有色金属冶金学11-铜冶金

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1、第四篇重金属冶金第6章铜冶金6.1概述6.1.1世界铜生产概况铜是人类最早发现和使用的金属之一中国是世界上最早使用铜器的国家之一中世纪铜矿的开采主要是在欧洲的西班牙，日耳曼、英国、俄罗斯。目前铜产量顺序为：美国、智利、日本、中国。6.1.2铜及其主要化合物的性质与用途6.1.2.1铜的性质（1）物理性质颜色:玫瑰红色；延展性:柔软；导电导热性：仅次于银，居金属的第二位元素周期表第四周期第IB族元素，原子序数29，原子量63.57；密度8.96g/cm3，熔点1083.4℃,沸点2567℃。（2）化学性质6.1.2.2铜的用途(1)电气工业48.2%(2)建筑工

2、业16.2%(3)运输交通6.6%(4)通用工具20.6%(5)家用及其它8.4%6.1.3炼铜原料及方法6.1.3.1炼铜原料在地壳中的丰度7.0×10-5（g/t)铜矿物分为自然铜、硫化矿和氧化矿。硫化矿:Cu2S(辉铜矿),CuFeS2(黄铜矿),CuS(铜蓝)氧化矿:Cu2O(赤铜矿),CuO(黑铜矿),CuCO3·Cu(OH)2(孔雀石)6.1.3.2铜的生产方法（1）火法：造锍熔炼、锍的吹炼、粗铜火法精炼、阳极铜电解精炼（2）湿法:焙烧、浸出和净化、电沉积锍：各种硫化物的混合体6.2造锍熔炼的基本原理6.2.1造锍熔炼时物料的物理化学变化(1)各类

3、高价化合物及碳酸盐的离解(1200℃以上）FeS2=FeS+0.5S2FenSn+1=nFeS+0.5S22CuFeS2=Cu2S+2FeS+0.5S22CuS=Cu2S+0.5S22Cu3FeS3=3Cu2S+2FeS+0.5S23NiS=Ni3S2+0.5S22CuO=Cu2O+0.5O2CaCO3=CaO+CO2MgCO3=MgO+CO2在熔炼高温下,稳定的铜化合物物为Cu2S、Cu2O;稳定的铁硫化物是FeS;稳定的镍硫化物是Ni3S2.（2）硫化物氧化FeS+1.5O2=FeO+SO2FeS2+2.5O2=FeO+2SO23FeS+5O2=Fe3O4

4、+3SO2Cu2S+1.5O2=Cu2O+SO2(3)铁的氧化物及脉石造渣反应2FeO+SiO2=2FeO·SiO23Fe3O4+FeS+5SiO2=5(2FeO·SiO2)+SO2(4)燃料的燃烧反应C+O2=CO22H2+O2=2H2OCH4+2O2=2H2O+CO26.2.2锍的形成及其特性铁的硫化物FeS在高温下能与许多重金属硫化物形成共熔体即锍。冰铜：铜以Cu2S的形态与未被氧化的FeS及少量的其他金属硫化物形成的锍。冰铜组成：Cu2S,FeS,少量铁的氧化物，PbS,ZnS,Co3S,Au,Ag,铂族金属全部溶入冰铜，Se,Te,As,Sb,Bi等

5、元素部分溶入冰铜。通常冰铜中氧的质量分数约为3%，氧在冰铜中以FeO和Fe3O4两种形态存在。随着冰铜品位的升高，氧的含量降低；随二氧化硅含量增高，含氧量下降。6.2.3造锍熔炼炉渣及其特性炉渣是炉料和燃料中各种氧化物的共熔体.炉渣组成:FeO-SiO2-CaO、FeO-SiO2-Al2O3和FeO-Fe2O3-SiO2渣系。炉渣的碱度定义：M0=[w(CaO)+w(MgO)+w(FeO)]/[w(SiO2+w(Al2O3)]M0=1的炉渣为中性渣；M0>1的炉渣为碱性渣；M0<1的炉渣为酸性渣。炉渣的粘度：（1）组成炉渣的氧化物对粘度的影响SiO2对炉渣粘度

6、的影响：在熔融的炉渣中，SiO2以硅氧络阴离子形态存在。它的最小单位是Si-O四面体结构（SiO4-4）。炉渣中SiO2质量分数越高、硅氧络阴离子的结构越复杂，离子半径越大，炉渣的粘度越大，流动性越差。碱性氧化物对炉渣粘度的影响：使硅氧络离子结构变得简单，减低炉渣粘度。（2）温度对炉渣粘度的影响：造锍熔炼过程对炉渣的基本要求：（1）炉渣与冰铜不互溶，对Cu2S溶解度小；（2）具有良好的流动性；（3）具有相对低的密度；（4）具有相对大的界面张力。6.2.4造锍熔炼过程中FeS的优先氧化FeS是铜最终以Cu2S形态进入冰铜的保证：造锍熔炼的物料中，主要是铜和铁的硫

7、化物。只要料中有FeS存在，铜的氧化物（Cu2O）就必然会按下式转变成硫化物（Cu2S）进入冰铜相。FeS(l.mt)+Cu2O=FeO(l.sl)+Cu2S(l.mt)K1473=2.78×104ΔＧ0=-144570+13.05T(J)体系中Cu2S和FeO是稳定相。6.2.5化学位图熔炼冶金过程涉及O2S2SO2,是Me-S-O组成的体系。硫位-氧位图：以各种化学反应达到平衡时的热力学计算为基础绘制而成，表示在一定温度下金属及其化合物在S2-O2-SO2气氛下稳定存在的热力学条件。通过对硫位-氧位图的研究，能够深入了解金属及其化合物稳定存在的条件；可

8、以判断在给定的条件下哪些反应可能进行，