有色冶金原理第四章-硫化矿的火法冶金剖析复习过程.ppt

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1、有色冶金原理第四章-硫化矿的火法冶金剖析●硫化物高温下的化学反应归纳为五种类型：（1）是各种有色金属硫化矿氧化焙烧的基础。（2）是金属硫化物直接氧化成金属的反应。这类金属对氧和硫的亲和力都比较小，其硫化物容易离解，而其中的硫又很容易被空气中的氧所氧化，产生二氧化硫，使金属得到还原。2（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。（5）是硫化反应。这类反应对于某些冶金方法是基本的反应。（3）是造锍熔炼的基本反应。FeS中的铁对氧的亲和力比较大，能使其它金属的氧化物发生硫化，形成硫化物的共熔体（锍），与矿石中的脉石分离。

2、3金属硫化物的热力学性质2.1硫化物的热离解火法冶金中常遇到的反应：高温下低价硫化物是稳定的，火法冶金过程中实际参加反应的是金属的低价硫化物。硫的沸点：444.5℃24气态硫中的含有多原子的S8、S6、S2和单原子的S，其含量变化取决于温度，计算方法：5各种气态硫在不同温度下及时的分压/K/Pa/Pa/Pa/Pa80032930597828613－90035462046871232－1000－152099805－1200－－101325－1500－－10132522292000－－85113101323000－－29384719

3、4162.2金属硫化物的离解－生成反应衡量金属硫化物稳定性大小：●离解压－温度的关系图●吉布斯能－温度的关系图789焙烧过程热力学3.1硫化物的氧化3.1.1Me-S-O系（1）（2）（3）●对于所有MeS，反应（1）进行的趋势取决于温度和气相组成。但在实际焙烧温度（773－1273K），平衡向右进行，反应（1）实际是不可逆的，且为强放热反应。●反应（2）（3）是可逆的放热反应。（4）MeS焙烧的主要产物是：310Me-S-O系平衡图的计算方法：①确定体系中可能发生的各类有效反应，并列出每个反应的方程式；③根据　　　　　的关系计

4、算各个反应在一定温度下之间的关系式，即直线方程；④把各个反应的计算结果表示在　　　　图中。②热力学数据的确定；11例题：一般的Me-S-O系中的反应、平衡关系式、等温平衡图编号反　应　式平　衡　关　系　式直线斜率（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）12●只随　　变化而与无关的反应，垂直于轴的直线；●与　　　　　　的变化都有关的反应，斜线。●虚线表示的反应（1）（2），分别为　　　　　　　　　　　　　时的等压线。●图中直线为相应各反应的二凝聚相共存的平衡线，自由度为1。直线之间的区域，是一个凝聚相稳定存在的区域，为二变量体系

5、。三直线的交点，是三个凝聚相共存，零变量点。体系中两种类型反应：133.1.2Me-S-O系的重叠平衡图目的：获得复合硫化矿选择焙烧的热力学条件。例题：Fe-S-O系－Cu-S-O系重叠平衡图。143.1.3Me-S-O系的图153.2硫酸化焙烧硫酸盐生成－解离反应的条件，决定于体系中下述两个反应的平衡条件：（1）（2）16金属氧化物硫酸化反应标准吉布斯自由能图由图可知：●硫酸盐的生成熵很接近，直线几乎平行；●硫酸盐的生成趋势随温度升高而减弱，离解趋势增加。17焙烧过程中的气相组成4.1S－O系硫化物焙烧气相化学组分：S－O系中

6、的生成反应：4184.2氧位和硫位●氧位实际体系中氧的化学位与标准态时的化学位之差，即体系中氧的相对化学位。●硫位实际体系中硫的化学位与标准态时的化学位之差，即体系中硫的相对化学位。●氧位－硫位图评价金属氧化物和金属硫化物稳定性的大小194.3焙烧过程炉气平衡成分的计算例题：计算Cu-Ni硫化精矿的硫酸化焙烧。硫酸化焙烧精矿组成元　　素CuNiFeSH2O质量，％质量，mol/Kg101.5750.85356.273510.92158.33解：假设用含20.7％O2的空气量为mmol，焙烧所得的凝聚相为产物为CuSO4、NiSO

7、4、Fe2O3，气相组成为SO2、SO3、O2、N2、H2O。设ni分别为每种气体的摩尔量。按1000g精矿量计算，物料平衡计算如下。20S的平衡：（1）O的平衡：（2）气相产物的总摩尔数为：（3）（4）在1atm焙烧条件下：在给定空气量及温度条件下，联立计算（1）～（4）式。21硫化物焙烧动力学5.1硫化物的氧化机理气－固相反应，分阶段进行。（1）气相中的氧分子由气体中心经由包围着硫化物颗粒的气膜层扩散到其外表面上―外扩散；（2）氧分子被吸附到硫化物晶体上，发生氧分子与硫化物之间的化学吸附。被吸附的氧分子首先裂成活泼的氧原子后

8、才能与硫化物发生反应。反应最初产物可以认为是某种表面化合物或中间化合物；（3）硫原子和氧原子（或离子）在反应区范围内发生化学反应，反应的气体产物（SO2）从固体表面上解吸并转入到孔隙体内的气体之中，同时发生逆向扩散；（4）发生逆向扩散的同时，气体分子经由氧化产物