火法精炼是指在高温熔化金属的条件下,用各种方法除去粗金属中杂质的精炼过程。根据金属和杂质的不同特性,火法精炼有下列一些方法,如加剂法、熔析法、精馏等。火法精炼主要用于
重有色金属和某些
轻有色金属的精炼。
基本性质
根据金属和杂质的不同特性,火法精炼有加剂法、熔析法、精馏等,主要用于
重有色金属和某些
轻有色金属的精炼。除去有害杂质,生产出具有一定纯度的金属;当金属中的杂质含量超过一定限度时,其物理、化学和机械性能会发生变化生产出含有各种规定量的合金元素的金属,使其具有一定的物理、化学和机械性能;如合金钢的生产。回收其中具有很高经济价值的稀贵金属“杂质”如:粗铅、粗铜中的金、银及其他稀贵金属。
加剂精炼
在熔融的粗金属中加入一种或几种附加物质,使杂质与附加物质生成不溶于金属中的稳定化合物,并上浮成渣而除去杂质的过程。根据加入物质不同,加剂精炼又可分为:鼓入空气的氧化精炼,加入元素硫或硫物质的硫化精炼,加入氯化物或氯气的氯化精炼,或加入其他附加物的精炼(如粗铅加锌除银)等。
熔析精炼
将粗金属在加热熔化后,在冷却其熔体的过程中,控制温度,由于杂质与金属相互溶解度和比重不同等,发生分层而达到分离杂质的目的。例如粗锌熔析除去铅和铁。
原理
利用主金属杂质的物理和化学性质的差异形成与主金属不同的新相,而使杂质残留下来。
步骤:
1、用多种(化学的或物理的)方法使均匀的粗金属体系变为多相(一般为二相)体系;
2、用各种方法将不同的相分开,实现主体金属与杂质的分离。
分类
火法精炼按其工艺过程中所发生变化主要分为: 化学变化和物理变化两类。
化学变化
化学变化为主的火法精炼主要是利用杂质与主金属某些化学性质的不同,通过适当的化学反应而使两者分离。其中又大致上可分为两类。
1、利用主金属与杂质对某种元素亲和势的差异而进行的分离。
例如某些杂质对氧亲和势大于主金属, 在精炼中加入氧化剂,杂质被氧化成氧化物,而主金属不被氧化仍保持为金属形态,从而实现分离。这种通过氧化过程而进行的精炼常称为氧化精练。与之类似的还有硫化精炼、氛化精炼、碱性精炼、金属脱气、电渔熔炼等。
2、利用某些主金属能生成某种易挥发而又易离解的化合物,而杂质不能生成这种化合物的性质差异, 而进行分离的方法。
首先是控制一定的精炼条件,使主金属变成易
挥发化合物挥发而与杂质分离,然后通过化合物离解得纯金属。有时还可以通过化合物的离解 制取具有一定物理形态如镀层、超细球形粉等的纯金属。碘化粉热离解法、拨基法属于这类精炼方法。从某 种意义上说来,
歧化冶金亦属此类。
物理变化
物理变化为主的火法精炼主要是利用主金属与杂质的某些物理性质的不同,通过某种物理过程而进行脱除杂质的方法。
例如利用主金属和杂质蒸气压的不同进行精炼的方法有蒸馏(升华法)、精馏精炼、真空精炼;利用杂质在金属的液、固两相间的溶解度不同进行精炼的方法有熔析精炼和区域熔炼。 应当指出,在实践中几乎不存在单纯的化学法精炼或物理法精炼,这两方法往往相互配合使用以达到最佳的精炼效果。例如,妮的真空精炼,锐中的氧、碳 杂质主要是借助于化学反应使之成为低价氧化锐或CO挥发而脱除;而铁、铝等杂质则主要是利用它们蒸 气压与妮的不同而脱除的。
火法精炼设备
1、反射炉精炼
用于铜火法精炼的炉型有反射妒、
回转式精炼炉、倾动式精炼炉三种。反射炉是传统的火法精炼设备,是一种表面加热的膛式炉,结构简单、操作容易,可以处理冷料,也可处理热料。可以烧固体燃料、液体燃料或气体燃料。反射炉容积、炉体尺寸可大、可小,波动范围较大。处理量可以从1t变化到400t,适应性很强。处理冷料较多的工厂和规模较小的工厂多采用反射炉生产阳极铜。
反射炉也存在着以下几方面的缺点:
(1)氧化、还原插风管,扒渣、放铜等作业全部是手工操作,劳动量和劳动强度大,劳动条件差,难以实现机械化和自动化;
(2)炉体气密性差,散热损失大,烟气泄漏多,车间环境差;
(3)耐火材料用量多,风管及辅助材料消耗大;
(4) 炉子内铜液搅动循环差,操作效率低。
2、回转炉精炼
回转炉是20世纪50年代后期开发的火法精炼设备。它是一个圆筒形的炉体,在炉体上配置有2~4个风管、一个炉口和一个出铜口。可作360°回转。转动炉体将风口埋入液面下,进行氧化、还原作业;回转炉体,可进行加料、放渣、出铜。操作简便、灵活。与反射炉比较,具有以下优点:
(1)妒体结构简单,机械化、自动化程度高。取消了插风管、扒渣、出铜等人工操作。在处理杂质含量低的粗铜时,可以实现程序控制;
(2)炉子容量从100t变化到550t,处理能力大,技术经济指标好,
劳动生产率高;
(3)取消了插风管机渣等作业.辅助材料消耗减少;
(4)回转炉密闭性好,炉体散热损失小,燃料消耗低。
意义
应用火法精炼在有色金属生产中获得广泛应用,与湿法提纯的溶液净化和电解精炼相比,火法精炼具有过程较简单、成本低的优点,因而许多
重有色金属 如铅、锌、铜、锡等都采用火法精炼来生产纯金属。铅、锌的火法精炼产品的纯度均可达99.99%,能满足用户的要求。稀有高熔点金属和
稀土金属由于金属本身的电极电位比氢气负,在水溶液中不可能稳定存在,因此火法精炼是它们进行
提纯和致密化的唯一途径。在这些金属的火法精炼过程中,往往还可控制某种条件 使金属锭的内部结构符合某些金属加工的要求,同时还可直接得到异形件(如不同形状断面的棒材等)或得到镀层以及符合特殊要求的粉末等。