反射炉炼铜(copper smelting in reverberatory furnace)

含铜炉料在反射炉内熔炼成铜锍的铜熔炼方法。铜精矿或铜精矿的焙砂与石英石、石灰石等熔剂组成的炉料，在燃料燃烧形成的火焰、高温炉气和炉内表面热辐射作用下熔化，熔融产物在料坡上和熔池中与其他炉料组分发生化学反应，生成铜锍(见锍)和炉渣并分层。铜锍送转炉吹炼成粗铜，炉渣弃去。

反射炉炼铜适于处理细粒浮选精矿，对原料和不同类型的燃料适应性强，流程简短，生产稳定，渣含铜低至可直接废弃的程度，炉床面积大，适于大规模生产，从而成为当代最重要的炼铜方法。在世界铜的生产中，反射炉炼铜产出的铜量长期居于首位。

反射炉炼铜按原料制备方式，分为精矿经干燥后入炉的生精矿炼铜和铜精矿经焙烧后入炉的焙砂炼铜两类。生精矿炼铜工艺流程短，渣含铜较低，金属品位低，适于熔炼高品位铜精矿。铜精矿焙砂炼铜燃料消耗少，床能力大，有利于提高铜锍的品位，但流程长，操作复杂，劳动条件差，只在铜精矿含硫过高而铜品位低(硫铜比超过3.2～5)的情况下使用。由于选矿产出的铜精矿品位不断提高，大都采用生精矿反射炉炼铜。

炼铜反射炉用优质耐火材料砌筑，由钢立柱和拉杆组成的支架固定的长方形冶金设备(如图，另见彩图插页第1页)。炉体包括炉基、炉底、炉墙和炉顶等部分。炉基用耐热混凝土或炉渣浇灌而成。在炉基上砌筑炉底，炉底要承受熔体的高温、压力、冲刷和侵蚀的作用，必须选用适宜的耐火材料建造，以延长其使用寿命。炉底通常用石英砂或镁砂捣固后再经高温烧结而成。中国用镁砂(Mg0)和氧化铁粉(Fe₂O₃)烧结而成的炉底抗蚀性好，连续工作超过9a仍未损坏。炉墙内层用优良镁质耐火砖、外层用普通耐火砖砌筑，熔池部位加厚，受熔体冲刷和高温渣化的部位如铜锍口、渣口和转炉渣进口等位置全部用镁砖砌筑。有些工厂还在炉墙的外壁设置冷却水套。炉顶可用镁砖或硅砖构筑，有拱式和吊挂式之分。镁砖吊挂式炉顶耐高温、耐渣化学腐蚀性好，局部维修方便，便于炉子加宽，对提高炉子的生产能力和延长炉顶的使用期限有利。中国一些炼铜厂采用一种以镁铝砖为材料的上推式吊顶后，高温区炉顶的寿命延长近la。

在炉子一端墙上设燃烧器(烧嘴)，通过燃烧器的燃料燃烧向炉内供热，烟气从炉子另一端经烟道排出。

加料多采用沿炉顶两侧加料管加入的方式，炉料入炉后形成料坡，起到保护炉墙的作用。少数工厂使用活动喷枪从侧墙加入铜精矿焙砂。在侧墙的下部设有多个放铜锍口，各口交替使用。炉渣出口设在炉尾端墙或侧墙。转炉渣入口位于炉头端墙或侧墙，热渣经溜槽注入反射炉内。

随着炼铜技术的进步和生产规模的大型化，炼铜反射炉的炉床面积不断扩大，现代炼铜反射炉通常长30～35m、宽8～11m、高3.5～4.5m，面积240～350m²，日处理炉料量700～1200t。

为回收烟气中的余热和烟尘，一般在炉后设有废热锅炉和电收尘器。

基本原理   燃料燃烧产生的火焰在高温区达1723～1823K，热量主要以辐射形式直接或通过赤热的炉顶和炉墙间接传递给位于料坡上的炉料，使之受热熔化。熔融产物从料坡往下流动的过程中和熔池里发生一系列化学反应，生成铜锍、炉渣和烟气。为使燃料在反射炉内燃烧达到较高的温度，需控制炉气呈微氧化性。这样的炉气对炉料的氧化作用较弱，因此炉内主要发生高价硫化物的热分解以及熔融产物与炉料和162转炉渣之间的交互反应，气液、气固间的多相反应仅处于十分次要的地位，主要反应为：

产出的铜锍是一种以Cu₂S和FeS为主的金属硫化物共熔体，它又是贵金属的良好捕集剂，贵金属几乎全部富集其中。炉渣是一种以FeO、SiO₄和CaO为主的金属氧化物的硅酸盐共熔体，并夹带有少量铜锍颗粒和溶解的铜硫化物。铜锍和炉渣的密度不同，又互不相容，在反射炉的熔池中得以澄清分离，产出达到废弃程度的炉渣。

反射炉产出的铜锍含铜30％～50％，渣含铜0.3％～0.6％，烟气含SO₂0.5％～1.5％。出炉烟气温度达到1473～1573K，并夹带有炉料量1％～3％的烟尘。

工艺炉料和燃料入炉前须经预先处理，不同来源、成分不一的铜精矿按比例混匀，经过预干燥后，再与按冶金计算所需量的碎熔剂配合，组成炉料。根据作业表由加料口间歇地将炉料加入反射炉内。

反射炉可用粉煤、重油和天然气作燃料，采用何者主要根据燃料的供应情况和使用的经济效益来选定。中国的反射炉用粉煤作燃料，粉煤经专门设备细磨和干燥处理，要求粒度85％达到0.05～0.07mm，水分1％～1.5％。生产粉煤的原煤含定碳要大于55％，挥发分大于25％，灰分少于12％，发热量大于27000kJ/kg。

燃烧、加料、放铜锍和放渣等操作是否得当对反射炉炉况运行和熔炼效果影响甚大。燃烧操作是通过温度、压力、流量等参数的变化，借助于分析检测和调控手段及时调整空气与燃料的比例和改善两者的混合条件，来实现燃料完全燃烧并在炉内形成稳定的高温区。提高炉温是提高炉子生产能力最有效的措施之一，但炉子的热负荷过大会加速炉顶耐火材料的损耗，实践中要根据反射炉中耐火材料的性质和炉顶结构等实际情况来选定相应的炉温制度，以实现在最佳热负荷条件下生产。

加料操作的关键在于维护好炉内料坡，使之具有最大的受热面。实践中根据炉料的熔化速度，及时调整加料批量、加料顺序和加料间隔时间，以使炉温和料坡的波动减到最小。采用勤加、少加、高温区多加、炉尾少加、炉子两侧交错加的加料方法，能容易维护炉子正常生产和获得良好的熔炼效果。

铜锍是根据转炉吹炼的需要和反射炉炉内铜锍聚集的程度，经放铜口间隔地放出。有打眼放铜和虹吸式放铜两种方式。炉渣也是间隔地由渣口往溜槽放出，炉渣有水淬和热运两种处理方法。依据炉温、渣的性质以及渣层和铜锍层的厚度维持在合理的范围内波动，操作中要防止放铜锍过量，以免引起难熔物沉底，形成炉结。转炉渣要缓慢注入，既可避免冲刷料坡，也有利于转炉渣中Fe₃O₄的还原和脱铜。铜在渣中的损失情况是影响金属回收率的关键因素。铜在渣中的损失情况与炉料性质、铜锍品位、炉渣性质和技术操作制度等有关。实践证明，通过合理配料，选用密度小、流动性好、SiO₂与Fe比较高的渣型，并保持渣成分和操作制度的相对稳定，便可以降低渣中的含铜量。

中国大冶有色金属公司冶炼厂在反射炉炼铜中，炉床面积几经扩大，并采取镁砂与氧化铁砂烧结炉底、镁砖吊挂式炉顶、虹吸式放铜锍、增设余热锅炉和高效电收尘设备等技术措施后，取得显著效果。表中列举世界一些反射炉炼铜厂的有关数据。

展望   反射炉炼铜法存在的主要问题是硫化铜精矿潜在的热能利用差，熔炼所需热量主要靠外供燃料的燃烧供给，而燃料燃烧的热利用率又只有25％～30％，因此燃料消耗多，产出的烟气量大，而其中的SO₂浓度低，回收利用困难，环境污染严重。在能源价格不断上涨和环境保护法规日益严格的形势下，反射炉炼铜法应用的局限性已变得越发明显。因此，国际上不少反射炉炼铜厂寻求过改造反射炉的途径。自20世纪60年代中期以来，苏联、日本、加拿大、智利等国先后进行了反射炉应用富氧熔炼的试验，其中以智利的卡勒托内斯(Caletones)冶炼厂的氧燃熔炼研究最为成功。由于闪速熔炼和熔池熔炼的技术进步和工艺日趋完善，自70年代以来这些方法已在一些工厂取代了反射炉法，其趋势日渐增强。然而在一些特定的地区，反射炉炼铜法仍在继续发挥作用，在世界铜的产量中仍占有重要的地位。