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有色金属冶金学 重金属冶金学部分 金哲男 1 绪 论 重金属生产和使用的历史 铜是人类最早发现和使用的金属之一，距今8000年以前，人类已经使用铜。 铅也是人类史前金属，炼铅术和炼铜术大致始于同一历史时期。 锡也是古老金属，最初是在熔炼自然铜和锡矿石或处理锡铜矿石的混合物偶然获得锡铜合金（锡青铜） － 构成了人类古代文明的青铜器时代。 锌在古代是被人类制成黄铜作装饰品应用。我国是最早掌握炼锌技术的国家，大概在北宋末年（12世纪初）已使用了金属锌。 镍是既古老又年轻的金属。古代埃及、中国、巴比伦人都曾用含镍很高的陨铁制作器物。古代云南生产的白铜中含镍很高，在欧洲曾经称这种白铜为“中国银”。而到了1751年，瑞典矿物学家克朗斯塔特（A.F.Cronstedt）才分离出金属镍，而且镍用于工业上是近一百多年的事。 闪速熔炼 闪速熔炼是一种迅速发展起来的强化熔炼方法。它将焙烧、熔炼和部分吹炼过程在一个设备内完成。此法于1949年首先在芬兰奥托昆普公司的哈里亚伐尔塔炼铜厂应用于工业生产，自1965年以来在全世界得到迅速发展，目前已在20多个国家被应用。目前该法生产的铜量约占世界铜产量的三分之一以上。闪速熔炼按不同的工作原理可分为奥托昆普闪速熔炼和印柯法闪速熔炼两种。 ① 奥托昆普闪速熔炼 奥托昆普闪速熔炼是采用富氧空气或723~1273K的热风作为氧化气体。在反应塔顶部设置了下喷型精矿喷嘴。干燥的精矿和熔剂与富氧空气或热风高速喷入反应塔内，在塔内呈悬浮状态。物料在向下运动过程中，与气流中的氧发生氧化反应，放出大量的热，使反应塔中的温度维持在1673K以上。在高温下物料迅速反应(2~3s)，产生的熔体沉降到沉淀池内，完成造冰铜和造渣反应，并进行澄清分离。 图2-25 奥托昆普闪速炉 图2-26 奥托昆普闪速熔炼工艺流程 奥托昆普闪速熔炼炉的自动控制：主要用计算机来控制闪速炉产出的铜品位，冰铜温度和炉渣中Fe/SiO2 比的控制。它们分别由控制反应塔送风量、重油量和炉料中石英溶剂的比率来实现。 闪速熔炼的突出优点： 1) 能耗低。反应所需的热量，大部分或全部来自硫化物本身的强烈氧化放出的热。 2) 烟气量小，有利于制酸。 3) 生产速度高。大型的50~60t/m2·d 4) 环境保护好。 闪速熔炼的主要缺点： 1) 反应区氧位高，渣含Fe3O4及渣含铜高，炉渣必须贫化。 2) 烟尘量大。 表2-9 闪速炉各产物成分 炉渣的贫化： 目前闪速熔炼贫化炉渣的方法主要有选矿法和电炉贫化法两种。其中选矿法是将炉渣(闪速炉渣和转炉渣)注入60~90t的铸坑中，经8~10h缓冷，便会析出溶于渣中的硫化物，并聚结成大粒。然后将凝固的炉渣磨细，粒度小于0.06mm的达90%以上，送到浮选车间。浮选产出含铜20%的渣精矿和含铜0.3%的尾矿。 电炉贫化法是利用电炉高温(炉渣温度1523~1573K)过热澄清，并加入还原剂和硫化剂，使渣中的Fe3O4还原成FeO，并且使渣中的Cu2O被硫化，产出低品位的锍。贫化后的渣含铜为0.5~0.6%。 图2-27 玉野冶炼厂闪速炉 图2-28 Kalgoorlie冶炼厂闪速炉 表2-10 奥托昆普闪速熔炼生产数据 ② 印柯(Inco)普闪速熔炼 印柯闪速熔炼是利用工业氧气(含氧95%~97%)将干铜精矿、黄铁矿和熔剂从设在炉子两端的精矿喷嘴水平地喷入炉内熔池上方空间，炉料在空间内处于悬浮状态发生氧化反应，放出大量的热，使反应过程自热进行。熔炼过程炉内就形成了两个区域即熔化带和贫化带。熔炼结果产出冰铜、炉渣和含80%SO2的烟气。 图2-29 印柯闪速炉 图2-30 印柯闪速炉内反应 表2-11 印柯闪速熔炼生产数据 表2-12 印柯与奥托昆普闪速熔炼的比较 铜的硫化物在炉渣中的溶解量，在工业上按下式计算： 式中 为铜(以硫化物形态)在渣中的质量分数； 为渣中硫的质量分数； 为锍中铜的质量分数。 铜在熔融炉渣中总的溶解损失为： ＝ ＋ 图2-12铜溶解损失与锍品位的关系。 图2-12铜溶解损失与锍品位的关系 机械夹杂损失 主要是冰铜悬浮物、金属夹杂物和未来得及澄清分离的低相液滴。 影响铜损失的因素很多