浅谈有色金属冶炼主要工艺设备及用途

邱青原

（西北有色金属研究院产业处，西安 710016）

就国内近年来的金属产量和种类来说，主要的冶炼方法是火法冶炼。有色金属的冶炼方法基本上可分为三大类，第一类是硫化矿物原料的选硫熔炼，属于这一类的金属有铜、镍；第二类是硫化矿物原料先经焙烧或烧结后，进行炭热还原生产金属，属于这一类的金属有锌、铅、锑；第三类是焙烧后的硫化矿或氧化矿用硫酸等溶剂浸出，然后用电积法从溶液中提取金属，属于这类冶炼方法的金属主要有锌、镉、镍、钴、铝。铜、铅冶炼厂生产金、银处理阳极泥仍使用火法流程，一般阳极泥处理包括脱铜硒、贵铅的还原熔炼和精炼，银电解、金电解等工序。铅阳极泥则用直接熔炼、电解的方法或与脱铜脱硒后的铜阳极泥混合处理。有色金属冶炼设备有很多，如反射炉、中频炉、卧式转炉等，下面进行具体分析。

1　反射炉设备的工艺特点及用途

反射炉广泛应用于有色金属冶炼、干燥、焙烧、精炼、熔融、保温、炉渣处理等领域。就行业技术现状来看，反射炉一直是铜冶炼的主要设备。铜熔炉的砌筑材料均使用优质的耐火材料，反射炉的炉膛内传热不仅取决于火焰的反射，还取决于炉顶、炉壁和热气的辐射传热。实践证明，冶炼反射炉在处理完全混合细料方面非常实用，适用于很多种类的原材料和燃料，具有很多优点，如比较容易实现规模化生产、有效降低成本。但是，其在散料处理方面的效果不是很好，也表现出很多缺点，如耗能量高、烟气大、烟气中有二氧化硫。经过改造后的反射炉如图1所示，实用性大大增强，它可以通过富氧鼓风和减少漏风，或者利用氧气喷射装置将精矿喷入炉内，可以达到提高反射器生产能力和提高二氧化硫浓度的目的，从而有效使用二氧化硫。

图1　反射炉

2　中频炉设备的工艺特点及用途

中频电炉主要由电源、感应线圈和感应线圈中的耐火材料制成的氦组成，如图2所示。炉子含有金属电荷，相当于变压器的次级绕组。当感应线圈连接到交流电源时，感应线圈中产生交变磁场，磁通量降低坩埚中的金属电荷并在电荷中产生感应电动势[1]。由于电荷本身形成一个闭环，这个次级绕组的特征只有一个匝，并且是闭合的。因此，充电中同时产生感应电流，当感应电流通过电荷时，电荷被加热使其熔化。

中频电炉采用中频电源建立中频磁场，引起感应涡流并在铁磁材料内部产生热量，达到加热材料的目的。中频炉采用200～2 500 Hz中频电源进行感应加热、熔炼和保温。中频电炉有广泛的用途，主要用于碳钢、合金钢、特钢等的冶炼，也可用于加热铜、铝等有色金属。该设备具有体积小、重量轻、效率高、功耗低、熔炼温度快、炉温容易控制、生产效率高等优势。

图2　中频炉

3　卧式转炉设备的工艺特点及用途

卧式转炉是一种冶金炉，主要用于有色冶金冶炼生产的铜，如图3所示。它的特点是不需要燃料，它取决于铜和水中的铁和硫的氧化反应，以释放热量并提供所有的热消耗。铜锍的熔化导致铜品位高于98%的粗铜的生产。现代大型卧式转炉的壳体直径约为4 m，长度约为9 m。

壳体钢板，厚度为4～5 cm，内衬有大量的镁砂砖、菱镁铬砖或铬镁砖，炉体的中间部位有炉口，用于炉内送料、排空、结渣、卸铜；炉壁上装有石英枪，可以用于加入石英熔剂，但也有一些石英枪从炉口加入；在炉体的水平方向通常有排风装置，主要目的是吹入压缩空气。整个炉框放置在支撑辊上，驱动装置沿水平轴向前和反向旋转，使炉口转到适于喂料、吹送、排渣和铜排放的位置[2]。

图3　卧式转炉

4　高炉转炉设备的工艺特点及用途

高炉转炉主要由炉底、炉膛、熔体排放装置、炉体、炉顶、支架、鼓风机系等组成，如图4所示。炉底通常是由钢筋混凝土构成的，其中竖立的钢支撑或千斤顶支撑炉膛。这个炉缸底部是铸钢或铸铁板，其次是石棉板、黏土砖和镁砖、炉水套壁组成，这个炉体由多个水套组成。每个水套的大小都有一定的规范，一般来说宽度是0.8～1.2 m，高度是1.6～5.0 m，它与锅炉板焊接并固定在一个特殊的支架上。支架上还设置有风道和水管，该高炉可用于冶炼铜、镍、钴等金属和铅、锌等金属的还原熔炼，以及杂铜和铅的熔炼。

高炉的炉料通常是块状的，常用的燃料是焦炭，空气从下风口吹入，风口内的焦炭燃烧，形成高温熔炼区，原料剧烈反应并连续熔化。熔炼时，炉膛内的熔体得到澄清，金属和炉渣分别被释放出来。熔渣熔炼后，熔体通过床流进入前床，澄清和分离出冰铜和渣。热烟气通过炉料并上升到炉顶，以允许炉料预热，并发生部分熔炼化学反应[3]。因此，高炉具有良好的传热传质条件，热效率高，单位面积日产量大。

图4　高炉转炉

5　结语

有色金属冶炼可以笼统地分为两种方法。湿法冶炼一般适应于回收品位较低的矿，而火法冶炼则适用于回收高品位的矿。例如，火法冶炼铜铅的原料是铜精粉、铅精粉等，这些精粉里的相应金属元素含量一般都在50%以上。黄金冶炼厂是冶炼黄金的，目前从金精粉提取黄金主要有两种工艺流程：一是运用金精粉直接氰化工艺，直接向金精粉原料中加入浸金药剂，进行浸金，将矿粉中的金溶于溶液，然后经固液分离设备，将含金溶液分离出来，加入还原剂将金还原，精炼后熔铸成金锭。二是金精粉经焙烧炉焙烧后，焙烧渣经酸浸，回收其中的铜等元素（因为矿粉中的铜对浸金是不利的），然后加氰化浸金药剂，将金浸出，后面的工序与方法与工艺一相同。