1.5 Огневое рафинирование

Огневое рафинирование проводят с целью удаления части примесей, обладающих по сравнению с медью повышенным сродством к кислороду. Такие примеси в отличие от благородных металлов, которые в этой стадии рафинирования практически не удаляются, часто называют неблагородными. На операцию огневого рафинирования поступает расплавленная черновая медь, анодный скрап, брак отлитых анодов, старые изложницы.

Огневое рафинирование основано на следующих свойствах меди и ее оксида Cu₂O:

1. Cu₂O хорошо растворяется (до 12%) в расплавленной меди;

2. Cu₂O по отношению к неблагородным примесям является окислителем;

3. большая часть оксидов примесей, образующихся в результа­те окисления, в меди не растворяется;

4. легкая и быстрая восстановимость Cu₂0 после удаления окислившихся примесей.

Процесс огневого рафинирования меди состоит из следующих основных операций: загрузки, окисления примесей, съема шлака, раскисления (дразнения) меди и разливки меди в анодные слитки, продолжительность процесса рафинирования зависит от многих факторов (состава черновой меди, вместимости печи, тепловой нагрузки, производительности загрузочных и разливочных устройств) и колеблется от 12 до 32 ч.

Процессы окисления меди ведут при 1150—1170°С. Увеличение температуры хотя и ускоряет процесс, но одновременно ведет к повышенному насыщению расплавленной ванны Cu₂0, что удлиняет стадию раскисления и увеличивает расход дорогостоящих восстано­вителей.

Стадия окисления начинается с продувания ванны расплава воз­духом или воздухом, обогащенным кислородом. При этом медь постепенно насыщается кислородом и происходит окисление при­месей.

В расплаве происходит прежде всего окисление меди по реакции:

4Сu_ж + О₂= 2Cu₂О _тв (18)

За счет растворения Cu₂О расплавленная медь постепенно на­сыщается кислородом.

Остаточное содержание примесей определяется равновесием реакции:

m_пр = Сu₂О + Me MeO + 2Cu (19)

Сродство к кислороду, а следовательно, и упругость диссоциа­ции оксидов зависят от их активности. Для обеспечения макси­мально полного удаления примесей необходимо, чтобы упругость диссоциации Cu₂0 была наибольшей, а упругость диссоциации оксида примеси минимальной.

При температуре рафинирования (1150-1170°С) предел растворимости Cu₂О составляет около 8—8,5%. Избыточная Cu₂О в меди не растворяется и образует самостоятель­ную твердую или жидкую (выше 1200 °С) фазу на поверхности расплава.

Давление кислорода в системе при этом остается посто­янным, т. е. увеличение концентрации растворенного в меди кисло­рода выше 1,04% не ведет к увеличению упругости диссоциации.

Остаточное содержание при­месей в меди пропорционально активности его оксида в шлаке. Отсюда следует важный практический вывод - для максимально полного удаления примесей при окислительном рафинировании не­обходимо постоянно удалять рафинировочные шлаки, чтобы к за­вершению стадии окисления оставшийся шлак имел минимальное содержание оксида примеси. [5]

Рисунок 4. Стационарная рафинировочная печь

1- фундамент; 2 – столбчатый фундамент; 3 – лещадь; 4 – откосы; 5 – стены; 6 – свод; 7 – загрузочные (рабочие) окна; 8 – шлаковое окно; 9 – горелочное окно; 10 – горелка; 11 – щелевая летка; 12 – газоход; 13 – каркас крепления печи;