有色金属冶炼工艺设备(打印版)

有色金属冶炼工艺与设备（以铜为例）

1、[有色冶金设备]反射炉

一种室式火焰炉。炉内传热方式不仅是靠火焰的反射，而更主要的是借助炉顶、炉壁和炽热气体的辐射传热。就其传热方式而言，很多炉型（如加热炉、平炉等）都可归入反射炉。一般是指有色金属冶炼用的反射炉。反射炉在有色金属冶炼中用途很广，用于干燥、焙烧、精炼、熔化、保温和渣处理等工序。反射炉一直是炼铜的主要设备。

一种室式火焰炉。炉内传热方式不仅是靠火焰的反射，而更主要的是借助炉顶、炉壁和炽热气体的辐射传热。就其传热方式而言，很多炉型（如加热炉、平炉等）都可归入反射炉。一般是指有色金属冶炼用的反射炉。反射炉在有色金属冶炼中用途很广，用于干燥、焙烧、精炼、熔化、保温和渣处理等工序。反射炉一直是炼铜的主要设备。炼铜反射炉采用优质耐火材料砌筑，炉顶有拱式和吊挂式两种：拱式炉顶多用硅砖；吊挂式炉顶和侧墙内衬均用镁砖、镁铬砖、铬镁砖或镁铝砖。炉底用镁铁砂（氧化镁和氧化铁）烧结而成。熔炼反射炉宜于处理充分混合的细碎物料，不宜处理大块物料。它对原料和燃料的适应性强，容易实现大型化，成本低；但燃料消耗高，烟气量大，烟气含二氧化硫浓度低，不易回收利用，污染环境，因此，限制了炼铜反射炉的发展。采用富氧鼓风和减少漏风的办法，或采用氧气喷吹装置将精矿喷入炉内的办法，可提高反射炉的生产能力和烟气（SO2）浓度，使SO2得到利用。

2、[有色冶金设备]中频炉

中频炉采用200-2500Hz中频电源进行感应加热,熔炼保温,主要用于熔炼碳钢,合金钢,特种钢,也可用于铜,铝等有色金属的熔炼和提温.设备体积小,重量轻,效率高,耗电少,熔化升温快,炉温易控制,生产效率高。

中频炉采用200-2500Hz中频电源进行感应加热,熔炼保温,主要用于熔炼碳钢,合金钢,特种钢,也可用于铜,铝等有色金属的熔炼和提温.设备体积小,重量轻,效率高,耗电少,熔化升温快,炉温易控制,生产效率高.

中频感应热水炉工作原理

本炉使用电源方式不同于工频电锅炉，是将380V的工频交流电源输入中频电源柜（中频电源柜内具有过压保护、过流保护、如有过压、过流现象会自动停机报警），在中频电源柜内将工频交流电源整流为单相直流电，再通过逆变成为单相交流中频电压、电流（单相交流中频电压、电流是安全的），将单相交流中频电压、电流输入加热器产生感应电对锅炉内的水进行感应加热。因此本锅炉的加热过程中水电分离，安全可靠的。

本锅炉还装有以下保护装置。

1、装有温控仪，水控仪，可以自动温调，自动补水，可根据用户需要设定供水温度，回水温度自动调节。供水温度超过设定温度时，自动停机，回水温度低于设定温度时，自动开机。

2、装有液晶数字显示，能准确直观地显示供水温度，回水温度；炉内水位高低，可在水位计上显示，操作人员可以很清楚地掌握锅炉运行情况。

3、水控和传感温调报警均可转入自动保护系统，故障时，相应指示灯闪亮，且自动停机。

3、[有色冶金设备]卧式转炉

卧式转炉是一种冶金炉，主要用于有色冶金生产中处理冰铜（金属硫化物）。其特点是不需要燃料，依靠铜水中铁和硫的氧化反应放出热量提供全部热支出。冰铜经过吹炼，生成含铜高于98%的粗铜.

一种圆筒形卧式回转自热吹炼炉，用于铜、镍等的冶炼。1880年,法国人马内(P.Manhes)和达维德(David)用转炉吹炼冰铜，得到粗铜。1883年马内和达维德建造了第一台卧式侧吹转炉，成为现代炼铜转炉的雏形。当时这种转炉用硅质耐火材料作内衬，吹炼冰铜（见锍）时,造渣所需的SiO2由熔蚀的炉衬供给,因而炉衬寿命短。1909年,皮尔斯(W.H.Peirce)和史密斯(E.A.C.Smith)采用以镁砖为内衬的卧式转炉吹炼冰铜,获得成功,造渣所需的SiO2由外加的石英熔剂供给，提高了炉衬寿命。以后，转炉又推广应用于吹炼低冰镍产出高冰镍。现代普遍应用的卧式侧吹转炉仍以皮尔斯和史密斯的姓氏字头命名，称为P-S转炉（见图）。

现代大型卧式转炉的壳内直径为4米左右，长9米左右。外壳为4～5厘米厚的钢板，内衬为镁砖、镁铬砖或铬镁砖；炉体中部设有炉口，用以加料、排烟、排渣和出铜；有的转炉在炉体端壁设置加入石英熔剂的石英枪，但多数从炉口加石英；炉体一侧沿水平方向设置一排风眼，用以鼓入压缩空气。整个炉体架在托滚上，借驱动装置绕横轴成正反向旋转，使炉口转至适于加料、吹炼、排渣和出铜的位置。

卧式转炉技术性能表：

4、[有色冶金设备]鼓风炉

鼓风炉是冶金设备中的竖炉。鼓风炉是将含金属组分的炉料（矿石、烧结块或团矿）在鼓人空气或富氧空气的

情况下进行熔炼，以获得锍或粗金属的竖式炉。

鼓风炉具有热效率高，单位生产率（床能力）大，金属回收率高，成本低，占地面积小等特点，是火法冶金的重要熔炼设备之一。

分类按熔炼过程的性质鼓风炉熔炼可分为还原熔炼、氧化挥发熔炼及造锍熔炼等。

按炉顶结构特点，它可分为敝开式和密闭式两类。

按护壁水套布置方式可分为全水套式、半水套式和喷淋式。

按风口区横截面形状可分为圆形、椭圆形和矩型炉。

按炉子竖截面形状可分为上扩型、直筒型、下扩型和双排风口椅型炉。

鼓风炉结构

鼓风炉由炉基、炉底、炉缸、炉身、炉顶（包括加料装置）、支架、鼓风系统、水冷或汽化冷却系统、放出熔体装置和前床等部分组成。

炉基用混凝土或钢筋混凝土筑成，其上树立钢支座或千斤顶，用于支撑炉底。

炉底最下面是铸钢或铸铁板，板上依次为石棉板、粘土砖、镁砖。

炉缸水套壁（或砌镁砖）组成（或称本床）。

炉身用若干块水套并成，每块水套宽0.8~1.2m，高1.6~5m，用锅炉钢板焊接而成，固定在专门的支架上，风管和水管也布置在支架上。

鼓风炉可用于铜、镍、钴等金属的造锍熔炼（铜、镍、钴火法冶金流程中的一个重要工序）和铅、锌等金属的还原熔炼，还可用于熔化杂铜和处理其他物料。鼓风炉的炉料一般为块状，燃料为焦炭。炉料分批从炉顶加入，形成料柱。空气由下部风口鼓入，焦炭在风口区燃烧，形成高温熔炼区；炉料在此激烈反应，不断熔化。还原熔炼时，熔体在炉缸内澄清，分别放出金属和炉渣，造锍熔炼时，熔体经本床流入前床，澄清分离出冰铜和炉渣。热烟气穿过炉料上升至炉顶排出过程中，使炉料预热（熔炼混捏精矿时，还要使精矿烧结），并发生部分熔炼化学反应。所以鼓风炉的传热传质条件好，热效率高，单位面积日生产能力(即床能率)大。

5、[有色冶金设备]闪速炉

闪速炉（flash furnace）

一种强化生产的熔炼炉。具有巨大表面面积的粉状物料，在炉内充分与氧接触，在高温下，以极高的速度完成硫化物的可控氧化反应。反应放出的大量热，供给熔炼过程,使用含硫高的物料,有可能实现自热熔炼。闪速炉具有生产率高、能耗低、烟气中SO2浓度高的特点。目前，闪速炉主要用于铜、镍等硫化物精矿熔炼。闪速熔炼是充分利用细磨物料的巨大活性表面，强化冶炼反应过程的熔炼方法。这种方法主要用于铜、镍等硫化矿的造锍熔炼（铜、镍、钴火法冶金过程中的一个重要工序）。闪速熔炼脱硫率高，有利于二氧化硫的回收，并可通过控制入炉的氧量，在较大范围内控制熔炼过程的脱硫率。闪速熔炼的主要缺点是渣含主金属较多，须经贫化处理，加以回收。按炉形结构，分为芬兰奥托昆普型（图1）和加拿大国际镍公司（INCO）型（图2），前者由反应塔、沉淀池及上升烟道组成，已为许多工厂采用。

反应塔为圆柱体，直立于沉淀池的一端，塔壁用铬镁砖砌成，并设有水套或在外壳喷水以保护炉衬。加料喷嘴安装在反应塔顶，垂直向下。喷嘴数量由反应塔尺寸决定，通常小炉子仅有一个，大炉子多达四个。干燥后的炉料进入喷嘴内管，预热空气（或富氧空气）进入其外管（文氏管型），两者在外管缩口处相遇并充分混合，使炉料呈悬浮状进入反应塔。反应塔的辅助燃料可以用油、天然气或粉煤。用油时，油管插入加料喷嘴内管中，将油喷进反应塔，也可在反应塔顶单独安设油嘴。用天然气时，将天然气管引入喷嘴外管。用粉煤时，将其预先混入物料中。

沉淀池的结构与反射炉相似，采用拱顶或吊顶，炉底为反拱。渣线部位的炉墙除采用优质耐火材料外，还装有铜水套以保护炉墙。沉淀池设有冰铜口、渣口和辅助燃烧喷嘴，后者用以补充热量或开炉时使用。

上升烟道竖立于沉淀池的另一端，用以引出烟气。烟道出口处容易结瘤，通常设有燃烧喷嘴及人孔门，以便消除结瘤。

6、[有色冶金设备] 电炉

电炉（electric furnace）

利用电热效应供热的冶金炉。电炉设备通常是成套的,包括电炉炉体,电力设备（电炉变压器、整流器、变频器等），开闭器，附属辅助电器（阻流器、补偿电容等），真空设备，检测控制仪表（电工仪表、热工仪表等），自动调节系统，炉用机械设备（进出料机械、炉体倾转装置等）。大型电炉的电力设备和检测控制仪表等一般集中在电炉供电室。同燃料炉比较，电炉的优点有：炉内气氛容易控制，甚至可抽成真空；物料加热快，加热温度高，温度容易控制；生产过程较易实现机械化和自动化；劳动卫生条件好；热效率高；产品质量好等。冶金工业上电炉主要用于钢铁、铁合金、有色金属等的熔炼、加热和热处理。19世纪末出现了工业规模的电炉，20世纪50年代以来，由于对高级冶金产品需求的增长和电费随电力工业的发展而下降，电炉在冶金炉设备中的比额逐年上升。电炉可分为电阻炉、感应炉、电弧炉、等离子炉、电子束炉等。

电阻炉以电流通过导体所产生的焦耳热为热源的电炉。按电热产生方式，电阻炉分为直接加热和间接加热两种。在直接加热电阻炉中，电流直接通过物料，因电热功率集中在物料本身，所以物料加热很快，适用于要求快速加热的工艺，例如锻造坯料的加热。这种电阻炉可以把物料加热到很高的温度，例如碳素材料石墨化电炉，能把物料加热到超过2500℃。直接加热电阻炉可作成真空电阻加热炉或通保护气体电阻加热炉，在粉末冶金中，常用于烧结钨、钽、铌等制品。采用这种炉子加热时应注意：①为使物料加热均匀，要求物料各部位的导电截面和电导率一致；②由于物料自身电阻相当小，为达到所需的电热功率，工作电流相当大，因此送电电极和物料接触要好，以免起电弧烧损物料，而且送电母线的电阻要小，以减少电路损失；③在供交流电时，要合理配置短网，以免感抗过大而使功率因数过低。

大部分电阻炉是间接加热电阻炉，其中装有专门用来实现电-热转变的电阻体,称为电热体，由它把热能传给炉中物料。这种电炉炉壳用钢板制成，炉膛砌衬耐火材料，内放物料。最常用的电热体是铁铬铝电热体、镍铬电热体、碳化硅棒和二硅化钼棒。根据需要，炉内气氛可以是普通气氛、保护气氛或真空。一般电源电压220伏或380伏，必要时配置可调节电压的中间变压器。小型炉（＜10千瓦）单相供电，大型炉三相供电。对于品种单一、批料量大的物料，宜采用连续式炉加热。炉温低于700□的电阻炉,多数装置鼓风机，以强化炉内传热，保证均匀加热。用于熔化易熔金属（铅、铅铋合金、铝和镁及其合金等）的电阻炉，可做成坩埚炉；或做成有熔池的反射炉，在炉顶上装设电热体。电渣炉是由溶渣实现电热转变的电阻炉（见电渣重熔）。

感应炉利用物料的感应电热效应而使物料加热或熔化的电炉。感应炉的基本部件是用紫铜管绕制的感应圈。感应圈两端加交流电压，产生交变的电磁场，导电的物料放在感应圈中,因电磁感应在物料中产生涡流,受电阻作用而使电能转变成热能来加热物料；所以，也可认为感应电热是一种直接加热式电阻电热。

感应电热的特点是在被加热物料中转变的电热功率（电流分布）很不均匀，表面最大，中心最小，称为趋肤效应。为了提高感应加热的电热效率，供电频率要合宜，小型熔炼炉或对物料的表面加热采用高频电，大型熔炼炉或对物料深透加热采用中频或工频电。感应圈是电感量相当大的负载，其功率因数一般很低。为了提高功率因数，感应圈一般并联电容器，称为补偿电容。感应圈和物料之间的间隙要小，感应圈宜用方形紫铜管制作，管内通水冷却，感应圈的匝间间隙要尽量小，绝缘要好。感应加热装置，主要用于钢、铜、铝和锌等的熔铸，加热快，烧损少，机械化和自动化程度高，适合配置在自动作业线上。

工业上应用的感应熔化炉有坩埚炉(无芯感应炉)和熔沟炉(有芯感应炉),图为感应炉炉体结构示意。坩埚用耐火材料或钢制成，容量从几公斤到几十吨。其熔炼特点是坩埚中熔体受电动力作用，迫使熔池液面凸起，熔体自液面中心流向四周而引起循环流动。这种现象称为电动效应，可使熔体成分均匀，缺点是炉渣偏向周边，覆盖性差。与熔沟炉比较，坩埚炉操作灵活，熔炼温度高，但功率因数低，电耗较高。熔沟炉的感应器由铁芯、感应圈和熔沟炉衬组成，熔沟为一条或两条带状环形沟，其中充满与熔池相联通的熔体。在原理上，可以把熔沟炉看作是次级只有一匝线圈而且短路的铁芯变压器。感应电流在熔沟熔体中流动，而实现电热转变。

生产中，每炉金属熔炼完毕后,不能把熔池放空,一定要保留一部分熔体作为下一炉的起熔体。熔沟温度比熔池高，又承受熔体流动的冲刷，所以熔沟炉衬容易损坏，为便于维修，现代炉子的感应器制成便于更换的装配件。熔沟炉的容量从几百公斤到百余吨。熔沟炉供工频电，由于有用硅钢片制作的铁芯作磁通路，电效率和功率因数都很高。熔沟炉主要用于铸铁、铜、锌、黄铜等的熔化，还可作为混熔沪，用来贮存和加热熔体。

电弧炉利用电弧热效应熔炼金属和其他物料的电炉（图为电弧炉类型）。按加热方式分为三种类型:①间接加热电弧炉。电弧在两电极之间产生，不接触物料，靠热辐射加热物料。这种炉子噪声大,效率低,渐被淘汰。②直接加热电弧炉。电弧在电极与物料之间产生，直接加热物料；炼钢三相电弧炉是最常用的直接加热电弧炉（见电弧炉

炼钢）。③埋弧电炉，亦称还原电炉或矿热电炉。电极一端埋入料层，在料层内形成电弧并利用料层自身的电阻发热加热物料；常用于冶炼铁合金（见铁合金电炉），熔炼冰镍、冰铜（见镍、铜），以及生产电石（碳化钙）等。

真空电弧炉是在抽真空的炉体中用电弧直接加热熔炼金属的电炉。炉内气体稀薄，主要靠被熔金属的蒸气发生电弧，为使电弧稳定，一般供直流电。按照熔炼特点，分为金属重熔炉和浇铸炉。按照熔炼过程中电极是否消耗（熔化），分自耗炉和非自耗炉，工业上应用的大多数是自耗炉。真空电弧炉用于熔炼特殊钢、活泼的和难熔的金属如钛、钼、铌。

电弧电热可以认为是弧阻电热。电弧（弧阻）稳定是炉子正常生产的必要条件。交流电弧炉通常采用工频电,为使电弧稳定,炉子供电电路中要有适当的感抗，但是存在感抗会降低功率因数和电效率。降低电流频率是发展交流电弧炉的途径。弧阻阻值相当小，为获得必要的热量，炉子需要相当大的工作电流，因此炉子短网的电阻要尽量小,以免电路损耗过大。对三相电弧炉,要使三相的阻抗接近一致，以免三相负荷不平衡。

等离子炉利用工作气体被电离时产生的等离子体来进行加热或熔炼的电炉。产生等离子体的装置，通常叫作等离子枪，有电弧等离子枪和高频感应等离子枪两类。把工作气体通入等离子枪中，枪中有产生电弧或高频（5~ 20兆赫）电场的装置,工作气体受作用后电离，生成由电子、正离子以及气体原子和分子混合组成的等离子体。等离子体从等离子枪喷口喷出后，形成高速高温的等离子弧焰，温度比一般电弧高得多。最常用的工作气体是氩，它是单原子气体，容易电离，而且是惰性气体，可以保护物料。工作温度可高达20000□;用于熔炼特殊钢、钛和钛合金、超导材料等。炉型有配置水冷铜结晶器炉、中空阴极式炉、配置感应加热的等离子炉、有耐火材料炉衬的等离子炉等（见等离子冶金）。

电子束炉用高速电子轰击物料使之加热熔化的电炉（图为电子束炉示意）。在真空炉壳内,用通低压电的灯丝加热阴极，使之发射电子，电子束受加速阳极的高压电场的作用而加速运动，轰击位于阳极的金属物料，使电能转变成热能。因为电子束可经电磁聚焦装置高度密集，所以可在物料受轰击的部位产生很高的温度。电子束炉用于熔炼特殊钢、难熔和活泼金属。

工业炼铜种类

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。

目前，世界上铜的冶炼方式主要有两种：即火法冶炼与湿法冶炼。

1. 火法:

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。

除了铜精矿之外,废铜做为精炼铜的主要原料之一，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(铜材的产出比为50%左右),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。

2.湿法:

一船适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。

3. 火法和湿法两种工艺的特点

比较火法和湿法两种铜的生产工艺，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。

其他工业炼铜方法：

三菱法(Mitsubishi process) 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(Noranda process) 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，矿石中的铜生成气态氯化亚铜(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。

湿法炼铜用溶剂浸出铜矿石或精矿，而后从浸出液中提取铜。主要过程包括浸出（见浸取）、净化、提取等工序。目前世界上湿法炼铜的产量约占总产量的12％。20世纪60年代以来,为了消除SO2污染，对用湿法冶炼硫化铜矿进行了许多研究，但因经济指标尚不如火法，湿法工艺大多停留在试验和小规模生产阶段。

湿法炼铜目前主要用于处理氧化铜矿。有氧化铜矿直接酸浸和氨浸（或还原焙烧后氨浸）等法；酸浸应用较广，氨浸限于处理含钙镁较高的结合性氧化矿。处理硫化矿多用硫酸化焙烧－浸出或者直接用氨或氯盐溶液浸出等方法。①硫酸化焙烧－浸出法是将精矿中的铜转变为可溶性硫酸铜溶出；②氨液浸出法是将铜转变为铜氨络合物溶出，浸出液在高压釜内用氢还原制成铜粉，或者用溶剂萃取－电积法制取电铜；氯盐浸出法是将铜转变为铜氯络合物进入溶液，然后进行隔膜电解得电铜。

氧化铜矿酸浸法流程氧化铜矿一般不易用选矿法富集，多用稀硫酸溶液直接浸出；所得溶液含铜一般为1～5克/升,可用硫化沉淀、中和水解、铁屑置换以及溶剂萃取－电积等方法提取铜。近年来,萃取-电积法发展较快。其主要过程包括：①用对铜有选择性的肟类螯合萃取剂（Lix-64N，N-510,N-530等）的煤油溶液萃取铜，铜进入有机相而与铁、锌等杂质分离。②用浓度较高的H2SO4溶液反萃铜,得到含铜约50克/升的溶液。反萃后的有机溶剂，经洗涤后，返回萃取过程使用。③电积硫酸铜溶液得电铜，电解后液返回用作反萃剂。生产流程见图3。

硫化铜精矿焙烧浸出法硫化铜精矿经硫酸化焙烧后浸出，得到的含铜浸出液，经电积得电铜。此法适于处理含有钴、镍、锌等金属的硫化铜精矿，但铜的回收率低，回收贵金属较困难，电能消耗大，电解后液的过剩酸量须中和处理，所以一般不采用。

从贫矿石和废矿中提取铜铜矿开采后坑内的残留矿、露天矿剥离的废矿石和铜矿表层的氧化矿，含铜一般较低，多采用堆浸、就地浸出和池浸等方法，浸出其中氧化形态的铜，而所含硫化铜则利用细菌的氧化作用，使之溶解（见细菌浸取，浸取采矿法）。浸出液中的铜可用铁置换得海绵铜,或者用溶剂萃取-电积法制取电铜。

炼铜工艺流程(2009-05-11 22:07:14)

[工艺流程] 有色金属选矿工艺介绍

有色金属矿的选矿工艺因矿物的可选性能而各异，一般原则流程为破碎筛分-磨矿分级-浮选。破碎采用N段一闭路流程。磨矿采用N段闭路流程，浮选工艺流程是N次粗选，N次精选，N次扫选，中矿循序返回流程。精选产品为铜精矿。(N=1,2,3..,按工艺不同所区分）

[工艺流程] 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。

焙烧用的流态化焙烧炉（沸腾炉）见图2。焙烧技术条件见表2。

焙烧roasting （焙烧就是把物料（如矿石）加热而不使熔化，以改变其化学组成或物理性质）

固体物料在高温不发生熔融的条件下进行的反应过程，可以有氧化、热解、还原、卤化等，通常用于无机化工和冶金工业。焙烧过程有加添加剂和不加添加剂两种类型。

不加添加剂的焙烧也称煅烧，按用途可分为：①分解矿石，如石灰石化学加工制成氧化钙，同时制得二氧化碳气体；②活化矿石，目的在于改变矿石结构，使其易于分解，例如：将高岭土焙烧脱水，使其结构疏松多孔，易于进一步加工生产氧化铝；③脱除杂质，如脱硫、脱除有机物和吸附水等；④晶型转化，如焙烧二氧化钛使其改

变晶型，改善其使用性质。

加添加剂的焙烧添加剂可以是气体或固体，固体添加剂兼有助熔剂的作用，使物料熔点降低，以加快反应速度。按添加剂的不同有多种类型：

氧化焙烧粉碎后的固体原料在氧气中焙烧，使其中的有用成分转变成氧化物，同时除去易挥发的砷、锑、硒、碲等杂质。在硫酸工业中，硫铁矿焙烧制备二氧化硫是典型的氧化焙烧。冶金工业中氧化焙烧应用广泛，例如：硫化铜矿、硫化锌矿经氧化焙烧得氧化铜、氧化锌，同时得到二氧化硫。

还原焙烧在矿石或盐类中添加还原剂进行高温处理，常用的还原剂是碳。在制取高纯度产品时，可用氢气、一氧化碳或甲烷作为焙烧还原剂。例如：贫氧化镍矿在加热下用水煤气还原，可使其中的三氧化二铁大部分还原为四氧化三铁,少量还原为氧化亚铁和金属铁;镍、钴的氧化物则还原为金属镍和钴。因为该过程中的三氧化二铁具有弱磁性，四氧化三铁具有强磁性，利用这种差别可以进行磁选，故此过程又称磁化焙烧。

氯化焙烧在矿物或盐类中添加氯化剂进行高温处理,使物料中某些组分转变为气态或凝聚态的氧化物,从而

同其他组分分离。氯化剂可用氯气或氯化物（如氯化钠、氯化钙等）。例如：金红石在流化床中加氯气进行氯化焙烧，生成四氯化钛，经进一步加工可得二氧化钛。又如在铝土矿化学加工中，加炭（高质煤）粉成型后氯化焙烧可制得三氯化铝。若在加氯化剂的同时加入炭粒，使矿物中难选的有价值金属矿物经氯化焙烧后，在炭粒上转变为金属，并附着在炭粒上，随后用选矿方法富集，制成精矿，其品位和回收率均可以提高，称为氯化离析焙烧。

硫酸化焙烧以二氧化硫为反应剂的焙烧过程，通常用于硫化物矿的焙烧，使金属硫化物氧化为易溶于水的硫酸盐。若以Me表示金属，硫酸化焙烧主要包括下列过程：

2MeS+3O2─→2MeO+2SO2

例如：闪锌矿经硫酸化焙烧制得硫酸锌、硫化铜经硫酸化焙烧制得硫酸铜等。

碱性焙烧以纯碱、烧碱或石灰石等碱性物质为反应剂，对固体原料进行高温处理的一种碱解过程。例如：软锰矿与苛性钾焙烧制取锰酸钾；铬铁矿与苛性钾焙烧制取铬酸钾。

钠化焙烧在固体物料中加入适量的氯化钠、硫酸钠等钠化剂，焙烧后产物为易溶于水的钠盐。例如：湿法提钒过程中，细磨钒渣，经磁选除铁后，加钠化剂在回转窑中焙烧，渣中的三价钒氧化成五价钒。

影响固体物料焙烧的转化率与反应速度的主要因素是焙烧温度、固体物料的粒度、固体颗粒外表面性质、物料配比以及气相中各反应组分的分压等。

焙烧过程所用设备，按固体物料运动特性，可分为固定床、移动床和流动床几类；按其所用加热炉的形式可分为反射炉、多膛炉、竖窑、回转窑、沸腾炉、施风炉等。

[工艺流程] 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1150～12 50℃。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1公斤力/厘米2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。

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[工艺流程] 粗铜精炼

分火法精炼和电解精炼。火法精炼利用某些杂质对氧的亲和力大于铜，而其氧化物又不熔于铜液等性质，通过氧化造渣或挥发除去。电解精炼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。

火法精炼

利用某些杂质对氧的亲和力大于铜，而其氧化物又不熔于铜液等性质，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。

粗铜火法精炼主要由鼓风氧化和重油还原两个操作环节构成。铜中有害杂质除去的程度主要取决于氧化过程，而铜中氧的排除程度则决定于还原过程。

1.氧化过程

由于粗铜含铜98%以上，所以在氧化过程中，首先是铜的氧化：

4Cu+O2=2Cu2O

生成的Cu2O溶解于铜液，在操作温度1373~1523K条件下，Cu2O在铜中的杂质金属（Me）发生反应：

Cu2O+Me=2Cu+MeO

反应平衡常数：K=[MeO]*[Cu]/[Cu2O]*[Me]

因为MeO在铜里溶解度小，很容易饱和；而铜的浓度很大，杂质氧化时几乎不发生变化，故都可视为常数，因此上式可写成：K*=[Me]/[Cu2O]

所以，Cu2O的浓度越大，杂质金属Me的浓度就越小。因此，为了迅速完全地除去铜中的杂质，必须使铜液中Cu2O的浓度达到饱和。升高温度可以增加铜液中Cu2O的浓度，但温度太高会使燃料消耗增加，也会使下一步还原时间延长，所以氧化期间温度以1373~1423K为宜，此时Cu2O的饱和浓度为6%~8%。氧化除杂质时，为了减少铜的损失和提高过程效率，常加入各种溶剂如石英砂，石灰和苏打等，使各种杂质生成硅酸铅、砷酸钙等造渣除去。脱硫是在氧化精炼最后进行，这是因为有其他对氧亲和势大的金属时，铜的硫化物不易被氧化，但只要氧化除杂质金属结束，立即就会发生剧烈的相互反应，放出SO2：CuS+2Cu2O=6Cu+SO2

这时铜水出现沸腾现象，称为“铜雨”。除硫结束就开始了还原操作过程。

2.还原过程

还原过程主要是还原Cu2O，用重油、天然气、液化石油气和丙烷等作还原剂，我国工厂多用重油。并依靠重油分解产出的H2、CO等使Cu2O还原，反应为：

Cu2O+H2=2Cu+H2O

Cu2O+CO=2Cu+H2O

Cu2O+C=2Cu+CO

4Cu2O+CH4=8Cu+CO2+2H2O

还原过程的终点控制十分重要，一般以达到铜中含氧0.03~0.05%（或0.3~0.5%Cu2O）为限，超过此限度时，氢气在铜液中的溶解量会急剧增加，在浇铸铜阳极时析出，使阳极板多孔，而还原不足时，就不能产生一定量的水蒸

气，以抵消铜冷凝时的体积收缩部分，降低了阳极板物理规格，同样不利。

电解精炼

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。电解可产出含铜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40～50克/升，温度58～62℃,槽电压0.2～0.3伏,电流密度200～300安/米2,电流效率95～97％,残极率约为15～20％,每吨电铜耗直流电220～300千瓦小时。中国上海冶炼厂铜电解车间电流密度为330安/米2。

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。

电解精炼electrorefining

利用不同元素的阳极溶解或阴极析出难易程度的差异而提取纯金属的技术。电解时用高温还原得到的粗金属铸成阳极，用含有欲制金属的盐溶液做电解液，控制一定电位使溶解电位比精炼金属正的杂质存留在阳极或沉积在阳极泥中(其中往往含有贵金属)，用其他方法分离回收。而溶解电位比精炼金属负的杂质则溶入溶液，不在阴极上析出，从而在阴极上可得到精炼的高纯金属。利用电解精炼的金属有铜、金、银、铂、镍、铁、铅、锑、锡、铋等。

通过电解质溶液的电解，由粗金属作阳极，纯金属作阴极，含有该金属离子的溶液作电解液，金属从阳极溶解，在阴极沉淀。粗金属中的杂质，不活泼的杂质不溶解，成为阳极泥沉落于电解槽底部，活泼的杂质虽然在阳极溶解，但不能在阴极沉淀。所以通过电解阴极可以得到纯度很高的金属。称为金属的电解精炼。

电解精炼常用于有色金属的精炼。如粗铜，粗银，粗镍等的精炼。

电解精炼铜的反应式

阳极:Cu-2e-=Cu2+

阴极:Cu2+ +2e-=Cu