洛阳铜加工集团有限责任公司 黄天增
〖摘要〗铜火法精炼的还原以重油为主，还原时产生大量黑烟污染环境，本文详细探讨了利用城市煤气进行还原，在技术上的可行性，在操作上的安全性，及在实际运用方面如何控制氢在铜中的溶解度，取得优于重油还原结果的方法。
〖关键词〗铜火法精炼 黑烟污染 煤气还原 铜中氢含量
1、概述
洛阳铜加工集团冶炼厂的两台150t铜精炼炉是该公司的关键设备之一，同时也是洛阳市的重点污染源之一。其正常生产时，每天每台炉子消耗重油量为15-20吨。由于当前原油提炼技术水平日臻完善，使得提炼后的重油成分也越来越渣型化而不利于燃烧，故燃烧不完全的黑烟（残碳）严重污染市区的环境。更为严重的是用重油还原铜时需将重油通入铜水中，让其碳氢化合物与铜水中的氧起反应以脱去铜水中的氧。为了提高还原效率，需通入过量的重油以利于还原的进行。这就造成大量的碳在高温缺氧的情况下凝聚成不宜燃烧的碳粒，弥漫在车间的周围和上空，严重污染了企业和城市的环境。
前些年在省市环保部门的支持下，也曾进行过治理，但由于重油还原没有更好的替代产品，即使增加了二次供风燃烧系统，凝聚的碳粒仍不能较好燃烧，黑烟污染依旧。
自2003年元月省市政府为改变城市的环境，大力推进清洁能源的使用，将城市管网煤气引入企业，使得铜精炼反射炉的燃料结构得以改变，最终以气体燃料替代了液体燃料，消除了重油燃烧不彻底所产生的黑烟。但对于煤气能否替代重油用于还原，还有许多问题困扰着大家而不能过关；经资料检索、网上查询和对数批国外专家的咨询证实：此前国内外还没有将煤气用于铜还原的先例。
2.对关键问题的分析：
我们针对煤气用于还原可能遇到的问题分别进行研究，其探讨情况如下：
2.1煤气替代重油用于还原在技术上的可行性
用木头、木炭、重油作还原剂进行铜的还原是大家熟悉的工艺，也是大家所接受的工艺。但经仔细分析，这三种还原剂的实际还原机理并不完全一致。其中木头、木炭的还原应视为：
Cu2O + C = 2Cu + CO ①
生成的CO又与氧化亚铜起反应
Cu2O + CO = 2Cu + CO2 ②
当①式和②式合并后可视为：
2Cu2O + C = 4Cu + CO2
以上应为典型的碳还原反应。
表1 国内重油成份一览表
成份
产地 C , % H , % O , % N , % S , % 灰份,% H2O,% 发热量, KJ/kg
大庆重油 86.47 12.74 0.29 0.28 0.21 0.01 0.20 39848
胜利重油 85.97 11.97 0.62 0.34 1.00 0.04 1.30 41248
锦西重油 86.85 11.54 0.96 0.57 0.16 40776
南京重油 86.56 12.70 0.50 0.50 0.40 41257
抚顺重油 84.00 10.20 0.20 0.60 0.70 0.30 4.00 38623
平 均 85.97 11.83 0.514 0.458 0.494 0.12 1.83 40350
表2 城市煤气成份一览表
成份
产地 CO，% H2，% CH4，% CmHn，% N2，% CO2，% 发热量，KJ/m3
城市煤气 17.49 51.138 27.898 1.251 1.321 0.98 18810
实测值 2.94 47.334 45.97 0.106 0.454 3.5 21845
然而重油的还原反应就不那么简单了，我们从表1可知重油的主成分为C： 86%±，H2：12%±。无论重油是什么样的CmHn，最终经加热分解后生成物均为C和H2。
对于碳的还原在上面已阐述，对于氢的还原反应见下式：
Cu2O + H2 = 2Cu + H2O
对于这两个反应如按含量看，C含量为H2含量的7倍多，应以C的还原反。应为主，H2的还原反应为辅。然而经热力学数据计算，其结果则不然：
Cu2O（l）+ H2（g）= 2Cu（l）+ H2O（g） ③
Cu2O（l）+ CO（g）= 2Cu（l）+ CO2（g） ④
两式的标准自由焓分别为：△G0H = －128742 + 16.4T（J）
△G0CO = －162213 + 45.77T（J）
当以上两式的反应速度相等时：即△G0H = △G0CO，
T=1139.6K，t =T－273 = 866.63℃
即在866.6℃时两反应相等。#p#分页标题#e#
在866.6℃以下CO的还原反应速度高<
