反射爐熔煉是傳統的火法煉銅方法之一，適於處理細粒浮選精礦，對原料適應性強，對燃料種類無嚴格要求，渣中銅含量低，操作簡單，作業率高，生產穩定，爐體壽命長，爐床面積大，適合大規模生產。
基本介紹
- 中文名：反射爐熔煉
- 外文名：reverberatory smelting
- 主要反應：分解、熔化、相互
- 組成：爐基、爐底、爐牆、爐頂等
- 原理：礦銅的火法精煉原理相同
反射爐熔煉的基本原理,爐內的主要化學反應,反射爐構造,技術經濟指標,
反射爐熔煉的基本原理
反射爐熔煉過程中，主要是在料坡上進行的吸熱反應，其次還有生成爐渣的放熱反應。熔煉過程的總熱平衡中，生成爐渣所放出的熱不超過熔煉過程所需熱量的6%～8%，如果鼓入的風不預熱，反射爐熔煉時所需總熱量的85%～90%來自燃料的燃燒，而燃料燃燒產生的熱只有小部分消耗於爐料的熔化，大部分隨爐氣帶走和補償損失二熔煉過程中燃料的實際消耗量，一般為理論需要量的2～3倍。
反射爐熔煉的主要熱源是碳質燃料，其在由爐頂、爐牆、料坡和熔池表面組成的爐子空間中燃燒。燃料燃燒產生的大量高溫氣體，作為主要的載熱體把熱傳給爐頂、爐牆、料坡和熔池表面。燃料連續燃燒，產生的氣體不斷從爐子的加熱端流向爐子的尾部，在流動過程中，氣體、爐料、爐牆、爐頂和熔池之間發生熱交換。傳熱的主要方法是輻射和對流，輻射起主導作用。爐料和熔池表面既從氣流獲得熱，也從高溫爐頂和上部爐牆獲得輻射熱。由於爐料的導熱性小，向料層深處傳熱慢，故料層表面被迅速加熱到熔點。熔化後的表層爐料沿料坡流入熔池，露出下面的料層，其也從氣流、爐頂和上部爐牆獲得熱，熔化後流入熔池中。因此，反射爐內爐料的熔化過程是在相當薄的料坡表層中進行的，薄層物料不斷地依次熔化並流入熔池中。
爐內的主要化學反應
爐料加人反射爐後，首先發生脫水、分解過程，然後發生熔化和相互反應。因為反射爐內的氧化氣氛不強，故氧化反應不是很顯著。
A 分解反應
爐料的脫水和分解過程僅對生精礦的熔煉具有比較大的意義，對於焙燒礦而言，分解反應在焙燒時就已完成。生精礦中高價硫化物的分解反應主要為：
FeS2=FeS+1/2S2
FenSn+1=nFeS+1/2S2
2CuFeS2=Cu2S+2FeS+1/2S2
2CuS=CU2S+1/2S2
2Cu3FeS3=3Cu2S+2FeS+1/2S2
可見，分解反應能夠脫除爐料中的一部分硫。
B 鐵的高價氧化物和硫化物之間的反應
鐵的高價氧化物會被硫化物還原為低價氧化物，例如：
16Fe2O3+FeS2=11Fe3O4+2SO2
10Fe2O3+FeS=7Fe3O4+SO2
這類反應在低溫(773～873K)下就開始進行，但是生成的Fe3O4和爐料中原有的Fe3O4是比較穩定的化合物，其不與FeS直接發生反應。但在有二氧化矽存在時，則下列反應很容易進行：
3Fe304+FeS+5SiO2=5(2 FeO·SiO2)+SO2
這個反應是反射爐熔煉最有代表性的反應，反J立的完全程度與溫度和爐料混合均勻程度有關，溫度越高，混合越好，則反應越完全。通常爐料中Fe3O4的還原程度可達70%～85%。
C 銅的氧化物與FeS的反應
在反射爐內部分Cu2S會被氧化成Cu2O，但有FeS存在時，Cu2O又會被硫化成Cu2S：
Cu2O+FeS=Cu2S+FeO
這個反應可保證所有爐料中的銅進入銅鋶，因而也是一個重要的反應。而且不論銅的氧化物是否呈結合狀態(如Cu2O·Fe2O3)，該反應都能進行。
D 鋅化合物的反應
鋅化合物的反應也很重要，特別是在熔煉鋅含量高的物料時。硫化鋅為難熔物質，它與氧化物的相互反應很不徹底，熔煉時硫化鋅分配於銅鋶和爐渣產品中，它使爐渣熔點升高、黏度增大；它也容易隨溫度降低而析出結晶，生成爐結和中間層，妨礙銅鋶的放出和澄清。
氧化鋅在熔煉時進入爐渣中，其危害不是很大，但爐料鋅含量高則會增加爐渣的黏度。
從上述反應可見，反射爐爐料中的相互反應也能脫除一部分硫。
反射爐構造
反射爐的尺寸用爐長、爐寬和氣流空間高度表示。熔煉空間的大小、熔池的體積及氣流的斷面決定於這個尺寸。
反射爐的尺寸較大，熔煉量增大，並使銅在渣中的損失減小。大多數反射爐長30～36m，寬7.5～10 m，爐瞠高3.5～4 m。
熔煉不同的爐料時反射爐的寬度有差異。熔煉精礦，料坡的傾角較大，一般為60。左右，如只增加爐寬而不增加爐高，爐料受爐氣加熱的有效表面積並沒有增加，但熱損失增加了。熔煉焙砂，料坡較傾斜，約30。，如爐的寬度較窄，兩個對面的料坡會相連，堵塞熔池，使熔煉過程複雜化。因此，熔煉焙砂時，應增大爐寬，使爐料的有效加熱表面積增大，從而提高反射爐的生產率。
反射爐氣流空間高度根據爐氣的平均速度來選擇。爐氣平均速度一般在5～8 m/s，大於此範圍，會使爐氣帶走的煙塵量增加。反射爐氣流空間的高度一般為3～4 m。
(1)爐基
反射爐是一個沉重的建築物，僅築爐材料總重量就達1500～3000 t，地面的負荷很大，須有良好的爐基，使負荷均勻地傳到地面，否則可能發生爐子局部下沉，使磚砌體產生裂縫。
爐基應比爐子寬和長，便於有擴建的可能。
(2)爐底
爐底長期處於高溫作用下，承受巨大壓力，不斷受到熔體的沖刷和化學侵蝕。因此，應選擇適當的耐火材料構築爐底以延長爐子壽命，提高生產力。
爐底通常用石英燒結，即用磨碎的石英石或天然河沙砌築，其粒度不大於2mm，SiO2含量不小於92%～96%。
(3)爐牆
爐牆直接砌築在爐基上，一般用矽磚砌成，由於矽磚易受爐渣的侵蝕，故渣線以下的爐牆內側用鎂磚、鉻鎂磚或鎂鋁磚襯裡，砌黏土磚或矽磚。爐子前牆設有安裝燃燒器的矩形道，爐尾側牆中部設銅鋶放出道，放渣道設於爐尾端牆或爐尾側牆，轉爐渣注入道設在爐頭端牆或側牆。
(4)爐頂
反射爐的爐頂有拱式頂和吊式頂兩種。
拱式頂一般由3～7 m長的幾個拱段構成，靠近爐頭的拱段因處於高溫區，較短且厚，爐子尾部拱段較頭部拱段長，各拱段間留有50～70 mm的膨脹縫。拱式頂一般用矽磚砌成。矽磚爐頂重量較輕，成本較鎂磚低、但矽磚易受鹼性料塵的侵蝕，故限制了爐子的寬度。
吊式頂在4～8塊磚之間嵌入2～3 mm厚的鐵板連線成一個磚組，爐頂受熱時，鐵板熔化，使各塊磚彼此黏結。磚組用重量較大、耐火度高的鎂磚、鉻鎂磚或鎂鋁磚，所有磚組獨立掛在橫鐵架上，爐的寬度較拱式頂寬。
(5)加固支架
爐子的加固支架由立在爐子四周的支柱和橫貫於爐頂上方及爐子以下的拉桿組成。用二字鋼或槽鋼支柱成對組合，爐子加熱時，及時旋轉拉桿上的螺帽調節拉力，以免支柱和磚砌體變形。支柱與爐牆之間通常留25 mm的縫隙，供磚砌體受熱膨脹之用。
(6)排煙道
排煙道設於爐尾，有直升炯道和斜煙道兩種形式，後者對氣流的阻力較小，煙塵能在此沉降，減少煙塵率。煙道的側壁用耐火磚砌成，頂部也有用吊頂的。為減少煙道故障，通常將煙道建得寬而短，為調節氣流，煙道中設有閘門。
技術經濟指標
在正常情況下，反射爐熔煉的主要技術經濟指標如下：
(1)床能力。床能力為每晝夜1m2爐床面積處理的爐料量。對於焙燒礦，為4～6.5t/(m2·d)；對於生精礦，為2～4t/(m2·d)。
(2)燃料消耗。對粉煤而言，熔煉焙燒礦時為爐料量的9.5%～14%，熔煉生精礦時為14%～20%；對重油而言，熔煉焙燒礦時為7%～12%，熔爍生精礦時為10%～16%。
(3)銅的回收率。銅的回收率因精礦品位的不同而不同，富精礦(Cu 30%～40%)為98%～99%，中等品位精礦(Cu 10%～20%)為94%～97%，而貧精礦(Cu 2%～5%)為80%～90%。
反射爐煉銅法存在的主要問題是硫化銅精礦的潛熱利用差，熔煉所需熱量主要依靠燃料的燃燒供給，而燃料燃燒的熱利用率又只有25%～30%，因此燃料消耗多，產出的煙氣量大；且其中的SO2濃度低，回收利用困難，環境污染嚴重，在能源價格不斷上漲和環境保護法規日益嚴格的形勢下，反射爐煉銅法套用的局限性已變得越發明顯。因此，國際上不少反射爐煉銅廠曾尋求過改造反射爐的途徑，如用預熱空氣和富氧燃燒、研製新型燃燒器以強化熔煉、在爐頂試驗氧氣頂吹和加熱等。由於閃速熔煉和熔池熔煉技術的進步和工藝的日趨完善，自20 世紀70年代以來這些方法已在一些工廠取代了反射爐法，其趨勢日漸增強。然而在一些特定的地區，反射爐煉銅法仍在繼續發揮作用，在世界銅產量中仍占有重要的地位。
