有色金属冶金学重金属冶金学部分铜冶金(四)的吹炼
有色金属冶金学 1 重金属冶金学部分 ——铜冶金（四）锍的吹炼
4.的吹炼概述4.1冰铜的吹炼多在水平转炉中进行，其主要原料为熔炼产出的液态的。吹炼的目的：是利用空气中的氧，将冰铜中的铁和硫几乎全部氧化除去，同时除去部分杂质，以得到粗铜。吹炼的特点：强烈的自热过程，不仅不需要补充热量，有时还需要加入适量的冷料，以调节炉温
2 4 锍的吹炼 4.1 概述 Ø 冰铜的吹炼多在水平转炉中进行，其主要原料为熔炼产出的 液态的锍。 Ø 吹炼的目的：是利用空气中的氧，将冰铜中的铁和硫几乎 全部氧化除去，同时除去部分杂质，以得到粗铜。 Ø 吹炼的特点：强烈的自热过程，不仅不需要补充热量，有 时还需要加入适量的冷料，以调节炉温
转炉吹炼是一个周期性的作业，可分为两个阶段：>第一阶段：造渣期，主要进行FeS的氧化和造渣反应；2/3FeS + O, = 2/3Fe0 + 2/3SO2>第二阶段：造铜期，主要进行Cu2S的氧化及Cu2S和Cu2O的相互反应，最终获得粗铜。2/3Cu,S + 0, = 2/3Cu,0 + 2/3S0,Cu,S+ Cu2O=6Cu+SO2造渣期根据情况加入冰铜和石英溶剂，并间断地排放炉渣。造铜期无需加溶剂，不产出炉渣
3 转炉吹炼是一个周期性的作业，可分为两个阶段： Ø 第一阶段：造渣期，主要进行FeS的氧化和造渣反应； 2/3FeS + O2 = 2/3FeO + 2/3SO2 Ø 第二阶段：造铜期，主要进行Cu2S的氧化及Cu2S和Cu2O 的相互反应，最终获得粗铜。 2/3Cu2S + O2 = 2/3Cu2O + 2/3SO2 Ø Cu2S + Cu2O = 6Cu + SO2 Ø 造渣期根据情况加入冰铜和石英溶剂，并间断地排放炉 渣。造铜期无需加溶剂，不产出炉渣
FeSa) + Cu,Oα = Cu,S + FeOa);△G0= -105437-85.48T (J)>此反应的△G°在所有熔炼温度范围内都有很大负值。表明有FeS存在时，Cu,O不可能稳定存在，必然被硫化成CuS。V只有当FeS完全氧化除去后，CuS和Cu2O的相互反应才有可能进行，这就是冰铜吹炼分两个阶段的热力学依据。因此，转炉吹炼是一个周期性的作业
FeS(l) + Cu2O(l) = Cu2S(l) + FeO(l)； ΔG0= -105437-85.48T (J) Ø 此反应的ΔG0在所有熔炼温度范围内都有很大负 值。表明有FeS存在时，Cu2O不可能稳定存在，必然 被硫化成Cu2S。 Ø 只有当FeS完全氧化除去后，Cu2S和Cu2O的相互 反应才有可能进行，这就是冰铜吹炼分两个阶段的 热力学依据。因此，转炉吹炼是一个周期性的作业
4.2镜吹炼的理论基础(1)热力学分析-金属硫化物吹炼行为吹炼过程中（1473~1573K）所发生的反应分三个类型：第一类反应：熔融硫化物氧化；2/3Cu2S+0,=2/3Cuz0+2/3S022/3FeS+O2=2/3Fe0+2/3S022/7Ni3S,+02=6/7Ni0+4/7S024G0 = -268194 + 81.17T(J)4G0 = -303340 + 52. 7T(J)4G0 = -337230 + 94.06T(J)
5 4.2 锍吹炼的理论基础 (1) 热力学分析-金属硫化物吹炼行为 锍吹炼过程中（1473~1573K）所发生的反应分三个类型：: 第一类反应：熔融硫化物氧化; 2/3Cu2S + O2 = 2/3Cu2O + 2/3SO2 2/3FeS + O2 = 2/3FeO + 2/3SO2 2/7Ni3S2 + O2 = 6/7NiO + 4/7SO2 G0 = -268194 + 81.17T(J) G0 = -303340 + 52. 7T(J) G0 = -337230 + 94.06T(J)
第二类反应:同一金属硫化物与氧化物的相互反应；FeS + 2FeO = 3Fe + SO,1/2NiS2+2NiO=7/2Ni+SO2Cu2S+ Cu2O= 6Cu+ SO24G0=258864-69.32T(J)4G0=293842-166.52T(J△G0 =35982-58.87T(J)
6 第二类反应:同一金属硫化物与氧化物的相互反应； FeS + 2FeO = 3Fe + SO2 1/2Ni3S2 + 2NiO = 7/2Ni + SO2 Cu2S + Cu2O = 6Cu + SO2 G0 = 258864 – 69.32T(J) G0 = 293842 – 166.52T(J) G0 = 35982 – 58.87T(J)
FeS与其他金属氧化物反应2FeS + 2Ni0 = 2/3Ni,S, + 2Fe0 +1/3S,2FeS +2Cu,0=2Cu,S +2Fe04G0 = 263173 - 243.76T(J)4G0 = -105437 - 84.48T(J)
FeS与其他金属氧化物反应 2FeS + 2NiO = 2/3Ni3S2 + 2FeO +1/3S2 2FeS + 2Cu2O = 2Cu2S + 2FeO G0 = 263173 – 243.76T(J) G0 = -105437 – 84.48T(J)。 7
E-son2-Cur5从图3-43看出，FeS氧化反应的标准吉k32-CuOn-120布斯自由能AG°最负，所以在吹炼的0=初期，「它优先于Cu,S氧化。随着FeSNiSSONoNiOut的氧化造渣，它在毓中的浓度降低，-160TNI.OF+O=号而CuS的浓度提高，二者同时氧化的Fesu3gn趋势增长。32FeOm-200b在FeS浓度未降到某一数量时，即使CuzS能氧化成Cu2O，它也只能是氧的-240传递者，按下列反应进行循环200014M)180016011温度/K[Cu2S]+ 1.5O2 = (Cu2O) + SO2(Cu2O) + [FeS] = [Cu2S]硫化物与氮反应的AG-T关系团图3.438
从图3-43看出，FeS氧化反应的标准吉 布斯自由能ΔG0最负，所以在锍吹炼的 初期，它优先于Cu2S氧化。随着FeS 的氧化造渣，它在锍中的浓度降低， 而Cu2S的浓度提高，二者同时氧化的 趋势增长。 8
240图中可以看出，在吹炼温度160FeSn+2FeOSFero+S0下，FeS与FeO不能反应生成金Y80NiShn+2NiOto属铁。Cu,S与CuO反应生成金[N]+SO)2.OW1属Cu。Ni,S,与NiO反应的吉布CuSn+2CuOn6Cun+S0y80-2斯自由能变化值随温度升高由2FeSto+2NOoNigSm+2FeOu+↓3正变负，即只有达到某温度后-160S32FeSun+2CunOm=2CuSkn+2Fe0u)，反应才能进行。-240f有FeS存在时，CuzO不能稳定-320存在，必然被硫化成CuzS。1400160018002000温度/K图3-44院化物与复化物应的AGT关系留
图中可以看出，在吹炼温度 下，FeS与FeO不能反应生成金 属铁。Cu2S与CuO反应生成金 属Cu。Ni3S2与NiO反应的吉布 斯自由能变化值随温度升高由 正变负，即只有达到某温度后 ，反应才能进行。 有FeS存在时，Cu2O不能稳定 存在，必然被硫化成Cu2S。 9
[Cu,S]与[FeS]共同氧化时的浓度关系从热力学条件分析是下列两反应的吉布斯自由能变化相等：[FeS] + 1.50,= (Fe0) +S0,P(FeO)SOAGres = AGres +RTlnDISaFes)On[Cu,S] +1.50, = (Cu,0) + S0,RsO(Cu)Y +RTln△Gcurs = AG(cus] PlsaiCus]10
[Cu2S]与[FeS]共同氧化时的浓度关系 从热力学条件分析是下列两反应的吉布斯自由能变化相等： [FeS] + 1.5O2= (FeO) +SO2 [Cu2S] +1.5O2 = (Cu2O) + SO2 [ ] 1.5 0 ( ) [ ] [ ] 2 2 ln O FeS SO FeO FeS FeS P a P a G G RT [ ] 1.5 0 ( ) [ ] [ ] 2 2 2 2 2 2 ln O Cu S SO Cu O Cu S Cu S P a P a G G RT [ ] 1.5 0 ( ) [ ] [ ] 2 2 ln O FeS SO FeO FeS FeS P a P a G G RT [ ] 1.5 0 ( ) [ ] [ ] 2 2 2 2 2 2 ln O Cu S SO Cu O Cu S Cu S P a P a G G RT 10