冰铜熔炼的基本原理

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1、冰铜熔炼的基本原理冰铜熔炼是在高温和氧化气氛条件下将硫化铜精矿熔化生成MeS共融体的方法，又称造锍熔炼。冰铜熔炼将精矿中的铜富集于冰铜中，而大部分铁的氧化物与加入的熔剂造渣。冰铜和炉渣由于性质差别极大而分离。根据炉料受热方式、热源、炉料所处状态、气氛氧化程度，冰铜熔炼有鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼、闪速炉熔炼、白银炉熔炼及一步炼铜等。尽管设备不同，冶炼过程的实质是相同的，都属于氧化熔炼。精矿首先熔炼获得冰铜，然后将冰铜吹炼成粗铜，要获得纯度较高的精铜，将粗铜进行精炼，即火法精炼和电解精炼，这些过程都包括了氧化

2、过程。熔炼的基本原理：冰铜熔炼所用炉料主要是硫化铜精矿和含铜的返料，出含有Cu、Fe、S等元素外，还含有一定量的脉石。如用一般冶炼方法如反射处理，S/Cu比值较高的精矿，得到的冰铜品位低。此时，要先进行氧化焙烧，脱去部分S然后熔炼，才能获得要求品位的冰铜。如采用闪速炉或一步炼铜法测不受S/Cu比限制。硫含量大，自热能力好。炉料中的化合物有如下几种：1、硫化物10熔炼生成精矿以CuS、FeS、FeS为主；焙砂以CuS、FeS为主，还有少量ZnS、NiS、PbS等。2、氧化物FeO、FeO、CuO、CuO、ZnO、M

3、eO。如炉料为焙砂氧化物较多，生生精矿中氧化物较少。3、脉石CaCO、MgCO、SiO、AlO等。其中硫化物和氧化物数量占80%以上。熔炼过程实质上是铁和铜的化合物及脉石在高温和氧化气氛条件下进行的一系列化学反应，并生成MeS相和MeO相，即冰铜和炉渣，二者因性质和密度的不同而分离。熔炼炉料还包括加入的熔剂如石英、石灰石等，与精矿中部分铁盒脉石形成炉渣。一、熔炼过程的化学反应1、热分解反应（1）、高价硫化物的热分解FeS=FeS+1/2S反应573K开始，833K激烈进行。2CuFeS=CuS+2FeS+1/2S

4、反应823K开始分解。2CuS=CuS+1/2S反应673K开始，873K激烈进行。10上述反应分解所得的CuS、FeS高温下稳定，不再分解。（2）、高价氧化物的分解2CuO=CuO+1/2O在1378K、Po=101.3kPa下，反应向右进行。分解得到的CuO在熔炼温度下，Po值小于空气中的分压，即1573~1773K、Po=21kPa时是比较稳定的化合物。3FeO=2FeO+1/2O此反应在1653K、Po=21kPa时分解生成稳定的FeO。（3）、碳酸盐的分解CaCO=CaO+CO在1138K、101.3k

5、Pa时进行。MgCO=MgO+CO在913K、101.3kPa时进行。以上分解反应产物是CuS、FeS、CuO、FeO、FeO、CaO、MgO等。2、氧化反应精矿或焙砂的熔炼师在氧化气氛中进行。虽然方法不同，氧化气氛有强弱之别，但都能使Fe、Cu的硫化物被氧化。（1）、高价硫化物的氧化2CuFeS+5/2O=CuS+FeS+FeO+2SO788~823K进行。2CuS+O=CuS+SO10FeS+5/2O=FeO+2SO（2）、低价硫化物的氧化FeS+3/2O=FeO+SO3FeS+5O=FeO+3SOZnS+3

6、/2O=ZnO+SOPbS+3/2O=PbO+SOCuS+3/2O=CuO+SO熔炼过程中，低价硫化物的氧化可使FeS氧化成FeO。当Po气氛较强时，可生成FeO。上述反应中，硫化物反应的顺序是FeS、ZnS、PbS、CuS。炉料中主要成分是FeS和CuS，故FeS优先氧化，CuS后氧化，这是冰铜熔炼的基础。3、交互反应热分解和氧化反应生成的FeS、CuS、FeO、FeO、CuO、ZnO等以及炉料中的SiO由于相互接触，将进行相互反应。①、CuO-FeS反应高温下，由Cu对硫的亲和力大于铁，而铁对氧的亲和力大于铜

7、，故能产生如下反应CuO+FeS=CuS+FeO此反应是冰铜熔炼的基础。1573K、Kp=7300时，反应进行非常彻底。②、CuS-CuO反应102CuO+CuS=6Cu+SO熔炼温度下，反应易进行，此反应是冰铜中有金属铜的原因。当FeS含量高时，首先将CuO硫化为CuS，故冰铜品位不高时，Cu不可能存在。4、铁的氧化物与脉石的造渣反应2FeO+SiO=2FeO·SiO3FeO+FeS+5SiO=5(2FeO·SiO)+SO5、燃料的燃烧反应C+O=CO2H+O=2HOCH+2O=2HO+CO硫化物氧化和造渣反应

8、时放热反应，如能和好利用这些热量，可降低熔炼过程燃料的消耗，甚至实现自热熔炼。上述反应生成了FeS、CuS、FeO、FeO及少量Cu、CuO等。氧化物与熔剂中的SiO、CaO、AlO作用生成炉渣，全部硫化物形成冰铜。液态冰铜遇水爆炸CuS+2HO=2Cu+2H+SOFeS+HO=FeO+HS3FeS+4HO=FeO+3HS+H上述反应产生的H、HS气体与空气中的氧气反应引