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铜是一种重要的金属,被广泛应用于电气、电子、轻工、交通运输、机械制造、邮电、军工等行业。然而在铜的冶炼过程中,砷、锑作为铜中难除的杂质元素,伴随铜冶炼的整个过程。若产出的粗铜含砷锑过高,在铜电解过程中则会产生很多不利影响,如引起阳极钝化,产生漂浮阳极泥等。因此,如何在火法精炼阶段深度脱出粗铜中的砷、锑成了当前人们研究的焦点。
本论文采用碳酸钠和硼砂两种造渣剂,通过实验室现有的设备,研究了熔炼温度、造渣剂加入量及保温时间对粗铜中砷、锑脱除影响,并检测了粗铜中S、O、Ni含量的变化,并在实验最后探究了两种造渣剂混合使用的效果。通过对熔炼后铜合金成分的实验数据的分析,结果发现:
(1)在采用碳酸钠作造渣剂的试验中,当碳酸钠加入量为粗铜质量的4.5%,熔炼温度为1270℃,保温时间为20min时,As、Sb的脱除可以到达最佳脱除效果。此时As的脱除率为99%,Sb的脱除率为98%,可将粗铜中的As含量从0.157%脱除至0.001%,粗铜中的Sb含量从0.068%脱除至0.001%。碳酸钠的加入实现了对粗铜中砷、锑的深度脱除。
(2)在采用硼砂作造渣剂的试验中,当硼砂加入量为粗铜质量的5%,熔炼温度为1270℃,保温时间为540min时,As、Sb的脱除可以到达最佳脱除效果。此时As的脱除率为86%,Sb的脱除率为88%,可将粗铜中的As含量从0.106%脱除至0.024%,可将粗铜中的Sb含量从0.051%脱除至0.011%。硼砂的加入不能使粗铜中的砷、锑达到深度脱除。
(3)通过对碳酸钠和硼砂两种造渣剂的对比可以发现:当造渣剂为碳酸钠时,粗铜中砷的脱除效果要比锑的脱除效果好,砷、锑的脱除主要是依靠砷、锑的五价氧化物与碳酸钠造渣除去;而当造渣剂为硼砂时,结果相反,粗铜中锑的脱除效果要好于砷的脱除效果,可以推测粗铜中加入硼砂后,粗铜中的As、Sb主要靠氧化成As2O3和Sb2O3除去,且Sb2O3的挥发性要比As2O3的挥发性好。
(4)在碳酸钠除砷、锑的试验条件下,熔炼前后铜中的镍含量基本保持在0.163%的水平,碳酸钠对Ni的脱除几乎没有效果;而粗铜中的硫可从0.011%脱除至0.004%以下。
(5)在硼砂除砷、锑的试验中,当硼砂加入量为5%,熔炼温度为1270℃,保温时间为420min时,粗铜中的镍达到75%的最大脱除率,粗铜中Ni含量从0.159%降至0.067%。硼砂对S的脱除效果不如碳酸钠。
(6)在硼砂加碳酸钠混合熔剂除砷锑的试验中,砷锑的脱除率随R(硼砂与碳酸钠的质量比)的增大而减小,在R等于1/3时,砷、锑脱除率达到最佳脱除效果。此时As的脱除率为94%,可将粗铜中的砷含量从0.103%脱除至0.007%;Sb的脱除率达到78%,可将粗铜中的锑含量从0.040%脱除至0.010%。与碳酸钠作为造渣剂的实验相比,硼砂的加入会阻碍砷锑的脱除。
本论文采用碳酸钠和硼砂两种造渣剂,通过实验室现有的设备,研究了熔炼温度、造渣剂加入量及保温时间对粗铜中砷、锑脱除影响,并检测了粗铜中S、O、Ni含量的变化,并在实验最后探究了两种造渣剂混合使用的效果。通过对熔炼后铜合金成分的实验数据的分析,结果发现:
(1)在采用碳酸钠作造渣剂的试验中,当碳酸钠加入量为粗铜质量的4.5%,熔炼温度为1270℃,保温时间为20min时,As、Sb的脱除可以到达最佳脱除效果。此时As的脱除率为99%,Sb的脱除率为98%,可将粗铜中的As含量从0.157%脱除至0.001%,粗铜中的Sb含量从0.068%脱除至0.001%。碳酸钠的加入实现了对粗铜中砷、锑的深度脱除。
(2)在采用硼砂作造渣剂的试验中,当硼砂加入量为粗铜质量的5%,熔炼温度为1270℃,保温时间为540min时,As、Sb的脱除可以到达最佳脱除效果。此时As的脱除率为86%,Sb的脱除率为88%,可将粗铜中的As含量从0.106%脱除至0.024%,可将粗铜中的Sb含量从0.051%脱除至0.011%。硼砂的加入不能使粗铜中的砷、锑达到深度脱除。
(3)通过对碳酸钠和硼砂两种造渣剂的对比可以发现:当造渣剂为碳酸钠时,粗铜中砷的脱除效果要比锑的脱除效果好,砷、锑的脱除主要是依靠砷、锑的五价氧化物与碳酸钠造渣除去;而当造渣剂为硼砂时,结果相反,粗铜中锑的脱除效果要好于砷的脱除效果,可以推测粗铜中加入硼砂后,粗铜中的As、Sb主要靠氧化成As2O3和Sb2O3除去,且Sb2O3的挥发性要比As2O3的挥发性好。
(4)在碳酸钠除砷、锑的试验条件下,熔炼前后铜中的镍含量基本保持在0.163%的水平,碳酸钠对Ni的脱除几乎没有效果;而粗铜中的硫可从0.011%脱除至0.004%以下。
(5)在硼砂除砷、锑的试验中,当硼砂加入量为5%,熔炼温度为1270℃,保温时间为420min时,粗铜中的镍达到75%的最大脱除率,粗铜中Ni含量从0.159%降至0.067%。硼砂对S的脱除效果不如碳酸钠。
(6)在硼砂加碳酸钠混合熔剂除砷锑的试验中,砷锑的脱除率随R(硼砂与碳酸钠的质量比)的增大而减小,在R等于1/3时,砷、锑脱除率达到最佳脱除效果。此时As的脱除率为94%,可将粗铜中的砷含量从0.103%脱除至0.007%;Sb的脱除率达到78%,可将粗铜中的锑含量从0.040%脱除至0.010%。与碳酸钠作为造渣剂的实验相比,硼砂的加入会阻碍砷锑的脱除。