答：火法煉銅包括熔煉、吹煉、精煉等工序，熔煉主要是造锍熔煉，目的是使銅精礦或焙燒礦中的部分鐵氧化，并與脈石、熔劑等造渣除去，產(chǎn)出含銅較高的冰銅。吹煉能夠消除煙害，回收精礦中的硫，產(chǎn)出銅品位達98%以上的粗銅。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(zhì)對氧的親和力大于銅，而其氧化物又不溶于銅液等性質(zhì)，通過(guò)氧化造渣或揮發(fā)除去;電解精煉是利用銅與其他金屬的電性差異，電解產(chǎn)出合格的陰極銅產(chǎn)品?；鸱掋~具體過(guò)程如圖3-1所示。
什么是造锍熔煉，其過(guò)程是什么?
答：在高溫、強氧化性氣氛下，進(jìn)行半自熱或自熱熔煉，將硫化銅精礦熔化生成金屬硫化物的共熔體，即為造锍熔煉。造锍熔煉將精礦中的銅富集于冰銅中，大部分鐵的氧化物與加入的熔劑造渣，冰銅與爐渣由于性質(zhì)差別極大，可澄清分離。
造锍熔煉過(guò)程可以看做是幾種金屬硫化物之間的互溶過(guò)程。CuS在熔化之前會(huì )發(fā)生熱解離，解離產(chǎn)生的元素硫遇氧即氧化成SO?逸出，而鐵只能部分與多余的硫相結合成FeS進(jìn)入銅锍，其余的鐵只能以氧化物的形式與脈石造渣。由于銅流的密度比爐渣大，且二者不互溶，從而達到了分離的目的。
造锍熔煉主要工藝包括哪些?
答：(1)密閉鼓風(fēng)爐熔煉。密閉鼓風(fēng)爐熔煉是在豎式爐中靠爐料與上升氣對流加熱進(jìn)行熔煉的過(guò)程。鼓風(fēng)爐熔煉過(guò)程按逆流原理進(jìn)行，即爐料與燃料爐子上部加入，垂直向下往爐缸移動(dòng)，并從爐缸放出熔煉產(chǎn)物。鼓入爐內的空今及燃料燃燒所形成的氣體，從下面沿著(zhù)垂直爐身通過(guò)爐內的爐料與燃料的空隙上升。
密閉鼓風(fēng)爐的熱效率高，爐內最高溫度可達1450℃,且高溫區集中;但床能力低，需要處理塊礦和優(yōu)質(zhì)焦炭，不符合當前技術(shù)發(fā)展。
(2)反射爐熔煉。反射爐內為中性或者弱氧化性氣氛，爐料由精礦或焙燒礦與熔劑、返塵等組成，細粒爐料在料坡上被加熱到1200℃,熔煉成冰銅和爐渣，兩者機械混合在一起，經(jīng)料坡流入熔池中，在流動(dòng)過(guò)程中，一邊放熱，一邊調整成分，最終形成冰銅和爐渣，二者按照密度不同分層。
反射爐易于操作管理，對物料的適應性強，渣含銅量低，但是熱利用率低能耗高，床能力低，煙塵量大，對環(huán)境污染嚴重。
(3)電爐熔煉。在銅冶煉過(guò)程中，一般使用礦熱電爐。在礦熱電爐中，電流從一個(gè)電極通過(guò)爐渣和冰銅導向另一個(gè)電極，其中大部分電能轉變?yōu)闊崮?，使得爐渣較大程度的過(guò)熱，利用過(guò)熱的爐渣做載體，使爐料受熱熔化，并且發(fā)生各種物理化學(xué)變化，完成造渣和造冰銅過(guò)程。
電爐熔煉容易形成高溫區，且溫度易控制，能處理各種物料，不需要使用燃料，減少對環(huán)境的污染，電能也可以有效利用，有價(jià)金屬的回收率高。但是電爐熔煉耗電量大，對電力缺乏地區，并不適用。
(4)閃速熔煉。閃速熔煉是將預熱空氣和干燥精礦以一定比例加入反應塔頂部的精礦噴嘴中，在噴嘴內空氣和精礦強烈的混合，并且以很大的速度呈懸浮狀態(tài)垂直或水平噴入反應塔內，布滿(mǎn)整個(gè)反應塔截面，在高溫作用下，爐料迅速發(fā)生各種物理化學(xué)反應，產(chǎn)生的熔體降入沉淀池內，進(jìn)而完成造冰銅和造渣過(guò)程，并進(jìn)行澄清分離，分別由冰銅口和渣口排出。
閃速熔煉的優(yōu)點(diǎn)有能耗低、爐氣質(zhì)量高、床能力高、脫硫率高達70%以上、環(huán)境保護好。但是爐渣含銅量高，需要單獨貧化;煙塵率較高，需返爐處理。
(5)熔池熔煉。熔池熔煉是通過(guò)氣體的攪拌作用，使得精礦、熔劑與煙灰或其他原料投入熔池后，即與被氣流攪動(dòng)卷起的熔體混合熔融，使熔池內熔體爐料-氣體之間進(jìn)行強烈的攪拌與混合，從而完成造冰銅、造渣反應。熔池熔煉的優(yōu)勢在于：一方面熔池熔煉對礦料的要求普遍較低，含水8%～10%的精礦無(wú)需干燥或者制粒，可直接通過(guò)加料口加入熔煉爐，并可處理廢雜銅、電子垃圾等;另一方面，熔池熔煉的反應幾乎全在熔池內進(jìn)行，煙塵率比起閃速熔煉工藝有明顯的降低。
目前熔池熔煉按送風(fēng)方式可分為頂吹、側吹和底吹三大類(lèi)，頂吹的代表爐型有艾薩爐和奧斯麥特爐;側吹的熔池熔煉有諾蘭達爐、特尼恩特爐、白銀爐、瓦紐科夫爐和金峰爐等;底吹熔煉方式主要有中國恩菲自主研發(fā)的氧氣底吹煉銅工藝。
造锍熔煉的原輔料有哪些?
答：(1)硫化銅精礦，還含有部分氧化脫硫的焙砂和高品位氧化礦;
(2)造渣熔劑，主要成分是二氧化硅和氧化鈣，根據實(shí)際需要加入，合理爐渣組成;
(3)返料，主要成分是轉爐渣(SiO?、FeO、Fe?O?、Cu)和煙塵(煙氣夾帶的細粒物料以及易揮發(fā)元素與化合物);
(4)空氣、富氧空氣或者工業(yè)純氧。
閃速熔煉與熔池熔煉的原料分別有哪些要求?
答：閃速熔煉是利用精礦噴嘴將混合精礦物料以很大的速度噴吹進(jìn)入反應塔進(jìn)行造锍反應，整個(gè)過(guò)程持續時(shí)間僅1~2s,所以要求物料粒度小于1mm,且經(jīng)深度干燥(H?O<0.3%),以免產(chǎn)生液膜覆蓋在物料表面，阻礙反應的進(jìn)行。
熔池熔煉是將混合物料投入到熔池中，通過(guò)氣體的攪拌作用發(fā)生反應，其對礦料的要求較低，含水8%～10%的精礦無(wú)需干燥或者制粒，可直接通過(guò)加料口加入熔煉爐，并可處理廢雜銅、電子垃圾等。
什么是冰銅?
答：冰銅也叫銅锍，主要由Cu?S和FeS互相熔解而成的，它的含銅率為40%~70%,含硫率為15%～25%。冰銅密度較大，沉于下層，可以從冶金爐熔煉爐)的排銅口流出來(lái)，熔煉渣則從上部渣層排渣口排出。冰銅是銅與硫的化合物，按銅的含量高低，有白冰銅(Cu?S,含銅70%左右)、高冰銅(含銅60%左右)、低冰銅(含銅40%以下)之分。
冰銅的主要性質(zhì)有哪些?
答：(1)熔點(diǎn)：940~1130℃,隨冰銅品位變化而變化;
(2)密度：隨冰銅品位的提高而增大，一般為4.0~4.6g/cm3,高于爐渣密
度(3~3.7g/cm3);
(3)黏度：η=2.4×10-3Pa·s,比爐渣黏度低很多(0.5～2Pa·s),因此冰銅具有良好的流動(dòng)性;
(4)表面張力：與鐵橄欖石(2FeO·Si0,)熔體間的界面張力約為20
60N/m,其值很小，由此可判斷冰銅容易懸浮在熔渣中;
(5)液態(tài)冰銅遇水會(huì )發(fā)生爆炸。
什么是熔煉渣?
答：熔煉渣是爐料和燃料中各種氧化物相互熔融而成的共熔體，主要的氧物是SiO?和FeO,其次是CaO、Al?O?和MgO等。固態(tài)爐渣是由2FeO·SiO?2CaO·SiO?等硅酸鹽復雜分子化合物組成，液態(tài)爐渣則是由各種離子組成的子共熔體。表3-1列出了各種造锍熔煉工藝所產(chǎn)生爐渣的化學(xué)組成。
爐渣性質(zhì)對熔煉過(guò)程有什么影響?
答：(1)爐渣的性質(zhì)決定熔煉過(guò)程的燃料消耗量。若爐渣的熔點(diǎn)較高，則加熱爐渣到熔點(diǎn)所需要的熱量增加，同時(shí)廢氣也會(huì )從爐中帶走大量的熱。
(2)爐渣的性質(zhì)很大程度上決定爐溫的高低。爐內溫度由爐渣熔點(diǎn)決定爐渣熔點(diǎn)決定于其成分。因此，要改變爐溫，需改變爐渣成分。
(3)爐渣的性質(zhì)決定爐子的生產(chǎn)率。熔煉酸性爐渣時(shí)，爐子的生產(chǎn)率比熔煉堿性爐渣時(shí)要小。
(4)爐渣的性質(zhì)和熔煉時(shí)形成的渣量是決定銅回收率的一個(gè)基本因素。
銅在爐渣中的損失有哪些，如何降低渣含銅?
答：渣含銅與冰銅品位有關(guān)，冰銅品位越高，其損失越大。根據銅在渣中的
存在形態(tài)，其損失分為兩種：(1)機械夾雜損失。因冰銅與渣分離不完全，冰銅夾雜在爐渣中引起損失。這是銅在渣中損失的主要途徑。(2)電化學(xué)溶解損失。銅以氧化亞銅的形式溶解在渣中而引起的損失，一般情況下，銅以造渣形態(tài)損失很小。
為解決渣含銅量過(guò)高，可以選擇成分適當的渣型，減少渣量，保持適當的爐溫，增加澄清分離時(shí)間，嚴格控制冰銅品位等方法，以降低渣中含銅量。
Fe3O?對熔煉過(guò)程有何危害，如何減少Fe?O?的產(chǎn)生量?
答：熔煉過(guò)程中生成的Fe?O?存在于爐渣和冰銅中，會(huì )使得爐渣的熔點(diǎn)升高，密度加大，讓爐渣與冰銅的分離變得困難。提高氧濃度或者降低溫度情況下，固體Fe?O?會(huì )從爐渣中析出，生成難熔物，使熔煉爐上升煙道結疤，爐渣黏度加大，熔點(diǎn)上升，渣含銅量升高等。
減少Fe?O?的產(chǎn)生的主要措施有：(1)加入脈石進(jìn)行造渣處理，一般二氧化硅含量控制在35%~40%范圍內，可以保持Fe?O?活度有較低值;(2)提高FeS的含量，高溫條件下讓FeS與Fe?O?反應生成氧化亞鐵與石英進(jìn)行造渣，但這也會(huì )降低冰銅的品位;(3)升高熔煉溫度，促進(jìn)造渣反應的進(jìn)行。
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