铜冶金学第2章.pptx

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、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 (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、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。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=761329－455T焦(2-15) 式中（ ）为渣相，[ ]为冰铜相。平衡常数Kp和ΔG0与温度的关系如表2.1所示。表2.1 Fe3O4－F