銅精煉的必要性及工序
轉爐生產出的粗銅，其含銅量一般為98.5% ~99.5%，其余為雜質，如硫、 氧、鐵、砷、鋪、鋅、錫、鉛、鉍、鎳、鈷、硒、碲、銀和金等。這些雜質存在 于銅中，對銅的性質產生各種不同的影響，有的會降低銅的電導率，如砷、銻、 錫;有的會導致熱加工時型材內部產生裂紋，如砷、鉍、鉛、硫;有的則使冷加 工性能變壞，如鉛、銻、鉍。總之，降低了銅的使用價值。有些雜質如金和銀則 具有較高使用價值和經濟效益，需要回收和利用。因此，為了滿足銅的各種用途 要求，需要將粗銅提純精煉。
精煉的目的有兩個，一是除去銅中的雜質，提高純度，使銅含量在99.5%以 上;二是從銅中分離回收有價元素，提高資源綜合利用率。目前使用的精煉方法 有兩類：
(1)粗銅火法精煉，直接生產含銅99. 5%以上的精銅。該法僅適用于金、銀 和雜質含量較低的粗銅，所產精銅僅用于對純度要求不高的場合。
(2)粗銅先經過火法精煉除去部分雜質，澆鑄成陽極，再進行電解精煉，產出含銅99. 95%以上、雜質含量達到標準的精銅。這是銅生產的主要流程。
粗銅的火法精煉過程包括氧化、還原和澆鑄三個工序。在1150 ~1200℃的溫度下，先將空氣壓入熔融銅中，進行雜質的氧化脫出，而后再用碳氫物質除去銅 液中的氧，最后進行澆鑄。
粗銅火法精煉用設備
目前，用于銅火法精煉的爐型有反射爐、回轉式精煉爐、傾動式精煉爐三種。
1 反射爐
反射爐是傳統的火法精煉設備，是一種表面加熱的膛式爐，結構簡單，操作 容易，既可處理冷料，又可處理熱料。此外，因反射爐容積、爐體尺寸可大、可 小，處理量可以從1t變化到400t，具有很強的適應性。處理冷料較多的工廠和 規模較小的工廠，多采用反射爐生產陽極銅。其缺點是操作效率低，勞動強度 大，操作環境差。
國內大多采用固定式反射爐進行精煉，爐襯主要采用鎂磚、鎂鋁磚或鎂鉻磚 砌筑。國外精煉反射爐爐頂用不燒鎂鉻磚、鉻鎂磚或直接結合鎂鉻磚砌筑，爐墻 上部用鎂鉻磚，下部用直接結合鎂鉻磚和普通鎂鉻磚，爐底使用硅磚。
2 回轉式精煉爐
回轉式精煉爐是20世紀50年代后期開發的火法精煉設備。它是一個圓筒形 的爐體，在爐體上配置有2 ~4個風管、1個爐口和1個出銅口，可作360°回轉。 轉動爐體將口埋入液面下，進行氧化、還原作業，精煉完成后進行澆鑄，產品 為陽極板，因此回轉式精煉爐又稱回轉式陽極爐，其結構如圖1-11所示。與反 射爐相比，回轉式精煉爐具有機械化、自動化程度高，散熱損失小，利于環保等 優點，但由于熔池深，受熱面積小，化料慢，故不適宜處理冷料，主要適合于處 理熱料。
回轉式精煉爐爐膛溫度高于1350℃ (澆鑄期)，最高時可達1450℃(氧化期)，由于爐體是轉動的，爐內沒有固定的渣線，爐渣的侵蝕和熔融金屬的沖刷， 幾乎占據了 2/3以上的爐膛內表面。因此，一般要求內襯鎂鉻磚Cr2O3的含量較 高，在氧化還原口和出銅口處，要求更高，經常采用直接結合鎂鉻磚或電熔再結 合鎂鉻磚。
3 傾動式精煉爐
傾動式精煉爐是20世紀60年代中期，由瑞士 Maerz研究發明的。它在反射 爐和回轉爐基礎上，吸取了兩種爐型的長處而設計的。爐膛形狀像反射爐，保持 其較大的熱交換面積，采取了回轉爐可轉動的方式，增設了固定風口，取消了插風管和扒渣作業，減輕了勞動強度，既能處理熱料，又能處理冷料，是較理想的 爐型。但因爐體形狀特殊，結構復雜，投資高等不足，目前的應用有限。
陽極澆鑄
目前，陽極板的生產有兩種工藝：鑄模澆鑄和連鑄。鑄模澆鑄又分為圓盤型 和直線型兩種。其中圓盤型澆鑄機是銅陽極生產的主要生產設備。直線型澆鑄機 結構簡單、緊湊，占地面積小，投資低，但陽極質量差，僅被小型工廠采用。連 鑄是連續作業，連續澆鑄并軋成板帶，經剪切或切割成單塊陽極。
1 鑄模澆鑄
目前的陽極板多采用自動澆鑄工藝生產。主要設備為圓盤澆鑄機，主要由中 間包、澆鑄包、鑄輪(本體)、冷卻系統、廢板取出裝置、頂起裝置、陽極取出 系統及冷卻水槽、涂模系統、液壓系統構成。澆鑄過程的各個階段均由PLC進行 自動控制。主要流程為：銅水由精煉爐流出，經流槽進人中間包，接收澆鑄包指 令后由尾部提升，將銅水注入澆鑄包。當電子秤自動稱量至給定值時，發出信 號，中間包收包，回到原位。圓盤模子轉到澆鑄工位后，發出信號，澆鑄包啟動，按預定程序向銅模注入銅水。至給定值后，電子秤發出信號，澆鑄包回到原 位，同時將信號發給中間包，再次注入銅水。信號同時發給圓盤，轉動一個工 位，空模再次進入澆鑄位置。鑄好陽極的銅模，進入冷卻室冷卻后轉出冷卻室， 停止運動，頂桿先以較小的力量對陽極進行松動預頂，而后再以大的力量作最終 頂起使模與陽極板分離。裝在冷卻室后面的攝像機，攝制耳部圖像，輸人電腦進 行不合格判斷，結果輸入分揀計算機。圓盤轉至取板工位，取板機自動提取陽極板，并送到接收機上。接收機是一個滾筒輸送機，陽極放在滾筒上后，自動將陽極送到電子秤上。電子秤將陽極稱出質量，并把稱重信號送到計算機處理。根據質量差異，分出合格、異形、不合格三種類型。分類信號輸入分揀計算機。分揀計算機 根據耳部攝像監測的信息和電子秤輸入的信息指令分揀機，揀出異形陽極及不合格 陽極。合格陽極經冷卻后，堆碼、吊出、抬車送電解整形生產線，修整外形。陽極 取走后，圓盤轉至下一工位，經攝像機攝取頂針復位圖像，并送計算機處理，對未復位的頂針進行錘擊復位。頂針復位后，下一工位自動噴涂脫模劑。至此，一塊陽極澆鑄的作業程序全部完成。圓盤澆鑄示意圖與現場照片如圖1-12所示。
2 連鑄
為解決陽極澆鑄出現的問題，20世紀70年代開發了Hazelett連鑄機，亦稱 雙帶連鑄機。Hazelett連鑄機的構造如圖1-13所示。連鑄機由上、下兩組環形鋼 帶組成。每一組環形鋼帶，由兩個輥筒繃直，輥筒由驅動裝置帶動，鋼帶可隨輥 筒轉動。上、下兩組環形鋼帶完全平行，組成鑄模的頂和底。為保持兩鋼帶的距 離一致，上、下兩鋼帶都有鰭狀輥支承和固定位置。兩帶之間的側面由兩串邊部 擋板鏈將兩側封嚴，形成模框。板坯為鑄模的末端，前端為銅液注人口。兩條鋼 帶，前高后低，有9°傾角。
由精煉爐中流出的銅水經流槽注入用重油或天然氣加熱的保溫爐。保溫爐起 緩沖作用，均衡銅水溫度，自動控制澆鑄機的金屬供應量。銅水從保溫爐流出后，經流槽流入固定式澆鑄包，按給定速度注入澆鑄機，銅水進人鑄機后，鑄模 的上、下鋼帶和邊部擋流塊連續運動，形成連續鑄坯，同時噴淋大量的水，冷卻上部和下部鋼帶，間接冷卻鑄坯。鑄坯出鑄機后由牽引輥碾壓送至切割機或沖壓 機，切割成單塊陽極。澆鑄速度由牽引輥控制。單塊陽極板經冷卻室冷卻后，進 人堆碼機，按給定數量堆碼，再由叉車運送至庫房或電解車間。
