Analyse du principe de la technologie de raffinage des fours électriques à réflexion de cuivre

La constante d'équilibre de cette réaction est :
Le corps principal du cuivre liquide est le cuivre métallique, avec une concentration élevée. En raison de la masse d'impuretés relativement faible, bien que les impuretés soient oxydées par Cu2O, on peut considérer que [Cu] reste fondamentalement inchangé (c'est-à-dire constant). Dans le même temps, comme la solubilité de l'oxyde d'impureté (MeO) dans le liquide de cuivre est très faible, il peut rapidement atteindre la saturation, donc dans la plupart des cas, lorsque la température est constante, [MeO] peut être considéré comme une valeur constante , donc la constante d'équilibre de la réaction peut être exprimée par la formule suivante : K '=[Cu2O] [Me]
Étain. Lors du traitement des matériaux en bronze, la teneur en étain des matériaux est élevée et l'étain et le cuivre sont mutuellement solubles lorsqu'ils sont liquides. L'étain est oxydé dans le four à réverbère pour former de l'oxyde stanneux (SnO) et du dioxyde d'étain (SnO2). SnO est faiblement alcalin, peut former des scories avec SiO2 et peut également être partiellement volatilisé. Le SnO2 est faiblement acide et soluble dans le cuivre liquide. À ce moment, un solvant alcalin (soude ou calcaire) doit être ajouté pour en faire du laitier, et un four tubulaire génère du stannate de sodium (Na2O · SnO2) ou du stannate de calcium (CaO · SnO2) qui n'est pas fondu dans le cuivre liquide. La pratique a montré que l'ajout d'un flux mixte composé de 30 % d'oxyde de calcium et de 7{{10}} % de carbonate de sodium peut réduire la teneur en étain du cuivre de 0,029 % à 0,002 %. L'utilisation d'un fondant mixte composé de Fe2O3 et de 50 % de SiO2 peut également réduire rapidement la teneur en étain à 0,005 % et éliminer une partie du plomb.
Arsenic. D'As ? Le diagramme de phase du Cu montre que l'arsenic et le cuivre sont mutuellement solubles à l'état liquide. Au cours de l'oxydation, l'arsenic peut être oxydé en As2O3 volatil, qui est évacué avec le gaz du four. Cependant, une petite quantité d'arsenic peut également être oxydée en As2O5 et générer de l'arséniate de cuivre (Cu2O · XAs2O5), qui est soluble dans le cuivre liquide. Lorsque du nickel est présent dans le cuivre liquide, l'arsenic peut également former du mica de nickel avec du cuivre et du nickel, ce qui augmente la difficulté d'élimination de l'arsenic.
Antimoine. L'antimoine et le cuivre sont infiniment miscibles à l'état liquide, et le cuivre et l'antimoine peuvent également générer Cu3Sb et Cu3Sb2. Comme l'arsenic, l'antimoine génère également du Sb2O3 volatil lors de l'oxydation et peut également générer du Cu2O · Sb2O3 et du Cu2O · Sb2O5 solubles dans le cuivre liquide. Ainsi, lorsqu'il s'agit d'impuretés de cuivre à haute teneur en As et Sb, le processus d'oxydation et de réduction doit être répété plusieurs fois, de sorte que l'As2O5 et le Sb2O5 non volatils soient réduits en As2O3 et Sb2O3 volatils, et que l'As et le Sb non volatils soient traités. avec un flux alcalin.
Or et argent. L'or et l'argent sont complètement enrichis en cuivre d'anode et entrent dans la boue d'anode lors du raffinage électrolytique, qui peut être encore traité pour récupérer.
Une fois toutes les impuretés éliminées, la période d'oxydation se termine et le processus passe à la période de réduction. L'effet de la réduction est de réduire l'oxyde de cuivre oxydé en cuivre métallique et d'éliminer le gaz dissous dans le liquide de cuivre. À la fin de l'oxydation, il reste encore environ 8 % de Cu2O dans le four à caisson et le cuivre liquide. Un excès d'oxygène dans le cuivre rendra le cuivre cassant, réduira sa ductilité et sa conductivité, et par conséquent une réduction est nécessaire. Pendant la période de réduction, les principales réactions chimiques qui se produisent lors de l'utilisation d'huile lourde, de copeaux de bois, etc. sont les suivantes : 6Cu2O plus 2C2Hm=12Cu plus 2Co plus mH2 plus 2CO2
Lors de la réduction avec NH3, les réactions suivantes se produisent : Cu2O plus 2NH36Cu plus N2 plus 3H2O
Si le gaz naturel est utilisé comme agent réducteur, un "reformage" doit être effectué sur le gaz naturel. Sinon, le composant méthane CH4 du gaz naturel se décompose à 1000 degrés pour produire une grande quantité de H2. Bien qu'il puisse améliorer la réduction, il augmente également l'adsorption d'hydrogène par le cuivre.
A une certaine température (où K est une constante), la teneur en impuretés du cuivre liquide est inversement proportionnelle à la teneur en Cu2O. Plus le [Cu2O] est grand, plus le [Me] est petit, indiquant qu'il reste moins d'impuretés non oxydées dans le cuivre liquide et plus l'opération d'affinage est complète. La pratique a montré que pour éliminer rapidement et complètement les impuretés du liquide de cuivre, des efforts doivent être faits pour renforcer le processus d'oxydation, et le four électrique doit faire en sorte que la concentration de Cu2O dans le liquide de cuivre atteigne un état saturé.
La solubilité de Cu2O dans le cuivre liquide augmente avec l'augmentation de la température :
Degré de température 1100115012001250
Pourcentage de solubilité 58.312.413.1
Lorsque la solubilité de Cu2O dépasse la solubilité à cette température, la masse fondue sera divisée en deux couches. La couche inférieure est un liquide de cuivre saturé de Cu2O et la couche supérieure est une phase de Cu2O saturée de cuivre. Cette relation est clairement visible sur le diagramme de phase du système Cu ¥ O. La solubilité dans le cuivre liquide augmente très peu et la masse fondue subit une stratification, ce qui fait pénétrer du Cu2O dans la couche de laitier. De plus, une oxydation excessive augmente le processus de réduction et consomme plus d'agents réducteurs. Par conséquent, afin d'éviter une oxydation excessive du liquide de cuivre, le four électrique tubulaire nécessite que la période d'oxydation soit maintenue à 1150 ~ 1170 degrés.
Lors de l'utilisation d'un procédé en une étape pour traiter divers cuivres, il est généralement effectué dans le four à réverbère fixe, donc en fait, il ne s'agit pas seulement de fusion mais aussi d'affinage dans le four à réverbère.
Le principe de raffinage du four à réverbère de ferraille de cuivre est essentiellement le même que celui du pyroraffinage de minerai de cuivre. Cependant, en raison de la teneur élevée en impuretés du cuivre brut secondaire (parfois jusqu'à 4 % ), l'opération a ses caractéristiques uniques. Lorsque les déchets de cuivre sont traités dans le four à réverbère, l'ensemble du processus d'affinage comprend la fusion, l'oxydation, le recyclage, l'élimination des scories, la coulée et d'autres opérations. Le cœur de l'ensemble de la mission est l'oxydation et la réduction. Ce qui suit traite principalement de l'oxydation et de la réduction.
Le principe de base du raffinage de l'oxyde de cuivre est que la plupart des impuretés présentes dans le cuivre ont une plus grande affinité pour l'oxygène que le cuivre pour l'oxygène, et les oxydes de la plupart des impuretés ont une solubilité plus faible dans le cuivre liquide. Par conséquent, lorsque de l'air est insufflé dans la masse fondue, les impuretés sont préférentiellement oxydées et éliminées. Cependant, le cuivre représente la grande majorité de la fonte du four électrique et la masse d'impuretés est très faible. Ainsi, lors de l'oxydation, le cuivre est le premier à s'oxyder.
4Cu plus O2=2Cu2O
Le Cu2O généré est immédiatement dissous dans le liquide de cuivre et réagit avec les impuretés dans le liquide de cuivre, provoquant l'oxydation des impuretés.
Dans la formule [Cu2O] plus [Me]=2 [Cu] plus (MeO), [] représente la concentration des substances dans le liquide de cuivre ; () représente la concentration de substances dans la phase laitier ; Moi est un métal d'impureté.
Le comportement des principales impuretés lors du processus d'affinage par oxydation se résume comme suit :
Fer. L'affinité du fer pour l'oxygène est beaucoup plus grande que celle du cuivre pour l'oxygène, de sorte que le fer est facilement oxydé et éliminé par scorification. La réaction d'oxydation du fer s'effectue selon l'équation suivante : Cu2O plus Fe=2Cu plus FeO
Selon l'estimation thermodynamique, le fer peut être éliminé jusqu'à 100 000 parties au cours du processus de raffinage.
Nickel. Le nickel est une impureté difficile à éliminer. Le nickel et le cuivre peuvent former une série de solutions solides. Bien que le nickel soit oxydé à la fois en période de fusion et en période d'oxydation, il est lent et incomplet, et le NiO généré pendant la période d'oxydation se répartit entre le cuivre liquide et le laitier. Le NiO dissous dans le laitier peut générer du NiO · Fe2O3 qui est insoluble dans le liquide de cuivre mais soluble dans la phase de laitier. Cette partie de nickel peut être retirée. Les calculs thermodynamiques dans un four à caisson montrent que lorsque le liquide de cuivre contient 16 % de nickel, le nickel peut être extrait à 0,25 %.
Lorsque le cuivre liquide contient à la fois du nickel et de l'arsenic et de l'antimoine, l'élimination du nickel est encore plus difficile. Parce que NiO dissous dans du cuivre liquide peut former du mica de nickel (6Cu2O · 8NiO · 2As2O3 ou 6Cu2O · 8NiO · 2Sb2O3) soluble dans du cuivre liquide avec Cu, As ou Sb. Afin d'éliminer le nickel, seul un flux alcalin est ajouté pour décomposer le mica de nickel.
Zinc. Le zinc et le cuivre sont complètement miscibles à l'état liquide, avec un point d'ébullition de 906 degrés. Lors de l'affinage, la majeure partie du zinc s'évapore sous forme métallique lors de l'étape de fusion, puis est oxydée par l'oxygène du gaz du four pour former du ZnO, qui est évacué avec le gaz du four et collecté dans le système de dépoussiérage. Le zinc restant est oxydé en ZnO au début de l'oxydation, formant du silicate de zinc (2ZnO · SiO2) et de la ferrite de zinc (ZnO · Fe2O3) et pénétrant dans le laitier. Lors du raffinage de matériaux en cuivre impurs à haute teneur en zinc (tels que le cuivre impur jaune), afin d'accélérer la volatilisation du zinc, la température du four est augmentée pendant les périodes de fusion et d'oxydation (généralement maintenues à 1300 ~ 1350 degrés), et un une couche de particules de charbon de bois ou de coke sans soufre est recouverte à la surface de la masse fondue pour réduire l'oxyde de zinc en zinc métallique et se volatiliser, afin d'éviter la formation de croûtes d'oxyde de zinc qui entravent le processus d'évaporation du zinc.
Mener. Le plomb solide est insoluble dans le cuivre et se dissout rarement à l'état liquide. Cependant, pendant la période d'oxydation, lorsque le plomb est oxydé en oxyde de plomb, sa densité (9,2) est supérieure à celle du cuivre (8,9), il se dépose donc au fond du four. Par conséquent, s'il s'agit d'un fond de four acide, le PbO réagira avec SiO2 dans le matériau de construction du four pour générer du silicate de plomb (XPbO · YSiO) avec une densité plus faible. Flottant ainsi à la surface du bain de fusion et étant retiré. Si le fond du four est en matériau réfractaire alcalin, il est difficile d'éliminer le plomb. À ce stade, le flux de quartz doit être insufflé dans la masse fondue pour augmenter le débit d'air et maintenir une température élevée du four (environ 1250 degrés), permettant au PbO et au SiO2 de réagir et de produire du silicate de plomb. La méthode d'utilisation des scories de quartz pour éliminer le plomb prend beaucoup de temps et entraîne une grande perte de scories de cuivre. Afin d'améliorer l'effet d'élimination du plomb et de pallier les inconvénients de cette méthode, du cuivre phosphoreux peut être ajouté pour éliminer le plomb sous forme de phosphate. L'oxyde de bore peut également être utilisé comme fondant pour éliminer le plomb sous forme de borate de plomb.

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