有色冶金概论-铜冶金

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1、第二章铜冶金2.1概述2.1.1铜的性质和用途1）物理性质铜是玫瑰红色的金属，展性和延性良好。可拉成0.0799毫米的细丝，或薄片。2）化学性质原子量63.54，一价和二价，一价化合物高温稳定，而二价的化合物则相反。铜与硫化合生成硫化亚铜Cu2S和硫化铜CuS.3）铜的用途硫化矿：黄铜矿（CuFeS2）,斑铜矿（Cu3FeS3）,辉铜矿（Cu2S）,铜蓝（CuS）氧化矿：孔雀石（CuCO3.Cu(OH)2）,硅孔雀石（CuSiO3.2H2O）,兰铜矿（2CuCO3.Cu(OH)2）,赤铜矿（Cu2O）,胆矾（CuSO4.5

2、H2O）2.1.2炼铜原料2.1.3铜的生产方法1）火法炼铜火法炼铜占铜生产量的90%，主要处理硫化矿。设备鼓风炉、反射炉、电炉、闪速炉和连续炼铜炉等。2）湿法炼铜湿法炼铜占铜生产量的10%，主要用以处理氧化矿，也有的处理硫化矿。2.2火法炼铜的基本理论2.2.1火法炼铜的基本原理火法炼铜的目的:(1)使炉料中的铜尽可能全部进入冰铜,同时使炉料中的氧化物和氧化产生的铁氧化物形成炉渣.(2)使冰铜与炉渣分离。为达到这两个目的，火法炼铜必须遵循两个原则：（1）必须使炉料有相当数量的硫来形成冰铜。（2）使炉渣含二氧化硅接近饱和，

3、以便冰铜和炉渣不致混溶。FeS（液）+Cu2O（液）=FeO（液）+Cu2S（液）反应△G0=-35000+4.6T2.2.2铜熔炼的冰铜1.冰铜的成分冰铜：是由Cu2S和FeS组成的合金，其中可能还有少量其他硫化物如Ni3S2、Co3S2、PbS和ZnS等，但铜铁硫的含量占总量的85~95%。2.冰铜的性质熔点：900~1050℃。比重：4.8~5.3冰铜是贵金属的良好捕集剂。液体冰铜遇水容易发生爆炸。2.2.3铜熔炼的炉渣1.炉渣的成分炉渣是由各种金属和非金属氧化物的硅酸盐组成的合金。主要组成：SiO2、FeO和CaO

4、（三者总量85～90％）硅酸度是指炉渣中酸性氧化物SiO2的含氧量与碱性氧化物含氧星展和的比值，用K表示。2.炉渣的性质(1)炉渣的熔点（1050-1100℃）,影响炉料的溶化速度和燃料消耗;(2)粘度,影响炉渣与冰铜的分离和流动性，影响炉渣的排放性质、化学反应速度和传热效果;(3)炉渣的比重（3.3-3.6）,炉渣和冰铜的沉清分离,冰铜与炉渣比重差应大于1;(4)炉渣的导电率（电炉）。3.渣含铜损失占总铜重的1~2%，损失的三种类型：①化学损失，指铜以Cu20形态造渣引起的损失。②物理损失，指铜以Cu2S形态溶解于炉渣中

5、引起的损失。（酸性炉渣溶解Cu2S较少，而FeO含量高的炉渣对Cu2S溶解度大）③机械损失，由于冰铜颗粒未能从炉渣中沉清所引起。它是炉渣中铜损失最大部分。一般占50%以上。主要原因：炉渣本身的性质不良；炉渣与冰铜的沉清条件不好；由于化学反应不完全；冰铜颗粒太细，来不及结合成大颗粒沉降；操作因素，如在放渣时带走冰铜和生料等。4.渣型的选择(1)铜炉渣应有适当的熔点一般是1050—1100℃，生产中炉渣还要保证100-150℃过热。(2)铜炉渣要粘度小，流动性好，以便与冰铜分离。(3)铜炉渣的比重不应太大，冰铜和炉渣的比重差在

6、1-2之间。(4)铜炉渣的表面张力要大，进而减少冰铜的悬浮。(5)电炉熔炼时，炉渣的导电性要适当。(6)铜炉渣对冰铜溶解度要小。(7)造渣所配入的熔剂要少。2.3铜精矿的密闭鼓风炉熔炼鼓风炉熔炼是在竖式炉子中依靠炉料与上升热炉气对流加热进行熔炼，在历史上此法最早曾应用于从氧化铜矿石生产扔铜。自从五十年代末期以来，出现了直接处理精矿的密闭鼓风炉熔炼法。它是将精矿加水混捏提高粘性，加入鼓风炉进行熔炼。炉顶为密封式，炉气用于制酸。目前鼓风炉熔炼还在生产上采用，我国约40%的铜是用这种方法冶炼的。2.3.1密闭鼓风炉熔炼的原理1．

7、炉料、炉气和温度在炉内的分布炉料：①混捏铜精矿、熔剂（石灰、石英石）和转炉渣组成。块料容积要占炉料容积的50%。②炉气：周边行程。③炉料的分布不均也使鼓风炉内温度分布不均，炉子两侧温度高，中心低。2、鼓风炉内的物理化学过程由上到下发生各种物理化学变化，按炉子高度分三个区域，如：（1）预备区温度区间：250~600到1000~1100℃主要物理化学变化：1）预热、干燥、脱水。2）高价硫化物和石灰石分解。3）硫化物被氧化。4）精矿粉料的固结和烧结。（2）焦点区焦点区是进行激烈化学反应和熔化过程的区段。在风口上方一米左右的地方，

8、最高温度达1250~1350℃。在焦点区内主要物理化学变化：1）炉料熔化，完成造渣和造冰铜。2）熔融硫化物的氧化。3）焦炭的燃烧。被氧化的主要是FeO，产出的FeO与炉料中的SiO2造渣，总反应如下：2FeS+3O2+SiO2=2FeO.SiO2+2SO2此外，转炉渣中的Fe3O4也直接与SiO2和Fe