冰铜熔炼的理论基础

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1、第二节冰铜熔炼的理论基础1一、概述造硫熔炼是目前世界上广泛采用的生产工艺。现代造锍熔炼是在1150-1250℃的高温下，使硫化铜精矿和熔剂在熔炼炉内进行熔炼。炉料中的铜、硫与未氧化的铁形成液态铜锍。炉料中的SiO2，Al2O3，CaO等成分与FeO一起形成液态炉渣。炉渣是以2FeO·SiO2(铁橄榄石）为主的氧化物熔体。铜锍与炉渣基本互不相溶，且炉渣的密度比锍的密度小，从而达到分离。2冰铜是在熔炼过程中产生的重金属硫化物为主的共熔体，是熔炼过程的主要产物之一，是以Cu2S-FeS系为主并溶解少量其它金属

2、硫化物（如Ni3S2、Co3S2、PbS、ZnS等）、贵金属（Au、Ag）、铂族金属、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及微量脉石成分的多元系混合物。二、冰铜的概念及其组成3加入熔炼炉的物料（铜精矿或焙烧矿及含铜返料、熔剂等）中，主要是铜和铁的硫化物，还有氧化物，如SiO2、CaO、FeO等，其中SiO2为主。三、造锍熔炼过程的基本原理1、造锍熔炼过程的主要物理化学变化造锍熔炼过程的主要物理化学变化为：水分蒸发，高价硫化物分解，硫化物直接氧化，造锍反应，造渣反应。4（1）水分蒸发目前除闪速熔炼、三菱法等

3、处理干精矿外，其他方法的入炉精矿，水分都较高（为6%~14%）。这些精矿进入高温区后，矿中的水分将迅速挥发，进入烟气。5（2）高价硫化物的分解熔炼未经焙烧或烧结处理的生精矿或干精矿时，炉料中含有较多的高价硫化物，在熔炼炉内被加热后，离解成低价化合物，主要反应有：2FeS2(s)→2FeS(s)+S2(g)(2-1)300℃开始，560℃激烈进行，在680℃时，分解压Ps2=69.06千帕62CuFeS2(s)→Cu2S(s)+2FeS(s)+1/2S2(2-2)550℃开始。2CuS(s)＝Cu2S(s

4、)+1/2S2(2-3)400℃开始，600℃激烈反应。2CuO=Cu2O+1/2O2(2-4)在1105℃时，分解压Po2=101.32千帕。产物Cu2O是较为稳定的化合物，在冶炼温度下（1300－1500℃）是不分解的。7另一类热分解反应是碳酸盐的分解：CaCO3=CaO+CO2(2-5)在910℃，Pco2=101.32千帕MgCO3=MgO+CO2(2-6)在640℃，Pco2=101.32千帕所有分解反应均为吸热反应。离解生成的S2被炉中的氧化气氛氧化为SO2。8（3）硫化物直接氧化在现代强化

5、熔炼炉中，炉料往往很快地就进入高温强氧化气氛中，所以高价硫化物除发生离解反应外，还会被直接氧化。主要的氧化反应有：高价硫化物的直接氧化2CuFeS2+5/2O2=(Cu2S·FeS)+FeO+2SO2(2-7)2FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2(2-8)3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2(2-9)2CuS+O2=Cu2S+SO2(2-10)9低价的化合物的氧化反应2FeS(l)+3O2(g)=2FeO(g)+2SO2(g)(2-11)10Fe2O3(s)+FeS(l)=7Fe3O4(

6、s)+SO2(g)(2-12)2Cu2S(l)+3O2(g)=2Cu2O(l)+2SO2(g)(2-13)其它有色金属硫化物（NiS、PbS、ZnS等）也会被氧化成相应的氧化物。10在强氧化气氛下，FeO可继续氧化成Fe3O4。3FeO(l)+1/2O2=Fe3O4(S)(2-14)铁硫化物生成Fe3O4的趋势是不可避免的，只是随炉型，程度不同。11（4）造锍反应上述反应产生的FeS和Cu2O在高温下将发生下列反应：FeS+Cu2O=FeO+Cu2S一般说来，在熔炼炉中只要有FeS存在，Cu2O就会变

7、成Cu2S，进而与FeS形成锍。这是因为Fe和O2的亲和力远远大于Cu和O2的亲和力，而Fe和S2的亲和力又小于Cu和S2的亲和力。12（5）造渣反应炉料中产生的FeO在有存在时，将按下式反应开成铁橄榄石炉渣：2FeO+SiO2=（2FeO·SiO2）硫化物的氧化和造渣反应是放热反应。利用这些热量可以降低熔炼过程燃料消耗，甚至可实现自热熔炼。此外，炉内的Fe3O4在高温下也能与FeS和SiO2作用生成炉渣。3Fe3O4+FeS+5SiO2=5(2FeO·SiO2)+SO2131、冰铜和炉渣的形成过程经过

8、一系列化学反应形成的低价氧化物和硫化物在炉内一定区域被熔化。熔化过程是从形成低熔点共晶物和硅酸盐开始发生的。因为单独的硫化物和氧化物都具有比冰铜和炉渣高的熔点，如表2.1所示。四、冰铜的形成及相关系14表2.1一些硫化物氧化物及其共晶物和硅酸盐的熔点15熔化的共晶物和硅酸盐便是初锍和初渣，它们在运动过程中继续被加热升温，同时又溶解了其它的难熔物。在进入熔池时，完全形成了炉渣和冰铜，由于两者结构不同，不相互溶解，且比重又有差异，较重的冰铜颗粒