再生原料熔炼 熔炼含铜再生原料的最通用的冶金设备是鼓风炉。处理低品位的不适宜生产铜合金的原料流程见图1。图1再生含铜墙体材料处理流程图。高炉炉料包括:(1)污染铜及其合金的废料，如切割头、废钢、板头、钢丝等；以及含有铜和铜合金零件的工业和家庭废物；含铁量高的双金属废物，包括以有色金属形式存在的有色金属。(二)生产铜基合金产生的炉渣和炉体碎片；返渣；覆层；预铜垃圾块；型砂、粉末和其他细碎颗粒，含有金属氧化物和渣状有色金属。双金属、应时和石灰石是冶炼中的精神熔剂，焦炭是燃料和还原剂。高炉冶炼的目的是使铜和锡最大限度地转化为黑铜(青铜)，尽可能地使锌完全挥发。高炉冶炼再生原料是一个还原过程。在熔炼过程中，10-15%的焦炭被消耗掉，释放的热量足以熔化炉料，使熔炼产物过热，并将锌、铅和其他有色金属及其化合物蒸馏成气相。不需要在炉内创造强还原环境，因为大部分炉料含有游离态或合金态的铜和其他金属。炉料中的大部分氧化物容易被还原。根据爆炸的高度，可以分为五个区域来代表每个区域的物理化学过程。这些过程根据冶炼产品决定金属的性质和分布。第一个区域是保留区。从炉子风口区域上升的炉气温度为400 ~ 600℃。在这一区域，炉料被预热，水分被蒸发，由于金属铅和焊料的熔化，液相首先出现，为下一道工序的物理化学变化做好炉料准备。依靠充电口吸入的空气体，锌蒸气和一氧化碳在充电表面燃烧，所以排气温度高达660 ~ 1000℃。在第二区，炉气和炉料的温度在600 ~ 1000℃之间。碳酸盐分解、黄铜熔化、铜锌合金中的部分锌挥发在该地区发生，有色金属和铁氧化物的还原过程开始。氧化铜最容易被气态和固态还原剂还原。在Cu2O+Co = 2Cu+CO2反应的平衡状态下，得到的气相混合物中一氧化碳的分压如下:温度(℃) 900 1050 1083CO压力(Pa) 2.79 9.04 11.31。所列数据表明，在高炉还原熔炼条件下，氧化亚铜可被任何成分的炉气还原成金属铜。氧化铜也容易还原。在445℃时，CuO+Co → Cu+O2反应的平衡气体混合物包含99%的CuO2和1%的Co。还原硅酸铜和铁酸铜需要气相中更高浓度的一氧化碳。游离氧化铅也容易还原。再生含铜原料中的一些铅以硅酸盐和铁酸盐的形式存在。硅酸氧化铅是一种易熔化合物(熔点727 ~ 772℃)。因此，大部分的铅是在冶炼过程中减少的。在800 ~ 850℃下，液态硅酸盐化合物还原铅反应中一氧化碳的平衡浓度为3 ~ 6%。虽然铅的氧化物还原相当容易，但不可能完全还原。因此，炉渣中总是含有氧化铅(ⅱ)。后者受到通过鼓风炉快速进入炉膛的易熔和高流动性硅酸铅的限制。【接下来】把锡和锡铜合金或者焊料换成黑铜也不是特别难。氧化锡的还原过程是渐进的:SnO2→SnO→Sn。这些氧化物的还原条件其实是一样的。游离的氧化亚锡(Sn2++)是一种不稳定的化合物，它根据以下反应歧化:2SNO ←→ SnO2+Sn (1)氧化锡与一氧化碳还原反应的平衡气相混合物的组成有以下数据:温度(℃)800 1000 1200 CO+CO2混合物中CO含量(%)。20.9 8.0 4.0中列出的数据证明，将氧化锡还原为金属锡比将铜和氧化铅还原为金属铜和铅要困难得多。更困难的是还原成渣的氧化锡。CaO、FeO等强碱性氧化物的存在会促进锡从渣化氧化锡还原为黑铜:2s no SiO 2+2 CaO+2C(CO)= 2SN+2 CaO SiO 2+2CO(CO2)(2)2s no SiO 2+2 FeO+2C(CO)= 2SN+2 FeO SiO。(3)利用高炉中已有的金属铁冶炼含化合物锡的再生原料，减少锡化合物意义重大:2SNO SiO2+2Fe = 2SN+2FeO SiO2 (4)高炉冶炼炉中的锌(占其总含量的25-30%)有相当一部分是氧化锌。这是一种很难减少的化合物。因为气相中的CO浓度低，所以反应ZnO+Co = Zn+CO2 (5)的可能性小。在高炉冶炼过程中，氧化锌在1000℃以上主要被金属铁还原:ZnO+Fe→Zn+FeO(6)2 ZnO SiO 2+2Fe = 2Zn+2 FeO SiO 2(7)ZnO fe2o 3+Fe+Co = Zn+3 FeO+CO2(8)由于氧化锌难以还原，在1000 ~ 1300℃的第三区，有色金属化合物的还原过程完成，炉料熔化，同时生成黑铜和炉渣。锌和其他挥发性成分(包括氧化铅和氧化亚锡)继续转移到气相中。在第四区——风口区，炉温上升到约1300 ~ 1400℃。在靠近风口和稍高一点的区域，熔炉中充满了红色的热焦炭。通过焦炭层，液态熔融物被过滤下来。在风口区域发生挥发性组分的强烈挥发。借助于焦炭的燃烧和固体碳的气化，在炉中保持必要的温度动态和还原环境。必须注意，高炉处理含硫物料和利用含碳焦炭是不合理的。炉料和燃料中硫的存在会导致锍的形成，转移到气相中的铅和锡(PbS和SnS是易挥发的)会增多。在第五区(内炉膛)，液态熔融物被聚集，黑铜被定期排出，并且熔融物的成分被澄清和分层。当炉外有澄清槽时，熔化的混合产物不断从炉内排出，最后在炉外澄清槽内按密度分层。炉膛内的温度为1200 ~ 1250℃，靠熔体进入炉膛的焓来维持。高炉冶炼再生铜材工艺的特点是产生高锌渣。这种炉渣中氧化锌的含量从8%到18%不等，通常从9%到12%。炉渣中Al2O3的含量为5 ~ 13%，而氧化锌和Al2O3的总含量为20 ~ 30%。这些炉渣与有色金属冶金中使用的其他过程的炉渣有很大的不同。炉渣中总锌含量的大约60%以硅酸盐的形式存在。尖晶石(锌尖晶石ZnO Al2O3)形式的锌的比例为40%。熔渣中难熔锌尖晶石(熔点≈1930℃)的存在对熔渣的性能产生不利影响，并导致黑铜珠混入熔渣中。炉渣应该是碱性的，因为高含量的氧化锌需要增加炉渣中氧化亚铁的含量，当铁含量不足时，不得不增加氧化钙的含量。根据高炉生产实践，最适宜的炉渣成分为:SiO 2 224～26%，FeO 35～40%，Cao 8～12%。当用这种成分的炉渣冶炼时，铜的损失减少，锌的挥发令人满意。在这种情况下，炉渣中的铜含量不超过0.9%。高炉冶炼时，双金属、应时和石灰石用作熔剂。双金属中的铁确保氧化物中的非铁金属还原更完全，并产生具有规定氧化亚铁含量的炉渣。实践证明，高炉冶炼时，炉料中氧化亚铁含量高的物料最适宜的含量应为4%左右。实际上双金属的供给量是2.5 ~ 3.0倍，超过要求，会产生铁球，增加炉渣产量，增加焦炭消耗。去除高炉冶炼炉料中的一些双金属废料，将有助于提高工艺的技术经济指标。【下一步】冶炼过程中，游离氧化钙破坏有色硅酸盐和铁酸盐。因为氧化钙是一种强碱性氧化物，它取代化合物中的有色金属氧化物，并促进其还原。处理富铜返矿时(吹炼渣、铜基合金冶炼渣等。)，特别需要添加熔剂，因为在这些返回物中，铜、锌、铅都是以渣的形式存在的。高炉冶炼再生的含铜原料，通常在横截面积较小(3 ~ 10m ^ 2)、风口轴线至炉顶高度为4.5 ~ 6.0m的炉内冶炼成黑铜。前苏联某国营工厂安装了一座风口面积为8.35 m2(风口面积宽1300mm，长6065mm)的高炉(图2)。炉子完全是水套式的，共有26个风口，每个风口的直径为130毫米。炉体水套、炉喉和烟道都通向汽化冷却器。汽车将炉料从分布在顶部平台高炉侧壁上的装料口装入炉内。加料口由水冷炉门盖住，炉门由气缸举升。为解决这一问题，采用地面装载机进行装载。这台机器的载重量是4吨，一个铲斗的卸载时间是35秒。