淺談有色金屬冶煉主要工藝設備及用途

邱青原

（西北有色金屬研究院產業處，西安 710016）

就國內近年來的金屬產量和種類來說，主要的冶煉方法是火法冶煉。有色金屬的冶煉方法基本上可分為三大類，第一類是硫化礦物原料的選硫熔煉，屬于這一類的金屬有銅、鎳；第二類是硫化礦物原料先經焙燒或燒結后，進行炭熱還原生產金屬，屬于這一類的金屬有鋅、鉛、銻；第三類是焙燒后的硫化礦或氧化礦用硫酸等溶劑浸出，然后用電積法從溶液中提取金屬，屬于這類冶煉方法的金屬主要有鋅、鎘、鎳、鈷、鋁。銅、鉛冶煉廠生產金、銀處理陽極泥仍使用火法流程，一般陽極泥處理包括脫銅硒、貴鉛的還原熔煉和精煉，銀電解、金電解等工序。鉛陽極泥則用直接熔煉、電解的方法或與脫銅脫硒后的銅陽極泥混合處理。有色金屬冶煉設備有很多，如反射爐、中頻爐、臥式轉爐等，下面進行具體分析。

1　反射爐設備的工藝特點及用途

反射爐廣泛應用于有色金屬冶煉、干燥、焙燒、精煉、熔融、保溫、爐渣處理等領域。就行業技術現狀來看，反射爐一直是銅冶煉的主要設備。銅熔爐的砌筑材料均使用優質的耐火材料，反射爐的爐膛內傳熱不僅取決于火焰的反射，還取決于爐頂、爐壁和熱氣的輻射傳熱。實踐證明，冶煉反射爐在處理完全混合細料方面非常實用，適用于很多種類的原材料和燃料，具有很多優點，如比較容易實現規模化生產、有效降低成本。但是，其在散料處理方面的效果不是很好，也表現出很多缺點，如耗能量高、煙氣大、煙氣中有二氧化硫。經過改造后的反射爐如圖1所示，實用性大大增強，它可以通過富氧鼓風和減少漏風，或者利用氧氣噴射裝置將精礦噴入爐內，可以達到提高反射器生產能力和提高二氧化硫濃度的目的，從而有效使用二氧化硫。

圖1　反射爐

2　中頻爐設備的工藝特點及用途

中頻電爐主要由電源、感應線圈和感應線圈中的耐火材料制成的氦組成，如圖2所示。爐子含有金屬電荷，相當于變壓器的次級繞組。當感應線圈連接到交流電源時，感應線圈中產生交變磁場，磁通量降低坩堝中的金屬電荷并在電荷中產生感應電動勢[1]。由于電荷本身形成一個閉環，這個次級繞組的特征只有一個匝，并且是閉合的。因此，充電中同時產生感應電流，當感應電流通過電荷時，電荷被加熱使其熔化。

中頻電爐采用中頻電源建立中頻磁場，引起感應渦流并在鐵磁材料內部產生熱量，達到加熱材料的目的。中頻爐采用200～2 500 Hz中頻電源進行感應加熱、熔煉和保溫。中頻電爐有廣泛的用途，主要用于碳鋼、合金鋼、特鋼等的冶煉，也可用于加熱銅、鋁等有色金屬。該設備具有體積小、重量輕、效率高、功耗低、熔煉溫度快、爐溫容易控制、生產效率高等優勢。

圖2　中頻爐

3　臥式轉爐設備的工藝特點及用途

臥式轉爐是一種冶金爐，主要用于有色冶金冶煉生產的銅，如圖3所示。它的特點是不需要燃料，它取決于銅和水中的鐵和硫的氧化反應，以釋放熱量并提供所有的熱消耗。銅锍的熔化導致銅品位高于98%的粗銅的生產。現代大型臥式轉爐的殼體直徑約為4 m，長度約為9 m。

殼體鋼板，厚度為4～5 cm，內襯有大量的鎂砂磚、菱鎂鉻磚或鉻鎂磚，爐體的中間部位有爐口，用于爐內送料、排空、結渣、卸銅；爐壁上裝有石英槍，可以用于加入石英熔劑，但也有一些石英槍從爐口加入；在爐體的水平方向通常有排風裝置，主要目的是吹入壓縮空氣。整個爐框放置在支撐輥上，驅動裝置沿水平軸向前和反向旋轉，使爐口轉到適于喂料、吹送、排渣和銅排放的位置[2]。

圖3　臥式轉爐

4　高爐轉爐設備的工藝特點及用途

高爐轉爐主要由爐底、爐膛、熔體排放裝置、爐體、爐頂、支架、鼓風機系等組成，如圖4所示。爐底通常是由鋼筋混凝土構成的，其中豎立的鋼支撐或千斤頂支撐爐膛。這個爐缸底部是鑄鋼或鑄鐵板，其次是石棉板、黏土磚和鎂磚、爐水套壁組成，這個爐體由多個水套組成。每個水套的大小都有一定的規范，一般來說寬度是0.8～1.2 m，高度是1.6～5.0 m，它與鍋爐板焊接并固定在一個特殊的支架上。支架上還設置有風道和水管，該高爐可用于冶煉銅、鎳、鈷等金屬和鉛、鋅等金屬的還原熔煉，以及雜銅和鉛的熔煉。

高爐的爐料通常是塊狀的，常用的燃料是焦炭，空氣從下風口吹入，風口內的焦炭燃燒，形成高溫熔煉區，原料劇烈反應并連續熔化。熔煉時，爐膛內的熔體得到澄清，金屬和爐渣分別被釋放出來。熔渣熔煉后，熔體通過床流進入前床，澄清和分離出冰銅和渣。熱煙氣通過爐料并上升到爐頂，以允許爐料預熱，并發生部分熔煉化學反應[3]。因此，高爐具有良好的傳熱傳質條件，熱效率高，單位面積日產量大。

圖4　高爐轉爐

5　結語

有色金屬冶煉可以籠統地分為兩種方法。濕法冶煉一般適應于回收品位較低的礦，而火法冶煉則適用于回收高品位的礦。例如，火法冶煉銅鉛的原料是銅精粉、鉛精粉等，這些精粉里的相應金屬元素含量一般都在50%以上。黃金冶煉廠是冶煉黃金的，目前從金精粉提取黃金主要有兩種工藝流程：一是運用金精粉直接氰化工藝，直接向金精粉原料中加入浸金藥劑，進行浸金，將礦粉中的金溶于溶液，然后經固液分離設備，將含金溶液分離出來，加入還原劑將金還原，精煉后熔鑄成金錠。二是金精粉經焙燒爐焙燒后，焙燒渣經酸浸，回收其中的銅等元素（因為礦粉中的銅對浸金是不利的），然后加氰化浸金藥劑，將金浸出，后面的工序與方法與工藝一相同。