2.铜冶金第二章造锍熔炼基础.pptVIP

2.造锍熔炼理论基础 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（冰铜）。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。 造锍熔炼用原料： 以硫化铜精矿为主，其他原料有渣精矿、返料、再生铜料。 造锍熔炼用溶剂： 石英石（SiO2），石灰石（CaCO3） 造锍熔炼的基本原理 利用铜对硫的亲和力大于铁和一些杂质金属，而铁对氧的亲和力大于铜的特性，在高温及控制氧化气氛条件下，使铁等杂质金属逐步氧化后进入炉渣或烟尘而被除去，而金属铜则富集在各种中间产物中，并逐步得到提纯。 2.2造锍过程基本反应 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 冰铜熔炼所用原料主要是铜精矿和含铜的返料，除了有Cu、Fe、S等元素外，还含有SiO2、CaO、MgO等。在熔炼过程中发生的物理化学变化如下： （1）高价硫化物、氧化物及碳酸盐的分解 在1200℃ 以上，所有高价化合物均会发生离解反应。 FeS2 ＝ FeS ＋ 0.5S2 FenSn+1 = nFeS + 0.5S2 2CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + 0.5S2 2CuS = Cu2S + 0.5S2 2Cu3FeS3 = 3Cu2S + 2FeS + 0.5S2 3NiS = Ni3S2 + 0.5S2 氧化铜和碳酸盐的离解反应： 2CuO = Cu2O + 0.5O2 CaCO3 = CaO + CO2 MgCO3 = MgO + CO2 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。 （2）硫化物氧化 FeS + 1.5O2 = FeO + SO2 FeS2 + 2.5O2 = FeO + 2SO2 3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2 Cu2S + 1.5O2 = Cu2O + SO2 可以达到炉料部分脱硫的目的 （3）铁的氧化物及脉石造渣反应 2FeO+SiO2 =2FeO·SiO2 3Fe3O4+FeS+5SiO2= 5(2FeO·SiO2)+SO2 主要是脱出炉料中的部分铁，并使炉料中的SiO2，CaO，Al2O3和杂质通过造渣除去。 （4）燃料的燃烧反应 C + O2 = CO2 2H2 + O2 = 2H2O CH4 + 2O2 = 2H2O + CO2 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。 （5）造锍反应 xFeS+yCu2S=yCu2S xFeS 炉料中的硫化亚铜与未氧化的硫化亚铁相互熔解，产出含铜较高的液态铜锍（冰铜）。 2.2.2造锍熔炼的目的 将精矿中的铜富集在铜锍相（冰铜）中，而脉石、大部分铁的氧化物及杂质汇集于熔渣相中，然后将铜锍相与熔渣相完全分离。 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。 冰铜的概念及组成 冰铜的主要性质： 1）比重： 4.4～4.7，远高于炉渣比重（3～3.7）； 2）粘度： η＝2.4×10-3Pa·s，比炉渣粘度低很多 （0.5~2Pa ·s） 3）表面张力： 与铁橄榄石（2FeO ·SiO2）熔体间的界面张力约为20～60N/m，其值很小，由此可判断冰铜容易悬浮在熔渣中。 4）冰铜的主要成分Cu2S和FeS都是Au和Ag的强有力的溶解剂。 5）液态冰铜遇水爆炸，其原因如下： Cu2S + 2H2O = 2Cu + 2H2 + SO2 FeS + H2O = FeO + H2S 3FeS + 4H2O = Fe3O4 + 3H2S + H2 反应产生