第四章 硫化矿的火法冶金

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1、任务十、硫化矿热离解上一章任务内容一、任务目标二、解决思路三、任务实践任务目标一）硫化矿性质及处理方法二）硫化矿高温下五种反应类型三）硫化矿高温下稳定性一）硫化矿性质及处理方法大多数有色金属矿物都是以硫化物形态存在于自然界中。因此一般的硫化矿都是金属复合矿，具有综合利用的价值。例如铜、铅、镍、钴、汞、钼等矿物多为金属硫化物。此外，稀散金属如锗、铟、镓、铊等常与铅锌硫化物共生，铂族金属又常与镍钴共生。一）硫化矿性质及处理方法现代硫化矿的处理主要依靠火法冶金，提取金属的方法较处理氧化矿复杂。主要原因是不能直接用碳

2、把硫化物中的金属还原出来。因此，必须根据硫化矿物的物理化学特性及成分来选择其冶炼途径。传统的方法是在提取金属之前先改变矿物的化学成分或化合物的形态。例如方铅矿（PbS）、闪锌矿（ZnS）、辉钼矿（MoS2）、等都要在空气中进行焙烧，使其生成铅、锌、钼的氧化物，而后在下一阶段对金属进行还原。而硫化铜矿的的处理则是采用焙烧，熔炼及吹炼的方法获得粗铜。一）硫化矿性质及处理方法现代冶金工厂所处理的硫化物精矿，不仅粒度细至0.1mm以下，具有很大的表面活性，而且一般含硫量在15～30%之间，具有很大的发热量。因此从充分利

3、用硫化精矿本身的热能来解决冶炼过程的能耗，及从提高硫的回收率以减少对环境的污染等方面来考虑，直接熔炼硫化物制取金属的问题，无论在理论上或实践上都将具有现实意义。二）硫化矿高温下五种反应类型硫化矿的处理过程虽然比较复杂，但从硫化矿物在高温下的化学反应来考虑，大致可归纳为以下五种类型：2MeS+3O2=2MeO+2SO2(1)MeS+O2=Me+SO2(2)MeS+MeO=MeO+MeS(3)MeS+2MeO=3Me+SO2(4)MeS+=MeS+Me(5)二）硫化矿高温下五种反应类型反应（1）是各种有色金属硫化矿

4、氧化焙烧的基础。反应（2）是金属硫化物直接氧化成金属的反应。这是因为这类金属对氧的亲和力都比较小，因此它们的氧化物和硫化物都容易离解，故在氧化过程中，硫成为稳定的二氧化硫气体，并使金属得到还原。这类反应的实例是硫化汞（辰砂）矿的氧化焙烧反应：HgS+O2=Hg+SO2二）硫化矿高温下五种反应类型反应（3）是造硫熔炼的基本反应。硫化亚铁中的铁对氧的亲和力比较大，使其它金属的氧化物发生硫化，形成硫化物的共熔体（锍），从而与矿石中的脉石分离。反应（4）是金属硫化物与其氧化物的交互反应，结果是金属被还原。这类反应是火法

5、炼铜中吹炼的基础。铅的熔炼也属此类反应。反应（5）是硫化反应。这类反应对于某些冶金方法来说是基本反应：硫化精炼--用加硫的方法除去金属中的杂质；硫化矿的置换硫化熔炼。三）硫化矿高温下稳定性研究硫化矿高温下稳定性--硫化物的热离解，可以为硫化矿的火法冶金提供理论依据及实际操作方法。因此对硫化矿的热离解必须加以讨论。解决思路一）硫化物的热离解某些金属如Fe、Cu、Ni等具有不同价态的硫化物，其高价金属硫化物在中性气氛中受热到一定温度（1000～1500K）即发生如下的离解反应：2MeS=Me2S+1/2S2产出元素

6、硫和低价金属硫化物。上列的硫化物热离解反应表明，在高温下低价金属硫化物是稳定的，因此在火法冶金过程中实际参加反应的是低价的金属硫化物。解决思路二）金属硫化物的离解-生成反应在火法冶金的作业温度下，二价金属硫化物的离解-生成反应可以用下列通式表示：2Me+S2=2MeS若Me和MeS各为独立凝聚相时，则离解压Ps2与反应的平衡常数Kp及吉布斯自由能Gθ及温度T的关系为：ΔGθ=-RTlnKp=19.146TlogPs2,J(4-1)同温度下ΔGθ越小、Kp越低的硫化物越稳定。任务实践金属硫化物的离解-生成反应：C

7、u+S2=2CuSFe+S2=2FeS任务实践由金属硫化物热离解产出的硫，在通常的火法冶金温度下都是气态硫（硫的沸点为717.5K）。在不同温度下，这种气态硫中含有多原子的S8、S6、S2和单原子的S。它们各自的含量变化取决于温度，如表4-1所示。任务实践表4-1所示的数据是根据以下三种平衡反应的平衡常数公式和一个总压方程计算得到的：3S84S6logS63S2logS22SlogPS8+PS6+PS2+PS=101325Pa从表4-1可见，在温度800K以下气态硫主要是S8、S6;在高于1500K的温度时，就

8、必须考虑到单体硫的存在；在火法冶金的作业温度范围内（1000K～1500K）主要是双原子的气态硫（S2）.任务实践任务实践硫化物的热离解：2CuS=Cu2S+1/2S2FeS2=FeS+1/2S2CuFeS2=Cu2S+2FeS+1/2S23NiS=Ni3S2+1/2S2