从硫化矿中提取铜是一个复杂的冶金过程,其中转炉吹炼是关键环节之一,旨在将熔融的冰铜(铜锍)进一步精炼,得到粗铜产品。这一工艺不仅高效去除了杂质,还显著提升了铜的纯度,为后续精炼奠定了基础。
吹炼过程始于将熔融的冰铜转入转炉。冰铜是熔炼硫化矿后的中间产物,主要成分为硫化亚铜(Cu₂S)和硫化亚铁(FeS)。在转炉中,通过风口向熔体吹入空气或富氧空气,提供氧化反应所需的氧气。吹炼是一个强烈的放热过程,无需额外燃料,即可维持高温(约1200°C)。
在氧化气氛下,铁和硫优先被氧化。硫化亚铁与氧气反应生成氧化亚铁和二氧化硫。氧化亚铁与添加的石英熔剂结合,形成硅酸盐炉渣,定期从转炉中排出。同时,硫以SO₂气体的形式逸出,可回收用于制酸,减少环境污染。
随着铁和硫的不断去除,熔体中硫化亚铜的浓度逐渐升高。当杂质基本除尽后,剩余的Cu₂S发生氧化反应,生成粗铜和SO₂。最终产物称为“泡铜”,因其表面在凝固时因SO₂逸出而形成气泡状凹陷而得名。泡铜的纯度约为98.5%至99.5%,主要杂质为少量铁、硫、砷、锑等金属元素。
转炉吹炼工艺高效且经济,实现了硫的回收和炉渣的综合利用,降低了环境负担。然而,吹炼过程需精确控制风量、温度和熔剂比例,以确保反应充分和铜回收率最大化。泡铜还需经过火法精炼和电解精炼,才能得到高纯度的电解铜。
总之,转炉吹炼是铜冶炼的核心技术之一,通过氧化反应有效去除铁和硫,将冰铜转化为粗铜,体现了冶金工程中化学原理与工业实践的完美结合。