การวิเคราะห์หลักการของเทคโนโลยีการกลั่นเตาไฟฟ้าแบบสะท้อนทองแดง

ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยานี้คือ:
ตัวหลักในของเหลวทองแดงเป็นโลหะทองแดงที่มีความเข้มข้นสูง เนื่องจากมวลสิ่งเจือปนค่อนข้างต่ำ แม้ว่าสิ่งเจือปนจะถูกออกซิไดซ์โดย Cu2O แต่ก็ถือได้ว่า [Cu] ยังคงไม่เปลี่ยนแปลงโดยพื้นฐาน (เช่น ค่าคงที่) ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากความสามารถในการละลายของออกไซด์ของสิ่งเจือปน (MeO) ในของเหลวทองแดงนั้นมีค่าน้อยมาก จึงสามารถถึงจุดอิ่มตัวได้อย่างรวดเร็ว ดังนั้นในกรณีส่วนใหญ่ เมื่ออุณหภูมิคงที่ [MeO] จึงถือได้ว่าเป็นค่าคงที่ ดังนั้น ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาสามารถแสดงได้ด้วยสูตรต่อไปนี้: K '=[Cu2O] [Me]
ดีบุก. เมื่อแปรรูปวัสดุบรอนซ์ ปริมาณดีบุกในวัสดุจะสูง และดีบุกและทองแดงจะละลายร่วมกันได้เมื่อเป็นของเหลว ดีบุกถูกออกซิไดซ์ในเตาเผาแบบพัดกลับเพื่อสร้างสแตนนัสออกไซด์ (SnO) และดีบุกไดออกไซด์ (SnO2) SnO เป็นด่างอ่อนๆ สามารถก่อตัวเป็นตะกรันกับ SiO2 และยังสามารถระเหยได้บางส่วน SnO2 เป็นกรดอ่อนๆ และละลายได้ในของเหลวทองแดง ในเวลานี้ จำเป็นต้องเติมตัวทำละลายอัลคาไลน์ (โซดาหรือหินปูน) เพื่อทำให้เกิดตะกรัน และเตาเผาแบบท่อจะสร้างโซเดียมสแตนเนต (Na2O · SnO2) หรือแคลเซียมสแตนเนต (CaO · SnO2) ที่ไม่ละลายในของเหลวทองแดง แนวทางปฏิบัติแสดงให้เห็นว่าการเติมฟลักซ์ผสมที่ประกอบด้วยแคลเซียมออกไซด์ 30 เปอร์เซ็นต์ และโซเดียมคาร์บอเนต 7{{10}} เปอร์เซ็นต์ สามารถลดปริมาณดีบุกในทองแดงจาก 0.029 เปอร์เซ็นต์เป็น 0.002 เปอร์เซ็นต์ การใช้ฟลักซ์ผสมที่ประกอบด้วย Fe2O3 และ SiO2 ร้อยละ 50 ยังสามารถลดปริมาณดีบุกลงเหลือ 0.005 เปอร์เซ็นต์อย่างรวดเร็วและกำจัดตะกั่วบางส่วนได้
สารหนู. จากเป็น? แผนภาพเฟส Cu แสดงให้เห็นว่าสารหนูและทองแดงสามารถละลายร่วมกันได้ในสถานะของเหลว ในระหว่างการเกิดออกซิเดชัน สารหนูสามารถถูกออกซิไดซ์เป็น As2O3 ที่ระเหยง่าย ซึ่งถูกปล่อยออกมาพร้อมกับก๊าซจากเตาเผา อย่างไรก็ตาม สารหนูจำนวนเล็กน้อยยังสามารถถูกออกซิไดซ์เป็น As2O5 และสร้างสารหนูทองแดง (Cu2O · XAs2O5) ซึ่งละลายได้ในของเหลวทองแดง เมื่อมีนิกเกิลอยู่ในของเหลวทองแดง สารหนูยังสามารถสร้างนิกเกิลไมการ่วมกับทองแดงและนิกเกิล ซึ่งเพิ่มความยากในการกำจัดสารหนู
พลวง. พลวงและทองแดงสามารถผสมกันได้อย่างไม่สิ้นสุดในสถานะของเหลว และทองแดงและพลวงยังสามารถสร้าง Cu3Sb และ Cu3Sb2 ได้อีกด้วย เช่นเดียวกับสารหนู พลวงยังสร้าง Sb2O3 ที่ระเหยได้ในระหว่างการออกซิเดชัน และยังสามารถสร้าง Cu2O · Sb2O3 และ Cu2O · Sb2O5 ที่ละลายได้ในของเหลวทองแดง ดังนั้นเมื่อต้องจัดการกับสิ่งเจือปนทองแดงที่มีปริมาณ As และ Sb สูง กระบวนการออกซิเดชันและการรีดักชันจำเป็นต้องทำซ้ำหลาย ๆ ครั้ง เพื่อให้ As2O5 และ Sb2O5 ที่ไม่ระเหยลดลงเหลือ As2O3 และ Sb2O3 ที่ไม่ระเหย และ As และ Sb ที่ไม่ระเหยจะถูกบำบัด ด้วยฟลักซ์ที่เป็นด่าง
ทองและเงิน. ทองคำและเงินได้รับการเสริมคุณค่าอย่างสมบูรณ์ในทองแดงแอโนดและเข้าสู่แอโนดสไลม์ในระหว่างการกลั่นด้วยไฟฟ้า ซึ่งสามารถบำบัดเพิ่มเติมเพื่อกู้คืนได้
หลังจากขจัดสิ่งเจือปนออกหมดแล้ว ระยะเวลาออกซิเดชันจะสิ้นสุดลงและกระบวนการจะเปลี่ยนไปสู่ช่วงการรีดักชัน ผลของการรีดิวซ์คือการลดออกไซด์ของคอปเปอร์ที่ถูกออกซิไดซ์ให้เป็นโลหะทองแดง และเพื่อกำจัดก๊าซที่ละลายในของเหลวทองแดง เมื่อสิ้นสุดกระบวนการออกซิเดชั่น ยังมี Cu2O ประมาณ 8 เปอร์เซ็นต์ในเตาเผาแบบกล่องและของเหลวทองแดง ออกซิเจนที่มากเกินไปในทองแดงจะทำให้ทองแดงเปราะ ลดความเหนียวและการนำไฟฟ้า ดังนั้นการลดจึงเป็นสิ่งจำเป็น ในช่วงระยะเวลาการลดลง ปฏิกิริยาเคมีหลักที่เกิดขึ้นเมื่อใช้น้ำมันหนัก การตัดไม้ ฯลฯ มีดังนี้: 6Cu2O บวก 2C2Hm=12Cu บวก 2Co บวก mH2 บวก 2CO2
เมื่อรีดิวซ์ด้วย NH3 จะเกิดปฏิกิริยาต่อไปนี้: Cu2O บวก 2NH36Cu บวก N2 บวก 3H2O
หากใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นตัวรีดิวซ์ สิ่งที่เรียกว่า "การปฏิรูป" จะต้องดำเนินการกับก๊าซธรรมชาติ มิฉะนั้นส่วนประกอบของมีเทน CH4 ในก๊าซธรรมชาติจะสลายตัวที่อุณหภูมิ 1,000 องศาเพื่อผลิต H2 จำนวนมาก แม้ว่าจะสามารถเพิ่มการลดลงได้ แต่ก็ยังเพิ่มการดูดซับไฮโดรเจนด้วยทองแดง
ที่อุณหภูมิหนึ่ง (โดยที่ K เป็นค่าคงที่) ปริมาณสิ่งเจือปนในของเหลวทองแดงจะแปรผกผันกับปริมาณ Cu2O ยิ่ง [Cu2O] มากเท่าใด [Me] ยิ่งเล็ก แสดงว่ามีสิ่งเจือปนที่ไม่ถูกออกซิไดซ์เหลืออยู่ในของเหลวทองแดงน้อยลง และกระบวนการกลั่นสมบูรณ์ยิ่งขึ้น การปฏิบัติได้แสดงให้เห็นว่าเพื่อขจัดสิ่งเจือปนออกจากของเหลวทองแดงอย่างรวดเร็วและทั่วถึง ควรพยายามเสริมสร้างกระบวนการออกซิเดชั่น และเตาไฟฟ้าควรทำให้ความเข้มข้นของ Cu2O ในของเหลวทองแดงถึงสถานะอิ่มตัว
ความสามารถในการละลายของ Cu2O ในของเหลวทองแดงจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น:
องศาอุณหภูมิ 1100115012001250
เปอร์เซ็นต์การละลาย 58.312.413.1
เมื่อความสามารถในการละลายของ Cu2O เกินความสามารถในการละลายที่อุณหภูมินี้ สารหลอมจะถูกแบ่งออกเป็นสองชั้น ชั้นล่างเป็นของเหลวทองแดงที่อิ่มตัวด้วย Cu2O และชั้นบนคือเฟส Cu2O ที่อิ่มตัวด้วยทองแดง ความสัมพันธ์นี้สามารถเห็นได้อย่างชัดเจนจากไดอะแกรมเฟสของระบบ Cu ¥ O ความสามารถในการละลายของของเหลวทองแดงเพิ่มขึ้นน้อยมาก และการหลอมผ่านกระบวนการชั้น ทำให้ Cu2O บางส่วนเข้าสู่ชั้นตะกรัน ยิ่งกว่านั้น การออกซิเดชั่นที่มากเกินไปจะเพิ่มกระบวนการรีดักชันและใช้ตัวรีดิวซ์มากขึ้น ดังนั้นเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดออกซิเดชันของของเหลวทองแดงมากเกินไป เตาไฟฟ้าแบบท่อจึงต้องรักษาระยะเวลาออกซิเดชันไว้ที่ 1150~1170 องศา
เมื่อใช้กระบวนการขั้นตอนเดียวในการบำบัดทองแดงแบบเบ็ดเตล็ด โดยทั่วไปจะดำเนินการในเตาหลอมแบบก้องคงที่ ดังนั้นในความเป็นจริงแล้ว ไม่เพียงแต่การถลุงแร่เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการกลั่นในเตาหลอมแบบก้องกลับด้วย
หลักการกลั่นของเศษทองแดงแบบก้องกังวาลโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกับของแร่ทองแดงแบบไพโรรีไฟน์นิ่ง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากทองแดงดิบทุติยภูมิมีปริมาณสิ่งเจือปนสูง (บางครั้งสูงถึง 4 เปอร์เซ็นต์ ) การดำเนินงานจึงมีลักษณะพิเศษเฉพาะตัว เมื่อเศษทองแดงได้รับการบำบัดในเตาหลอมแบบก้อง กระบวนการกลั่นทั้งหมดจะรวมถึงการหลอม ออกซิเดชัน การรีไซเคิล การกำจัดตะกรัน การหล่อ และการดำเนินการอื่นๆ แกนหลักของการมอบหมายทั้งหมดคือออกซิเดชันและการลดลง เนื้อหาต่อไปนี้ส่วนใหญ่จะอธิบายเกี่ยวกับการเกิดออกซิเดชันและการลดลง
หลักการพื้นฐานของการกลั่นออกไซด์ของทองแดงคือสิ่งเจือปนส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในทองแดงมีความสัมพันธ์กับออกซิเจนมากกว่าที่ทองแดงมีต่อออกซิเจน และออกไซด์ของสิ่งเจือปนส่วนใหญ่มีความสามารถในการละลายต่ำกว่าในของเหลวทองแดง ดังนั้น เมื่ออากาศถูกเป่าเข้าไปในเนื้อหลอม สิ่งสกปรกจะถูกออกซิไดซ์และกำจัดออกเป็นพิเศษ อย่างไรก็ตาม ทองแดงเป็นส่วนใหญ่ในการหลอมของเตาไฟฟ้า และมวลสารเจือปนต่ำมาก ดังนั้นในระหว่างการออกซิเดชั่น ทองแดงจึงเป็นตัวแรกที่ถูกออกซิไดซ์
4Cu บวก O2=2Cu2O
Cu2O ที่สร้างขึ้นจะละลายทันทีในของเหลวทองแดงและทำปฏิกิริยากับสิ่งเจือปนในของเหลวทองแดง ทำให้สิ่งเจือปนออกซิไดซ์
ในสูตร [Cu2O] บวก [Me]=2 [Cu] บวก (MeO) [] หมายถึงความเข้มข้นของสารในของเหลวทองแดง () แสดงถึงความเข้มข้นของสารในระยะตะกรัน ฉันเป็นโลหะเจือปน
สรุปพฤติกรรมของสารเจือปนหลักในระหว่างกระบวนการกลั่นออกซิเดชันได้ดังนี้
เหล็ก. ความสัมพันธ์ระหว่างเหล็กกับออกซิเจนมีค่ามากกว่าทองแดงกับออกซิเจนมาก ดังนั้นเหล็กจึงถูกออกซิไดซ์และกำจัดออกได้ง่ายโดยการตะกรัน ปฏิกิริยาออกซิเดชันของเหล็กเป็นไปตามสมการต่อไปนี้: Cu2O บวก Fe=2Cu บวก FeO
ตามการประมาณทางอุณหพลศาสตร์ เหล็กสามารถกำจัดออกได้ถึง 100,000 ชิ้นในระหว่างกระบวนการกลั่น
นิกเกิล. นิกเกิลเป็นสิ่งเจือปนที่ยากต่อการกำจัด นิกเกิลและทองแดงสามารถสร้างชุดสารละลายที่เป็นของแข็งได้ แม้ว่านิเกิลจะถูกออกซิไดซ์ทั้งในช่วงหลอมเหลวและช่วงออกซิเดชัน แต่ก็ช้าและไม่สมบูรณ์ และ NiO ที่เกิดขึ้นในช่วงออกซิเดชันจะกระจายอยู่ระหว่างของเหลวทองแดงและตะกรัน NiO ที่ละลายในตะกรันสามารถสร้าง NiO · Fe2O3 ที่ไม่ละลายในของเหลวทองแดง แต่ละลายได้ในเฟสตะกรัน นิกเกิลส่วนนี้สามารถถอดออกได้ การคำนวณทางอุณหพลศาสตร์ในเตาเผาแบบกล่องแสดงให้เห็นว่าเมื่อของเหลวทองแดงประกอบด้วยนิกเกิล 16 เปอร์เซ็นต์ นิกเกิลสามารถกำจัดออกได้ถึง 0.25 เปอร์เซ็นต์
เมื่อของเหลวทองแดงมีทั้งนิกเกิล สารหนู และพลวง การกำจัดนิกเกิลก็ยิ่งยากขึ้น เนื่องจาก NiO ที่ละลายในของเหลวทองแดงสามารถสร้างไมกานิกเกิล (6Cu2O · 8NiO · 2As2O3 หรือ 6Cu2O · 8NiO · 2Sb2O3) ที่ละลายได้ในของเหลวทองแดงที่มี Cu, As หรือ Sb เพื่อกำจัดนิกเกิล มีเพียงฟลักซ์อัลคาไลน์เท่านั้นที่ถูกเติมเพื่อย่อยสลายไมกาของนิกเกิล
สังกะสี. สังกะสีและทองแดงสามารถผสมกันได้อย่างสมบูรณ์ในสถานะของเหลว โดยมีจุดเดือดที่ 906 องศา ในระหว่างการกลั่น สังกะสีส่วนใหญ่ระเหยในรูปโลหะระหว่างขั้นตอนการหลอมเหลว จากนั้นจะถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนในก๊าซเตาเผาเพื่อสร้าง ZnO ซึ่งจะถูกระบายออกพร้อมกับก๊าซเตาเผาและเก็บรวบรวมในระบบรวบรวมฝุ่น สังกะสีที่เหลือจะถูกออกซิไดซ์เป็น ZnO ในช่วงแรกของการเกิดออกซิเดชัน เกิดเป็นซิงค์ซิลิเกต (2ZnO · SiO2) และซิงค์เฟอร์ไรต์ (ZnO · Fe2O3) และเข้าสู่ตะกรัน เมื่อทำการกลั่นวัสดุทองแดงที่ไม่บริสุทธิ์ที่มีปริมาณสังกะสีสูง (เช่น ทองแดงไม่บริสุทธิ์สีเหลือง) เพื่อเร่งการระเหยของสังกะสี อุณหภูมิของเตาจะเพิ่มขึ้นทั้งในช่วงหลอมเหลวและช่วงออกซิเดชั่น (ปกติจะคงไว้ที่ 1,300~1,350 องศา ) และ a ชั้นของถ่านหรืออนุภาคถ่านโค้กที่ปราศจากกำมะถันถูกปกคลุมบนพื้นผิวของการหลอมเพื่อลดสังกะสีออกไซด์เป็นโลหะสังกะสีและระเหย เพื่อหลีกเลี่ยงการก่อตัวของเปลือกสังกะสีออกไซด์ที่ขัดขวางกระบวนการระเหยของสังกะสี
ตะกั่ว. ตะกั่วแข็งไม่ละลายในทองแดงและไม่ค่อยละลายในสถานะของเหลว อย่างไรก็ตาม ในช่วงระยะเวลาออกซิเดชัน เมื่อตะกั่วถูกออกซิไดซ์เป็นตะกั่วออกไซด์ ความหนาแน่น (9.2) จะสูงกว่าทองแดง (8.9) ดังนั้นจึงตกตะกอนที่ก้นเตา ดังนั้น หากก้นเตาเป็นกรด PbO จะทำปฏิกิริยากับ SiO2 ในวัสดุก่อสร้างของเตาเผาเพื่อสร้างตะกั่วซิลิเกต (XPbO · YSiO) ที่มีความหนาแน่นต่ำกว่า จึงลอยขึ้นสู่ผิวสระที่หลอมละลายและถูกกำจัดออกไป. หากก้นเตาทำจากวัสดุทนไฟที่เป็นด่าง การนำตะกั่วออกจะทำได้ยาก ในเวลานี้ ฟลักซ์ของควอตซ์ต้องถูกเป่าเข้าไปในเนื้อหลอมเหลวเพื่อเพิ่มการไหลของอากาศและรักษาอุณหภูมิของเตาเผาให้สูง (ประมาณ 1250 องศา) เพื่อให้ PbO และ SiO2 ทำปฏิกิริยาและผลิตตะกั่วซิลิเกตได้ วิธีการใช้ตะกรันควอทซ์เพื่อกำจัดตะกั่วใช้เวลานานและทำให้สูญเสียตะกรันทองแดงจำนวนมาก เพื่อปรับปรุงผลการกำจัดตะกั่วและเอาชนะข้อบกพร่องของวิธีนี้ สามารถเพิ่มฟอสฟอรัสคอปเปอร์เพื่อกำจัดตะกั่วในรูปของฟอสเฟตได้ โบรอนออกไซด์ยังสามารถใช้เป็นฟลักซ์เพื่อกำจัดตะกั่วในรูปของตะกั่วบอเรต

เนื้อหาด้านบนนี้จัดโดย Superb heater Company ซุปเปอร์ฮีตเตอร์ การผลิตระดับมืออาชีพส่วนใหญ่: องค์ประกอบความร้อนในอุตสาหกรรม, องค์ประกอบการวัดอุณหภูมิ, อุปกรณ์การผลิต, อุปกรณ์เสริม และวัตถุดิบ เช่น เครื่องทำความร้อนแบบท่อ, เครื่องทำความร้อนแบบท่อ, เครื่องทำความร้อนแบบสายพาน, เครื่องทำความร้อนแบบเซรามิก, เครื่องทำความร้อนแบบยางซิลิโคน, เทอร์โมคัปเปิล ฯลฯ

ยินดีต้อนรับพันธมิตรอุตสาหกรรมระดับโลกเพื่อหารือเกี่ยวกับความร่วมมือ!