有色金属冶金学重金属冶金学部分(二)造熔炼铜冶金
有色金属冶金学 1 重金属冶金学部分 ——铜冶金（二） 造锍熔炼
1铜的造熔炼1.1基本概念：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的一种。冰铜：Cu，S和FeS组成的合金，冰铜组成：硫化物（包括PbS，ZnS，NiS）：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Fe,0,形态存在，是有害成分一熔点高、比重大，容易形成炉底
1 铜的造锍熔炼 1.1 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·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CuzS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
液态冰铜遇水分解产生H2和H2S发生爆炸！！！Cu,S + 2H,0= 2Cu + 2H, + S02FeS + H,O=FeO + H,S3FeS+4H,0=Fe30,+3H2S+H反应产生的H和HS与空气中氧反应而引起爆炸。2H,S + 30, = 2H,0(g) + 2S0,2H, + O, =2H,O(g)
4 液态冰铜遇水分解产生H2和H2S， 发生爆炸！！！ Cu2S + 2H2O = 2Cu + 2H2 + SO2 FeS + H2O = FeO + H2S 3FeS + 4H2O = Fe3O4 + 3H2S + H2 反应产生的H2和H2S与空气中氧反应而引起爆炸。 2H2S ＋ 3O2 ＝ 2H2O(g) + 2SO2 2H2 + O2 =2H2O(g)
.1.2造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）。由于统与炉渣不互溶而互相分离。硫化物氧化生成的SO，进入烟气
1.2 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。 5
造熔炼的目的，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、造湾熔剂
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()+Cu,Ol)=CuS()+FeO使CuzO重新硫化成CuzS，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 7
炉渣中SiO,饱和的作用机理熔炼体系没有SiO,时，铜镜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.=2Fe2++Si0.铜不与SiO,作用而保留为共价键Cu-Fe-S相，使铜与炉渣明显分层
8 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
1.3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+0.5S2CuFeS,=Cu,S+2FeS+0.5S2CuS=Cu,S+0.5S23NiS=Ni3S2+0.5S2CaCO3 = CaO + CO2MgcO3=MgO+CO,在氧化性气氛中，S2会被氧化成SO2
9 1.3 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+1.50,=Fe0+SO,3FeS+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·SiO23Fe,O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2Fe0·SiO2) + S02(5）燃料的燃烧反应C + 0, = CO22H, + 02 = 2H,010CH4 + 20, = 2H,0 +CO02
10 (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