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工業一般用什麼方式煉銅

發布時間:2022-10-06 16:47:49

A. 工業制銅的方法

冶煉技術

古代的銅礦開采術

先秦時期青銅冶鑄的高度發達,也從一個側面反映了銅礦開采技術的先進。湖北省大冶銅綠山的古銅礦遺址,向人們展現了從商周至漢代銅礦開采狀況和采礦技術的發展過程。這是迄今發現的中國最早的古礦遺址,在世界礦業史上也是不可多得的珍貴遺存。

清代所修《大冶縣志》記載,銅綠山「山頂高平,巨石對峙,每驟雨過時,有銅綠如雪花小豆點綴土石之上,故名。」這里,銅礦富集,礦體規模大,而且礦石含銅品位高,成為中國古代一個重要的采銅中心。至今,地上堆積著40萬噸以上的古代煉渣,地下古礦井分布密集,還有多種形式的煉銅豎爐,記錄著古代礦冶生產的宏大規模和卓越技術。

商代遺址採用的是群井開采方法。井筒打在礦體內,下掘井筒就是開采礦石,掘進終了即開采完畢。繼續開采又另打新井。群井開采簡單易行,井深一般為20~30米,開挖在軟岩或圍岩蝕變帶內,用打水井的工具即可掘進。提升礦石和廢石,採用大輪導嚮往返拉動。

西周的遺址仍用群井開采。井為方形,井深與商代相同。井中有支護遺址,支護形式為間隔支護,距離40~60厘米。井框木為帶榫的套接方式,榫口一律鑿成方形。井框外,四壁先背一層竹席,竹席內間格敷有直徑4~5厘米的木枝條。這時期已出現有巷道、平巷,但處於初始階段。

春秋戰國時期已採用豎井、斜井、平巷的聯合挖掘,初步形成了地下開采系統。其中,斜井的掘進施工和支護技術都有較大的難度,它的出現,是坑采技術的一大進步。斜井的傾度因地而異,由25度至70度不等。斜井的作用不僅可以沿礦體傾斜延伸,節省人力和費用,而且還有探礦的作用。平巷和豎井也較西周時期有明顯的進步,最大井深達64米,延伸至潛水面下8~10米。春秋時期主要的開挖工具為銅制,戰國時期則主要應用鐵制工具。同時,這時期已比較成功地解決了有關掘進、通風、排水、照明、運輸、支護等一系列問題。這些技術,在當時世界上都是無與倫比的。

銅綠山遺址現在已被作為重要的文化史跡,受到國家的保護。

青銅冶鑄術

從世界范圍看,古代美索不達米亞人大約於9000年前開始利用自然銅,6000年前有了銅的冶煉,5500年前有了煉青銅;古埃及大約於7000年前開始煉銅,5000年前有了青銅。相比之下,中國對於銅的加工和利用要晚得多,大約在四五千年前方有自然銅的利用和青銅的冶煉。但是中國不像其他古文明地區那樣,曾經經歷過較長時間的煉制紅銅階段,而是在紅銅加工出現不久就開始冶青銅,並利用青銅熔點低、易於澆鑄的特點,使青銅冶鑄技術迅速發展起來,一躍而跨入世界先進行列,並居領先地位,創造了舉世矚目的青銅文明。

迄今出土或傳世的大量先秦青銅器,向人們展示著中國青銅文化的盛況。其中,河南殷墟出土的重達875公斤的司母戊鼎;湖北隨縣曾侯乙墓出土的大型編鍾,總重量達10噸以上,以及精巧絕倫的銅尊盤;在地下埋藏2500多年,表現依然花紋清晰、光彩照人的越王勾踐劍和吳王夫差劍;等等,都堪稱世界之最。這些青銅器物,反映了當時青銅鑄造技術的高度發展水平,包括渾鑄、分鑄、失蠟法、焊接、鑲嵌、表面處理等工藝的高超程度。

高超的青銅鑄造加工的技術工藝,是以高超的青銅冶煉技術為基礎的。沒有優質的青銅材料,就不可能產生優秀的青銅器物。當時的人們已經熟練地掌握了青銅的冶煉技術,而且已掌握了鑒定青銅質地是否精純的方法。這就是在《考工記》一書中記載的火焰顏色判定法。

《考工記》中說,在冶煉青銅時,銅料與錫料中會先冒出黑濁的氣體,「黑濁之氣竭,黃白次之;黃白之氣竭,青白次之;青白之氣竭,青氣次之,然後可鑄也」。近代科學證明,金屬加熱時由於蒸發、分解、化合等作用,會產生不同的顏色。冶煉青銅時,原料中所附著的碳氫化合物會燃燒,產生黑濁的氣體;隨著爐溫的升高,原料中所含的氧化物、硫化物等雜質會產生黃白、青白的氣體;到只冒青氣時,說明雜質已基本去除,青銅已經煉成,可以澆鑄了。這是冶金史上關於火焰顏色鑒別法的最早記載。

順便應該指出的是,「爐火純青」是我們常用的一句成語,用來比喻功夫達到純熟完美的程度。其來源,現在通用的一般辭典中都說是來自道家煉丹成功時火焰發青,有的還加註「迷信」二字。這種說法恐有誤。它的最早出現應是上引的《考工記》記載。

濕法煉銅

濕法煉銅,也叫膽銅法,這是中國歷史上在煉銅技術上的一項重大發明。

今天,鐵元素比銅元素活躍,它能在銅鹽溶液中,經過置換反應,置換出銅來,這已是最基本的化學知識。而這種置換反應,卻是由中國首先發現,並加以實際利用的。

鐵銅置換反應的發現,是煉丹家在化學方面的一大貢獻。他們在煉丹實踐中,觀察到這一置換現象,並不斷加以記錄和總結。現知這一置換現象的最早文字記錄,是2000多年前在西漢時成書的《淮南萬畢術》一書中所記載的,「曾青得鐵則化為銅」。曾青,又叫空青、石膽、膽礬,為天然的硫酸銅。硫酸銅一般是藍色結晶體,因在空氣中會部分風化失去水分,而呈白色,故又有白青之稱。曾青是煉丹家在煉丹活動中的常用葯物,被認為「久服身輕不老」。它亦被引入醫學,作為治療瘡癤等疾患的用葯,故中葯本草著作中也有記載。漢代成書的《神農本草經》中,即記有石膽「能化鐵為銅」。不單是硫酸銅會與鐵起置換反應,其他可溶性銅鹽也會與鐵起置換反應。對此,古代的煉丹家和葯物學家也有所發現。南北朝時著名的煉丹家和葯物學家陶宏景就說:「雞屎礬……投苦酒中,塗鐵皆作銅色」。苦酒即醋酸,雞屎礬可能是鹼性硫酸銅或鹼性碳酸銅,因難溶於水,要加醋酸方能溶解。

所謂膽銅法,就是把鐵放在膽礬溶液(膽水)中,使鐵離子置換出膽水中的銅離子,從而析出單質銅的冶銅方法。膽銅法,是一種先進的煉銅方法,為中國所首創。與火法煉銅相比較,它有著多方面的優越性。它可以就地取材,在膽水多的地方設置銅場,設備簡單,技術操作容易,成本低;只要把蒲鐵片或碎鐵塊投入膽水槽中浸漬,就可獲取銅,而且銅質精純。它的冶煉過程是在常溫下進行的,可以節省大量燃料,免除鼓風、熔煉等設備,也減輕了煉銅工人的勞動強度,並減少了環境污染。而且,膽銅法不管是貧礦還是富礦,都可使用。

膽銅法何時由煉丹家的煉丹實驗轉成工業生產,現在尚不清楚。有人推測在唐末或五代已經開始濕法煉銅,而在北宋時已經實際應用並得到推廣,卻是確定無疑的。在11世紀末葉,北宋哲宗時的張潛已著有濕法煉銅專著《浸膽要略》,盡管此書已經佚亡,但卻反映了當時已有一整套濕法煉銅的工藝,並已有人進行了總結。據《宋會要輯稿》記載,北宋時用濕法煉銅的地區有11處,分布在廣東、湖南、江西、福建、浙江等地。其中,信州鉛山(今江西省鉛山縣)的冶銅工場有浸銅溝漕77處,紹聖三年(1096年)產銅38萬斤;而廣東韶關岑水的工場,在政和六年(1116年)產銅達100萬斤之多。據統計,在1107~1110年間,北宋政府每年收銅660萬斤,其中膽銅有100多萬斤,佔15%~20%。到南宋時,政府收取的銅中,膽銅所佔的比例達到 85%之多。濕法煉銅的方法,在明、清兩代仍繼續採用,至今仍有些地區用此方法煉銅。

生鐵冶鑄和柔化術

與煉銅一樣,中國冶鐵技術的發明亦晚於其他一些古文明發達的國家和地區。埃及大約在公元前1000年左右開始進入鐵器時代,美索不達米亞地區大約在公元前1200年左右開始進入鐵器時代,愛琴海地區大約在公元前1000年左右開始進入鐵器時代,印度大約在公元前800年左右開始進入鐵器時代,而中國則是在公元前600~500年左右開始煉鐵的。但是,中國不似其他國家和地區,經歷了一個漫長的塊煉法冶鐵時期,而是很快發明了生鐵冶鑄技術和生鐵柔化技術,因此後來居上,很快躍居世界冶鐵事業的前列,並長期居於世界領先的地位。歷史上中國的鋼鐵除輸往鄰近國家外,還曾遠銷古羅馬和西南亞。

在歷史上,煉鐵方法主要有兩種,一是塊煉法,一是生鐵冶煉。塊煉法是在比較低的溫度下進行的,它用燒紅的木炭使鐵礦石直接由固態還原成鐵。用塊煉法煉得的鐵質地疏鬆,故有海綿鐵之稱。海綿鐵含夾雜物較多,要把它製成鐵器,必須經過反復加熱鍛打。生鐵是在1100~1200℃的爐溫下,由還原出的固態鐵吸收碳而煉成。由於其熔點低,冶煉時呈熔融狀態,可直接用范澆鑄成器,從而免除了塊煉鐵加工費工費時的缺陷,提高了生產效率,降低了成本,使鐵器的大規模、高效率生產成為可能。中國在公元前6世紀即已發明了生鐵冶鑄技術,這項技術在世界領先約2000年。羅馬人雖在公元前後也偶爾煉出過生鐵,但卻被當作廢品而拋棄,直至14世紀時,歐洲人才認識到生鐵的意義,開始生產生鐵。

生鐵的最大特點是其可鑄性,故又稱鑄鐵。但生鐵含碳量高,一般都在2%以上,往往又含有硫、磷等雜質,因而性脆,韌度低,直接鑄造出來的農具、工具和兵器,使用時容易斷裂。為了彌補這一缺陷,我們的祖先在戰國時期又發明了鑄鐵柔化術。

中國早期的鑄鐵柔化術可分為兩類:一類是在氧化氣氛下對生鐵進行脫碳熱處理,使成白心韌性鑄鐵;一類是在中性或弱氧化氣氛下,對生鐵進行石墨化熱處理,使成黑心韌性鑄鐵。在西方,白心韌性鑄鐵的生產技術是1722年由法國人發明的,黑心韌性鑄鐵是1831年在美國問世的。到漢代時,鑄鐵柔化術又有新的突破,形成了鑄鐵脫碳鋼的生產工藝,可以由生鐵經熱處理直接生產低、中、高碳的各種鋼材。

鑄鐵柔化術的發明,在冶金史上是一項具有劃時代意義的成就。它大大加快了鐵器取代銅器的歷史進程,有力地促進了社會生產力的發展,使中國社會邁人一個新的發展時期。

值得一提的是,大約在明代時,出現了從生鐵到熟鐵的連續生產工藝。據《天工開物》記載,這項技術是把煉鐵爐與炒鐵爐串聯在一起,讓由煉鐵爐煉出的生鐵液流入炒鐵爐,用柳木棍急攪,使生鐵液中的碳份氧化,而成熟鐵。這種連續生產的工藝,已初具組合化生產的系統思想,既提高了生產效率,又減少了能耗,是冶鐵技術的又一重大突破。

灌鋼技術

灌鋼技術是中國歷史上在煉鋼技術方面的一項重大發明。其工藝過程大致為,將生鐵與熟鐵合煉,因生鐵熔點低,熔化後的生鐵水就會向熟鐵中滲透,使熟鐵增加碳份而成鋼。因生鐵水像灌進熟鐵一樣,故稱灌鋼。這種煉鋼方法無需加熱鍛打,碳份分布均勻,且可去除部分雜質,得到的即是優質鋼材,可用以製造刀鋒的鋒刃。在1740年西方坩鍋煉鋼法發明之前,是世界上最先進的煉鋼方法。

灌鋼法大約創始於5世紀後半葉的南北朝時期。陶弘景說:「鋼鐵是雜煉生柔作刀鐮者。」「生」指生鐵,柔指柔鐵,即熟鐵。北齊的冶金專家綦母懷文也說:「造宿鐵刀,其法燒生鐵精以重柔挺,數宿則成鋼。」他用灌鋼造出的宿鐵刀,是當時的名刀,非常鋒利,可「斬甲過三十札」。也有人認為,東漢末年王粲《刀銘》中的「灌辟以數」,西晉張協《七命》中的「乃煉乃煉,萬辟千灌」,其中之「灌」即指灌鋼。如是,則灌鋼的創始年代可提前到3世紀時。

在灌鋼技術應用的初期階段,需經多次灌煉,方能成鋼。宋以後灌鋼技術不斷得到改進。據史籍記載,其加工工藝大致可分為3種,其發展趨勢是減少灌煉次數,以至一次煉成。

第一種加工工藝,是北宋沈括在《夢溪筆談》卷三所記載的,「世間鍛鐵所謂鋼鐵者,用柔鐵屈盤之,乃以生鐵陷其間,泥封煉之,鍛令相入,謂之團鋼,亦謂之灌鋼。」其中,把柔鐵屈盤起來,是為了增加生熟鐵的接觸面,提高灌鋼的效率,並使碳份分布更加均勻;封泥則可以促進造渣,去除雜質,並起保護作用。《夢溪筆談》中還說「二三煉則生鐵自熟,仍是柔鐵」,反映了加工時灌煉次數的減少。

第二種加工工藝,記載於宋應星的《天工開物》卷十四之中。它把柔鐵屈盤改為薄熟鐵片,進一步增加了生熟鐵的接觸面,加速了「生熟相和,煉成則鋼」的進程,泥封亦改為草泥混封,反映了明代灌鋼技術的改進。

第三種加工工藝,是自清代至近代盛行於江蘇、安徽、湖北、湖南、四川、福建等地的「抹鋼」或「蘇鋼」。其特點是,先將料鐵加熱,再把生鐵板的一端伸入爐中,待生鐵熔化時,用鉗夾住生鐵板的一端,並不斷移動,同時不斷轉動料鐵,讓生鐵水均勻地滴在料鐵上,再經鍛打,去除雜質。這種方法有利於去除夾雜,提高金屬的收得率。

壘鑄技術

中國冶金史上的一個突出特點,是鑄造技術佔有很重要的地位,以至於鑄造既作為成形工藝而存在,又成為冶煉工序中的一個組成部分,達到了「冶」與「鑄」密不可分的地步。因此,在古代文獻中往往是冶鑄並稱,而且對中國文化產生了深刻的影響。如常用詞彙「模範」、「范圍」、「陶冶」、「熔鑄」、「就範」等,都是由冶鑄技術演生而來的。這種冶與鑄密不可分的冶金傳統,是古代世界上其他國家和地區所無法比擬的。

中國鑄造技術可以說是伴隨青銅冶煉而產生與發展,其後又隨著生鐵冶煉而持續發展著。歷史上,在鑄造技術方面有很多重要的發明,並取得過很多重要的成就。例如,被認為是中國古代文明象徵的商周到戰國的青銅器,在某種意義上可以說是鑄造技術所造就的。從重875公斤的司母戊方鼎、精美的曾侯乙尊盤和大型的隨縣編鍾群,以至大量的禮器、日用器、車馬器、兵器、生產工具等,可以看到當時中國已經非常熟練地掌握了綜合利用渾鑄、分鑄、失蠟法、錫焊、銅焊的鑄造技術,在冶鑄工藝技術上已處於世界領先的地位。而疊鑄技術則是在鑄造方面的又一重大發明。

所謂疊鑄,是把許多個范塊或成對范片疊裝在一起,由一個共用的澆口和澆道進行澆注,一次可以得到幾十件,以至上百件鑄件。它可以批量生產,生產效率高,成本比較低,又能夠節省造型、澆注的用地,是一種比較先進的鑄造方法。這種方法在西方是隨著大機器生產才出現和發展起來的,至今仍被廣泛採用。而在中國,這種方法在2000多年前的戰國時期已經開始應用。

現在發現的最早疊鑄件,是戰國時齊國的刀幣。它是用銅質范盒翻制出具有對稱性和互換性的范片,每兩片合成一層,再多層疊合澆注而成。

在漢代,疊鑄技術得到了很大的發展。本世紀70年代,在陝西咸陽、西安,河南南陽、溫縣,山東臨淄等地,都曾多次出土有漢代的疊鑄泥范。其中,以溫縣烘范窯中出土的疊鑄范數量最大,保存最為完好,計出土有16類、36種規格的疊鑄范500多套。每套鑄范由5至14層疊成,最少的一次可澆鑄5件,最多的達84件。這些鑄范的設計和製作都很精細。據分析,用這些鑄范澆出的鑄件,表面光潔度可達五級(計分14級),金屬收得率可達90%,工藝水平已相當先進。而且,從中還可以看到當時已具備了制范、烘范、疊裝、澆鑄、成器等一整套成熟的生產工藝。

B. 工業煉銅有哪些方法

火法煉銅和濕法煉銅

C. 現代工業上,主要採用高溫冶煉黃銅礦的方法獲得銅

銅是+1價,鐵是+3價,硫是-2價,焙燒後銅是+1價(不變),鐵是+2價(降了一價),硫是+4價(生成二氧化硫),反應中只有硫被氧化(一個硫升了六價),所以每轉移0.6mol電子,有0.1mol硫被氧化。反應式:2CuFeS2+4O2==Cu2S+2FeO+4SO2

D. 工業上可採取很多方法煉銅。

應該是水法煉銅
首先加硫酸溶解鹼式碳酸銅
Cu2(OH)2CO3+2H2SO4==2CuSO4+3H2O+CO2
然後是水法煉銅的方程
Fe+CuSO4==FeSO4+Cu

E. 工業上從銅礦石中煉銅有多種方法

工業上用含的銅礦石煉銅的一種方法是:先將礦石在空氣中高溫灼燒生成和氣體A,再將得到的固體與銅礦石(粉)混合隔絕空氣高溫灼燒,生成銅和氣體A

F. 化學 煉銅

水法煉銅的原理是:CuSO4+Fe=Cu+FeSO4
水法煉銅也稱膽銅法,其生產過程主要包括兩個方面。一是浸銅,就是把鐵放在膽礬(CuSO4·5H2O)溶液(俗稱膽水)中,使膽礬中的銅離子被金屬置換成單質銅沉積下來;二是收集,即將置換出的銅粉收集起來,再加以熔煉、鑄造。各地所用的方法雖有不同,但總結起來主要有三種方法:第一種方法是在膽水產地就近隨地形高低挖掘溝槽,用茅席鋪底,把生鐵擊碎,排放在溝槽里,將膽水引入溝槽浸泡,利用銅鹽溶液和鐵鹽溶液顏色差異,浸泡至顏色改變後,再把浸泡過的水放去,茅席取出,沉積在茅席上的銅就可以收集起來,再引入新的膽水。只要鐵未被反應完,可周而復始地進行生產。第二種方法是在膽水產地設膽水槽,把鐵鍛打成薄片排置槽中,用膽水浸沒鐵片,至鐵片表面有一層紅色銅粉覆蓋,把鐵片取出,刮取鐵片上的銅粉。第二種方法比第一種方法麻煩是將鐵片鍛打成薄片。但鐵鍛打成薄片,同樣質量的鐵表面積增大,增加鐵和膽水的接觸機會,能縮短置換時間,提高銅的產率。第三種方法是煎熬法,把膽水引入用鐵所做的容器里煎熬。這里盛膽水的工具既是容器又是反應物之一。煎熬一定時間,能在鐵容器中得到銅。此法長處在於加熱和煎熬過程中,膽水由稀變濃,可加速鐵和銅離子的置換反應,但需要燃料和專人操作,工多而利少。所以宋代膽銅生產多採用前兩種方法。宋代對膽銅法中浸銅時間的控制,也有比較明確的了解,知道膽水越濃,浸銅時間可越短;膽水稀,浸銅的時間要長一些。可以說在宋代已經發展從浸銅方式、取銅方法、到浸銅時間的控制等一套比較完善的工藝。
火法煉銅 主要原料是硫化銅精礦,一般包括焙燒、熔煉、吹煉、精煉等工序.
焙燒 分半氧化焙燒和全氧化焙燒(「死焙燒」),分別脫除精礦中部分或全部的硫,同時除去部分砷、銻等易揮發的雜質。此過程為放熱反應,通常不需另加燃料。造鋶熔煉一般採用半氧化焙燒,以保持形成冰銅時所需硫量;還原熔煉採用全氧化焙燒;此外,硫化銅精礦濕法冶金中的焙燒,是把銅轉化為可溶性硫酸鹽,稱硫酸化焙燒。
熔煉 主要是造鋶熔煉,其目的是使銅精礦或焙燒礦中的部分鐵氧化,並與脈石、熔劑等造渣除去,產出含銅較高的冰銅(xCu2S·yFeS)。冰銅中銅、鐵、硫的總量常佔80%~90%,爐料中的貴金屬,幾乎全部進入冰銅。
冰銅含銅量取決於精礦品位和焙燒熔煉過程的脫硫率,世界冰銅品位一般含銅40%~55%。生產高品位冰銅,可更多地利用硫化物反應熱,還可縮短下一工序的吹煉時間。熔煉爐渣含銅與冰銅品位有關,棄渣含銅一般在0.4%~0.5%。熔煉過程主要反應為:
2CuFeS2→Cu2S+2FeS+S
Cu2O+FeS→Cu2S+FeO
2FeS+3O2+SiO2→2FeO·SiO2+2SO2
2FeO+SiO2→2FeO·SiO2
造鋶熔煉的傳統設備為鼓風爐、反射爐、電爐等,新建的現代化大型煉銅廠多採用閃速爐。
鼓風爐熔煉 鼓風爐是豎式爐,小國很早就用它直接煉銅。傳統的方法為燒結塊鼓風爐熔煉。硫化銅精礦先經燒結焙燒脫去部分硫,製成燒結塊,與熔劑、焦炭等按批料呈層狀加入爐內,熔煉產出冰銅和棄渣,此法煙氣含SO2低,不易經濟地回收硫。為消除煙害,回收精礦中的硫,20世紀50年代,發展了精礦鼓風爐熔煉法,即將硫化銅精礦混捏成膏狀,再配以部分塊料、熔劑、焦炭等分批從爐頂中心加料口加入爐內,形成料封,減少漏氣,提高SO2濃度。混捏料在爐內經熱煙氣乾燥、焙燒形成燒結料柱,塊狀物料也呈柱狀環繞在燒結料柱的周圍,以保持透氣性,使熔煉作業正常進行。中國沈陽冶煉廠、富春江冶煉廠等採用此法。
反射爐熔煉 適於處理浮選的粉狀精礦。反射爐熔煉過程脫硫率低,僅20%~30%,適於處理含銅品位較高的精礦。如原料含銅低、含硫高,熔煉前要先進行焙燒。反射爐生產規模可大型化,對原料,燃料的適應性強,長期來一直是煉銅的主要設備,至80年代初,全世界保有的反射爐能力仍居煉銅設備的首位。但反射爐煙氣量大,且含SO2僅1%左右,回收困難。反射爐的熱效率僅25%~30%,熔煉過程的反應熱利用較少,所需熱量主要靠外加燃料供給。70年代以來,世界各國都在研究改進反射爐熔煉,有的採用氧氣噴撒裝置將精礦噴入爐內,加強密封,以提高SO2濃度。中國白銀公司第一冶煉廠將銅精礦加到反射爐中的熔體內,鼓風熔煉,提高了熔煉強度,煙氣可用於製取硫酸。
反射爐為長方形,用優質耐火材料砌築。燃燒器設在爐頭部,煙氣從爐尾排出,爐料由爐頂或側牆上部加入,冰銅從側牆底部的冰銅口放出,爐渣從側牆或端牆下的放渣口排出。爐頭溫度1500℃~1550℃,爐尾溫度1250℃~1300℃,出爐煙氣1200℃左右。熔煉焙燒礦時,燃料率10%~15%,床能率3~6t/(m2·日)。銅精礦直接入爐,燃料率16%~25%,床能率為2~4t/(m2·日),稱生精礦熔煉。中國大冶冶煉廠採用270m2反射爐熔煉生精礦。
電爐熔煉 煉銅採用電阻電弧爐即礦熱電爐,對物料的適應性非常廣泛,一般多用於電價低廉的地區和處理含難熔脈石較多的精礦。電爐熔煉的煙氣量較少,若控制適當,煙氣中SO2濃度可達5%左右,有利於硫的回收。
銅熔煉電爐多為長方形,少數為圓形。大型電爐一般長30 m~35m,寬8 m~10m,高4 m~5m,採用六根直徑為1.2 m~1.8m的自焙電極,由三台單相變壓器供電。電爐視在功率3000~50000千伏安,單位爐床面積功率100kw/m2左右,床能率3~6t/(m2·日),爐料電耗400~500kw·h/t,電極糊消耗約2~3kg/t。中國雲南冶煉廠採用30000kVA電爐熔煉含鎂高的銅精礦。
閃速熔煉 是將硫化銅精礦和熔劑的混合料乾燥至含水0.3%以下,與熱風(或氧氣、或富氧空氣)混合,噴入爐內迅速氧化和熔化,生成冰銅和爐渣。其優點是熔煉強度高,可較充分地利用硫化物氧化反應熱。降低熔煉過程的能耗。煙氣中SO2濃度可超過8%。閃速熔煉可在較大范圍內調節冰銅品位,一般控制在50%左右,這樣對下一步吹煉有利。但爐渣含銅較高,須進一步處理。
閃速爐有奧托昆普型和國際鎳公司型兩種。70年代末世界上已有幾十個工廠採用奧托昆普型閃速爐,中國貴溪冶煉廠也採用此種爐型。
冰銅吹煉 利用硫化亞鐵比硫化亞銅易於氧化的特點,在卧式轉爐中,往熔融的冰銅中鼓入空氣,使硫化亞鐵氧化成氧化亞鐵,並與加入的石英熔劑造渣除去,同時部分脫除其他雜質,而後繼續鼓風,使硫化亞銅中的硫氧化進入煙氣,得到含銅98%~99%的粗銅,貴金屬也進入粗銅中。
一個吹煉周期分為兩個階段:第一階段,將FeS氧化成FeO,造渣除去,得到白冰銅(Cu2S)。冶煉溫度1150℃~1250℃。主要反應是:
2FeS+3O2→2FeO+2SO2
2FeO+SiO2→2FeO·SiO2
第二階段,冶煉溫度1200℃~1280℃將白冰銅按以下反應吹煉成粗銅:
2Cu2S+3O2→2Cu2O+2SO2
Cu2S+2Cu2O→6Cu+SO2
冰銅吹煉是放熱反應,可自熱進行,通常還須加入部分冷料吸收其過剩熱量。吹煉後的爐渣含銅較高,一般為2%~5%,返回熔煉爐或以選礦、電爐貧化等方法處理。吹煉煙氣含SO2濃度較高,一般為8%~12%,可以制酸。吹煉一般用卧式轉爐,間斷操作。表壓約1kgf/cm2的空氣通過沿轉爐長度方向安設的一排風眼鼓入熔體,加料、排渣、出銅和排煙都經過爐體上的爐口。
粗銅精煉 分火法精煉和電解精煉。火法精煉是利用某些雜質對氧的親和力大於銅,而其氧化物又不溶於銅液等性質,通過氧化造渣或揮發除去。其過程是將液態銅加入精煉爐升溫或固態銅料加入爐內熔化,然後向銅液中鼓風氧化,使雜質揮發、造渣;扒出爐渣後,用插入青木或向銅液注入重油、石油氣或氨等方法還原其中的氧化銅。還原過程中用木炭或焦炭覆蓋銅液表面,以防再氧化。精煉後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。精煉作業在反射爐或回轉精煉爐內進行。
火法精煉的產品叫火精銅,一般含銅99.5%以上。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。若金、銀和有害雜質含量很少,可直接鑄成商品銅錠。
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99.95%以上的電銅,而金、銀、硒、碲等富集在陽極泥中。電解液一般含銅40~50g/L,溫度58℃~62℃,槽電壓0.2~0.3V,電流密度200~300A/m2,電流效率95%~97%,殘極率約為15%~20%,每噸電銅耗直流電220~300kwh。中國上海冶煉廠銅電解車間電流密度為330A/m2。
電解過程中,大部分鐵、鎳、鋅和一部分砷、銻等進入溶液,使電解液中的雜質逐漸積累,銅含量也不斷增高,硫酸濃度則逐漸降低。因此,必須定期引出部分溶液進行凈化,並補充一定量的硫酸。凈液過程為:直接濃縮、結晶,析出硫酸銅;結晶母液用電解法脫銅,析出黑銅,同時除去砷、銻;電解脫銅後的溶液經蒸發濃縮或冷卻結晶產出粗硫酸鎳;母液作為部分補充硫酸,返回電解液中。此外,還可向引出的電解液中加銅,鼓風氧化,使銅溶解以生產更多的硫酸銅。電解脫銅時應注意防止劇毒的砷化氫析出。
火法煉銅的其他方法 已應用於工業生產的方法還有:
三菱法 將硫化銅精礦和熔劑噴入熔煉爐的熔體內,熔煉成冰銅和爐渣,而後流至貧化爐產出棄渣,冰銅再流至吹煉爐產出粗銅。此法於1974年投入生產。
諾蘭達法 制粒的精礦和熔劑加到一座圓筒型回轉爐內,熔煉成高品位冰銅。所產爐渣含銅較高,須經浮選選出銅精礦返回爐內處理。此法於1973年投入生產。
氧氣頂吹旋轉轉爐法 用以處理高品位銅精礦。將銅精礦製成粒或壓成塊加入爐內,由頂部噴槍吹氧,燃料也由頂部噴入,產出粗銅和爐渣。中國用此法處理高冰鎳浮選所得銅精礦。
離析法 用於處理難選的結合性氧化銅礦。將含銅1%~5%的礦石磨細,加熱至750℃~800℃後,混以2%~5% 的煤粉和0.2%~0.5%的食鹽,礦石中的銅生成氣(Cu3Cl3)並為氫還原成金屬銅而附著於炭粒表面,經浮選得到含銅50%左右的銅精礦,然後熔煉成粗銅。此法能耗高,很少採用。

G. 銅的冶煉是什麼

從銅礦中開采出來的銅礦石,經過選礦成為含銅品位較高的銅精礦或者說是銅礦砂,銅精礦需要經過冶煉提成,才能成為精銅及銅製品。
CO+CuO= 高溫=Cu+CO2 ↑

4CuS+5O2=高溫=2Cu2O+4SO2 ↑
2Cu2S+3O2=高溫=2Cu2O+2SO2↑
再由氧化亞銅與剩餘的CuS和Cu2S反應:
CuS+2Cu2O=高溫=5Cu+SO2↑
Cu2S+2Cu2O=高溫=6Cu+2SO2↑
銅的冶煉
從銅礦中開采出來的銅礦石,經過選礦成為含銅品位較高的銅精礦或者說是銅礦砂,銅精礦需要經過冶煉提成,才能成為精銅及銅製品。
A.電解銅與精銅
工業上使用的銅有電解銅(含銅99.9%~99.95%)和精銅(含銅99.0%~99.7%)兩種。前者用於電器工業上,用於製造特種合金、金屬絲及電線。後者用於製造其他合金、銅管、銅板、軸等。
B.銅的冶煉工藝
銅冶金技術的發展經歷了漫長的過程,但至今銅的冶煉仍以火法治煉為主,其產量約佔世界銅產量的85%,現代濕法冶煉的技術正在逐步推廣,濕法冶煉的推出使銅的冶煉成本大大降低。
下面我們具體了解一下火法冶煉與濕法冶煉(SX-EX)兩種煉銅方式。
a.火法煉銅:
通過熔融冶煉和電解精火煉生產出陰極銅,也即電解銅,一般適於高品位的硫化銅礦。火法冶煉一般是先將含銅百分之幾或千分之幾的原礦石,通過選礦提高到20-30%,作為銅精礦,在密閉鼓風爐、反射爐、電爐或閃速爐進行造鋶熔煉,產出的熔鋶(冰銅)接著送入轉爐進行吹煉成粗銅,再在另一種反射爐內經過氧化精煉脫雜,或鑄成陽極板進行電解,獲得品位高達99.9%的電解銅。該流程簡短、適應性強,銅的回收率可達95%,但因礦石中的硫在造鋶和吹煉兩階段作為二氧化硫廢氣排出,不易回收,易造成污染。近年來出現如白銀法、諾蘭達法等熔池熔煉以及日本的三菱法等、火法冶煉逐漸向連續化、自動化發展。
除了銅精礦之外,廢銅也是精煉銅的主要原料,包括舊廢銅和新廢銅,舊廢銅來自舊設備和舊機器,廢棄的樓房和地下管道;新廢銅來自加工廠棄掉的銅屑(銅材的產出比約為50%),一般廢銅供應較穩定,廢銅可以分為:裸雜銅(品位在90%以上);黃雜銅(電線);含銅物料(舊馬達、電路板);由廢銅和其他類似材料生產出的銅,也稱為再生銅。

b.濕法煉銅:
一船適於低品位的氧化銅,生產出的精銅為電積銅。 現代濕法冶煉有硫酸化焙燒-浸出-電積,浸出-萃取-電積,細菌浸出等法,適於低品位復雜礦、氧化銅礦、含銅廢礦石的堆浸、槽浸選用或就地浸出。濕法冶煉技術正在逐步推廣,預計本世紀末可達總產量的20%,濕法冶煉的推出使銅的冶煉成本大大降低。
其工藝流程圖如下:其中銅的萃取(銅從水層進人有機層的過程)和反萃取(銅從有機層進人水層的過程)是現代濕法煉銅的重要工藝手段。

火法和濕法兩種工藝有如下特點:
(1)後者的冶煉設備更簡單,但雜質含量較高,是前者的有益補充。
(2)後者有局限性,受制於礦石的品位及類型。
(3)前者的成本要比後者高。
可見,濕法冶煉技術具有相當大的優越性,但其適用范圍卻有局限性,並不是所有銅礦的冶煉都可採用該種工藝。不過通過技術改良,這幾年已經有越來越多的國家,包括美國、智利、加拿大、澳大利亞、墨西哥及秘魯等,將該工藝應用於更多的銅礦冶煉上。濕法冶煉技術的提高及應用的推廣,降低了銅的生產成本,提高了銅礦產能,短期內增加了社會資源供給,造成社會總供給的相對過剩,對價格有拉動作用。

H. 工業上制銅 原理

2CuO+C=2Cu+CO2↑
反應條件是「高溫」。生成銅和二氧化碳。
這屬於「置換反應」,是工業制銅原理
《濕法煉銅》也可以快速制銅
我國勞動人民很早就認識了銅鹽溶液里的銅能被鐵置換,從而發明了水法煉銅。它成為濕法冶金術的先驅,在世界化學史上佔有光輝的一頁。
水法煉銅的原理是:CuSO4+Fe=Cu+FeSO4
在漢代許多著作里有記載「石膽能化鐵為銅」,晉葛洪《抱朴子內篇·黃白》中也有「以曾青塗鐵,鐵赤色如銅」的記載。南北朝時更進一步認識到不僅硫酸銅,其他可溶性銅鹽也能與鐵發生置換反應。南北朝的陶弘景說:「雞屎礬投苦灑(醋)中塗鐵,皆作銅色」,即不純的鹼式硫酸銅或鹼式碳酸銅不溶於水,但可溶於醋,用醋溶解後也可與鐵起置換反應。顯然認識的范圍擴大了。到唐末五代間,水法煉銅的原理應用到生產中去,至宋代更有發展,成為大量生產銅的重要方法之一。
水法煉銅也稱膽銅法,其生產過程主要包括兩個方面。一是浸銅,就是把鐵放在膽礬(CuSO4·5H2O)溶液(俗稱膽水)中,使膽礬中的銅離子被金屬置換成單質銅沉積下來;二是收集,即將置換出的銅粉收集起來,再加以熔煉、鑄造。各地所用的方法雖有不同,但總結起來主要有三種方法:第一種方法是在膽水產地就近隨地形高低挖掘溝槽,用茅席鋪底,把生鐵擊碎,排放在溝槽里,將膽水引入溝槽浸泡,利用銅鹽溶液和鐵鹽溶液顏色差異,浸泡至顏色改變後,再把浸泡過的水放去,茅席取出,沉積在茅席上的銅就可以收集起來,再引入新的膽水。只要鐵未被反應完,可周而復始地進行生產。第二種方法是在膽水產地設膽水槽,把鐵鍛打成薄片排置槽中,用膽水浸沒鐵片,至鐵片表面有一層紅色銅粉覆蓋,把鐵片取出,刮取鐵片上的銅粉。第二種方法比第一種方法麻煩是將鐵片鍛打成薄片。但鐵鍛打成薄片,同樣質量的鐵表面積增大,增加鐵和膽水的接觸機會,能縮短置換時間,提高銅的產率。第三種方法是煎熬法,把膽水引入用鐵所做的容器里煎熬。這里盛膽水的工具既是容器又是反應物之一。煎熬一定時間,能在鐵容器中得到銅。此法長處在於加熱和煎熬過程中,膽水由稀變濃,可加速鐵和銅離子的置換反應,但需要燃料和專人操作,工多而利少。所以宋代膽銅生產多採用前兩種方法。宋代對膽銅法中浸銅時間的控制,也有比較明確的了解,知道膽水越濃,浸銅時間可越短;膽水稀,浸銅的時間要長一些。可以說在宋代已經發展從浸銅方式、取銅方法、到浸銅時間的控制等一套比較完善的工藝。
水法煉銅的優點是設備簡單、操作容易,不必使用鼓風、熔煉設備,在常溫下就可提取銅,節省燃料,只要有膽水的地方,都可應用這種方法生產銅。
在歐洲,濕法煉銅出現比較晚。15世紀50年代,人們把鐵片浸入硫酸銅溶液,偶爾看出銅出現在鐵表面,還感到十分驚訝,更談不上應用這個原理來煉銅了。

I. 工業上冶煉銅的方法熱還原法

A.銅性質較活潑,用熱還原法冶煉,故A錯誤;
B.鎂活潑性強於鋁,不能用鋁熱反應冶煉,應用電解熔融的氯化鎂的方法冶煉,故B錯誤;
C.鐵性質較活潑,用熱還原法冶煉,故C正確;
D.鋁性質活潑,用電解熔融的氧化鋁的方法冶煉,故D正確;
故選:CD.

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