出是礼大膏, 第七章硫化物的冶金反应
1 第七章 硫化物的冶金反应
本章要点 1、硫化矿冶金的基本工艺与基本反应; 2、焙烧反应,主要是氧化焙烧和硫酸化焙烧的影响 因素及气氛控制; 3、MeS-O系区位图的绘制及其应用; 4、造锍熔炼的基本反应,其选择性及其控制 5、锍的吹炼反应及其控制;
2 本章要点 1、硫化矿冶金的基本工艺与基本反应； 2、焙烧反应，主要是氧化焙烧和硫酸化焙烧的影响 因素及气氛控制； 3、 Me-S-O系区位图的绘制及其应用； 4、造锍熔炼的基本反应，其选择性及其控制； 5、锍的吹炼反应及其控制；
是技大营 主要内容 7.1 概述 金属硫化物的热力学性质 73·硫化物焙烧过程热力学 硫酸化焙烧的动力学 75·硫化矿的造锍焙炼 76·锍的吹炼过程
3 7.1 • 概述 7.2 • 金属硫化物的热力学性质 7.3 • 硫化物焙烧过程热力学 7.4 • 硫酸化焙烧的动力学 7.5 • 硫化矿的造锍熔炼 7.6 • 锍的吹炼过程
出蠱热大骨, 7.1概述 大多数有色金属矿物都是以硫化物形态存在于自然界中。例如铜 铅、锌、镍、钴、汞、钼等金属多为硫化物。此外,稀散金属的锢,锗, 镓、铊等常与铅锌硫化物共生,铂族金属又常与镍钴共生。因此一般的 硫化矿都是多金属复杂矿,具有综合利用的价值。 硫化矿冶金采用的途径主要有三个: 1、经过氧化焙烧,将金属硫化物转化为氧化物, 再通过还原得到金属或合金; 2、通过造钪反应得到中间产物锍,再进行吹炼或 通过湿法冶金途径得到金属; 3、通过硫酸化焙烧将硫化物转变为易于溶解的硫 酸盐,再通过湿法冶金得到金属
4 7.1概述 大多数有色金属矿物都是以硫化物形态存在于自然界中。例如铜、 铅、锌、镍、钴、汞、钼等金属多为硫化物。此外，稀散金属的锢，锗， 镓、铊等常与铅锌硫化物共生，铂族金属又常与镍钴共生。因此一般的 硫化矿都是多金属复杂矿，具有综合利用的价值。 硫化矿冶金采用的途径主要有三个： 1、经过氧化焙烧，将金属硫化物转化为氧化物， 再通过还原得到金属或合金； 2、通过造锍反应得到中间产物锍，再进行吹炼或 通过湿法冶金途径得到金属； 3、通过硫酸化焙烧将硫化物转变为易于溶解的硫 酸盐，再通过湿法冶金得到金属
出是礼大膏, 硫化矿的处理过程虽然比较复杂,但从硫化矿物在高温下的化学反 应来考虑,大致可归纳为以下5种类型 2MeS+302=2Meo+2502 (7-1) MeS+O2=Me+so2 (7-2) Mes+Meo:Meo+Me's (7-3) Mes+2MeO=3Me+so, (7-4) 2MestMe'=2Me'S+2So2 (7-5) 反应(7-1)是各种有色金属硫化矿氧化焙烧的基础;反应(7-2)是金属硫 化物直接氧化成金属的反应;反应(7-3)是造锍熔炼的基本反应;反应 (7-4)是金属硫化物与其氧化物的交互反应,是火法炼铜中吹炼过程的基 础反应;(7-5)是硫化反应
5 硫化矿的处理过程虽然比较复杂，但从硫化矿物在高温下的化学反 应来考虑，大致可归纳为以下5种类型： 2MeS+3O2=2MeO+2SO2 （7-1） MeS+O2=Me+SO2 （7-2） MeS+Me'O=MeO+Me'S （7-3） MeS+2MeO=3Me+SO2 （7-4） 2MeS+Me'=2Me'S+2SO2 （7-5） 反应(7-1)是各种有色金属硫化矿氧化焙烧的基础；反应(7-2)是金属硫 化物直接氧化成金属的反应；反应(7-3)是造锍熔炼的基本反应；反应 (7-4)是金属硫化物与其氧化物的交互反应，是火法炼铜中吹炼过程的基 础反应；(7-5)是硫化反应
7.2金属硫化物的热力学性质 7.21硫化物的热分解 定温度下的分解反应:2Mes=Me2S+S2 在高温下低价硫化物是稳定的。因此在火法冶金过程中实际参加反 应的是金属的低价硫化物 由金属硫化物热分解产出的硫,在通常的火法冶金温度下都是气态 硫(硫的沸点为444.46℃)。在不同温度下,这种气态硫中含有多 原子的S、S6、S2和单原子的S,其含量变化取决于温度。在温度 800K以下气态疏主要是S、S6;在高于1500K的温度时,就必须考虑 到单体硫的存在;在火法冶金的作业温度范围内(1000~1500K主 要是双原子的气态硫存在
6 7.2 金属硫化物的热力学性质 7.2.1 硫化物的热分解 一定温度下的分解反应: 2MeS = Me2S + ½ S2 ➢ 在高温下低价硫化物是稳定的。因此在火法冶金过程中实际参加反 应的是金属的低价硫化物。 ➢ 由金属硫化物热分解产出的硫，在通常的火法冶金温度下都是气态 硫（硫的沸点为444．6℃）。在不同温度下，这种气态硫中含有多 原子的S8、S6、S2和单原子的S，其含量变化取决于温度。在温度 800K以下气态疏主要是S8、S6；在高于1500K的温度时,就必须考虑 到单体硫的存在；在火法冶金的作业温度范围内(1000～1500K)主 要是双原子的气态硫存在
出蠱热大骨, 7.22金属硫化物的离解一生成反应 作业温度下,二价金属硫化物的离解一生成反应 2Me+s,=2Mes >若Me和MeS各为独立凝聚相时,则离解压Ps,与反 应的平衡常数Kp及吉布斯自由能△G的关系式为: AGO=-RT InKp =RT In( Ps2/Po 在高温下,高价硫化物分解为低价硫化物的分解 压较大,容易直接测定;而低价硫化物较稳定 其离解压一般都很小,难于直接测定
7 7.2.2 金属硫化物的离解—生成反应 作业温度下，二价金属硫化物的离解—生成反应： 2Me+S2 = 2MeS ➢ 若Me和MeS各为独立凝聚相时，则离解压PS2，与反 应的平衡常数Kp及吉布斯自由能ΔG0的关系式为： ΔG0 = -RT lnKp = RT ln( PS2/P0) ➢ 在高温下，高价硫化物分解为低价硫化物的分解 压较大，容易直接测定；而低价硫化物较稳定， 其离解压一般都很小，难于直接测定
P/Pus 10-510-10101071061 104 10-3 10=s:/P 10 D 102 200 50110 10110 10 状态变化院素硫化物 aofo1、2Fe+s=2es 沸点 2、Mo+s2Mos2 3、2Pb+s=2Pbs 101 4、2N计+S=2Nis 温度/"c PH/Ps o=10a10i01o101or 5、2sn+s2=2sns Ps/P 10 10 10 10 6、2cu+s22Cus
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出是礼大膏, 7.3硫化物焙烧过程热力学 731硫化物的氧化 1MeS-O系区位图 硫化物的焙烧,实质上就是硫化物的氧化过程。由于所用的氧 化剂是空气或富氧空气,所以焙烧是气相与固相接触反应过程,气 相的组成最为重要,在精确确定用于进行氧化焙烧的生产操作条件 之前,必须知道在一定的金属-硫-氧系统中的气固相平衡条件,因 此研究Me-S-0系的平衡关系是很必要的 >最重要的三种反应类型: MeS+ 3/2 02=Me0+so2 2MeO+2S02+02=2MeS04 (7-7) 02+1/202=S03 (7-8)
9 7.3 硫化物焙烧过程热力学 7.3.1 硫化物的氧化 1.Me-S-O系区位图 硫化物的焙烧，实质上就是硫化物的氧化过程。由于所用的氧 化剂是空气或富氧空气，所以焙烧是气相与固相接触反应过程，气 相的组成最为重要，在精确确定用于进行氧化焙烧的生产操作条件 之前，必须知道在一定的金属-硫-氧系统中的气固相平衡条件，因 此研究Me-S-O系的平衡关系是很必要的。 ➢最重要的三种反应类型: MeS+ 3/2 O2=MeO+SO2 (7-6) 2MeO+2SO2+O2=2MeSO4 (7-7) SO2+ 1/2 O2=SO3 (7-8)
是技大营 对所有MeS而言,反应(1)进行的趋势,取决于温度和气相组成。 但是在所有实际的焙烧温度(773~1273K)下,平衡仍然是向右进行, 因此反应(1)实际上是不可逆的,并且反应时放出大量的热。反应(7 7)、(7-8)是可逆的放热反应,在低温下有利于反应向右进行。 铁酸盐型化合物的生成: MeO+Fe203=MeO·Fe2O3 (7-9) 从以上焙烧反应可知:MeS的焙烧主要产物是Me0或MeSO4及 气相SO2、S03、0 10
10 对所有MeS而言，反应(1)进行的趋势，取决于温度和气相组成。 但是在所有实际的焙烧温度(773～1273K)下，平衡仍然是向右进行， 因此反应(1)实际上是不可逆的，并且反应时放出大量的热。反应(7- 7)、(7-8)是可逆的放热反应，在低温下有利于反应向右进行。 ➢铁酸盐型化合物的生成： MeO+Fe2O3 = MeO·Fe2O3 (7-9) 从以上焙烧反应可知：MeS的焙烧主要产物是MeO或MeSO4 及 气相SO2 、SO3 、O2