铜冶金学第2章.ppt

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1、第2章造锍熔炼的理论基础2.1概述现代造锍熔炼是在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。这种铜锍是以FeS-Cu2S为主,并溶有Au、Ag等贵金属及少量其他金属硫化物的共熔体。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。铜锍与炉渣互不相溶，且密度各异从而分离。2.2造锍熔炼过程的基本反应2.2.1造锍熔炼过程的主要化学反应类型熔炼炉料中主要的化合物是硫化物、氧化物和碳酸盐。可能的硫化物组成成分有：CuFeS2、

2、CuS、Cu2S、FeS2、FeS、ZnS、PbS、NiS等。氧化物有：Fe2O3、Fe3O4、Cu2O、CuO、ZnO、NiO、MeO·Fe2O3、SiO2、Al2O3、CaO和MgO;CaO和MgO是由碳酸盐分解而来的。1.高价硫化物的热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2CuFeS2(s)→Cu2S(s)+2FeS(s)+1/2S2

3、(2-2)550℃开始。2CuS(s)＝Cu2S(s)+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。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2.硫化物氧化在现代强化熔炼炉中，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

4、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)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(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

5、、PbS、ZnS等）也会被氧化成相应的氧化物。在强氧化气氛下，还会发生下列反应时，Fe3O4生成量较多。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。在强氧势及良好的气固接触3.交互反应冰铜熔炼中另一类反应是硫化物与氧化物的交互反应，它是最重要的一类反应。因为这类反应决定着铜与其它有价金属在冰铜中的回收程度，决定着Fe3O4还原造渣的顺利和完全程度。来自于热分解和氧化反应生成的Fe3O4、FeS、FeO、Cu2S、Cu2O以及炉料中的SiO2在高温相互接触条件下将进行交互反应。这类反应

6、又可以分成两种类型：一是Fe3O4与FeS的反应；二是不同金属硫化物与氧化物之间MeO－FeS，以及相同金属硫化物与氧化物之间MeS－MeO的反应。2.2.2还原造渣反应Fe3O4－FeS体系经过氧化反应，炉料中铁的一部分形成Fe3O4，Fe3O4的熔点高（1597℃）在渣中以Fe－O复杂离子状态存在。当其量较多时，会使炉渣熔点升高，比重增大，恶化了渣与锍的沉清分离。当熔体温度下降时，Fe3O4会析出沉于炉底及某些部位形成炉结，还会在冰铜于炉渣界面上形成一层粘渣隔膜层，危害正常操作。在还原熔炼中，Fe3O4是靠还原气氛(Pco2/Pco之比)来使之还原造渣的

7、。而在氧化气氛的造锍熔炼中，只能依靠与FeS的作用来还原，即3Fe3O4(s)+[FeS]=10(FeO)+SO2(g)ΔGo=761329－455千焦(2-15)式中（）为渣相，[]为冰铜相。表2.1Fe3O4－FeS系和Fe3O4－FeS－SiO2系反应吉布斯自由能变化和平衡常数与温度关系平衡常数Kp和ΔG0与温度的关系如表2.1所示。反应要在1400℃以上才能向右进行，而且Kp值很小。加入SiO2后，体系变成Fe3O4－FeS－SiO2系，反应为：FeS(l)+3Fe3O4(s)+5SiO2(s)=5(2FeO·SiO2)(l)+SO2(g)ΔG0

8、=625.28－0.44千焦(T>1205)（2-1