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工业一般用什么方式炼铜

发布时间:2022-10-06 16:47:49

A. 工业制铜的方法

冶炼技术

古代的铜矿开采术

先秦时期青铜冶铸的高度发达,也从一个侧面反映了铜矿开采技术的先进。湖北省大冶铜绿山的古铜矿遗址,向人们展现了从商周至汉代铜矿开采状况和采矿技术的发展过程。这是迄今发现的中国最早的古矿遗址,在世界矿业史上也是不可多得的珍贵遗存。

清代所修《大冶县志》记载,铜绿山“山顶高平,巨石对峙,每骤雨过时,有铜绿如雪花小豆点缀土石之上,故名。”这里,铜矿富集,矿体规模大,而且矿石含铜品位高,成为中国古代一个重要的采铜中心。至今,地上堆积着40万吨以上的古代炼渣,地下古矿井分布密集,还有多种形式的炼铜竖炉,记录着古代矿冶生产的宏大规模和卓越技术。

商代遗址采用的是群井开采方法。井筒打在矿体内,下掘井筒就是开采矿石,掘进终了即开采完毕。继续开采又另打新井。群井开采简单易行,井深一般为20~30米,开挖在软岩或围岩蚀变带内,用打水井的工具即可掘进。提升矿石和废石,采用大轮导向往返拉动。

西周的遗址仍用群井开采。井为方形,井深与商代相同。井中有支护遗址,支护形式为间隔支护,距离40~60厘米。井框木为带榫的套接方式,榫口一律凿成方形。井框外,四壁先背一层竹席,竹席内间格敷有直径4~5厘米的木枝条。这时期已出现有巷道、平巷,但处于初始阶段。

春秋战国时期已采用竖井、斜井、平巷的联合挖掘,初步形成了地下开采系统。其中,斜井的掘进施工和支护技术都有较大的难度,它的出现,是坑采技术的一大进步。斜井的倾度因地而异,由25度至70度不等。斜井的作用不仅可以沿矿体倾斜延伸,节省人力和费用,而且还有探矿的作用。平巷和竖井也较西周时期有明显的进步,最大井深达64米,延伸至潜水面下8~10米。春秋时期主要的开挖工具为铜制,战国时期则主要应用铁制工具。同时,这时期已比较成功地解决了有关掘进、通风、排水、照明、运输、支护等一系列问题。这些技术,在当时世界上都是无与伦比的。

铜绿山遗址现在已被作为重要的文化史迹,受到国家的保护。

青铜冶铸术

从世界范围看,古代美索不达米亚人大约于9000年前开始利用自然铜,6000年前有了铜的冶炼,5500年前有了炼青铜;古埃及大约于7000年前开始炼铜,5000年前有了青铜。相比之下,中国对于铜的加工和利用要晚得多,大约在四五千年前方有自然铜的利用和青铜的冶炼。但是中国不像其他古文明地区那样,曾经经历过较长时间的炼制红铜阶段,而是在红铜加工出现不久就开始冶青铜,并利用青铜熔点低、易于浇铸的特点,使青铜冶铸技术迅速发展起来,一跃而跨入世界先进行列,并居领先地位,创造了举世瞩目的青铜文明。

迄今出土或传世的大量先秦青铜器,向人们展示着中国青铜文化的盛况。其中,河南殷墟出土的重达875公斤的司母戊鼎;湖北随县曾侯乙墓出土的大型编钟,总重量达10吨以上,以及精巧绝伦的铜尊盘;在地下埋藏2500多年,表现依然花纹清晰、光彩照人的越王勾践剑和吴王夫差剑;等等,都堪称世界之最。这些青铜器物,反映了当时青铜铸造技术的高度发展水平,包括浑铸、分铸、失蜡法、焊接、镶嵌、表面处理等工艺的高超程度。

高超的青铜铸造加工的技术工艺,是以高超的青铜冶炼技术为基础的。没有优质的青铜材料,就不可能产生优秀的青铜器物。当时的人们已经熟练地掌握了青铜的冶炼技术,而且已掌握了鉴定青铜质地是否精纯的方法。这就是在《考工记》一书中记载的火焰颜色判定法。

《考工记》中说,在冶炼青铜时,铜料与锡料中会先冒出黑浊的气体,“黑浊之气竭,黄白次之;黄白之气竭,青白次之;青白之气竭,青气次之,然后可铸也”。近代科学证明,金属加热时由于蒸发、分解、化合等作用,会产生不同的颜色。冶炼青铜时,原料中所附着的碳氢化合物会燃烧,产生黑浊的气体;随着炉温的升高,原料中所含的氧化物、硫化物等杂质会产生黄白、青白的气体;到只冒青气时,说明杂质已基本去除,青铜已经炼成,可以浇铸了。这是冶金史上关于火焰颜色鉴别法的最早记载。

顺便应该指出的是,“炉火纯青”是我们常用的一句成语,用来比喻功夫达到纯熟完美的程度。其来源,现在通用的一般辞典中都说是来自道家炼丹成功时火焰发青,有的还加注“迷信”二字。这种说法恐有误。它的最早出现应是上引的《考工记》记载。

湿法炼铜

湿法炼铜,也叫胆铜法,这是中国历史上在炼铜技术上的一项重大发明。

今天,铁元素比铜元素活跃,它能在铜盐溶液中,经过置换反应,置换出铜来,这已是最基本的化学知识。而这种置换反应,却是由中国首先发现,并加以实际利用的。

铁铜置换反应的发现,是炼丹家在化学方面的一大贡献。他们在炼丹实践中,观察到这一置换现象,并不断加以记录和总结。现知这一置换现象的最早文字记录,是2000多年前在西汉时成书的《淮南万毕术》一书中所记载的,“曾青得铁则化为铜”。曾青,又叫空青、石胆、胆矾,为天然的硫酸铜。硫酸铜一般是蓝色结晶体,因在空气中会部分风化失去水分,而呈白色,故又有白青之称。曾青是炼丹家在炼丹活动中的常用药物,被认为“久服身轻不老”。它亦被引入医学,作为治疗疮疖等疾患的用药,故中药本草着作中也有记载。汉代成书的《神农本草经》中,即记有石胆“能化铁为铜”。不单是硫酸铜会与铁起置换反应,其他可溶性铜盐也会与铁起置换反应。对此,古代的炼丹家和药物学家也有所发现。南北朝时着名的炼丹家和药物学家陶宏景就说:“鸡屎矾……投苦酒中,涂铁皆作铜色”。苦酒即醋酸,鸡屎矾可能是碱性硫酸铜或碱性碳酸铜,因难溶于水,要加醋酸方能溶解。

所谓胆铜法,就是把铁放在胆矾溶液(胆水)中,使铁离子置换出胆水中的铜离子,从而析出单质铜的冶铜方法。胆铜法,是一种先进的炼铜方法,为中国所首创。与火法炼铜相比较,它有着多方面的优越性。它可以就地取材,在胆水多的地方设置铜场,设备简单,技术操作容易,成本低;只要把蒲铁片或碎铁块投入胆水槽中浸渍,就可获取铜,而且铜质精纯。它的冶炼过程是在常温下进行的,可以节省大量燃料,免除鼓风、熔炼等设备,也减轻了炼铜工人的劳动强度,并减少了环境污染。而且,胆铜法不管是贫矿还是富矿,都可使用。

胆铜法何时由炼丹家的炼丹实验转成工业生产,现在尚不清楚。有人推测在唐末或五代已经开始湿法炼铜,而在北宋时已经实际应用并得到推广,却是确定无疑的。在11世纪末叶,北宋哲宗时的张潜已着有湿法炼铜专着《浸胆要略》,尽管此书已经佚亡,但却反映了当时已有一整套湿法炼铜的工艺,并已有人进行了总结。据《宋会要辑稿》记载,北宋时用湿法炼铜的地区有11处,分布在广东、湖南、江西、福建、浙江等地。其中,信州铅山(今江西省铅山县)的冶铜工场有浸铜沟漕77处,绍圣三年(1096年)产铜38万斤;而广东韶关岑水的工场,在政和六年(1116年)产铜达100万斤之多。据统计,在1107~1110年间,北宋政府每年收铜660万斤,其中胆铜有100多万斤,占15%~20%。到南宋时,政府收取的铜中,胆铜所占的比例达到 85%之多。湿法炼铜的方法,在明、清两代仍继续采用,至今仍有些地区用此方法炼铜。

生铁冶铸和柔化术

与炼铜一样,中国冶铁技术的发明亦晚于其他一些古文明发达的国家和地区。埃及大约在公元前1000年左右开始进入铁器时代,美索不达米亚地区大约在公元前1200年左右开始进入铁器时代,爱琴海地区大约在公元前1000年左右开始进入铁器时代,印度大约在公元前800年左右开始进入铁器时代,而中国则是在公元前600~500年左右开始炼铁的。但是,中国不似其他国家和地区,经历了一个漫长的块炼法冶铁时期,而是很快发明了生铁冶铸技术和生铁柔化技术,因此后来居上,很快跃居世界冶铁事业的前列,并长期居于世界领先的地位。历史上中国的钢铁除输往邻近国家外,还曾远销古罗马和西南亚。

在历史上,炼铁方法主要有两种,一是块炼法,一是生铁冶炼。块炼法是在比较低的温度下进行的,它用烧红的木炭使铁矿石直接由固态还原成铁。用块炼法炼得的铁质地疏松,故有海绵铁之称。海绵铁含夹杂物较多,要把它制成铁器,必须经过反复加热锻打。生铁是在1100~1200℃的炉温下,由还原出的固态铁吸收碳而炼成。由于其熔点低,冶炼时呈熔融状态,可直接用范浇铸成器,从而免除了块炼铁加工费工费时的缺陷,提高了生产效率,降低了成本,使铁器的大规模、高效率生产成为可能。中国在公元前6世纪即已发明了生铁冶铸技术,这项技术在世界领先约2000年。罗马人虽在公元前后也偶尔炼出过生铁,但却被当作废品而抛弃,直至14世纪时,欧洲人才认识到生铁的意义,开始生产生铁。

生铁的最大特点是其可铸性,故又称铸铁。但生铁含碳量高,一般都在2%以上,往往又含有硫、磷等杂质,因而性脆,韧度低,直接铸造出来的农具、工具和兵器,使用时容易断裂。为了弥补这一缺陷,我们的祖先在战国时期又发明了铸铁柔化术。

中国早期的铸铁柔化术可分为两类:一类是在氧化气氛下对生铁进行脱碳热处理,使成白心韧性铸铁;一类是在中性或弱氧化气氛下,对生铁进行石墨化热处理,使成黑心韧性铸铁。在西方,白心韧性铸铁的生产技术是1722年由法国人发明的,黑心韧性铸铁是1831年在美国问世的。到汉代时,铸铁柔化术又有新的突破,形成了铸铁脱碳钢的生产工艺,可以由生铁经热处理直接生产低、中、高碳的各种钢材。

铸铁柔化术的发明,在冶金史上是一项具有划时代意义的成就。它大大加快了铁器取代铜器的历史进程,有力地促进了社会生产力的发展,使中国社会迈人一个新的发展时期。

值得一提的是,大约在明代时,出现了从生铁到熟铁的连续生产工艺。据《天工开物》记载,这项技术是把炼铁炉与炒铁炉串联在一起,让由炼铁炉炼出的生铁液流入炒铁炉,用柳木棍急搅,使生铁液中的碳份氧化,而成熟铁。这种连续生产的工艺,已初具组合化生产的系统思想,既提高了生产效率,又减少了能耗,是冶铁技术的又一重大突破。

灌钢技术

灌钢技术是中国历史上在炼钢技术方面的一项重大发明。其工艺过程大致为,将生铁与熟铁合炼,因生铁熔点低,熔化后的生铁水就会向熟铁中渗透,使熟铁增加碳份而成钢。因生铁水像灌进熟铁一样,故称灌钢。这种炼钢方法无需加热锻打,碳份分布均匀,且可去除部分杂质,得到的即是优质钢材,可用以制造刀锋的锋刃。在1740年西方坩锅炼钢法发明之前,是世界上最先进的炼钢方法。

灌钢法大约创始于5世纪后半叶的南北朝时期。陶弘景说:“钢铁是杂炼生柔作刀镰者。”“生”指生铁,柔指柔铁,即熟铁。北齐的冶金专家綦母怀文也说:“造宿铁刀,其法烧生铁精以重柔挺,数宿则成钢。”他用灌钢造出的宿铁刀,是当时的名刀,非常锋利,可“斩甲过三十札”。也有人认为,东汉末年王粲《刀铭》中的“灌辟以数”,西晋张协《七命》中的“乃炼乃炼,万辟千灌”,其中之“灌”即指灌钢。如是,则灌钢的创始年代可提前到3世纪时。

在灌钢技术应用的初期阶段,需经多次灌炼,方能成钢。宋以后灌钢技术不断得到改进。据史籍记载,其加工工艺大致可分为3种,其发展趋势是减少灌炼次数,以至一次炼成。

第一种加工工艺,是北宋沈括在《梦溪笔谈》卷三所记载的,“世间锻铁所谓钢铁者,用柔铁屈盘之,乃以生铁陷其间,泥封炼之,锻令相入,谓之团钢,亦谓之灌钢。”其中,把柔铁屈盘起来,是为了增加生熟铁的接触面,提高灌钢的效率,并使碳份分布更加均匀;封泥则可以促进造渣,去除杂质,并起保护作用。《梦溪笔谈》中还说“二三炼则生铁自熟,仍是柔铁”,反映了加工时灌炼次数的减少。

第二种加工工艺,记载于宋应星的《天工开物》卷十四之中。它把柔铁屈盘改为薄熟铁片,进一步增加了生熟铁的接触面,加速了“生熟相和,炼成则钢”的进程,泥封亦改为草泥混封,反映了明代灌钢技术的改进。

第三种加工工艺,是自清代至近代盛行于江苏、安徽、湖北、湖南、四川、福建等地的“抹钢”或“苏钢”。其特点是,先将料铁加热,再把生铁板的一端伸入炉中,待生铁熔化时,用钳夹住生铁板的一端,并不断移动,同时不断转动料铁,让生铁水均匀地滴在料铁上,再经锻打,去除杂质。这种方法有利于去除夹杂,提高金属的收得率。

垒铸技术

中国冶金史上的一个突出特点,是铸造技术占有很重要的地位,以至于铸造既作为成形工艺而存在,又成为冶炼工序中的一个组成部分,达到了“冶”与“铸”密不可分的地步。因此,在古代文献中往往是冶铸并称,而且对中国文化产生了深刻的影响。如常用词汇“模范”、“范围”、“陶冶”、“熔铸”、“就范”等,都是由冶铸技术演生而来的。这种冶与铸密不可分的冶金传统,是古代世界上其他国家和地区所无法比拟的。

中国铸造技术可以说是伴随青铜冶炼而产生与发展,其后又随着生铁冶炼而持续发展着。历史上,在铸造技术方面有很多重要的发明,并取得过很多重要的成就。例如,被认为是中国古代文明象征的商周到战国的青铜器,在某种意义上可以说是铸造技术所造就的。从重875公斤的司母戊方鼎、精美的曾侯乙尊盘和大型的随县编钟群,以至大量的礼器、日用器、车马器、兵器、生产工具等,可以看到当时中国已经非常熟练地掌握了综合利用浑铸、分铸、失蜡法、锡焊、铜焊的铸造技术,在冶铸工艺技术上已处于世界领先的地位。而叠铸技术则是在铸造方面的又一重大发明。

所谓叠铸,是把许多个范块或成对范片叠装在一起,由一个共用的浇口和浇道进行浇注,一次可以得到几十件,以至上百件铸件。它可以批量生产,生产效率高,成本比较低,又能够节省造型、浇注的用地,是一种比较先进的铸造方法。这种方法在西方是随着大机器生产才出现和发展起来的,至今仍被广泛采用。而在中国,这种方法在2000多年前的战国时期已经开始应用。

现在发现的最早叠铸件,是战国时齐国的刀币。它是用铜质范盒翻制出具有对称性和互换性的范片,每两片合成一层,再多层叠合浇注而成。

在汉代,叠铸技术得到了很大的发展。本世纪70年代,在陕西咸阳、西安,河南南阳、温县,山东临淄等地,都曾多次出土有汉代的叠铸泥范。其中,以温县烘范窑中出土的叠铸范数量最大,保存最为完好,计出土有16类、36种规格的叠铸范500多套。每套铸范由5至14层叠成,最少的一次可浇铸5件,最多的达84件。这些铸范的设计和制作都很精细。据分析,用这些铸范浇出的铸件,表面光洁度可达五级(计分14级),金属收得率可达90%,工艺水平已相当先进。而且,从中还可以看到当时已具备了制范、烘范、叠装、浇铸、成器等一整套成熟的生产工艺。

B. 工业炼铜有哪些方法

火法炼铜和湿法炼铜

C. 现代工业上,主要采用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜

铜是+1价,铁是+3价,硫是-2价,焙烧后铜是+1价(不变),铁是+2价(降了一价),硫是+4价(生成二氧化硫),反应中只有硫被氧化(一个硫升了六价),所以每转移0.6mol电子,有0.1mol硫被氧化。反应式:2CuFeS2+4O2==Cu2S+2FeO+4SO2

D. 工业上可采取很多方法炼铜。

应该是水法炼铜
首先加硫酸溶解碱式碳酸铜
Cu2(OH)2CO3+2H2SO4==2CuSO4+3H2O+CO2
然后是水法炼铜的方程
Fe+CuSO4==FeSO4+Cu

E. 工业上从铜矿石中炼铜有多种方法

工业上用含的铜矿石炼铜的一种方法是:先将矿石在空气中高温灼烧生成和气体A,再将得到的固体与铜矿石(粉)混合隔绝空气高温灼烧,生成铜和气体A

F. 化学 炼铜

水法炼铜的原理是:CuSO4+Fe=Cu+FeSO4
水法炼铜也称胆铜法,其生产过程主要包括两个方面。一是浸铜,就是把铁放在胆矾(CuSO4·5H2O)溶液(俗称胆水)中,使胆矾中的铜离子被金属置换成单质铜沉积下来;二是收集,即将置换出的铜粉收集起来,再加以熔炼、铸造。各地所用的方法虽有不同,但总结起来主要有三种方法:第一种方法是在胆水产地就近随地形高低挖掘沟槽,用茅席铺底,把生铁击碎,排放在沟槽里,将胆水引入沟槽浸泡,利用铜盐溶液和铁盐溶液颜色差异,浸泡至颜色改变后,再把浸泡过的水放去,茅席取出,沉积在茅席上的铜就可以收集起来,再引入新的胆水。只要铁未被反应完,可周而复始地进行生产。第二种方法是在胆水产地设胆水槽,把铁锻打成薄片排置槽中,用胆水浸没铁片,至铁片表面有一层红色铜粉覆盖,把铁片取出,刮取铁片上的铜粉。第二种方法比第一种方法麻烦是将铁片锻打成薄片。但铁锻打成薄片,同样质量的铁表面积增大,增加铁和胆水的接触机会,能缩短置换时间,提高铜的产率。第三种方法是煎熬法,把胆水引入用铁所做的容器里煎熬。这里盛胆水的工具既是容器又是反应物之一。煎熬一定时间,能在铁容器中得到铜。此法长处在于加热和煎熬过程中,胆水由稀变浓,可加速铁和铜离子的置换反应,但需要燃料和专人操作,工多而利少。所以宋代胆铜生产多采用前两种方法。宋代对胆铜法中浸铜时间的控制,也有比较明确的了解,知道胆水越浓,浸铜时间可越短;胆水稀,浸铜的时间要长一些。可以说在宋代已经发展从浸铜方式、取铜方法、到浸铜时间的控制等一套比较完善的工艺。
火法炼铜 主要原料是硫化铜精矿,一般包括焙烧、熔炼、吹炼、精炼等工序.
焙烧 分半氧化焙烧和全氧化焙烧(“死焙烧”),分别脱除精矿中部分或全部的硫,同时除去部分砷、锑等易挥发的杂质。此过程为放热反应,通常不需另加燃料。造锍熔炼一般采用半氧化焙烧,以保持形成冰铜时所需硫量;还原熔炼采用全氧化焙烧;此外,硫化铜精矿湿法冶金中的焙烧,是把铜转化为可溶性硫酸盐,称硫酸化焙烧。
熔炼 主要是造锍熔炼,其目的是使铜精矿或焙烧矿中的部分铁氧化,并与脉石、熔剂等造渣除去,产出含铜较高的冰铜(xCu2S·yFeS)。冰铜中铜、铁、硫的总量常占80%~90%,炉料中的贵金属,几乎全部进入冰铜。
冰铜含铜量取决于精矿品位和焙烧熔炼过程的脱硫率,世界冰铜品位一般含铜40%~55%。生产高品位冰铜,可更多地利用硫化物反应热,还可缩短下一工序的吹炼时间。熔炼炉渣含铜与冰铜品位有关,弃渣含铜一般在0.4%~0.5%。熔炼过程主要反应为:
2CuFeS2→Cu2S+2FeS+S
Cu2O+FeS→Cu2S+FeO
2FeS+3O2+SiO2→2FeO·SiO2+2SO2
2FeO+SiO2→2FeO·SiO2
造锍熔炼的传统设备为鼓风炉、反射炉、电炉等,新建的现代化大型炼铜厂多采用闪速炉。
鼓风炉熔炼 鼓风炉是竖式炉,小国很早就用它直接炼铜。传统的方法为烧结块鼓风炉熔炼。硫化铜精矿先经烧结焙烧脱去部分硫,制成烧结块,与熔剂、焦炭等按批料呈层状加入炉内,熔炼产出冰铜和弃渣,此法烟气含SO2低,不易经济地回收硫。为消除烟害,回收精矿中的硫,20世纪50年代,发展了精矿鼓风炉熔炼法,即将硫化铜精矿混捏成膏状,再配以部分块料、熔剂、焦炭等分批从炉顶中心加料口加入炉内,形成料封,减少漏气,提高SO2浓度。混捏料在炉内经热烟气干燥、焙烧形成烧结料柱,块状物料也呈柱状环绕在烧结料柱的周围,以保持透气性,使熔炼作业正常进行。中国沈阳冶炼厂、富春江冶炼厂等采用此法。
反射炉熔炼 适于处理浮选的粉状精矿。反射炉熔炼过程脱硫率低,仅20%~30%,适于处理含铜品位较高的精矿。如原料含铜低、含硫高,熔炼前要先进行焙烧。反射炉生产规模可大型化,对原料,燃料的适应性强,长期来一直是炼铜的主要设备,至80年代初,全世界保有的反射炉能力仍居炼铜设备的首位。但反射炉烟气量大,且含SO2仅1%左右,回收困难。反射炉的热效率仅25%~30%,熔炼过程的反应热利用较少,所需热量主要靠外加燃料供给。70年代以来,世界各国都在研究改进反射炉熔炼,有的采用氧气喷撒装置将精矿喷入炉内,加强密封,以提高SO2浓度。中国白银公司第一冶炼厂将铜精矿加到反射炉中的熔体内,鼓风熔炼,提高了熔炼强度,烟气可用于制取硫酸。
反射炉为长方形,用优质耐火材料砌筑。燃烧器设在炉头部,烟气从炉尾排出,炉料由炉顶或侧墙上部加入,冰铜从侧墙底部的冰铜口放出,炉渣从侧墙或端墙下的放渣口排出。炉头温度1500℃~1550℃,炉尾温度1250℃~1300℃,出炉烟气1200℃左右。熔炼焙烧矿时,燃料率10%~15%,床能率3~6t/(m2·日)。铜精矿直接入炉,燃料率16%~25%,床能率为2~4t/(m2·日),称生精矿熔炼。中国大冶冶炼厂采用270m2反射炉熔炼生精矿。
电炉熔炼 炼铜采用电阻电弧炉即矿热电炉,对物料的适应性非常广泛,一般多用于电价低廉的地区和处理含难熔脉石较多的精矿。电炉熔炼的烟气量较少,若控制适当,烟气中SO2浓度可达5%左右,有利于硫的回收。
铜熔炼电炉多为长方形,少数为圆形。大型电炉一般长30 m~35m,宽8 m~10m,高4 m~5m,采用六根直径为1.2 m~1.8m的自焙电极,由三台单相变压器供电。电炉视在功率3000~50000千伏安,单位炉床面积功率100kw/m2左右,床能率3~6t/(m2·日),炉料电耗400~500kw·h/t,电极糊消耗约2~3kg/t。中国云南冶炼厂采用30000kVA电炉熔炼含镁高的铜精矿。
闪速熔炼 是将硫化铜精矿和熔剂的混合料干燥至含水0.3%以下,与热风(或氧气、或富氧空气)混合,喷入炉内迅速氧化和熔化,生成冰铜和炉渣。其优点是熔炼强度高,可较充分地利用硫化物氧化反应热。降低熔炼过程的能耗。烟气中SO2浓度可超过8%。闪速熔炼可在较大范围内调节冰铜品位,一般控制在50%左右,这样对下一步吹炼有利。但炉渣含铜较高,须进一步处理。
闪速炉有奥托昆普型和国际镍公司型两种。70年代末世界上已有几十个工厂采用奥托昆普型闪速炉,中国贵溪冶炼厂也采用此种炉型。
冰铜吹炼 利用硫化亚铁比硫化亚铜易于氧化的特点,在卧式转炉中,往熔融的冰铜中鼓入空气,使硫化亚铁氧化成氧化亚铁,并与加入的石英熔剂造渣除去,同时部分脱除其他杂质,而后继续鼓风,使硫化亚铜中的硫氧化进入烟气,得到含铜98%~99%的粗铜,贵金属也进入粗铜中。
一个吹炼周期分为两个阶段:第一阶段,将FeS氧化成FeO,造渣除去,得到白冰铜(Cu2S)。冶炼温度1150℃~1250℃。主要反应是:
2FeS+3O2→2FeO+2SO2
2FeO+SiO2→2FeO·SiO2
第二阶段,冶炼温度1200℃~1280℃将白冰铜按以下反应吹炼成粗铜:
2Cu2S+3O2→2Cu2O+2SO2
Cu2S+2Cu2O→6Cu+SO2
冰铜吹炼是放热反应,可自热进行,通常还须加入部分冷料吸收其过剩热量。吹炼后的炉渣含铜较高,一般为2%~5%,返回熔炼炉或以选矿、电炉贫化等方法处理。吹炼烟气含SO2浓度较高,一般为8%~12%,可以制酸。吹炼一般用卧式转炉,间断操作。表压约1kgf/cm2的空气通过沿转炉长度方向安设的一排风眼鼓入熔体,加料、排渣、出铜和排烟都经过炉体上的炉口。
粗铜精炼 分火法精炼和电解精炼。火法精炼是利用某些杂质对氧的亲和力大于铜,而其氧化物又不溶于铜液等性质,通过氧化造渣或挥发除去。其过程是将液态铜加入精炼炉升温或固态铜料加入炉内熔化,然后向铜液中鼓风氧化,使杂质挥发、造渣;扒出炉渣后,用插入青木或向铜液注入重油、石油气或氨等方法还原其中的氧化铜。还原过程中用木炭或焦炭覆盖铜液表面,以防再氧化。精炼后可铸成电解精炼所用的铜阳极或铜锭。精炼炉渣含铜较高,可返回转炉处理。精炼作业在反射炉或回转精炼炉内进行。
火法精炼的产品叫火精铜,一般含铜99.5%以上。火精铜中常含有金、银等贵金属和少量杂质,通常要进行电解精炼。若金、银和有害杂质含量很少,可直接铸成商品铜锭。
电解精炼是以火法精炼的铜为阳极,以电解铜片为阴极,在含硫酸铜的酸性溶液中进行。电解产出含铜99.95%以上的电铜,而金、银、硒、碲等富集在阳极泥中。电解液一般含铜40~50g/L,温度58℃~62℃,槽电压0.2~0.3V,电流密度200~300A/m2,电流效率95%~97%,残极率约为15%~20%,每吨电铜耗直流电220~300kwh。中国上海冶炼厂铜电解车间电流密度为330A/m2。
电解过程中,大部分铁、镍、锌和一部分砷、锑等进入溶液,使电解液中的杂质逐渐积累,铜含量也不断增高,硫酸浓度则逐渐降低。因此,必须定期引出部分溶液进行净化,并补充一定量的硫酸。净液过程为:直接浓缩、结晶,析出硫酸铜;结晶母液用电解法脱铜,析出黑铜,同时除去砷、锑;电解脱铜后的溶液经蒸发浓缩或冷却结晶产出粗硫酸镍;母液作为部分补充硫酸,返回电解液中。此外,还可向引出的电解液中加铜,鼓风氧化,使铜溶解以生产更多的硫酸铜。电解脱铜时应注意防止剧毒的砷化氢析出。
火法炼铜的其他方法 已应用于工业生产的方法还有:
三菱法 将硫化铜精矿和熔剂喷入熔炼炉的熔体内,熔炼成冰铜和炉渣,而后流至贫化炉产出弃渣,冰铜再流至吹炼炉产出粗铜。此法于1974年投入生产。
诺兰达法 制粒的精矿和熔剂加到一座圆筒型回转炉内,熔炼成高品位冰铜。所产炉渣含铜较高,须经浮选选出铜精矿返回炉内处理。此法于1973年投入生产。
氧气顶吹旋转转炉法 用以处理高品位铜精矿。将铜精矿制成粒或压成块加入炉内,由顶部喷枪吹氧,燃料也由顶部喷入,产出粗铜和炉渣。中国用此法处理高冰镍浮选所得铜精矿。
离析法 用于处理难选的结合性氧化铜矿。将含铜1%~5%的矿石磨细,加热至750℃~800℃后,混以2%~5% 的煤粉和0.2%~0.5%的食盐,矿石中的铜生成气(Cu3Cl3)并为氢还原成金属铜而附着于炭粒表面,经浮选得到含铜50%左右的铜精矿,然后熔炼成粗铜。此法能耗高,很少采用。

G. 铜的冶炼是什么

从铜矿中开采出来的铜矿石,经过选矿成为含铜品位较高的铜精矿或者说是铜矿砂,铜精矿需要经过冶炼提成,才能成为精铜及铜制品。
CO+CuO= 高温=Cu+CO2 ↑

4CuS+5O2=高温=2Cu2O+4SO2 ↑
2Cu2S+3O2=高温=2Cu2O+2SO2↑
再由氧化亚铜与剩余的CuS和Cu2S反应:
CuS+2Cu2O=高温=5Cu+SO2↑
Cu2S+2Cu2O=高温=6Cu+2SO2↑
铜的冶炼
从铜矿中开采出来的铜矿石,经过选矿成为含铜品位较高的铜精矿或者说是铜矿砂,铜精矿需要经过冶炼提成,才能成为精铜及铜制品。
A.电解铜与精铜
工业上使用的铜有电解铜(含铜99.9%~99.95%)和精铜(含铜99.0%~99.7%)两种。前者用于电器工业上,用于制造特种合金、金属丝及电线。后者用于制造其他合金、铜管、铜板、轴等。
B.铜的冶炼工艺
铜冶金技术的发展经历了漫长的过程,但至今铜的冶炼仍以火法治炼为主,其产量约占世界铜产量的85%,现代湿法冶炼的技术正在逐步推广,湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。
下面我们具体了解一下火法冶炼与湿法冶炼(SX-EX)两种炼铜方式。
a.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。近年来出现如白银法、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。
除了铜精矿之外,废铜也是精炼铜的主要原料,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(铜材的产出比约为50%),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。

b.湿法炼铜:
一船适于低品位的氧化铜,生产出的精铜为电积铜。 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。
其工艺流程图如下:其中铜的萃取(铜从水层进人有机层的过程)和反萃取(铜从有机层进人水层的过程)是现代湿法炼铜的重要工艺手段。

火法和湿法两种工艺有如下特点:
(1)后者的冶炼设备更简单,但杂质含量较高,是前者的有益补充。
(2)后者有局限性,受制于矿石的品位及类型。
(3)前者的成本要比后者高。
可见,湿法冶炼技术具有相当大的优越性,但其适用范围却有局限性,并不是所有铜矿的冶炼都可采用该种工艺。不过通过技术改良,这几年已经有越来越多的国家,包括美国、智利、加拿大、澳大利亚、墨西哥及秘鲁等,将该工艺应用于更多的铜矿冶炼上。湿法冶炼技术的提高及应用的推广,降低了铜的生产成本,提高了铜矿产能,短期内增加了社会资源供给,造成社会总供给的相对过剩,对价格有拉动作用。

H. 工业上制铜 原理

2CuO+C=2Cu+CO2↑
反应条件是“高温”。生成铜和二氧化碳。
这属于“置换反应”,是工业制铜原理
《湿法炼铜》也可以快速制铜
我国劳动人民很早就认识了铜盐溶液里的铜能被铁置换,从而发明了水法炼铜。它成为湿法冶金术的先驱,在世界化学史上占有光辉的一页。
水法炼铜的原理是:CuSO4+Fe=Cu+FeSO4
在汉代许多着作里有记载“石胆能化铁为铜”,晋葛洪《抱朴子内篇·黄白》中也有“以曾青涂铁,铁赤色如铜”的记载。南北朝时更进一步认识到不仅硫酸铜,其他可溶性铜盐也能与铁发生置换反应。南北朝的陶弘景说:“鸡屎矾投苦洒(醋)中涂铁,皆作铜色”,即不纯的碱式硫酸铜或碱式碳酸铜不溶于水,但可溶于醋,用醋溶解后也可与铁起置换反应。显然认识的范围扩大了。到唐末五代间,水法炼铜的原理应用到生产中去,至宋代更有发展,成为大量生产铜的重要方法之一。
水法炼铜也称胆铜法,其生产过程主要包括两个方面。一是浸铜,就是把铁放在胆矾(CuSO4·5H2O)溶液(俗称胆水)中,使胆矾中的铜离子被金属置换成单质铜沉积下来;二是收集,即将置换出的铜粉收集起来,再加以熔炼、铸造。各地所用的方法虽有不同,但总结起来主要有三种方法:第一种方法是在胆水产地就近随地形高低挖掘沟槽,用茅席铺底,把生铁击碎,排放在沟槽里,将胆水引入沟槽浸泡,利用铜盐溶液和铁盐溶液颜色差异,浸泡至颜色改变后,再把浸泡过的水放去,茅席取出,沉积在茅席上的铜就可以收集起来,再引入新的胆水。只要铁未被反应完,可周而复始地进行生产。第二种方法是在胆水产地设胆水槽,把铁锻打成薄片排置槽中,用胆水浸没铁片,至铁片表面有一层红色铜粉覆盖,把铁片取出,刮取铁片上的铜粉。第二种方法比第一种方法麻烦是将铁片锻打成薄片。但铁锻打成薄片,同样质量的铁表面积增大,增加铁和胆水的接触机会,能缩短置换时间,提高铜的产率。第三种方法是煎熬法,把胆水引入用铁所做的容器里煎熬。这里盛胆水的工具既是容器又是反应物之一。煎熬一定时间,能在铁容器中得到铜。此法长处在于加热和煎熬过程中,胆水由稀变浓,可加速铁和铜离子的置换反应,但需要燃料和专人操作,工多而利少。所以宋代胆铜生产多采用前两种方法。宋代对胆铜法中浸铜时间的控制,也有比较明确的了解,知道胆水越浓,浸铜时间可越短;胆水稀,浸铜的时间要长一些。可以说在宋代已经发展从浸铜方式、取铜方法、到浸铜时间的控制等一套比较完善的工艺。
水法炼铜的优点是设备简单、操作容易,不必使用鼓风、熔炼设备,在常温下就可提取铜,节省燃料,只要有胆水的地方,都可应用这种方法生产铜。
在欧洲,湿法炼铜出现比较晚。15世纪50年代,人们把铁片浸入硫酸铜溶液,偶尔看出铜出现在铁表面,还感到十分惊讶,更谈不上应用这个原理来炼铜了。

I. 工业上冶炼铜的方法热还原法

A.铜性质较活泼,用热还原法冶炼,故A错误;
B.镁活泼性强于铝,不能用铝热反应冶炼,应用电解熔融的氯化镁的方法冶炼,故B错误;
C.铁性质较活泼,用热还原法冶炼,故C正确;
D.铝性质活泼,用电解熔融的氧化铝的方法冶炼,故D正确;
故选:CD.

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