為了提升銅的使用、加工性能,需要除去粗銅中的雜質(zhì),如鎳、鉛、砷等,同時(shí)回收其中的有價(jià)金屬,如金、銀等,這便是粗銅的精煉工藝。該流程一般分為兩個(gè)階段,一是將粗銅火法精煉成陽(yáng)極銅,二是將陽(yáng)極銅電解精煉成電解銅。
1. 火法精煉
火法精煉是粗銅——陽(yáng)極銅的過(guò)程,基本流程是在精煉爐內(nèi)向粗銅熔體內(nèi)鼓入空氣,使熔體中對(duì)氧親和力較大的雜質(zhì)如鋅、鐵、鉛、鎳等發(fā)生氧化,以氧化物的形態(tài)浮于熔體表面形成爐渣,或揮發(fā)進(jìn)入爐氣而除去,殘留的氧經(jīng)還原脫去后,即可澆鑄成陽(yáng)極板。歸納來(lái)看,這一過(guò)程可分為加料、熔化、氧化、還原、澆注五個(gè)步驟。在還原步驟中,目前主流的還原劑有氨氣、石油液化氣和重油,其中我國(guó)以重油為主,噸銅約需4kg還原劑。
精煉爐一般有固定式精煉反射爐、回轉(zhuǎn)式精煉爐以及傾動(dòng)式精煉爐,其中,回轉(zhuǎn)式精煉爐的精煉效果較好,產(chǎn)品質(zhì)量較高、節(jié)能且生產(chǎn)成本較低,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
精煉后的產(chǎn)物除了陽(yáng)極板(含Cu量99.2%-99.7%)外,還有爐渣、爐氣和煙塵。其中,爐渣的含銅量較高,約為10%-30%,一般需要將其返回轉(zhuǎn)爐吹煉或加入鼓風(fēng)爐做進(jìn)一步處理。爐氣中的成分一般為O2、CO2、CO,不含SO2,所以可將其直接排出。
2. 電解精煉
電解精煉是陽(yáng)極銅——精煉銅的過(guò)程,基本流程是在電解槽中將陽(yáng)極板和始極片(純銅或不銹鋼)同時(shí)浸入電解液(硫酸和硫酸銅的水溶液),在直流電的作用下,陽(yáng)極上的銅以離子狀態(tài)進(jìn)入電解液并在陰極上電化析出,成為陰極銅(電解銅),有價(jià)金屬以陽(yáng)極泥的形式沉淀回收。此方法的基本原理是利用了銅和雜質(zhì)的電位序不同來(lái)分離二者。
傳統(tǒng)電解工藝中,陰極始極片主要使用純銅片制作,此工藝相對(duì)復(fù)雜且需要獨(dú)立的生產(chǎn)系統(tǒng),勞動(dòng)強(qiáng)度大,生產(chǎn)過(guò)程中需要定期更換始極片而提升成本。上世紀(jì)70年代后,永久性不銹鋼陰極法投入使用,即陰極采用不銹鋼始極片,陰極銅由自動(dòng)剝片機(jī)從不銹鋼陰極上剝?nèi)?。這種方法不僅無(wú)需建立單獨(dú)的始極片生產(chǎn)車間,而且可大大減少更換始極片的周期,從而降低生產(chǎn)及勞動(dòng)力成本。目前來(lái)看,這種方法得到了國(guó)內(nèi)外冶煉廠的廣泛使用。永久性不銹鋼陰極法又可分為ISA法、KIDD法及OT法,基本形式一樣,細(xì)節(jié)有些許不同。(見表7)