| 单词 | 直接熔炼 |
| 释义 | 【直接熔炼】 由矿石直接熔炼成金属，在古代已经实现。早在铜器时代，人类已知道用木炭与氧化铜矿(如孔雀石)混合加热还原得到金属铜。已知最早的人工冶炼铜器出土于伊朗叶海亚(Yahya)地区，大约是公元前3800年前的文物。中国甘肃东乡马家窑文化的青铜刀，是迄今中国最早的青铜器。 用锡石直接炼锡约在公元前3000年。中国河南安阳小屯曾有商代晚期的锡块和锡戈出土，证明中国最迟在公元前12世纪已掌握锡石直接炼锡技术。在欧洲，古代产锡主要在康沃尔(Cornwall)、波希米亚(Bohemia)、萨克森(Saxony)等地。至18世纪初，在康沃尔已使用反射炉炼锡。古代直接炼铅是从处理氧化铅矿(白铅矿PbCO3)开始。铅是人类较早提炼出来的金属之一，炼铅术和炼铜术大致始于同一历史时期。早在公元前3000年埃及前王朝时期便有用铅制作的小人像，同期的美索不达米亚于乌拉克3期(Uruk Ⅲ)已用铅制作小容器或锤成薄片，在乌尔(Ur)遗址曾发现铅质水管。但是，直至公元前15世纪之后，铅才较常见于巴勒斯坦一带。在中国，用铅铸造青铜器见于商代。中国是世界上产锌最早的国家之一，约始于北宋末年由菱锌矿(ZnCO3)直接还原制得。由此可见，古代的有色金属直接熔炼在很大的程度上局限于重金属氧化物或碳酸盐的碳还原熔炼。但是，对个别金属也有从硫化矿直接熔炼获得，它们是汞和铅。硫化汞俗称辰砂。当辰砂加热到350℃以上时，就会分解为汞和硫，硫蒸气被氧化为SO2，由Hg-S-O系平衡状态图可以明显地看出，HgS在加热过程中直接产生汞蒸气，冷凝后得到金属汞。中国战国时期便有了采汞的矿业，在秦始皇陵墓中发现有大量汞。硫化铅矿直接熔炼为金属铅古老方法之一应用了反应熔炼的原理，即硫化铅矿中的PbS在熔炼温度下部分变成PbO和PbSO4，立即与未氧化的PbS相互作用而生成金属铅，也有部分PbO被碳质还原剂还原成金属铅。熔炼在膛式炉中进行，所以也称膛式炉熔炼。膛式炉在欧洲使用最早。它设备简单，投资少；处理高品位铅矿时回收率高达98．0%～98．5%；炉温较低，进入粗铅的杂质少，产品质量高；所需燃料和熔剂少。但该法要求用高品位的铅矿(通常含铅要在70%以上)，这就限制了它普遍应用；对矿中杂质含量要求也极严，铅矿中所有金属如铜、砷、锑、铁、锌等的硫化物都会与硫化铅形成易熔冰铜，使过程条件恶化，降低了铅的回收率；而石英又易与氧化铅结合成易熔硅酸盐，造成渣含铅的大量损失；烟尘损失也大；劳动条件也差。因此，膛式炉直接炼铅逐渐失去了推广应用的价值。由硫化铅矿直接炼铅的另一古老方法称沉淀熔炼法。此法是用铁作沉淀剂(还原剂)置换出铅，即将铁屑与硫化铅矿混合加热，在熔炼温度下铅大部分被铁置换而产生金属铅，少量的PbS与生成的FeS结合成铅冰铜。该法设备简单，技术容易掌握。但铁屑和燃料消耗大，劳动条件差，铅的回收率低，劳动生产率也低。在有色金属冶金领域中，现代化的硫化矿直接熔炼法研究极为活跃，可是只集中在有色重金属的铜、铅两个金属的火法冶金方面。硫化锌精矿直接炼锌只在理论上论述其实现的可能性，还没有成功的研究，更无工业实践。从硫化铜精矿生产粗铜的传统方法，通常包括焙烧、熔炼和吹炼3个过程。直接炼铜，实际上是将这3个过程合并在一个或几个功能上连续的设备中进行，所以也称连续炼铜。从热力学的观点看，它与常规炼铜法没有原则差别，但它改善了硫化物与氧之间的固－液－气反应的动力学条件，大大地强化了过程，简化了流程，节省投资，提高了劳动生产率和综合利用能力，为消除烟害和实现过程自动化创造了条件。据不完全统计，国内外迄今已提出10多种连续炼铜方案，但至今成功者并不多。其中，日本三菱金属公司发明的三菱(Mitsubishi)法是比较成功的连续炼铜法。该法于1974年在日本直岛冶炼厂首建，后在加拿大梯明斯(Timmins)冶炼厂建厂。三菱法的冶金过程是在功能上连续的3个炉(熔炼炉、炉渣贫化炉和吹炼炉)内完成的，3个炉子用溜槽连接。硫化铜精矿在熔炼炉内熔炼，熔炼产物由溢流口经溜槽流入炉渣贫化炉分离冰铜和炉渣，贫化后的炉渣水淬后弃掉。冰铜流入吹炼炉吹炼成粗铜。整个熔炼过程由计算机控制。熔炼采用富氧空气。熔炼炉和吹炼炉烟气SO2浓度分别约为16%和15%，经净化后送往硫酸系统。诺兰达(Noranda)法是加拿大诺兰达矿业公司发明的一种熔池熔炼法，它既可生产冰铜，也可连续生产粗铜。1973年3月投入工业生产，现已在诺兰达冶炼厂和霍恩冶炼厂共有4台炉子生产。诺兰达炉是1台圆筒形卧式炉。炉内空间可分为5个带：精矿熔炼和冰铜吹炼带；白冰铜吹炼带；粗铜沉降带；渣还原带和渣沉降带。铜精矿与熔剂的混合料连续抛入第1带，与浸没在熔池的风口送入的富氧鼓风相互反应，形成冰铜和炉渣。在顺流进入第2带时，从风口向冰铜层鼓风，冰铜中的FeS被氧化并与石英熔剂造渣，剩下的几乎是Cu2S(白冰铜)，最终产出粗铜，聚集在坑内，由第3带的放铜口放出。炉渣则继续顺流进入第4带，从风口鼓入的还原气使渣中的Fe3O4和Cu2O还原，然后在第5带沉降，炉渣在沉降带的末端放出。诺兰达法是在一个设备内连续炼铜，炉内将是粗铜、白冰铜、炉渣和烟气4相平衡共存，不仅渣含铜损失大，且粗铜含硫也高，这是一步炼铜的最大困难所在。目前，诺兰达法已改为生产冰铜。一种直接炼铅方法仍然沿用传统法的氧化、还原原理，即硫化铅精矿在悬浮状态或在熔体中被氧迅速氧化，瞬时放出大量的热，促使炉料间所有冶金反应急速完成；并产生为数不多的高SO2浓度烟气，使原料中的硫得以有效回收利用。按此原理研究的直接炼铅法有多种，而比较成熟的有下列几种：1．奥托昆普(Out0 Kumpu)法。实为闪速熔炼法，为芬兰奥托昆普公司所发明，1949年应用于炼铜，其后用于炼铅。经干燥后的铅精矿炉料用纯氧或富氧喷入闪速炉内进行氧化熔炼，富氧程度控制了过程温度。熔炼产出粗铅和含约15%Pb的炉渣。炉渣经电炉贫化后废弃。2．QSL法。1975年P．E．Queneau和R．Schuhmann提出由德国鲁奇(Lurgi)化学冶金公司采用和发展的直接炼铅法。熔炼炉为圆筒形可转卧式密闭炉，炉内分为氧化段和还原段。制粒炉料入炉在氧化段实行氧气底吹高氧位自热熔炼，硫化铅氧化成低硫粗铅和高铅炉渣，它们在炉内逆向流动。炉渣流至还原段(低氧位)被底吹的粉煤还原而产出弃渣。QSL法实现了在一个反应器内连续直接炼出粗铅，湿料入炉，烟气量小，设备简单，但适应性还较差。该法已在加拿大、韩国和中国建厂。中国自行研究的水口山炼铅法也属氧气底吹直接炼铅法。该法是在卧式圆筒炉内将炉料自热熔化和熔炼(氧化段)，高铅炉渣则在电炉中贫化(还原段)。3．基夫赛特(Кивзцет)法。1967年由前苏联全苏有色金属矿冶科学研究所开始研究的直接炼铅法。可以认为，设备是由闪速炉(氧化段)、电炉(还原段)和冷凝器(冷凝段)组成。硫化铅精矿在闪速炉内与工业纯氧作用进行焙烧并熔炼产出粗铅，熔融炉渣经隔墙的连通口流入还原段，此氧化物渣熔体在电热区被加入的碎焦炭和电极碳还原，铅、铜和贵金属进入粗铅，锌以蒸气形态进入冷凝器冷凝为液体锌。氧化段的烟气经收尘后送去制造硫酸。基夫赛特法的适应性强，是同时可产出铅和锌的唯一直接熔炼法，炼出的粗铅含硫低，流程简单紧凑，卫生条件好。但能耗较高，烟尘率仍较大。该法于1986年在石山口铅锌公司(укcцк)铅厂投产，后在意大利、前苏联本土先后建厂。另一种直接炼铅法是碱法熔炼。此法在1906年已取得德国专利权，但未被冶金工厂实际采用。至50～60年代，中国和前苏联、日本等国陆续开展碱法直接炼铅的试验研究，取得了较好的效果。碱法炼铅是将硫化铅精矿配入纯碱和煤(或焦炭)一起熔炼直接产出粗铅和渣冰铜，渣冰铜经热水浸出，浸出液用碳酸化再生纯碱返回使用。该法可说是无污染的直接炼铅法。冶炼成本低，低温操作，铜铅分离好，金属回收率高，很可能是有前途的炼铅方法。硫化矿直接熔炼还处在初期的发展阶段，许多方法仍处于研究和完善时期，目前还不可能断定哪种方法最有生命力。【参考文献】：1 赵天从．重金属冶金学．北京：冶金工业出版社，19812 Masao Shima，et al．Reserch and development in extractive metallurgy，1987(东北大学陈国发教授撰) |
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