铜冶金学第5章.ppt
《铜冶金学第5章.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《铜冶金学第5章.ppt(54页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、 第五章第五章 铜锍的吹炼铜锍的吹炼.1 概 述 硫化铜精矿经过造锍熔炼硫化铜精矿经过造锍熔炼产出了铜锍。产出了铜锍。铜锍是金属硫化物的共熔体。主要成分除了铜锍是金属硫化物的共熔体。主要成分除了CuCu、FeFe、S S外,还含有少量外,还含有少量NiNi,CoCo,PbPb,ZnZn,SbSb,BiBi,AuAu,AgAg,SeSe等及微量等及微量SiOSiO2 2,此外还含有此外还含有2%2%4%4%的的氧,铜锍中的氧,铜锍中的CuCu,PbPb,ZnZn,NiNi等重有色金属一般等重有色金属一般是以硫化物的形态存在,铁的物相主要是是以硫化物的形态存在,铁的物相主要是FeSFeS,也,也有
2、少量以有少量以FeOFeO、FeFe3 3O O4 4形态存在。形态存在。吹炼目的:除去铜锍中的铁和硫以及其它杂质,吹炼目的:除去铜锍中的铁和硫以及其它杂质,获得粗铜。获得粗铜。铜锍是贵金属的良好捕集剂。铜锍是贵金属的良好捕集剂。在吹炼过程中,金、银及铂族元素等贵金属几在吹炼过程中,金、银及铂族元素等贵金属几乎全部富集于粗铜中。乎全部富集于粗铜中。表1 部分熔炼方法的铜锍化学组成 铜锍的吹炼设备有:卧式侧吹转炉 诺兰达连续吹炼转炉 澳斯麦特炉 三菱法连续吹炼炉 反射炉式的吹炼炉(也称连吹炉)闪速吹炼炉 用卧式侧吹转炉吹炼其过程是间歇式的周期性作业。吹炼温度在1150 1300。5.2 铜锍吹炼
3、的工艺 整个过程分为两个周期。在吹炼的第一周期,铜锍中的FeS与鼓入空气中的氧发生强烈的氧化反应,生成FeO和SO2气体。FeO与加入的石英熔剂反应造渣,故又叫造渣期。造渣期完成后获得了白锍(Cu2S),继续对白锍吹炼,即进入第二周期。在吹炼的第二周期,鼓入空气中的氧与Cu2S(白锍)发生强烈的氧化反应,生成Cu2O和SO2。Cu2O又与未氧化的Cu2S反应生成金属Cu 和SO2,直到生成的粗铜含Cu98.5%以上时,吹炼的第二周期结束。铜锍吹炼的第二周期不加入熔剂、不造渣,以产出粗铜为特征,故又叫造铜期。图5.1转炉渣吹炼工艺流程转炉渣转炉渣粗铜粗铜转转 炉炉.3 铜锍吹炼的基本原理.3.1
4、.3.1.3.1.3.1 吹炼过程中的主要物理化学变化吹炼过程中的主要物理化学变化吹炼过程中的主要物理化学变化吹炼过程中的主要物理化学变化 铜锍的铜品位通常在铜锍的铜品位通常在30%30%65%65%之间,其主要成之间,其主要成分是分是FeSFeS和和CuCu2 2S S。此外,还含有少量其它金属硫化。此外,还含有少量其它金属硫化物和铁的氧化物。硫化物的氧化反应可用下列通物和铁的氧化物。硫化物的氧化反应可用下列通式表示式表示:MeS+2O2=MeSO4 (.1)MeS+1.5O2=MeO+SO2 (.2)MeS+O2=Me+SO2 (.3)MeSOMeSO4 4在吹炼温度下不能稳定存在,在吹炼
5、温度下不能稳定存在,即硫化物不会按即硫化物不会按 MeS+2O2=MeSO4 (.1)反应 MeS+OMeS+O2 2=Me+SO=Me+SO2 2 (.3)是一个总反应,实际上,是一个总反应,实际上,它是分两步进行的,即:它是分两步进行的,即:第一步:第一步:MeS+1.5OMeS+1.5O2 2=MeO+SO=MeO+SO2 2 (.2).2)第二步:第二步:2MeO+MeS=3Me+SO2MeO+MeS=3Me+SO2 2 (.4).4)图.2硫化物与氧反应的G0 T关系5.3.2铜锍吹炼时FeS、Cu2S氧化顺序 从图.2看出,FeS氧化反应的标准吉布斯自由能G0最负,所以在锍吹炼的初
6、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。在FeS浓度未降到某一数量时,即使Cu2S能氧化成Cu2O,它也只能是氧的传递者,按下列反应进行着循环:Cu2S+1.5O2=(Cu2O)+SO2 (5.5)(Cu2O)+FeS=Cu2S+(FeO)(5.6)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:能变化相等:FeS+1.5OFeS+1.5O2 2=(FeO)+SO=(FeO)+SO2 2 CuCu2 2S+1.5OS+1.5O2 2=(Cu
7、=(Cu2 2O)+SOO)+SO2 2 当当 GGFeSFeS=G=GCuCu2 2SS时,得到时,得到FeSFeS和和CuCu2 2S S共同氧化时共同氧化时的浓度(摩尔分数)关系:的浓度(摩尔分数)关系:由此关系式计算得出不同温度下Cu2S与FeS的浓度比值:温度(K)1273 1373 1473 1573Cu2S/FeS 2.5104/1 1.62104/1 1.1104/1 7.8103/1计算结果表明,在吹炼温度下,只有当熔体中Cu2S浓度约为FeS浓度的250007800倍时,Cu2S 才能与FeS共同氧化或优先氧化。工业实践中,白锍中的Fe含量降到1%以下,也就是要等锍中的Fe
8、S几乎全部氧化之后,Cu2S才开始氧化。以上分析的硫化物氧化顺序说明了在间断吹炼铜锍时严格地可分为两个周期的根据。吹炼过程中会有金属铁出现吗?铁的化合物不会按反应铁的化合物不会按反应(.5.5)2FeO+FeS=3Fe+SO2FeO+FeS=3Fe+SO2 2发生生成金属铁。发生生成金属铁。图.3硫化物与氧化物交互反应的G0 T关系5.3.3 Cu2S 的氧化与粗铜的生成 吹炼进入造铜期后,发生Cu2S与Cu2O的反应:2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2生成金属铜,但并不是立即出现金属铜相,该过程可以用Cu-Cu2S-Cu2O体系状态图5.4说明。图图.4Cu-Cu.4Cu-Cu2 2S-C
9、uS-Cu2 2O O 系状态图系状态图L L1 1:溶解有少量溶解有少量CuCu2 2S S的铜相的铜相L L2 2:溶解有少量铜溶解有少量铜的的CuCu2 2S S相,相,CuCu2 2S+S+CuCu过吹过吹CuCu Cu+CuCu2 2S SCuCu含含 CuCu2 2OO Cu2SCuCu2 2S+S+CuCuCu+Cu+CuCu2 2S S5.3.4 Fe3O4 的生成与破坏 在吹炼的第一周期是FeS的氧化,氧化产物可以是FeO,也可以是Fe3O4,从FeS氧化的标准吉布斯自由能变化(表.2)可以看出生成Fe3O4的条件。表表.2.2化学反应标准吉布斯自由能变化化学反应标准吉布斯自
10、由能变化化学反化学反应应反反应应的的标标准吉布斯自由能准吉布斯自由能变变化(化(kJkJ)100010001200120014001400160016001.2/3FeS+O2=2/3FeO+2/3SO2 G0=-303557+52.71T-236.5-236.5-225.9-225.9-215.4-215.4-204.8-204.82.3/5 FeS+O2=1/5Fe3O4+3/5SO2G0=-362510+86.07T-252.9-252.9-235.7-235.7-218.6-218.6-201.3-201.33.6FeO+O2=2 Fe3O4 G0=-809891+342.8T-373
11、.5-373.5-304.9-304.9236.4236.4167.8167.84.9/5 Fe3O4+3/5FeS=6FeO+3/5SO2G0=5305577-300.24T148.4148.488.388.328.328.3-318-3185.2FeO+SiO2=2FeOSiO2G0=-99064-24.79T-130.6-130.6-135.6-135.6-140.5-140.5-145.5-145.56.3 Fe3O4+FeS+5 SiO2=5(2FeOSiO2)+SO2G0=519397-352.13T71.171.10.710.71-69.7-69.7-140.1-140.1 Fe
12、3O4会使炉渣熔点升高、粘度和密度也增大,结果既有不利之处,也有有利的作用。转炉渣中Fe3O4含量较高时,会导致渣含铜显著增高,喷溅严重,风口操作困难。在转炉渣返回熔炼炉处理的情况下,还会给熔炼过程带来很大麻烦。利用Fe3O4的难熔特点,可以在炉壁耐火材料上附着成保护层,利于炉寿命的提高。在实践生产上,称之为挂炉作业。控制Fe3O4的措施和途径。(1)转炉正常吹炼的温度在12501300之间。在兼顾炉子耐火材料寿命的情况下,适当提高吹炼温度。(2)保持渣中一定的SiO2含量。(3)勤放渣。总结以上分析,得出在吹炼温度下,Cu和Fe硫化物的氧化反应是:造渣期造渣期造铜期造铜期FeS+1.5O2=
13、FeO+SO2FeO+SiO2=2FeOSiO2Cu2S+1.5O2=Cu2O+SO22Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2 因为以上反应的存在,得以实现用吹炼的方法将因为以上反应的存在,得以实现用吹炼的方法将锍中的锍中的FeFe与与CuCu分离,完成粗铜制取的过程。分离,完成粗铜制取的过程。.吹炼过程中杂质元素的行为及其在吹炼过程中杂质元素的行为及其在产物中的分配产物中的分配.1.吹炼过程中杂质元素的行为 一般铜锍中的主要杂质有Ni、Pb、Zn、Bi及贵金属。它们在P-S转炉吹炼过程中的行为分述如下:(1)Ni3S2在吹炼过程中的变化Ni3S2是高温下稳定的镍的硫化物。当熔体中有FeS存在时,
14、NiO能被FeS 硫化成Ni3S2:3NiO(s)+3FeS(l)+O3NiO(s)+3FeS(l)+O2 2 =Ni =Ni3 3S S2 2(l)+3FeO(l)+SO(l)+3FeO(l)+SO2 2 只有在FeS浓度降低到很小时,Ni3S2才按下式被氧化:NiNi3 3S S2 2+3.5O+3.5O2 2=3NiO+2SO=3NiO+2SO2 2 +1186kJ+1186kJ 氧化反应的速度很慢,NiO不能完全入渣。(在造铜期)当熔体内有大量铜和Cu2O时,少量Ni3S2 可按下式反应生成金属镍:NiNi3 3S S2 2(l)+4 Cu(l)=3Ni +2 Cu(l)+4 Cu(l
15、)=3Ni +2 Cu2 2S(l)S(l)NiNi3 3S S2 2(l)+4 Cu(l)+4 Cu2 2OO(l l)=8 Cu(l)+3Ni +2SO=8 Cu(l)+3Ni +2SO2 2 在铜锍的吹炼过程中,难于将镍大量除去,粗铜中Ni含量仍有0.5%0.7%。(2)Co oS在吹炼过程中的变化Co oS只在造渣末期,即在FeS含量较低时才按下式被氧化成Co oO:Co oS+1.5O2=Co oO+SO2生成的Co oO与SiO2结合成硅酸盐进入转炉渣。当硫化物熔体中含铁约10%或稍低于此值时,Co oS开始剧烈氧化造渣。在处理含钴的物料时,后期转炉渣含钴可达0.4%0.5%或者更
16、高一些。因此常把它作为提钴的原料(3)ZnS在吹炼过程中的变化在铜锍吹炼过程中,锌以金属Zn、ZnS和ZnO三种形态分别进入烟尘和炉渣中。以ZnO 形态进入吹炼渣:ZnS+1.5 O2=ZnO+SO2 G=-521540+120T (J)ZnO+2SiO2=ZnO2SiO2 ZnO+SiO2=ZnOSiO2 在铜锍吹炼的造渣期末造铜期初,由于熔体内有金在铜锍吹炼的造渣期末造铜期初,由于熔体内有金属铜生成,将发生下面的反应:属铜生成,将发生下面的反应:ZnS+2Cu=CuZnS+2Cu=Cu2 2S+Zn(g)S+Zn(g)在各温度下该反应的锌蒸汽压如下所示:在各温度下该反应的锌蒸汽压如下所示:
17、温度(温度()1000 1100 1200 13001000 1100 1200 1300 P PZn Zn (Pa)6850 12159 25331 46610(Pa)6850 12159 25331 46610 由于转炉烟气中锌蒸气的分压很小由于转炉烟气中锌蒸气的分压很小,所以金属所以金属CuCu与与ZnSZnS的反应能顺利地向生成锌蒸气的方向进行。的反应能顺利地向生成锌蒸气的方向进行。生产实践表明,锍中的锌约有生产实践表明,锍中的锌约有70%80%70%80%进入转炉渣,进入转炉渣,20%30%20%30%进入烟尘。进入烟尘。(4 4)PbSPbS在吹炼过程中的变化在吹炼过程中的变化在锍
18、吹炼的造渣期,熔体中在锍吹炼的造渣期,熔体中PbSPbS的的25%30%25%30%被氧化被氧化造渣,造渣,40%50%40%50%直接挥发进入烟气,直接挥发进入烟气,2530%2530%进进入白铜锍中。入白铜锍中。PbSPbS的氧化反应在的氧化反应在FeSFeS之后、之后、CuCu2 2S S之前进行,即在之前进行,即在造渣末期,大量造渣末期,大量FeSFeS被氧化造渣之后,被氧化造渣之后,PbSPbS才被才被氧化,并与氧化,并与SiOSiO2 2造渣。造渣。PbS+1.5OPbS+1.5O2 2=PbO+SO=PbO+SO2 2 2PbO+SiO 2PbO+SiO2 2=2PbOSiO=2
19、PbOSiO2 2由于由于PbSPbS沸点较低(沸点较低(12801280),),在吹炼温度下,有在吹炼温度下,有相当数量的相当数量的PbSPbS直接从熔体中挥发出来进入炉气直接从熔体中挥发出来进入炉气中。中。(5)Bi2S3在吹炼过程中的变化Bi2S3易挥发。锍中的Bi2S3在吹炼时被氧化成Bi2O3:2 Bi2S3+9O2=2Bi2O3+6SO2 生成的Bi2O3可与Bi2S3 反应生成金属铋:2Bi2O3+Bi2S3=6Bi+3SO2 在吹炼温度下铋显著挥发,大约有90%以上进入烟尘,只有少量留在粗铜中。(6)砷,锑化合物在吹炼过程中的变化 在吹炼过程中砷和锑的硫化物大部分被氧化成As2
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 冶金学
限制150内