒转动。上、下两组环形钢带完全平行，组成铸模的顶和底。为保持两钢带的距 离一致，上、下两钢带都有鳍状辊支承和固定位置。两带之间的侧面由两串边部 挡板链将两侧封严，形成模框。板坯为铸模的末端，前端为铜液注人口。两条钢 带，前高后低，有9°倾角。

    由精炼炉中流出的铜水经流槽注入用重油或天然气加热的保温炉。保温炉起 缓冲作用，均衡铜水温度，自动控制浇铸机的金属供应量。铜水从保温炉流出后，经流槽流入固定式浇铸包，按给定速度注入浇铸机，铜水进人铸机后，铸模 的上、下钢带和边部挡流块连续运动，形成连续铸坯，同时喷淋大量的水，冷却上部和下部钢带，间接冷却铸坯。铸坯出铸机后由牵引辊碾压送至切割机或冲压 机，切割成单块阳极。浇铸速度由牵引辊控制。单块阳极板经冷却室冷却后，进 人堆码机，按给定数量堆码，再由叉车运送至库房或电解车间。