(二)有色金屬行業(yè)主要工藝流程

在現(xiàn)代冶金中，由于礦石(或精礦)性質(zhì)和成分、能源、環(huán)境保護(hù)以及技術(shù)條件等情況的不同，實現(xiàn)上述冶金作業(yè)的工藝流程和方法也是多種多樣的。根據(jù)各種方法的特點，大致可將其歸納為三類：火法冶金、濕法冶金和電冶金。我國有色金屬產(chǎn)量最多的是鋁，其次是銅，下面對銅和鋁的生產(chǎn)予以簡介。

1.銅的生產(chǎn)工藝流程

銅的冶煉可分為火法煉銅和濕法煉銅兩種，火法煉銅是當(dāng)今生產(chǎn)銅的最主要方法，占銅產(chǎn)量的80%～90%，主要原料為硫化礦，其主要工藝流程如圖4-9所示。

火法煉銅的工藝過程主要包括四個主要步驟：造锍熔煉、銅锍吹煉、粗銅火法精煉和陽極銅電解精煉。火法煉銅的優(yōu)點是適應(yīng)性強(qiáng)、能耗低、生產(chǎn)效率高、金屬回收率高。

(1)造锍熔煉。硫化銅精礦含銅一般為10%～30%，除脈石外，常伴有大量鐵的硫化物，其含量超過主金屬銅，所以由精礦直接煉出粗金屬，在技術(shù)上仍有一定困難。因此，世界上普遍采用造锍熔煉—銅锍吹煉的工藝來處理硫化銅精礦。

造锍熔煉的過程為，將硫化銅精礦、部分氧化物焙燒礦和適量的溶劑等爐料，在1423～1523K的高溫下進(jìn)行熔煉，產(chǎn)出兩種互不相溶的液相，即銅锍(冰銅)和熔渣。銅锍(CuzS.FeS)中銅、鐵、硫的總量占85%～95%，爐料中的貴金屬幾乎全部進(jìn)入銅锍;爐渣是以Si02、Fe0、Ca0等為主的硅酸鹽熔體，兩者互不相容，從而實現(xiàn)銅锍與熔渣的相互分離。

傳統(tǒng)的造锍熔煉法有反射爐熔煉、電爐熔煉和密閉鼓風(fēng)爐熔煉;現(xiàn)代的強(qiáng)化熔煉法有閃速爐熔煉、諾蘭達(dá)法、三菱法、瓦紐柯夫法、白銀法和艾薩法或奧斯麥特法。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)熔煉方法的缺點日益明顯，因此，這些傳統(tǒng)熔煉工藝正逐步地被節(jié)能、環(huán)境友好的強(qiáng)化熔煉新工藝代替。

(2)銅锍吹煉。銅锍吹煉的任務(wù)是將銅锍吹煉成含銅98.5%～99.5%的粗銅。吹煉的實質(zhì)是在一定壓力下將空氣送到液體銅锍中，使銅锍中FeS氧化成Fe0與加入的石英溶劑造渣，進(jìn)一步脫出硫和鐵等雜質(zhì)，Cu2S則與氧化生成的Cu2O發(fā)生相互反應(yīng)變成粗銅(含銅98%～99%)。吹煉過程所需熱量全靠熔锍中的硫和鐵的氧化及造渣反應(yīng)所放出的熱量供給，為自熱過程，吹煉過程的溫度為1473～1533K。

當(dāng)代傳統(tǒng)成熟的吹煉技術(shù)包括臥式轉(zhuǎn)爐(P-S轉(zhuǎn)爐)吹煉、固定反射爐側(cè)式連續(xù)吹煉，國際中先進(jìn)高效吹煉技術(shù)包括閃速爐吹煉、三菱法吹煉爐、奧斯麥特吹煉爐。我國大都采用臥式轉(zhuǎn)爐進(jìn)行吹煉，其結(jié)構(gòu)如圖4-10所示。

(3)粗銅火法精煉。粗銅火法精煉過程為氧化還原反應(yīng)，利用雜質(zhì)對氧的親和力大于銅對氧的親和力以及雜質(zhì)氧化物在銅中溶解度低的特點，在爐內(nèi)裝入粗銅后加入燃料和氧氣，使雜質(zhì)氧化而被除去，然后在銅水中加入還原劑氧化，最后得到陽極銅。滅法精煉步驟分為加料、熔化、氧化、還原和澆鑄幾個步驟，精煉過程的時間較長，燃料消耗很大。精煉的設(shè)備可以在反射爐、回轉(zhuǎn)爐或傾動爐中進(jìn)行，我國使用最為普遍的是反射爐。

(4)陽極銅電解精煉。銅的電解精煉是在鋼筋混凝土制作的長方形電解槽中進(jìn)行，槽內(nèi)襯鉛皮或聚氯乙烯塑料以防腐蝕，電解槽放置于鋼筋混凝土的橫梁上，槽子底部與橫梁之間要用瓷磚或橡膠板絕緣，相鄰兩個電解槽的側(cè)壁間有空隙，上面放瓷磚或塑料板絕緣，再放導(dǎo)電銅排連接陰陽極。電解精煉以火法精煉的銅為陽極，硫酸銅和硫酸水溶液為電解質(zhì)，電銅為陰極，向電解槽通直流電使陽極溶解，在陰極析出更純的金屬銅的過程，如圖4-11所示。雜質(zhì)進(jìn)入陽極泥或保留在電解液中，需要定期抽出電解液進(jìn)行凈化。