有色金属冶金学重金属冶金学部分(三)铜冶金
有色金属冶金学 1 重金属冶金学部分 ——铜冶金（三）
3.2铜的造统熔炼基本概念3.2.1：铁的硫化物（FeS）在高温下能与许各种硫化物的混合物多其它金属硫化物形成共熔体冰铜：Cu,S和FeS组成的合金，的一种。冰铜组成：硫化物（包括PbS，ZnS，Ni,S）：少量铁氧化物；Au铂族金属全部溶入冰铜：Se，Te，As，Sb，Bi等元素部，Ag,4分溶入冰铜。通常冰铜中氧的质量分数约为3%，氧在冰铜中一般以Fe3O.形比重大，态存在，是有害成分熔点高、容易形成炉底。5
3.2 铜的造锍熔炼 3.2.1 基本概念 ► 锍：各种硫化物的混合物——铁的硫化物(FeS)在高温下能与许 多其它金属硫化物形成共熔体 ► 冰铜：Cu2S和FeS组成的合金，锍的一种。 冰铜组成：硫化物(包括PbS，ZnS，Ni3S2 )；少量铁氧化物；Au ，Ag，铂族金属全部溶入冰铜；Se，Te，As，Sb，Bi等元素部 分溶入冰铜。 ► 通常冰铜中氧的质量分数约为3%，氧在冰铜中一般以Fe3O4形 态存在，是有害成分——熔点高、比重大，容易形成炉底。 2
冰铜的主要性质·熔点：940~1130C，随冰铜品位变化·比重：4.0～5.2，远高于炉渣比重（3～3.7）；·粘度：n=2.4×10-3Pa'S，比炉渣粘度低很多（0.5~2Pa?s）·表面张力：与铁橄榄石（2FeO·SiO）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。。冰铜的主要成分Cu,S和FeS都是贵金属的强有力的捕捉剂。3
3 冰铜的主要性质 熔点：940~1130ºC，随冰铜品位变化 比重：4.0～5.2，远高于炉渣比重（3～3.7）； 粘度：η＝2.4×10-3Pa·s，比炉渣粘度低很多（0.5~2Pa ·s） 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。 冰铜的主要成分Cu2S和FeS都是贵金属的强有力的捕捉剂
造熔炼3. 2. 2将硫化铜精矿用不同的冶金炉设备进行熔炼：将部分铁的硫化物氧化成FeO;铜则以Cu,S的形态与未被氧化的FeS及少量的其他金属硫化物形成毓(冰铜)由于毓与炉渣不互溶而互相分离。硫化物氧化生成的SO,进入烟气
3.2.2 造锍熔炼 将硫化铜精矿用不同的冶金炉设备进行熔炼： 将部分铁的硫化物氧化成FeO； 铜则以Cu2S的形态与未被氧化的FeS及少量的其他金属硫化物 形成锍（冰铜）。 由于锍与炉渣不互溶而互相分离。 硫化物氧化生成的SO2进入烟气。 4
造熔炼的自的铜以Cu,S形态富集到冰铜；部分硫被氧化以SO,烟气形式脱离；脉石、氧化物及大部分杂质进入炉渣，并与冰铜分离。造熔炼属于氧化熔炼。火法炼铜必须遵循两个原则：一、炉料中必须有相当数量的硫来形成冰铜；二、使炉渣中SiO含量接近饱和，以便冰铜和炉渣分离。造熔炼所用物料主要有：硫化物精矿、造渣熔剂
造锍熔炼的目的 铜以Cu2S形态富集到冰铜；部分硫被氧化以SO2烟气形式脱 离；脉石、氧化物及大部分杂质进入炉渣，并与冰铜分离。 造锍熔炼属于氧化熔炼。 火法炼铜必须遵循两个原则： 一、炉料中必须有相当数量的硫来形成冰铜； 二、使炉渣中SiO2含量接近饱和，以便冰铜和炉渣分离。 造锍熔炼所用物料主要有：硫化物精矿、造渣熔剂
炉料中过量硫的作用机理造毓熔炼条件下，CuzO的生成不可避免，它会与SiO2反应进入炉渣，造成铜损失。炉料中的过量硫存在，将发生反应：FeS()+CuO(l)=Cu,S()+FeO(l)使Cu,O重新硫化成CuS，从而减少渣含铜损失
炉料中过量硫的作用机理 造锍熔炼条件下，Cu2O的生成不可避免，它会与 SiO2反应进入炉渣，造成铜损失。 炉料中的过量硫存在，将发生反应： 使Cu2O重新硫化成Cu2S，从而减少渣含铜损失 6
炉渣中SiO,饱和的作用机理熔炼体系没有SiO,时，铜和炉渣结合成共价键的Cu-Fe-S-O相，铜与炉渣高度混溶有SiO,时，它与FeO反应形成离子型炉渣相：2Fe0+3Si0=2ne2++Si0s铜镜不与SiO,作用而保留为共价键Cu-Fe-S相，使铜与炉渣明显分层
7 炉渣中SiO2饱和的作用机理 熔炼体系没有SiO2时，铜锍和炉渣结合成共 价键的Cu-Fe-S-O相，铜锍与炉渣高度混溶。 有SiO2时，它与FeO反应形成离子型炉渣相： 铜锍不与SiO2作用而保留为共价键Cu-Fe-S 相，使铜锍与炉渣明显分层
3.2.3造熔炼时物料的物理化学变化（1）各类高价化合物及碳酸盐的离解（1200℃C以上）FeS,=FeS+0.5S22CuFeS2=Cu,S+2FeS+0.5S22CuS=Cu,S +0.5S3NiS =NisS2+ 0.5S2CaCO=CaO+CO,MgCO,=MgO +CO2在氧化性气氛中，S2会被氧化成SO28
8 3.2.3 造锍熔炼时物料的物理化学变化 (1) 各类高价化合物及碳酸盐的离解(1200℃以上） FeS2 = FeS + 0.5S2 2CuFeS2 = Cu2S +2FeS + 0.5S2 2CuS = Cu2S + 0.5S2 3NiS = Ni3S2 + 0.5S2 CaCO3 = CaO + CO2 MgCO3 = MgO + CO2 在氧化性气氛中，S2会被氧化成SO2
(2) 硫化物氧化FeS + 1.502 =Fe0 + S023FeS+50,=Fe304+3S0,Cu,S + 1.50, = Cu,0 + S0,(3) 冰铜的形成Cu,S+FeS=Cu,S·FesFeS(冰铜)+Cu,O(渣)=Cu,S(冰铜)+FeO(渣)(4)造渣反应2FeO + SiO, = 2FeO·SiO,3Fe,O4 + FeS + 5Si0, =5(2FeO·SiO2) + S02（5）燃料的燃烧反应C + 0, = CO22H, + 0, = 2H,09CH4 + 202 = 2H,0 +C0
9 (2) 硫化物氧化 FeS + 1.5O2 = FeO + SO2 3FeS + 5O2 = Fe3O4 + 3SO2 Cu2S + 1.5O2 = Cu2O + SO2 (3) 冰铜的形成 Cu2S + FeS = Cu2S·FeS FeS(冰铜) + Cu2O(渣) = Cu2S (冰铜) + FeO (渣) (4) 造渣反应 2FeO + SiO2 = 2FeO·SiO2 3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2 ) + SO2 (5) 燃料的燃烧反应 C + O2 = CO2 2H2 + O2 = 2H2O CH4 + 2O2 = 2H2O +CO2
3.2.4(Matte)的形成及特性Cu,S-FeS二元系相图147314631404μ+L1273L+e81213K/1073M+873673402006080100Cu2SFeSw(FeS)/%在熔炼温度下(1200℃)两种硫化物均为液相，而且完全互溶形成均质溶液。FeS-MeS共熔的特性就是重金属矿物原料造熔炼的依据。10
10 3.2.4 锍(Matte) 的形成及特性 Cu2S-FeS二元系相图 在熔炼温度下(1200℃)两种硫化物均为液相，而且完全互溶形成均质 溶液。 FeS-MeS共熔的特性就是重金属矿物原料造锍熔炼的依据