粗铜火法精炼主要由鼓风氧化和重油还原两个操作环节构成。铜中有害杂质除去的程度主要取决于氧化过程，而铜中氧的排除程度则决定于还原过程。

1.      氧化过程

    由于粗铜含铜98%以上，所以在氧化过程中，首先是铜的氧化：

                                    4Cu+O2=2Cu2O

     生成的Cu2O溶解于铜液，在操作温度1373~1523K条件下，Cu2O在铜中的杂质金属（Me）发生反应：

                                    Cu2O+Me=2Cu+MeO

       反应平衡常数：       K=[MeO]*[Cu]/[Cu2O]*[Me]

因为MeO在铜里溶解度小，很容易饱和；而铜的浓度很大，杂质氧化时几乎不发生变化，故都可视为常数，因此上式可写成：

                                     K*=[Me]/[Cu2O]

    所以，Cu2O的浓度越大，杂质金属Me的浓度就越小。因此，为了迅速完全地除去铜中的杂质，必须使铜液中Cu2O的浓度达到饱和。升高温度可以增加铜液中Cu2O的浓度，但温度太高会使燃料消耗增加，也会使下一步还原时间延长，所以氧化期间温度以1373~1423K为宜，此时Cu2O的饱和浓度为6%~8%。氧化除杂质时，为了减少铜的损失和提高过程效率，常加入各种溶剂如石英砂，石灰和苏打等，使各种杂质生成硅酸铅、砷酸钙等造渣除去。脱硫是在氧化精炼最后进行，这是因为有其他对氧亲和势大的金属时，铜的硫化物不易被氧化，但只要氧化除杂质金属结束，立即就会发生剧烈的相互反应，放出SO2：

                                 CuS+2Cu2O=6Cu+SO2

这时铜水出现沸腾现象，称为“铜雨”。除硫结束就开始了还原操作过程。

2.      还原过程

    还原过程主要是还原Cu2O，用重油、天然气、液化石油气和丙烷等作还原剂，我国工厂多用重油。并依靠重油分解产出的H2、CO等使Cu2O还原，反应为：

                                       Cu2O+H2=2Cu+H2O

                                      Cu2O+CO=2Cu+H2O

                                         Cu2O+C=2Cu+CO

          4Cu2O+CH4=8Cu+CO2+2H2O

    还原过程的终点控制十分重要，一般以达到铜中含氧0.03~0.05%（或0.3~0.5%Cu2O）为限，超过此限度时，氢气在铜液中的溶解量会急剧增加，在浇铸铜阳极时析出，使阳极板多孔，而还原不足时，就不能产生一定量的水蒸气，以抵消铜冷凝时的体积收缩部分，降低了阳极板物理规格，同样不利。

3.      反射炉精炼

       反射炉是传统的火法精炼设备，是一种表面加热的膛式炉，结构简单，操作容易，可以处理冷料，也可以处理热料，可以烧固体燃料、液体燃料或气体燃料。反射炉容积、炉体尺寸可大可小，波动范围大，适应性强。

        反射炉是一个水平的长方形炉体。小型炉子容量10~50t，炉膛宽2~3m，长宽比1.5~3，熔池的深度为0.4~0.6m。烧碎煤或块煤时，在炉子头部设有燃烧室，长1~2m。燃烧室与熔池砌有，墙高于熔池液面200~300mm。

        大型精炼反射炉，容量100~400t，长10~15m，宽3~5m，长宽比为2~3.5，熔池深度0.6~1m，炉膛高2~3.5m。不设燃烧室，直接以喷嘴燃烧煤粉、重油或天然气。

二  反射炉精炼的作业流程图(正规的我不会画,整一个会被老师骂的替代一下)

矿粗铜、紫杂铜\残极铜 (要有下划线 )    装料(用方框框起来) 熔化(用方框框起来)  氧化(用方框框起来) 还原(用方框框起来) 浇铸(用方框框起来) 阳极板(下画两条直线)下面用括号(送电解槽精炼)几者之间用单向箭头连接

三                 反射炉精炼的技术操作条件

1            加料    进入精炼炉的冷料有电解返回的残极、废阴极和其他废铜返回品。用加料机加入，先装松散料，后装大块料，每次最大装入量占炉膛高度的1/2至2/3。要保证燃料和炉气流动的顺畅。第一次只加50%~70%，待炉料熔化平后，再装第二次或第三次。

液态铜料用包子从溜槽倒入炉内。利用等料熔化时间，加入10%~30%的冷料。加料阶段炉膛温度必需达到1250~1350℃。处理液体炉料时为1300~1350℃，炉内压力为0~-30Pa。

 2    熔化    处理液态料时，经常需要保温等料。利用保温等料时间加入少量冷料时，保温时间即为熔化时间。在熔化期，炉内要保持较高温度，供应足够的热量，使炉料迅速熔化。在处理固体炉料时，一般炉膛温度保持在1350~1400℃。处理液体炉料时为1300~1350℃，控制炉内压力为微负压，即-10~-30Pa。冷料加完、熔化平了，进热料第一次后，插入风管提前氧化，助熔吹风，强化热交换。

 3    氧化    用包有耐火材料的铁管插入熔池，鼓入压缩空气进行氧化。插入角度为30~45°。插入深度为熔池深度的1/2~2/3，鼓风压力为0.3~0.5MPa。

氧化阶段是火法精炼的主要作业，任务之一是控制鹿况，提高温度，熔化冷料；其二是氧化、扒渣、除杂质。

反射炉火焰与熔池之间的热交换特点决定了熔池上下部分存在温度差。炉渣覆盖于熔池表面，又阻碍了火焰与铜液之间的直接传热。为了强化熔池内部的热交换，迅速熔化冷料，在进第一次粗铜后，就插入风管进行助熔吹风。助熔吹风使铜水被强制循环，增强对流传热，提高熔池下部温度，加速炉料熔化。助熔吹风在强化热交换的同时也使铜水提前氧化，缩短氧化时间。但提前氧化的含氧量不宜过多，否则再进行液体粗铜时由粗铜带入的Cu2S与炉内的Cu2O迅速反应，短时间内产生大量的SO2气体，造成喷炉事故，提前氧化的铜水含氧量应控制在0.3%左右。

进完热料或冷料全部熔化后，开始扒渣。根据生产实际情况，可采用扒、放结合以放为主的操作方法净渣，亦可移动风管进行“赶渣”。扒渣期炉内压力控制在0~-30Pa，避免火焰喷出，铜液温度控制在1180℃以上。

粗铜杂质含量低时，火法精炼的主要任务是脱硫。扒渣后取样观察铜水含氧及含硫量，含氧0.4%左右时可结束氧化。断面有硫孔、硫丝，应排除SO2。采用停火通蒸汽或压缩空气降温，能有效地脱除SO2；通入0.3~0.5MPa的压缩风，在激烈的搅拌下3~5min可达到目的。排硫结束，铜水温度为1150~1180℃，炉内压力为-20~-50Pa。

粗铜杂质含量高时，需加熔剂除杂质。砷、锑高，加碱性熔剂（苏打和石灰）。铅、镍高时，加酸性熔剂。两者都高时，先加碱性熔剂，后加酸性熔剂，熔剂加入时间的早晚，各工厂不一。有的认为，铜液含氧0.5%~0.6%时，杂质已经充分氧化，开始进入熔剂有利于杂质脱硫。不利的方面是易造成铜液过度氧化，增加Cu2O进渣数量。T.Nakamura等人试验指出，铜液含氧0.2%以后，杂质已经开始氧化，据此熔剂宜在熔化扒渣结束后加入，这样可以边氧化，边造渣，延长造渣时间，提高除杂质效果，避免铜液过度氧化，减少Cu2O进入渣中的数量。

加入熔剂的方法有两种：加在熔池表面和用压缩风喷射入熔池内部。喷射法进入时，新鲜的熔剂随气流深入熔体内部，与铜液接触良好，防止了在与杂质有效反应之前被分解和稀释，从而在金属和炉渣之间能够更好地达到平衡，获得更好的除杂质效果，此外还减少了被烟尘带走的熔剂损失。

在杂质含量高时，采用多次造渣、多次扒渣。第一次造渣加入熔剂总量的40%~50%，第二次造渣加入30%~40%，第三次加入余量。多次造渣的目的，是降低渣中杂质浓度，改变杂质在渣与铜之间的平衡关系，以达到降低铜液中杂质含量，提高除杂质的效果。

多次造渣消耗费时间较长，铜液容易过度氧化。含氧过高时，在两次造渣之间应适当还原1~2次，以将铜液含氧降到0.5%以下，减少Cu2O的造渣损失。

氧化初期，铜液温度较低。炉膛火焰温度应控制在1350~1400℃，将铜液温度提高到1180℃以上，以使炉底提高温度，熔化粘结于炉底的冷铜、冷渣。氧化结束，铜液含硫较高时，可停火，大风降温3~5min，将铜液含氧降到1150~1180℃，以加速排硫。

国外一些工厂将试样进行炉前快速分析，确定氧、硫及杂质含量。还有一些工厂，用固体电解质电池（NiCr·Co+CoO｜ZrO2+MgO｜[O]Me·NiCr）测定含氧量，是一种既方便又快速的方法。

铜液的氧化程度，是根据粗铜杂质含量来确定的。杂质含量低，仅只需要脱硫时，含氧不应超过0.5%。杂质含量高，需要进行杂质作业时，也应尽量控制氧含量，不要超过饱和浓度。

 4    还原     

    氧化精炼后铜液含氧0.5%~1.0%，需要还原除去多余的氧。还原剂选择应符合高效、方便、易得及经济的原则。还原阶段决定铜液的最终含硫量，因此应该选择含硫较低的还原剂。目前国内外普遍采用重油、液化石油气作还原剂，单独直接鼓入熔池后，在高温作用下，碳氢化合物往往产生热裂解，降低还原剂使用效率，并产生黑烟，污染环境。减少还原剂输入量，防慢还原速度，可减少黑烟。采用改性还原剂，可以提高还原效率。用压缩空气或蒸汽与重油、液化石油气混合使用时，会产生裂化反应，生成新生态氢，强化还原效果。

    用木炭粉作还原剂，吹入熔池后，细粉在熔池内部还原，粗粉在熔池表面还原，效果更好。铜液含氧大于0.2%时，还原效率为10%~70%。

    用来混合重油、液化石油气的压缩风或蒸汽压力为0.3~0.5MPa。还原时一般都停火作业，未作用的还原剂在液面燃烧，可使铜液温度每小时提高40~60℃，铜液的最高温度可达到1250~1300℃。比较各种还原剂的还原效果，气体优于液体，液体优于固体。气体还原剂以氨气最好，液化石油气次之。氨气价格贵，较少采用。

    还原剂的还原效率，除于使用方式、操作技术、还原剂种类有关外，还与铜液含氧量有关。还原效率随铜液含氧量降低而降低，为10%~70%。还原终点的含氧量，对还原剂的消耗影响较大。还原终点一般控制在含氧0.05%~0.2%。云南铜业的生产试验指出，含氧0.05%的终点比含氧0.15%~0.2%的终点多消耗木炭粉30%~50%。

    阳极铜含氧量取决于杂质含量。当杂质氧化物不易还原时，进一步脱氧将增加还原剂消耗和时间，还会造成铜液含氢量上升，阳极铜气孔率增加。云南铜业对阳极铜的物相分析结果已经指出了砷、锑、铅、铋氧化物都不能被还原，在其含量高时，阳极铜含氧大于0.2%。精炼作业结束的含氧量一般为0.05%~0.2%。铸成的氧极铜含氧为0.03%~0.05%。还原终点多数是以取样表面和断面来进行判断。还原结束铜液表面不覆盖木炭或焦炭时，含氧还可稍低一些。

 还原终点也可取样进行炉前分析确定。主要分析成分有Cu、S、O、As、Sb、Bi、Ni、Pb，在杂质含量低时，也可只分析S与O。炉前分析准确，不随人的因素变化。

    过去的还原操作都是正压作业，其目的是2强化还原气氛，提高还原效率，但大量过剩的还原剂从炉内冒出，污染环境。现在，一些工厂已经进行负压作业，（-40~-60Pa），保持烟气不逸出。事实上，在强化还原气氛下，采取负压作业，漏入少量空气，对还原气氛不会有影响，对还原效果也不会有影响下载本文