有色金属冶金学重金属冶金学部分铜冶金（五）米粗铜的火法精炼一
有色金属冶金学 1 重金属冶金学部分 ——铜冶金（五）粗铜的火法精炼
5粗铜火法精炼5.1 概述转炉产出的粗铜，铜含量一般为98.5-99.5%。杂质主要包括：石硫、氧、铁、砷、锑、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。降低铜的导电率（如砷、、锡），导致热加工时型才内部产生裂纹（如砷、铋、铅、硫）冷加工性能变坏（铅、、铋）
2 5 粗铜火法精炼 5.1 概述 转炉产出的粗铜，铜含量一般为98.5-99.5%。 杂质主要包括：硫、氧、铁、砷、锑、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。 降低铜的导电率（如砷、锑、锡）， 导致热加工时型才内部产生裂纹（如砷、铋、铅、硫） 冷加工性能变坏（铅、锑、铋）
为了满足铜的各种用途要求，需要将粗铜精炼提纯。精炼有2个目的：1、除去铜中的的杂质，提高纯度，使铜含量在99.95%以上2、从铜中分离回收有价元素，提高资源综合利用率，从铜精炼的副产品中回收金、银，是贵金属的重要生产途径
为了满足铜的各种用途要求，需要将粗铜精炼提纯。 精炼有2个目的： 1、 除去铜中的的杂质，提高纯度，使铜含量在99.95%以上； 2、从铜中分离回收有价元素，提高资源综合利用率，从铜精炼 的副产品中回收金、银，是贵金属的重要生产途径。 3
自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
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。 4
粗铜的火法精炼过程包括装料、熔化、氧化、还原和浇铸五个工序。在1150℃~1200℃的温度下，首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。氧化过程一铜中有害杂质的除去还原过程一铜中氧的排除
粗铜的火法精炼过程: 包括装料、熔化、氧化、还原和浇铸五个工序。在 1150℃~1200℃的温度下，首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。 氧化过程－铜中有害杂质的除去 还原过程－铜中氧的排除 5
5.2火法精炼的理论基础1、氧化氧化精炼过程是基于粗铜中多数杂质对氧的亲和力大于铜对氧的亲和力的原理。粗铜火法精炼的实质是使其中的杂质氧化成氧化物，并利用氧化物不溶于或极少溶于铜，形成炉渣浮在熔池表面而或者借助某些杂质在精炼作业温度（1100~1200℃被除去；）下，呈气态挥发除去
5.2 火法精炼的理论基础 1、氧化 氧化精炼过程是基于粗铜中多数杂质对氧的亲和力大于 铜对氧的亲和力的原理。 粗铜火法精炼的实质是使其中的杂质氧化成氧化物，并 利用氧化物不溶于或极少溶于铜，形成炉渣浮在熔池表面而 被除去；或者借助某些杂质在精炼作业温度（1100～1200℃ ）下，呈气态挥发除去。 6
当空气鼓入熔池中时，作为主体金属的铜首先吸收氧并进行氧化反应。这个过程是氧化精炼的开始和必需条件。4[Cu] + O, = 2[Cu,O]生成的[Cu,O]立即溶于铜液中，并于杂质接触氧化杂质。[Cu,O] + [Me] = 2[Cu] + (Me0]Q(MeO)K一α{Cu2O] - ［Me]
当空气鼓入熔池中时，作为主体金属的铜首先吸收氧并 进行氧化反应。这个过程是氧化精炼的开始和必需条件。 4[Cu] + O2 = 2[Cu2O] 生成的[Cu2O]立即溶于铜液中，并于杂质接触氧化杂质。 [Cu2O] + [Me] = 2[Cu] + (MeO) [ ] [ ] ( ) C u2 O M e MeO K = 7
该反应的平衡氧势与温度的关系如下式表示InP02=-6858/T+2.14+2In αCu,0式中，αCu,O为铜液中CuzO的活度，Po2为平衡分压。当铜液为Cu,O(s)所饱和时，aCu,O为常数。于是，铜液氧化反应平衡时的氧势仅随温度而变化。提高温度，饱和含氧量增加，氧势随之升高
该反应的平衡氧势与温度的关系如下式表示: ln Po2= - 6858/T +2.14 +2 ln αCu2O 式中, αCu2O为铜液中Cu2O的活度, Po2为平衡分压。 当铜液为Cu2O(s)所饱和时，αCu2O为常数。 于是，铜液氧化反应平衡时的氧势仅随温度而变化。 提高温度，饱和含氧量增加，氧势随之升高。 8
表不同温度下铜液中Cu,0和相应的氧含量温度（℃）110011501200125058.312.413.1Cu,o溶解度（%）相应的0（%）0.560.921.391.53
表 不同温度下铜液中Cu2O和相应的氧含量 温度（℃） 1100 1150 1200 1250 Cu2O溶解度（％） 5 8.3 12.4 13.1 相应的O（％） 0.56 0.92 1.39 1.53 9
杂质在铜液中的极限浓度为α(MeO)N[Me]α(Cu,0] -K · [Mel](1)α[MeO）值越大，NMe越大，选择适当的熔剂使MeO造渣并及时除渣，以降低氧化物的活度；（2）杂质氧化反应是放热反应，随温度的升高K值变小，所以氧化阶段温度不宜太高，一般在1423~1443K。（3）YMe越大，越有利于杂质脱除千净。10
10 杂质在铜液中的极限浓度为： [ ] [Me] ( ) [ ] 2 = K N Cu O MeO Me （1） 值越大，N[Me]越大，选择适当的熔剂使MeO造 渣并及时除渣，以降低氧化物的活度； （2）杂质氧化反应是放热反应，随温度的升高K值变小， 所以氧化阶段温度不宜太高，一般在1423~1443K。 （3）γMe越大，越有利于杂质脱除干净。 [MeO]