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(dá)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(duì)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~具體過程如圖3-1所示。
什么是造锍熔煉，其過程是什么?
答：在高溫、強(qiáng)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。
造锍熔煉過程可以看做是幾種金屬硫化物之間的互溶過程。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(jié)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(dá)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(duì)流加熱進(jìn)行熔煉的過程。鼓風(fēng)爐熔煉過程按逆流原理進(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(nèi)的空今及燃料燃燒所形成的氣體，從下面沿著垂直爐身通過爐內(nèi)的爐料與燃料的空隙上升。
密閉鼓風(fēng)爐的熱效率高，爐內(nèi)最高溫度可達(dá)1450℃,且高溫區(qū)集中;但床能力低，需要處理塊礦和優(yōu)質(zhì)焦炭，不符合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展。
(2)反射爐熔煉。反射爐內(nèi)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(xì)粒爐料在料坡上被加熱到1200℃,熔煉成冰銅和爐渣，兩者機(jī)械混合在一起，經(jīng)料坡流入熔池中，在流動(dòng)過程中，一邊放熱，一邊調(diào)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(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)，渣含銅量低，但是熱利用率低能耗高，床能力低，煙塵量大，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。
(3)電爐熔煉。在銅冶煉過程中，一般使用礦熱電爐。在礦熱電爐中，電流從一個(gè)電極通過爐渣和冰銅導(dǎo)向另一個(gè)電極，其中大部分電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使得爐渣較大程度的過熱，利用過熱的爐渣做載體，使?fàn)t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程。
電爐熔煉容易形成高溫區(qū)，且溫度易控制，能處理各種物料，不需要使用燃料，減少對(duì)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(duì)電力缺乏地區(qū)，并不適用。
(4)閃速熔煉。閃速熔煉是將預(yù)熱空氣和干燥精礦以一定比例加入反應(yīng)塔頂部的精礦噴嘴中，在噴嘴內(nèi)空氣和精礦強(qiáng)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(yīng)塔內(nèi)，布滿整個(gè)反應(yīng)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(yīng)，產(chǎn)生的熔體降入沉淀池內(nèi)，進(jìn)而完成造冰銅和造渣過程，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(dá)70%以上、環(huán)境保護(hù)好。但是爐渣含銅量高，需要單獨(dú)貧化;煙塵率較高，需返爐處理。
(5)熔池熔煉。熔池熔煉是通過氣體的攪拌作用，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(nèi)熔體爐料-氣體之間進(jìn)行強(qiáng)烈的攪拌與混合，從而完成造冰銅、造渣反應(yīng)。熔池熔煉的優(yōu)勢在于：一方面熔池熔煉對(duì)礦料的要求普遍較低，含水8%～10%的精礦無需干燥或者制粒，可直接通過加料口加入熔煉爐，并可處理廢雜銅、電子垃圾等;另一方面，熔池熔煉的反應(yīng)幾乎全在熔池內(nèi)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(cè)吹和底吹三大類，頂吹的代表爐型有艾薩爐和奧斯麥特爐;側(cè)吹的熔池熔煉有諾蘭達(dá)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(jù)實(shí)際需要加入，合理爐渣組成;
(3)返料，主要成分是轉(zhuǎn)爐渣(SiO?、FeO、Fe?O?、Cu)和煙塵(煙氣夾帶的細(xì)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(yīng)塔進(jìn)行造锍反應(yīng)，整個(gè)過程持續(xù)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(yīng)的進(jìn)行。
熔池熔煉是將混合物料投入到熔池中，通過氣體的攪拌作用發(fā)生反應(yīng)，其對(duì)礦料的要求較低，含水8%～10%的精礦無需干燥或者制粒，可直接通過加料口加入熔煉爐，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，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(fù)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(duì)熔煉過程有什么影響?
答：(1)爐渣的性質(zhì)決定熔煉過程的燃料消耗量。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(nèi)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(jù)銅在渣中的
存在形態(tài)，其損失分為兩種：(1)機(jī)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。
為解決渣含銅量過高，可以選擇成分適當(dāng)?shù)脑?，減少渣量，保持適當(dāng)?shù)臓t溫，增加澄清分離時(shí)間，嚴(yán)格控制冰銅品位等方法，以降低渣中含銅量。
Fe3O?對(duì)熔煉過程有何危害，如何減少Fe?O?的產(chǎn)生量?
答：熔煉過程中生成的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(jié)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(nèi)，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(yīng)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(yīng)的進(jìn)行。
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