第四章硫化矿的火法冶金.pptx
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火法冶炼基本工艺知识
精炼工艺
精炼是熔炼的后续工艺，通过加入还原剂、脱氧剂等手段，将粗金属中的杂质去除，提高金属纯度的 过程。
精炼工艺可分为氧化精炼和还原精炼两种方法。氧化精炼通过加入氧化剂将杂质氧化成可分离的氧化物； 还原精炼通过加入还原剂将杂质还原成可分离的金属或化合物。
精炼过程中，金属的纯度可得到显著提高，以满足不同工业领域的需求。
现代火法冶炼
现代火法冶炼技术已经实现了高 度自动化和智能化，同时注重环 境保护和资源循环利用，如采用
环保型的熔融还原工艺等。
02
火法冶炼的原料与燃料
原料种类与要求
矿石
作为主要的原料，要求品位高、成分稳定，易于冶炼。
熔剂
用于降低杂质含量，常见的熔剂有石灰石、白云石等。
燃料
提供冶炼所需的热量，常见的燃料有煤炭、石油等。
火法冶炼基本工艺知识
目录
• 火法冶炼概述 • 火法冶炼的原料与燃料 • 火法冶炼工艺流程 • 火法冶炼设备与工具 • 火法冶炼环境保护与安全 • 火法冶炼的应用与发展趋势
01
火法冶炼概述
定义与特点
定义
火法冶炼是一种通过高温反应从矿石 中提取金属的过程，主要利用了金属 氧化物与碳、氢等还原剂之间的高温 还原反应。
连铸工艺
连铸是将熔融金属浇注到固定形 状的结晶器中，通过冷却、凝固、 拉坯等工序，连续生产出一定规
格的铸坯的过程。
连铸工艺可分为板坯连铸和方坯 连铸两种类型。板坯连铸用于生 产厚度较大的板材，方坯连铸用
于生产较小断面的方坯。
连铸过程中，铸坯的质量和尺寸 精度对后续轧制工艺的影响至关
重要。
轧制工艺
轧制是通过轧机将铸坯或钢材加工成所需形状和尺寸的成品或半成品的过程。
火法冶金
鼓风炉（或炼铁高炉），须先 加入冶金熔剂（能与矿石中所含的脉石氧化物、有害杂质氧化物作用 的物质），加热至低于炉料的熔点烧结成块；或添加粘合剂压制成 型；或滚成小球再烧结成球团；或加水混捏；然后装入鼓风炉内冶 炼。硫化物精矿在空气中焙烧的主要目的是：除去硫和易挥发的杂 质，并使之转变成金属氧化物，以便进行还原冶炼；使硫化物成为硫 酸盐，随后用湿法浸取；局部除硫，使其在造锍熔炼中成为由几种硫 化物组成的熔锍。
精炼
进一步处理由冶炼得到的含有少量杂质的金属，以提高其纯度。 如炼钢是对生铁的精炼，在炼钢过程中去气、脱氧，并除去非金属夹 杂物，或进一步脱硫等；对粗铜则在精炼反射炉内进行氧化精炼，然 后铸成阳极进行电解精炼；对粗铅用氧化精炼除去所含的砷、锑、 锡、铁等，并可用特殊方法如派克司法以回收粗铅中所含的金及银。 对高纯金属则可用区域熔炼等方法进一步提炼。
冶炼
此过程形成由脉石、熔剂及燃料灰分融合而成的炉渣和熔锍（有
色重金属硫化物与铁的硫化物的共熔体）或含有少量杂质的金属液。 有还原冶炼、氧化吹炼和造锍熔炼3种冶炼方式：还原冶炼：是在还 原气氛下的鼓风炉内进行。加入的炉料，除富矿、烧结块或球团外， 还加入熔剂（石灰石、石英石等），以便造渣，加入焦炭作为发热剂 产生高温和作为还原剂。可还原铁矿为生铁，还原氧化铜矿为粗铜， 还原硫化铅精矿的烧结块为粗铅。氧化吹炼：在氧化气氛下进行，如 对生铁采用转炉，吹入氧气，以氧化除去铁水中的硅、锰、碳和磷， 炼成合格的钢水，铸成钢锭。造锍熔炼：主要用于处理硫化铜矿或硫 化镍矿，一般在反射炉、矿热电炉或鼓风炉内进行。加入的酸性石英 石熔剂与氧化生成的氧化亚铁和脉石造渣，熔渣之下形成一层熔锍。 在造锍熔炼中，有一部分铁和硫被氧化，更重要的是通过熔炼使杂质 造渣，提高熔锍中主要金属的含量，起到化学富集的作用。
精炼
进一步处理由冶炼得到的含有少量杂质的金属，以提高其纯度。 如炼钢是对生铁的精炼，在炼钢过程中去气、脱氧，并除去非金属夹 杂物，或进一步脱硫等；对粗铜则在精炼反射炉内进行氧化精炼，然 后铸成阳极进行电解精炼；对粗铅用氧化精炼除去所含的砷、锑、 锡、铁等，并可用特殊方法如派克司法以回收粗铅中所含的金及银。 对高纯金属则可用区域熔炼等方法进一步提炼。
冶炼
此过程形成由脉石、熔剂及燃料灰分融合而成的炉渣和熔锍（有
色重金属硫化物与铁的硫化物的共熔体）或含有少量杂质的金属液。 有还原冶炼、氧化吹炼和造锍熔炼3种冶炼方式：还原冶炼：是在还 原气氛下的鼓风炉内进行。加入的炉料，除富矿、烧结块或球团外， 还加入熔剂（石灰石、石英石等），以便造渣，加入焦炭作为发热剂 产生高温和作为还原剂。可还原铁矿为生铁，还原氧化铜矿为粗铜， 还原硫化铅精矿的烧结块为粗铅。氧化吹炼：在氧化气氛下进行，如 对生铁采用转炉，吹入氧气，以氧化除去铁水中的硅、锰、碳和磷， 炼成合格的钢水，铸成钢锭。造锍熔炼：主要用于处理硫化铜矿或硫 化镍矿，一般在反射炉、矿热电炉或鼓风炉内进行。加入的酸性石英 石熔剂与氧化生成的氧化亚铁和脉石造渣，熔渣之下形成一层熔锍。 在造锍熔炼中，有一部分铁和硫被氧化，更重要的是通过熔炼使杂质 造渣，提高熔锍中主要金属的含量，起到化学富集的作用。
有色冶金原理
表 4.1 各种气态硫在不同温度下及P总=101325 Pa时的分压（Pa）
图 4.1 各种硫化物的离解压对数与温度关系曲线
图 4.2 硫化物的吉布斯自由能图
表4.2 一般的Me-S-O系中的反应及平衡关系式
图4.3 Me-S-O系等温平衡图
表4.3 Cu-S-O系标准吉布斯自由能数据
硫化物比氧化物容易氯化
思考题
1、什么是氯化冶金，基本过程及主要方法有哪些？ 2、理解氯化物的∆Gᶱ～T关系图意义； 3、金属氧化物氯化时为何需要加入还原剂？写出氯化时加C 反应的原理； 4、金属硫化物的氯化过程为何较其氧化物容易？ 5、NaCl作为氯化剂时，对金属硫化物和金属氧化物的氯化程 度如何，工业上如何操作？ 6、能否用碳、氢作还原剂来还原其他金属氯化物？
图4.8 S-O系吉布斯自由能图
着火温度并非一定值，而与硫化物的颗粒大小有关。 硫化物氧化过程影响因素： 1、温度； 2、颗粒外表面的固体反应物膜层的厚度及致密程度； 3、物料的物料化学性质。粒度、孔隙度； 4、气流中O2、SO2、SO3的浓度等。
表4.8 某些硫化物的着火温度与其颗粒大小的关系
方法及分类
方法： 第一步，使均匀的熔融粗金属中产生多相体系(如金 属-渣，金属-金属，金属-气体）； 第二步，把上述产生的各两相体系用物理方法分离 。 分类： (l) 金属一法系; (2) 金属一金属系: (3) 全属一气体系。
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第五章 氧化物和硫化物的火法氯化
金属氯化物与相应金属的其它化合物比较，大都具有低熔 点、高挥发性和易溶于水等性质，因此将矿石中的金属氧化 物转变为氯化物，并利用上述性质将金属氯化物与一些其它 化合物和脉石分离。 氯化冶金 就是将矿石(或冶金半成品)与氯化剂混合，在一定条件下 发生化学反应，使金属变为氯化物再进一步将金属提取出来 的方法 氮化冶金主要包括氯化过程、氯化物的分离过程、从氯化 物中提取金属等三个基本过程。 • 在多数的冶金原料中，金属并非以氯化物形态存在，因此 从原料中制取金属氯化物的氯化过程，是氯化冶金最基本 和最重要的过程。
硫化物的冶金反应
(4)最后把各个反应的计算结果表示在logPso2为纵坐标和以 logPo2为横坐标的图上，使得到Me-S-O系平衡图。
图7-2 Me-S-O 系等温平衡图
1 2 3 4 5 6 7
2.Me-S-O系重叠平衡图
当一种金属能生成几种硫化物和氧化物，以及有些金属也能生成 很稳定的碱性硫酸盐(例如CuO·CuSO4)时，其平衡图就比较复杂了， 但这些特征都能清楚地在等温图上表示出来。而且通过作出不同金 属硫化物的Me-S-O系的重叠平衡图，从而可得出复合硫化矿选择
ΔG0=A+BT 较精确计算时，原则上吉布斯自由能方程式中至少应有 第三项来反映热容变化的精确数值，则所用的方程式的形式为：
ΔG0=A’+B’T + C’TlogT
(3)根据ΔG0＝-RT lnK的关系算出各个反应在一定温度下的 logPs2、logPo2、logPso2、logPso3之间的关系式，即直线方 程式；
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；
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。
图7-2 Me-S-O 系等温平衡图
1 2 3 4 5 6 7
2.Me-S-O系重叠平衡图
当一种金属能生成几种硫化物和氧化物，以及有些金属也能生成 很稳定的碱性硫酸盐(例如CuO·CuSO4)时，其平衡图就比较复杂了， 但这些特征都能清楚地在等温图上表示出来。而且通过作出不同金 属硫化物的Me-S-O系的重叠平衡图，从而可得出复合硫化矿选择
ΔG0=A+BT 较精确计算时，原则上吉布斯自由能方程式中至少应有 第三项来反映热容变化的精确数值，则所用的方程式的形式为：
ΔG0=A’+B’T + C’TlogT
(3)根据ΔG0＝-RT lnK的关系算出各个反应在一定温度下的 logPs2、logPo2、logPso2、logPso3之间的关系式，即直线方 程式；
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；
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。
有色金属冶金原理 火法冶金部分
炉渣酸碱度的表示：常用硅酸度和碱度来表示。 硅酸度=酸性氧化物中氧的质量之和/碱性氧化物中氧的 质量之和。 碱度=氧化钙（%质量）/氧化硅（%质量） 例题：
某铅鼓风炉还原炉渣成分为SiO2 36%、 CaO 10%、FeO 40%、 ZnO 8%。 酸性氧化物： SiO2 36 碱性氧化物： CaO 、FeO 、 ZnO 炉渣的硅酸度=
用等熔化温度曲线，可以查已知成分炉 渣的熔化温度。 熔化温度的变化是有规律的。即化合物 熔点最高，并向二元包晶点、共晶点方 向不断降低，再由二元包晶点、共晶点 向三元包晶点、三元共晶点方向降低， 三元共晶点的熔化温度最低。
第四节 熔融炉渣的结构
炉渣的结构与物理化学性能密切相关 目前难于直接测定炉渣的结构，可间接 推测。 存在两种理论：分子理论和离子理论。
第一节 概述
炉渣：熔化后称熔渣，是火法冶金的一 种产物。其组成主要来自矿石、溶剂和 燃料灰分中的造渣成分。主要是氧化物。 炉渣的作用： 主要作用是使矿石和溶剂中的脉石和 燃料中的灰分集中，并在高温下与主要 的冶炼产物金属、锍等分离。
炉渣的作用：
1.
2.
3.
4.
5.
6.
在炉渣中发生金属液滴或锍液滴的沉降分离，沉降 分离的完全程度对金属在炉渣中的机械夹杂损失起 着决定性作用。 对鼓风炉这一类竖炉来说，炉内可能达到的最高温 度决定于炉渣的熔化温度。 在金属和合金的熔炼和精炼时，炉渣与金属熔体的 组分相互进行反应，从而可以通过炉渣对杂质的脱 除和浓度加以控制。 在某些情况下，炉渣不是冶炼厂的废弃物，而是中 间产物。 熔渣是一种介质，在其中进行着许多极为重要的冶 金反应。金属在炉渣中的损失主要决定于这些反应 的完全程度。 在用矿热式电炉冶炼时，炉渣以及电极周围的气膜 起着电阻作用，并可用调节电极插入深度的方法来 调节电炉的功率。
第二篇 火法冶金原理 第3章 硫化矿的火法冶金 8h资料
有色冶金原理
2MeS 3O2 2MeO 2SO2 有色金属硫化矿氧化焙烧
（1）
MeS O2 Me SO2
（2）
金属硫化物直接氧化成金属的反应，这 类金属对氧和硫的亲和力都比较小，其 硫化物容易离解，而其中的硫又很容易 被空气中的氧所氧化，产生二氧化硫， 使金属得到还原。
目录 3.1 3.2
直接氧化熔炼硫化物制取金属
目录 3.1 3.2
3.3
3.4 3.5
7
安徽工业大学 ·有色金属冶金系
有色冶金原理
3.1.2 硫化矿高温下五种反应类型
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 纳为五种类型：
目录 3.1 3.2
3.3
3.4 3.5
8
安徽工业大学 ·有色金属冶金系
1000.000 1500.000 2000.000
T (C)
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3.3
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12
安徽工业大学 ·有色金属冶金系
有色冶金原理
deltaG (kJ)
200.00 150.00 100.00
50.00 0.00 0
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安徽工业大学 ·有色金属冶金系
有色冶金原理
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刚果_氧化矿_硫化矿_火法_湿法_理论说明以及概述
刚果氧化矿硫化矿火法湿法理论说明以及概述1. 引言1.1 概述在矿石开采和冶炼过程中，处理不同类型的矿石是一个重要的任务。
刚果地区是世界上重要的矿产资源供应地之一，其中氧化矿和硫化矿是常见的两种类型。
对这些矿石进行处理可以提取有用的金属元素，包括铜、锌等。
本文旨在详细说明刚果氧化矿和硫化矿的理论知识，并介绍相关处理方法——火法和湿法。
这些处理方法在提取金属元素方面起到了重要作用，并在刚果地区得到广泛应用。
下面将逐步介绍每个部分的内容。
1.2 文章结构本文分为五个主要部分。
首先，在引言部分，我们将概述整篇文章，并介绍文章结构以便读者更好地了解文章内容。
然后进入理论说明部分，我们将详细讨论氧化矿和硫化矿的特点及其在冶金中的作用。
接着，在火法处理部分，我们将介绍该方法的原理以及典型工艺流程。
随后，在湿法处理部分，我们将阐述该方法的原理并描述其常见工艺流程。
最后，我们将总结本文的要点，并对进一步的研究展望进行探讨。
1.3 目的本文的目的是为读者提供有关刚果地区氧化矿和硫化矿处理方法的全面理论知识。
通过介绍火法和湿法这两种主要处理方法，读者将能够了解到在实践中如何应用这些方法来提取金属元素。
此外，本文还将分析这些方法的优缺点，并对未来可能的改进和研究方向进行展望。
以上是对文章“1. 引言”部分内容的详细说明，请根据需求添加或修改内容。
2. 理论说明2.1 氧化矿氧化矿是指含有金属元素氧化物的矿石。
在刚果，氧化铜矿是最常见的氧化矿之一。
它主要由铜氧化物组成，例如赤铁矿（Cu2O）和黑铜矿（CuO）。
氧化矿通常存在于地表附近或浅层地下。
对于氧化矿的处理，通常采用冶金工艺将其转化为金属。
首先，通过浸出法或者其他方法从原始矿石中提取出含有金属元素的溶液。
然后，通过还原反应将溶液中的金属元素还原出来，并进行纯化和提纯操作。
2.2 硫化矿硫化矿是指含有金属元素硫化物的矿石。
在刚果，硫化铜矿是最常见的硫化矿之一。
它主要由黄铜石（CuFeS2）和黝铜石（Cu5FeS4）等硫化物组成。
火法冶金
火法冶金的每一过程都很复杂。由于在高温下进行的反应容易达到平衡，加之原料化学成分及矿相组成变化 大，因此反应过程机理是很难进行研究的。至今尚未找到能解释各种火法冶金现象的动力学规律，大都求助于热 力学原理来解决生产中的问题。
原料准备
配料和混合 干燥
制粒 制团
配料是根据冶炼要求将所需的各种物料按一定数量比进行配合和混合的过程，为炉料准备的一道作业，常用 的有干式配料和湿式配料。
焙烧
氧化焙烧 盐化焙烧
氯化焙烧 还原焙烧
氧化焙烧是用氧化剂使物料中的金属化合物转变为氧化物的工艺过程。目的是为了获得氧化物以利下一步熔 炼制取粗金属，并回收其中的热量和有价成分。氧化焙烧多用于硫化矿冶炼。有时也为了挥发除去硫化矿中的砷 和锑等有害杂质，也进行氧化焙烧。
氧化焙烧时硫化矿先热分解变成低价硫化物和硫，最后生成氧化物。
圆筒形制粒机是一稍有倾斜的圆筒，粉料从筒的一端加入，在进料端的适当位置加入水分和胶粘剂，粉料在 圆筒中边滚动边长大，完成制粒，从另一端排出生球粒。这种方法虽然有设备简单、操作方便的特点，但产出的 生球粒大小不一，强度较差。
圆盘形制粒机是一个有倾角的浅底型旋转圆盘，装入的物料受旋转圆盘所驱动，在重复旋涡状运动中逐渐长 大，完成造球过程。容易转动的长大的生球团移向上层，以相当于供料量的数量从圆盘边缘溢流排出。由于圆盘 有分级作用，因而能产出粒度较均匀的生球团粒。制粒常用的胶粘剂有皂土、消石灰及造纸废液等。
冶炼物料中除主金属氧化物外往往还含有多种次要的金属氧化物，在还原熔炼过程中也还原成金属，并且熔 于主金属中，所以还原熔炼得到的金属是含有多种杂质的粗金属。如鼓风炉熔炼铅、反射炉熔炼锡、铋和锑等。 为得到纯金属还需进一步精炼。
除了金属氧化物外，还原熔炼正常与否与高铁氧化物的还原和造渣密切相关。物料中的高价铁氧化物被还原 成低价铁氧化物（FeO），然后与物料中的SiO2、CaO等组分反应造渣。
原料准备
配料和混合 干燥
制粒 制团
配料是根据冶炼要求将所需的各种物料按一定数量比进行配合和混合的过程，为炉料准备的一道作业，常用 的有干式配料和湿式配料。
焙烧
氧化焙烧 盐化焙烧
氯化焙烧 还原焙烧
氧化焙烧是用氧化剂使物料中的金属化合物转变为氧化物的工艺过程。目的是为了获得氧化物以利下一步熔 炼制取粗金属，并回收其中的热量和有价成分。氧化焙烧多用于硫化矿冶炼。有时也为了挥发除去硫化矿中的砷 和锑等有害杂质，也进行氧化焙烧。
氧化焙烧时硫化矿先热分解变成低价硫化物和硫，最后生成氧化物。
圆筒形制粒机是一稍有倾斜的圆筒，粉料从筒的一端加入，在进料端的适当位置加入水分和胶粘剂，粉料在 圆筒中边滚动边长大，完成制粒，从另一端排出生球粒。这种方法虽然有设备简单、操作方便的特点，但产出的 生球粒大小不一，强度较差。
圆盘形制粒机是一个有倾角的浅底型旋转圆盘，装入的物料受旋转圆盘所驱动，在重复旋涡状运动中逐渐长 大，完成造球过程。容易转动的长大的生球团移向上层，以相当于供料量的数量从圆盘边缘溢流排出。由于圆盘 有分级作用，因而能产出粒度较均匀的生球团粒。制粒常用的胶粘剂有皂土、消石灰及造纸废液等。
冶炼物料中除主金属氧化物外往往还含有多种次要的金属氧化物，在还原熔炼过程中也还原成金属，并且熔 于主金属中，所以还原熔炼得到的金属是含有多种杂质的粗金属。如鼓风炉熔炼铅、反射炉熔炼锡、铋和锑等。 为得到纯金属还需进一步精炼。
除了金属氧化物外，还原熔炼正常与否与高铁氧化物的还原和造渣密切相关。物料中的高价铁氧化物被还原 成低价铁氧化物（FeO），然后与物料中的SiO2、CaO等组分反应造渣。
火法及湿法冶金原理及应用
火法及湿法冶金原理
熔化、溶解
• 火法冶金把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为 液体，通过物理、化学反应，从中分离出粗金属，然后再将粗金 属精炼。（干燥、焙解、焙烧、熔炼，精炼）
• 湿法冶金是用酸、碱、盐类等的水溶液，以物理、化学方法从矿 石中提取所需金属组分，然后用水溶液电解等各种方法制取金属。 （浸出、净化、制备金属等过程）
• 火法：矿石-熔化-分离 • 湿法：矿石-溶解-分离
火法冶金原理
• 冶金熔体——（金属熔体，熔锍，熔渣，熔盐）（火法冶金中的 过程产物）
• 金属熔体，液态的金属或者合金，（高炉中的铁水，火法精炼得 到的粗铜液）
• 熔锍，多种金属硫化物的共熔体（Cu2S，FeS，CoS，PbS等）
• 熔渣，各种氧化物熔合成的熔体，（矿物原料中的主金属以金属 熔体或熔锍形态产出，其中的脉石成分及伴生的杂志金属则与熔 剂一起熔合成一种主要成分为氧化物的熔体，及熔渣。熔渣是一 种非常复杂的多组分体系，含有CaO，FeO，MnO，MgO，Al2O3， SiO2，Fe2O3等氧化物，少量氟化物，氯化物，硫化物）
• 熔盐，盐的熔融态液体。常见的熔盐体系由碱金属或碱土金属组 成的卤化物、碳酸盐、硝酸盐或者磷酸盐组成。熔盐不含水，具 有许多与水溶液不同的性质，如，热稳定性高，蒸气压低，黏度 低，导电性好，离子迁移和扩散速度较快，热容量高等
在冶金领域，以熔盐为介质的熔盐电解法广泛应用于铝、镁、钠、 锂等轻金属和稀土金属的电解提取或精炼。 这些金属由于都属于 负电性金属，不能从水溶液中电解沉积出来，熔盐电解成为唯一的 或占主导地位的方法。
pH373
6.79
6.78
5.58
—
3.16 4.35
◆ 当Me2+的活度为1时，要求pH<pH；
熔化、溶解
• 火法冶金把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为 液体，通过物理、化学反应，从中分离出粗金属，然后再将粗金 属精炼。（干燥、焙解、焙烧、熔炼，精炼）
• 湿法冶金是用酸、碱、盐类等的水溶液，以物理、化学方法从矿 石中提取所需金属组分，然后用水溶液电解等各种方法制取金属。 （浸出、净化、制备金属等过程）
• 火法：矿石-熔化-分离 • 湿法：矿石-溶解-分离
火法冶金原理
• 冶金熔体——（金属熔体，熔锍，熔渣，熔盐）（火法冶金中的 过程产物）
• 金属熔体，液态的金属或者合金，（高炉中的铁水，火法精炼得 到的粗铜液）
• 熔锍，多种金属硫化物的共熔体（Cu2S，FeS，CoS，PbS等）
• 熔渣，各种氧化物熔合成的熔体，（矿物原料中的主金属以金属 熔体或熔锍形态产出，其中的脉石成分及伴生的杂志金属则与熔 剂一起熔合成一种主要成分为氧化物的熔体，及熔渣。熔渣是一 种非常复杂的多组分体系，含有CaO，FeO，MnO，MgO，Al2O3， SiO2，Fe2O3等氧化物，少量氟化物，氯化物，硫化物）
• 熔盐，盐的熔融态液体。常见的熔盐体系由碱金属或碱土金属组 成的卤化物、碳酸盐、硝酸盐或者磷酸盐组成。熔盐不含水，具 有许多与水溶液不同的性质，如，热稳定性高，蒸气压低，黏度 低，导电性好，离子迁移和扩散速度较快，热容量高等
在冶金领域，以熔盐为介质的熔盐电解法广泛应用于铝、镁、钠、 锂等轻金属和稀土金属的电解提取或精炼。 这些金属由于都属于 负电性金属，不能从水溶液中电解沉积出来，熔盐电解成为唯一的 或占主导地位的方法。
pH373
6.79
6.78
5.58
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3.16 4.35
◆ 当Me2+的活度为1时，要求pH<pH；
有色冶金原理氧化物和硫化物的火法氯化资料PPT课件
(11) (12)
G反应 G11 G12
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即金属氧化物与氯反应的 G12 减去水与氯反应
的 得金属氧化物与氯化氢反应的标准吉布 斯自由能变化。各种金属氧化物与氯反应 的 G —T图已列在图5-2、图5-3中。在图5-3中 有一条反应H2O+ Cl2 === 2HCl+O2的 G 随温 度变化的曲线，该曲线是由左至右向下倾斜的， 即反应H2O+ Cl2 ===HCl+O2的标准吉布斯自由 能变化在高温下负值更大，HCl更加稳定，这预 示着在用HCl作氯化剂时随着温度的升高，其氯 化能力下降。
第29页/共72页
属
氧
化而物C与uH2OC
、Pb l反应
O、 时
A
g为2O负、值C，d
O、CoO 因此在标
、 准
NiO 状态
、 下
它Z n们O可等以曲被线H在CHl 所2 O氯与化氯，反S应i O的2 、曲T线i O下、面A，l 2这O 3表、明C
这些金 r2O3、
SnO2等与氯反应的曲线在水与氯反应曲线上面，它们被HCl氯化反应的
MeO+ CaCl2 === MeCl2+CaO
第33页/共72页
上述反应的 计算方法有两种： （1）是根据反应物与产物的标准生成吉布斯自由能来计算，即：
G
( ) ( ) G反应 G MeCl2 GCaO G MeO GCaCl2
第34页/共72页
（2）是根据金属氧化物与氯反应和CaO与氯反应的 来计算，
G
= －111713－87.66T，J
TiO2+Cl2+C ===TiCl4+CO
G
= －31171－115.9T，J
第四章 硫化矿的直接熔炼
焦滤层是Kivcet炼铅技术的重要特征之一，在反应塔形成的PbO有80-85在这 被还原成金属铅。 Kivcet炉的反应塔从上到下分为氧化脱硫、熔炼造渣与焦滤还原三个基本过 程(见图4-8)。
4.2.2 基夫赛特(Kivcet)法
(1) 基夫赛特法炼铅的工业过程
图4-8 Kivcet反应塔与焦滤层的断面示意图
4.1 直接得到金属的冶炼方法
4.1.2 利用氧化反应获得金属的方法
根据热力学研究，图3-13说明硫化物不经 过氧化物(焙砂、烧结块)阶段直接产出金属的 可能性，铜锍的吹炼是一例，已经工业应用的 铅的直接熔炼是另一例。 在处理高品位方铅矿时，先将一部分PbS氧 化成PbO和PbSO4，然后与未反应的PbS发生交 互反应而生成铅： PbS+2PbO=Pb+SO2 PbS+PbSO4ห้องสมุดไป่ตู้2Pb+2SO2 直接熔炼的研究认为PbS的氧化未必非得通过部 分硫化物氧化和相继发生交互反应： PbS+O2=Pb+SO2 同样，辉锑矿和辉铋矿也可以通过反应熔炼得 到金属。 缺点：因硫化物蒸气压大，金属挥发损失和 氧化物入渣损失都大。
4.2.3 氧气底吹熔池熔炼(QSL法)
氧气底吹炼铅(QSL法)是利用熔池熔炼的原理和浸没底吹氧气的 强烈搅拌，使硫化物精矿、含铅二次物料与溶剂等原料在反应器 (熔炼炉)的熔池中充分混合、迅速熔化和氧化，生成粗铅、炉渣和 SO2烟气。 氧气底吹炼铅的特点是氧利用率高(100%)，硫的利用率高 (>97.5%)，烟气含SO2浓度高(8-18%)，炉子操作方便，劳动条件好 以及成本低。 20世纪80年代初，在德国Duisburg铅锌厂建成处理量为10t/h的示 范工厂，并进行工业试验，90年代以来，先后在德国Stolberg冶炼 厂、我国西北冶炼厂和韩国Onasn冶炼厂用QSL炼铅工艺建厂并投 入运转。 QSL反应器是该法炼铅的核心设备(图4-11)。反应器主要由氧化 区与还原区组成，用隔墙隔开，在氧化段熔池下安装有氧气喷枪。
4.2.2 基夫赛特(Kivcet)法
(1) 基夫赛特法炼铅的工业过程
图4-8 Kivcet反应塔与焦滤层的断面示意图
4.1 直接得到金属的冶炼方法
4.1.2 利用氧化反应获得金属的方法
根据热力学研究，图3-13说明硫化物不经 过氧化物(焙砂、烧结块)阶段直接产出金属的 可能性，铜锍的吹炼是一例，已经工业应用的 铅的直接熔炼是另一例。 在处理高品位方铅矿时，先将一部分PbS氧 化成PbO和PbSO4，然后与未反应的PbS发生交 互反应而生成铅： PbS+2PbO=Pb+SO2 PbS+PbSO4ห้องสมุดไป่ตู้2Pb+2SO2 直接熔炼的研究认为PbS的氧化未必非得通过部 分硫化物氧化和相继发生交互反应： PbS+O2=Pb+SO2 同样，辉锑矿和辉铋矿也可以通过反应熔炼得 到金属。 缺点：因硫化物蒸气压大，金属挥发损失和 氧化物入渣损失都大。
4.2.3 氧气底吹熔池熔炼(QSL法)
氧气底吹炼铅(QSL法)是利用熔池熔炼的原理和浸没底吹氧气的 强烈搅拌，使硫化物精矿、含铅二次物料与溶剂等原料在反应器 (熔炼炉)的熔池中充分混合、迅速熔化和氧化，生成粗铅、炉渣和 SO2烟气。 氧气底吹炼铅的特点是氧利用率高(100%)，硫的利用率高 (>97.5%)，烟气含SO2浓度高(8-18%)，炉子操作方便，劳动条件好 以及成本低。 20世纪80年代初，在德国Duisburg铅锌厂建成处理量为10t/h的示 范工厂，并进行工业试验，90年代以来，先后在德国Stolberg冶炼 厂、我国西北冶炼厂和韩国Onasn冶炼厂用QSL炼铅工艺建厂并投 入运转。 QSL反应器是该法炼铅的核心设备(图4-11)。反应器主要由氧化 区与还原区组成，用隔墙隔开，在氧化段熔池下安装有氧气喷枪。
硫化矿的造锍熔炼和锍的吹炼PPT课件
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任务实践
三）Cu-Fe-S三元状态图在熔炼冰铜时的应用
1．冰铜的熔点 确定了冰铜的理论组成之后，就可方便地自图
Байду номын сангаас
4-5的等温线中找出其熔点。如冰铜组成位于1015℃（1288K）
的等温线上，则其熔点就是1288K。从图中可以看出液相分层
区外靠Fe-Cu边的等温线，其温度一般都比靠FeS-Cu2S线的高，
故从 点最
熔 底
点 （
考虑， 1188K
冰 ）
铜组 ，在
成 三
应 元
在 共
分 晶
点层E区的与的F组eS成-C上u2。S线同
之 时
间 ，
， 在
其 两
熔 条
二元共晶线及其附近，熔点也较低。
第27页/共52页
任务实践
2．冰铜的成分 在三角形S-Cu2S-FeS内的高价硫化物（CuS、FeS2等）不稳定，分解成Cu2S、 FeS并析出硫蒸气。所以工厂所产冰铜中的硫含量不超过图中Cu2S-FeS连线之上。若超过了，体系即进入 S-Cu2S-FeS内，因此三角形S-Cu2S-FeS部分在冶金过程的温度不是无意义的，图4-5中就省略了。
解决思路
在 大 多 数 情 况 下 ， 由 于 金 属 氧 化 反 应 的 熵 变 小 ， 所 以 它 在 ΔGθ—T 关 系 图 中 的 直 线 几 乎 是 一 条 水 平 线 ， 只是铜、铅、镍等例外。
第9页/共52页
解决思路
图4-4可用来比较MeS和MeO的稳定性大小，从而使可以预见
MeS—MeO ΔGθ更负
第11页/共52页
解决思路
Cu2O(1)+FeS(1)=Cu2S(1)+FeO(1) ΔGθ=-146440+19.25T,kJ·kg-1·mol-1
任务实践
三）Cu-Fe-S三元状态图在熔炼冰铜时的应用
1．冰铜的熔点 确定了冰铜的理论组成之后，就可方便地自图
Байду номын сангаас
4-5的等温线中找出其熔点。如冰铜组成位于1015℃（1288K）
的等温线上，则其熔点就是1288K。从图中可以看出液相分层
区外靠Fe-Cu边的等温线，其温度一般都比靠FeS-Cu2S线的高，
故从 点最
熔 底
点 （
考虑， 1188K
冰 ）
铜组 ，在
成 三
应 元
在 共
分 晶
点层E区的与的F组eS成-C上u2。S线同
之 时
间 ，
， 在
其 两
熔 条
二元共晶线及其附近，熔点也较低。
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任务实践
2．冰铜的成分 在三角形S-Cu2S-FeS内的高价硫化物（CuS、FeS2等）不稳定，分解成Cu2S、 FeS并析出硫蒸气。所以工厂所产冰铜中的硫含量不超过图中Cu2S-FeS连线之上。若超过了，体系即进入 S-Cu2S-FeS内，因此三角形S-Cu2S-FeS部分在冶金过程的温度不是无意义的，图4-5中就省略了。
解决思路
在 大 多 数 情 况 下 ， 由 于 金 属 氧 化 反 应 的 熵 变 小 ， 所 以 它 在 ΔGθ—T 关 系 图 中 的 直 线 几 乎 是 一 条 水 平 线 ， 只是铜、铅、镍等例外。
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解决思路
图4-4可用来比较MeS和MeO的稳定性大小，从而使可以预见
MeS—MeO ΔGθ更负
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解决思路
Cu2O(1)+FeS(1)=Cu2S(1)+FeO(1) ΔGθ=-146440+19.25T,kJ·kg-1·mol-1
火法冶炼技术
资源高效利用
通过技术创新和循环经济模式，实现资源的更加 高效利用，降低资源消耗和环境影响。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
精炼过程
控制精炼温度、时间、气氛等参数，确保金属的纯度达到要求。
产品处理与运
产品形态
根据需要，将金属铸造成 不同的产品形态，如锭、 块、棒等。
产品包装
对产品进行适当的包装， 以防止输过程中的安全和保 护。
CHAPTER 04
火法冶炼的应用与实例
02
根据反应温度
分为高温火法冶炼和低温火法冶炼。高温火法冶炼是指在高温下进行化
学反应提取金属的过程；低温火法冶炼是指在低温下进行化学反应提取
金属的过程。
03
根据处理方式
分为连续式火法冶炼和间歇式火法冶炼。连续式火法冶炼是指物料在反
应器内连续通过高温区进行提取金属的过程；间歇式火法冶炼是指物料
在反应器内分批进行提取金属的过程。
利用火法冶炼技术从复杂矿石中提取稀有金属如锆、铪、铌、钽 等。
再生资源回收
对废旧金属进行高温熔炼，提取其中有价值的元素，实现资源的循 环利用。
核能利用
核燃料的生产过程中，火法冶炼技术用于提取铀、钚等核燃料元素 。
CHAPTER 05
火法冶炼的环境影响与可持 续发展
火法冶炼的环境影响
空气污染
水体污染
特点
火法冶炼技术具有处理量大、适 应性强、金属回收率高、成本相 对较低等优点，但也存在能耗高 、环境污染较严重等缺点。
火法冶炼技术的发展历程
古代火法冶炼
现代火法冶炼
古代火法冶炼以直接冶炼矿石为主， 主要采用简单的高温反应，如炼铁、 炼铜等。
现代火法冶炼技术不断创新和发展， 采用先进的反应器、熔炼炉和自动化 控制系统，以提高生产效率和环保性 能。
通过技术创新和循环经济模式，实现资源的更加 高效利用，降低资源消耗和环境影响。
THANKS FOR WATCHING
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精炼过程
控制精炼温度、时间、气氛等参数，确保金属的纯度达到要求。
产品处理与运
产品形态
根据需要，将金属铸造成 不同的产品形态，如锭、 块、棒等。
产品包装
对产品进行适当的包装， 以防止输过程中的安全和保 护。
CHAPTER 04
火法冶炼的应用与实例
02
根据反应温度
分为高温火法冶炼和低温火法冶炼。高温火法冶炼是指在高温下进行化
学反应提取金属的过程；低温火法冶炼是指在低温下进行化学反应提取
金属的过程。
03
根据处理方式
分为连续式火法冶炼和间歇式火法冶炼。连续式火法冶炼是指物料在反
应器内连续通过高温区进行提取金属的过程；间歇式火法冶炼是指物料
在反应器内分批进行提取金属的过程。
利用火法冶炼技术从复杂矿石中提取稀有金属如锆、铪、铌、钽 等。
再生资源回收
对废旧金属进行高温熔炼，提取其中有价值的元素，实现资源的循 环利用。
核能利用
核燃料的生产过程中，火法冶炼技术用于提取铀、钚等核燃料元素 。
CHAPTER 05
火法冶炼的环境影响与可持 续发展
火法冶炼的环境影响
空气污染
水体污染
特点
火法冶炼技术具有处理量大、适 应性强、金属回收率高、成本相 对较低等优点，但也存在能耗高 、环境污染较严重等缺点。
火法冶炼技术的发展历程
古代火法冶炼
现代火法冶炼
古代火法冶炼以直接冶炼矿石为主， 主要采用简单的高温反应，如炼铁、 炼铜等。
现代火法冶炼技术不断创新和发展， 采用先进的反应器、熔炼炉和自动化 控制系统，以提高生产效率和环保性 能。
【精品课件】许多高温冶金过程都是在熔融的反应介质中进行的
第四章 冶金熔体
4.1 概 介 许多高温冶金过程都是在熔融的反应介质中进行的 ——如炼钢、铝电解、粗铜的火法精炼等 在很多冶炼过程中，产物或中间产品为熔融状态物质 ——如高炉炼铁、硫化铜精矿的造锍熔炼、铅烧结块的鼓风炉熔炼等 冶金熔体——在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物 冶金熔体的分类——根据组成熔体的主要成分的不同 → 金属熔体 → 熔渣 → 熔盐 非金属熔体 → 熔锍
第四章 冶金熔体
液态金属结构模型 模型 I 接近熔点时，液态金属中部分原子的排列方式与固态金属相似，它们 构成了许多晶态小集团。 这些小集团并不稳定，随着时间延续，不断分裂消失，又不断在新的 位置形成。 这些小集团之间存在着广泛的原子紊乱排列区。 模型I突出了液态金属原子存在局部排列的规则性
第四章 冶金熔体
第四章 冶金熔体
4.2.1 金属熔体的结构 基本事实 金属的熔化潜热仅为汽化潜热的 3%～8% 对于纯铁，熔化潜热为15.2 kJ·mol-1，汽化潜热是 340.2 kJ·mol-1 → 液态金属与固态金属的原子间结合力差别很小 金属熔化时，熵值的变化也不大，约为5～10 J·属的体积仅增加 2.5%～5%，相当于原子间距增加 0.8%～1.6% → 在液态和固态下原子分布大体相同，原子间结合力相近。 金属液、固态的比热容差别一般在10%以下，而液、气态比热容相差 为20%～50%。
第四章 冶金熔体
生产实践中发现，下列措施有利于硫的脱除： → 增加渣中CaO含量（即增大xCaO、增加 炉渣的碱度）； → 降低渣中FeO含量（即减小xFeO、降低渣 的氧化性） → 提高过程温度 → 由分子结构理论所得结论与生产实践是 一致的。
第四章 冶金熔体
分子理论的缺陷 不能运用分子理论进行定量计算。 → 对于脱硫反应，将一定温度下平衡时各组元的活度值代入上面的平衡 常数 K 表达式中，结果发现 K 不为常数。 → 进一步假定熔渣中存在2CaO·Al2O3、CaO·Fe2O3、(2CaO·SiO2) 2等复 杂分子，对K 的计算加以修正，但修正后计算的K值仍然在0.084～0.184 的范围内变化，而不是常数。 分子理论不能解释FeO在脱硫中的作用。 → 根据分子理论，降低渣的FeO含量有利于脱硫。 → 实验发现，无论是纯FeO渣还是含FeO的渣（17%FeO，42%CaO， 41%SiO2）均具有一定的脱硫作用。 → 实验结果与分子结构理论的结论（只有CaO才有脱硫作用）不一致。
4.1 概 介 许多高温冶金过程都是在熔融的反应介质中进行的 ——如炼钢、铝电解、粗铜的火法精炼等 在很多冶炼过程中，产物或中间产品为熔融状态物质 ——如高炉炼铁、硫化铜精矿的造锍熔炼、铅烧结块的鼓风炉熔炼等 冶金熔体——在高温冶金过程中处于熔融状态的反应介质或反应产物 冶金熔体的分类——根据组成熔体的主要成分的不同 → 金属熔体 → 熔渣 → 熔盐 非金属熔体 → 熔锍
第四章 冶金熔体
液态金属结构模型 模型 I 接近熔点时，液态金属中部分原子的排列方式与固态金属相似，它们 构成了许多晶态小集团。 这些小集团并不稳定，随着时间延续，不断分裂消失，又不断在新的 位置形成。 这些小集团之间存在着广泛的原子紊乱排列区。 模型I突出了液态金属原子存在局部排列的规则性
第四章 冶金熔体
第四章 冶金熔体
4.2.1 金属熔体的结构 基本事实 金属的熔化潜热仅为汽化潜热的 3%～8% 对于纯铁，熔化潜热为15.2 kJ·mol-1，汽化潜热是 340.2 kJ·mol-1 → 液态金属与固态金属的原子间结合力差别很小 金属熔化时，熵值的变化也不大，约为5～10 J·属的体积仅增加 2.5%～5%，相当于原子间距增加 0.8%～1.6% → 在液态和固态下原子分布大体相同，原子间结合力相近。 金属液、固态的比热容差别一般在10%以下，而液、气态比热容相差 为20%～50%。
第四章 冶金熔体
生产实践中发现，下列措施有利于硫的脱除： → 增加渣中CaO含量（即增大xCaO、增加 炉渣的碱度）； → 降低渣中FeO含量（即减小xFeO、降低渣 的氧化性） → 提高过程温度 → 由分子结构理论所得结论与生产实践是 一致的。
第四章 冶金熔体
分子理论的缺陷 不能运用分子理论进行定量计算。 → 对于脱硫反应，将一定温度下平衡时各组元的活度值代入上面的平衡 常数 K 表达式中，结果发现 K 不为常数。 → 进一步假定熔渣中存在2CaO·Al2O3、CaO·Fe2O3、(2CaO·SiO2) 2等复 杂分子，对K 的计算加以修正，但修正后计算的K值仍然在0.084～0.184 的范围内变化，而不是常数。 分子理论不能解释FeO在脱硫中的作用。 → 根据分子理论，降低渣的FeO含量有利于脱硫。 → 实验发现，无论是纯FeO渣还是含FeO的渣（17%FeO，42%CaO， 41%SiO2）均具有一定的脱硫作用。 → 实验结果与分子结构理论的结论（只有CaO才有脱硫作用）不一致。
第四章硫化矿的火法冶金课件
冶金原理精品课程
3 4
任务实践二)硫酸化焙烧动力学硫化物的硫酸化焙烧，在其分解温度以下与 氧化反应受着同样因素的支配，但其反应机 理则不大相同，除了氧压外，颗粒表面上二 氧化硫的分压也起着重要的作用，对反应所 需的空气量则要求加以适当的控制。
MeO ·SO · (O)吸附
MeO · SO2吸附
MeO+SO2
或
MeS · (O · O)吸附
MeSO2
MeSO2+O2
MeSO2 · O2吸附
MeSO4 (一次硫酸盐)
冶金原理精品课程
任务实践经过氧分子的扩散和吸附，氧键的断裂，硫 酸盐晶核的产生以及新相在硫化物颗粒表面 的形成等步骤，焙烧反应便不再发生在固相 和气相之间，而是在两种固相即旧相和新相 之间进行，并发生如下反应：MeS+3MeSO4=4MeO+4SO2 一次硫酸盐在高温下也可以直接分离：MeSO =MeO+SO
ΔG θ=-94558+89.4T,J
=
冶金原理精品课程
解决思路Kp=0.66当Pso2=13159Pa和Po2=4053Pa时， SO3有效压力 为：Pso3=Kp ·Pso2 ·P1/2o2=0.66×13159× (4053 )2=1601Pa
冶金原理精品课程
解决思路此SO3 的有效压力，即为炉气中的实际分压Pso3(炉气)。 若Pso3(炉气)在所给定的条件下大于硫酸铅的离解压 P’so3,则硫酸铅便为热力学稳定固相，反之硫酸 铅便离解。为此，通过如下计算便可作出判断：反应 PbO ·PbSO4+SO3=2PbSO4ΔG θ=-309616-70.33TlogT+407.5TΔG θ 1100K=-96642J ·mol-1logK`p=logP’so3=2.57×10-5×101325=2.60Pa
3 4
任务实践二)硫酸化焙烧动力学硫化物的硫酸化焙烧，在其分解温度以下与 氧化反应受着同样因素的支配，但其反应机 理则不大相同，除了氧压外，颗粒表面上二 氧化硫的分压也起着重要的作用，对反应所 需的空气量则要求加以适当的控制。
MeO ·SO · (O)吸附
MeO · SO2吸附
MeO+SO2
或
MeS · (O · O)吸附
MeSO2
MeSO2+O2
MeSO2 · O2吸附
MeSO4 (一次硫酸盐)
冶金原理精品课程
任务实践经过氧分子的扩散和吸附，氧键的断裂，硫 酸盐晶核的产生以及新相在硫化物颗粒表面 的形成等步骤，焙烧反应便不再发生在固相 和气相之间，而是在两种固相即旧相和新相 之间进行，并发生如下反应：MeS+3MeSO4=4MeO+4SO2 一次硫酸盐在高温下也可以直接分离：MeSO =MeO+SO
ΔG θ=-94558+89.4T,J
=
冶金原理精品课程
解决思路Kp=0.66当Pso2=13159Pa和Po2=4053Pa时， SO3有效压力 为：Pso3=Kp ·Pso2 ·P1/2o2=0.66×13159× (4053 )2=1601Pa
冶金原理精品课程
解决思路此SO3 的有效压力，即为炉气中的实际分压Pso3(炉气)。 若Pso3(炉气)在所给定的条件下大于硫酸铅的离解压 P’so3,则硫酸铅便为热力学稳定固相，反之硫酸 铅便离解。为此，通过如下计算便可作出判断：反应 PbO ·PbSO4+SO3=2PbSO4ΔG θ=-309616-70.33TlogT+407.5TΔG θ 1100K=-96642J ·mol-1logK`p=logP’so3=2.57×10-5×101325=2.60Pa
有色冶金原理硫化矿的火法冶金剖析PPT学习教案
和力都很小，而硫和氧的亲和力较大，形成稳定的化 合物SO2。
MeS O2 Me SO2
6.1 硫化汞（辰砂）的挥发焙烧
HgS (S ) O2 Hg (l) SO2 G0 238488 36.0T
HgS (S) O2 Hg (g) SO2 G0 176146129.7T
第26页/共33页
火法冶金过程中实际参加反应的是金属的低价硫化物。 硫的沸点：444.5℃
第4页/共33页
5
气态硫中的含有多原子的S8、S6、S2和单原子的S， 其含量变化取决于温度，计算方法：
3S8 4S6 S6 3S2 S2 2S
lg
PS46 PS38
6337 1.75lg T T
8.9
lg PS32 13985 3.5lg T 15.3
着 火 温 度，K
0.1mm
0.1~0.2mm
563
－
598
678
611
－
703
798
703
－
827
－
920
－
第25页/共33页
>0.2mm 613 745 693 863 952 1120 1083
26
6 硫化物氧化生成金属
●少数几种金属能从其硫化物中直接氧化得到金属。 ●具备这种性能的金属硫化矿有汞、银、铂族金属等。 ●热力学特性：在火法冶金过程中，金属对硫和氧的亲
●冶金工厂处理的硫化物精矿，不仅粒度细、具有 很大的表明活性，而且一般含硫量在15－30％， 具有很大的发热量。
第1页/共33页
2
●硫化物高温下的化学反应归纳为五种类型 ：
2MeS 3O2 2MeO 2SO2 （1）
是各种有色金属硫化矿氧化焙烧的基础。
MeS O2 Me SO2
6.1 硫化汞（辰砂）的挥发焙烧
HgS (S ) O2 Hg (l) SO2 G0 238488 36.0T
HgS (S) O2 Hg (g) SO2 G0 176146129.7T
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火法冶金过程中实际参加反应的是金属的低价硫化物。 硫的沸点：444.5℃
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5
气态硫中的含有多原子的S8、S6、S2和单原子的S， 其含量变化取决于温度，计算方法：
3S8 4S6 S6 3S2 S2 2S
lg
PS46 PS38
6337 1.75lg T T
8.9
lg PS32 13985 3.5lg T 15.3
着 火 温 度，K
0.1mm
0.1~0.2mm
563
－
598
678
611
－
703
798
703
－
827
－
920
－
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>0.2mm 613 745 693 863 952 1120 1083
26
6 硫化物氧化生成金属
●少数几种金属能从其硫化物中直接氧化得到金属。 ●具备这种性能的金属硫化矿有汞、银、铂族金属等。 ●热力学特性：在火法冶金过程中，金属对硫和氧的亲
●冶金工厂处理的硫化物精矿，不仅粒度细、具有 很大的表明活性，而且一般含硫量在15－30％， 具有很大的发热量。
第1页/共33页
2
●硫化物高温下的化学反应归纳为五种类型 ：
2MeS 3O2 2MeO 2SO2 （1）
是各种有色金属硫化矿氧化焙烧的基础。
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冶金原理精品课程
解决思路
实际上只要有足够高的温度和足够量的氧气，这些金属硫化物在 细磨状态下都能够变为氧化物。但是在焙烧过程中由于可能发生 一些副反应，对所用焙烧温度和氧气的浓度都受限制，以致不能 使硫化物达到完全变为氧化物的目的。例如，含铁的锌精矿在大 约1173K以下不可能把其中的硫化锌全部变为氧化锌。因这个温 度可促使氧化锌与氧化铁形成不溶于稀硫酸的铁酸锌（副反应）， 这对于以湿法炼锌为目的的焙烧来说是不利的。如果锌精矿内含 有硫化铜或硫化铁，则硫化铜或硫化铁对硫化锌的氧化起到催化 作用，从而能够在973K～1073K的温度范围内达到硫化锌完全氧 化的目的。
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解决思路
为了进行硫酸盐之间的比较，以确定 在某一温度下哪种硫酸盐最稳定，而绘制出 了MeSO4标准生成吉布斯自由能与温度的关 系图。
根据图4—3可以直观地得出能够生成 金属硫酸的温度及气相组成范为，还可以看 出几乎所有硫酸的生成趋势随温度升高而减 弱，离解趋势加大。
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所以
aMeO aMeSO 4
1，由此得：P , SO3
1
,
Kp
从而可见，各种硫酸盐的离解压
p, so3
只与温度相关。
温度一定，离解压即为定值。
冶金原理精品课程
解决思路 受总压气的相影s响o3，的当生温成度-和离总解压反给应定除是温，度平外还衡
气相组成可以确定，从而可以计算出炉气中
实际分压 pso3 即 pso3 (炉气) ，用它可以判断
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解决思路
二）硫酸化焙烧 在硫化物的氧化焙烧过程中，若控制一定的
温度和气相组成，使其全部或部分变为硫酸 盐，则这样的作业称为硫酸化焙烧。前者叫 全硫酸化焙烧，后者叫部分硫酸化焙烧。
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解决思路
硫酸盐的形式决定于体系中如下反应 的平衡条件：
MeO+SO3=MeSO4
(1)
任务十一、 硫化矿的焙烧
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上一章
任务内容
一、任务目标 二、解决思路 三、任务实践
冶金原理精品课程
任务目标
硫化物焙烧过程是为了在一定气氛（常常是 氧化气氛）中，使硫化物发生物理化学变化， 所产物料能满足后续冶炼过程的要求。一般 情况下是为了浸出或熔炼过程作准备。
根据焙烧过程发生物理化学变化的不同，可 分为氧化焙烧、硫酸化焙烧。
冶金原理精品课程Biblioteka 解决思路一、硫化物的氧化物焙烧 将硫化物保持在熔点以下加热，使其发生氧化
作用，氧化的结果，使矿物中的硫部分或全部除去， 这样的作业称为氧化焙烧。例如，闪锌矿的氧化焙 烧，其反应式为：
ZnS+2/3O2=ZnO+SO2 经焙烧使锌的硫化物变为氧化物，硫呈二氧 化硫烟气逸出。显然，氧化焙烧的反应通式可以写 成：
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解决思路
1×1例01如32，5拟的定条于件下11，00硫k进酸行是焙否烧为稳作定业的，固炉相气？含若12炉%气so含2和1%4%o2o，2,总形压成为碱 式硫酸盐PbO ·PbSO4,此时Pso4需多大？ 反应 SO2+1/2O2=SO2 ΔGθ=-94558+89.4T,J
则在1100K时的平衡常数为：
SO2+1/2O2=SO2
(2)
显然，硫酸盐生成-离解反应的热力学
条和气的件气实，相际通中分过反压比应P较式so反（3(应炉2）气式))的,（便分1可）压作的P出s离o判3解（断压视。P为’s炉o3
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解决思路
反应式（1）的平衡常数K：P,
aM e so4
aMeo
p, so3
因为 MeO和 MeSO4 都是纯物质，
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解决思路
硫化物的氧化反应是高度放热过程，当硫化物 受热至着火温度时，其热效应能使过程在不需要外 加燃料的条件下自发地进行。
表4-2列出了这类反应在不同温度下的ΔGθ和 Kp值。从表中的数据可以看出，表中所有硫化物被 氧化成氧化物的反应，其吉布斯自由能变化都为负 值，而且其绝对值都相当大，可见，这些反应都能 进行到底。
logKp=log
pso3
1
pso2 p
2 o2
= 94558 89.41100 0.178 19.146 1100
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解决思路
实际焙烧过程表明，焙烧炉气中高含量的SO2和较 低的作业温度，可促使硫酸盐的生成。由于动力学的原因， 在低于600K时，硫酸化反应对实际冶炼过程是没有价值 的。而在1200K以上的高温时，则要求气相中保持很高浓 度的SO2才能生成硫酸盐，这种要求在工业上是比较难实 现的。因此在实际作业中硫酸化焙烧的适宜温度处于 600～1200K之间，具体控制多高的温度应视不同的硫酸 盐而定。此外，在焙烧过程中，要求炉气与焙烧物具有良 好的接触，特别在硫酸化焙烧过程中这中良好的接触更为 重要。工业实践证明，在沸腾炉中进行硫酸化焙烧能得到 良好结果。
硫酸盐离解-生成反应的趋势。
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解决思路
根据化学平衡可以得到下列各种关系：
反应（2）
SO2+1/2O2=SO3
ΔGθ=-94558.4+89.37T,Jmol-1
Kp=
pso3
1
pso2
p
2 o2
(4-3)
Pso2=2Po2
(4-4)
Pso3+Pso2+Po2=P总
（4-5）
联解式（4-3）、（4-4）、（4-5），便可求出P总
MeS+3/2O2=MeO+SO2
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解决思路
硫化物的氧化反应是高度放热过程，当硫化物 受热至着火温度时，其热效应能使过程在不需要外 加燃料的条件下自发地进行。
表4-2列出了这类反应在不同温度下的ΔGθ和 Kp值。从表中的数据可以看出，表中所有硫化物被 氧化成氧化物的反应，其吉布斯自由能变化都为负 值，而且其绝对值都相当大，可见，这些反应都能 进行到底。
冶金=下原1理的0精1平品32课衡5程P气a(体1a成tm分)时。反应SO2+1/2O2=SO3在不同温度
解决思路
由式（4-3）可得：
Pso3=Pso3(炉气)=Kp·Pso2·P1/22
(4-6)
如已知炉气温度和炉气中Pso2和Po2则可由式 （4-6）求出Pso3(炉气)。
比 较 式 （ 4 - 2 ） 和 （ 4 - 6 ） ， 当 Pso2( 炉 气)≥P’so3(MeSO4)时，则生成硫酸盐，反之 硫酸盐离解。
解决思路
实际上只要有足够高的温度和足够量的氧气，这些金属硫化物在 细磨状态下都能够变为氧化物。但是在焙烧过程中由于可能发生 一些副反应，对所用焙烧温度和氧气的浓度都受限制，以致不能 使硫化物达到完全变为氧化物的目的。例如，含铁的锌精矿在大 约1173K以下不可能把其中的硫化锌全部变为氧化锌。因这个温 度可促使氧化锌与氧化铁形成不溶于稀硫酸的铁酸锌（副反应）， 这对于以湿法炼锌为目的的焙烧来说是不利的。如果锌精矿内含 有硫化铜或硫化铁，则硫化铜或硫化铁对硫化锌的氧化起到催化 作用，从而能够在973K～1073K的温度范围内达到硫化锌完全氧 化的目的。
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解决思路
为了进行硫酸盐之间的比较，以确定 在某一温度下哪种硫酸盐最稳定，而绘制出 了MeSO4标准生成吉布斯自由能与温度的关 系图。
根据图4—3可以直观地得出能够生成 金属硫酸的温度及气相组成范为，还可以看 出几乎所有硫酸的生成趋势随温度升高而减 弱，离解趋势加大。
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所以
aMeO aMeSO 4
1，由此得：P , SO3
1
,
Kp
从而可见，各种硫酸盐的离解压
p, so3
只与温度相关。
温度一定，离解压即为定值。
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解决思路 受总压气的相影s响o3，的当生温成度-和离总解压反给应定除是温，度平外还衡
气相组成可以确定，从而可以计算出炉气中
实际分压 pso3 即 pso3 (炉气) ，用它可以判断
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解决思路
二）硫酸化焙烧 在硫化物的氧化焙烧过程中，若控制一定的
温度和气相组成，使其全部或部分变为硫酸 盐，则这样的作业称为硫酸化焙烧。前者叫 全硫酸化焙烧，后者叫部分硫酸化焙烧。
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解决思路
硫酸盐的形式决定于体系中如下反应 的平衡条件：
MeO+SO3=MeSO4
(1)
任务十一、 硫化矿的焙烧
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一、任务目标 二、解决思路 三、任务实践
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任务目标
硫化物焙烧过程是为了在一定气氛（常常是 氧化气氛）中，使硫化物发生物理化学变化， 所产物料能满足后续冶炼过程的要求。一般 情况下是为了浸出或熔炼过程作准备。
根据焙烧过程发生物理化学变化的不同，可 分为氧化焙烧、硫酸化焙烧。
冶金原理精品课程Biblioteka 解决思路一、硫化物的氧化物焙烧 将硫化物保持在熔点以下加热，使其发生氧化
作用，氧化的结果，使矿物中的硫部分或全部除去， 这样的作业称为氧化焙烧。例如，闪锌矿的氧化焙 烧，其反应式为：
ZnS+2/3O2=ZnO+SO2 经焙烧使锌的硫化物变为氧化物，硫呈二氧 化硫烟气逸出。显然，氧化焙烧的反应通式可以写 成：
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解决思路
1×1例01如32，5拟的定条于件下11，00硫k进酸行是焙否烧为稳作定业的，固炉相气？含若12炉%气so含2和1%4%o2o，2,总形压成为碱 式硫酸盐PbO ·PbSO4,此时Pso4需多大？ 反应 SO2+1/2O2=SO2 ΔGθ=-94558+89.4T,J
则在1100K时的平衡常数为：
SO2+1/2O2=SO2
(2)
显然，硫酸盐生成-离解反应的热力学
条和气的件气实，相际通中分过反压比应P较式so反（3(应炉2）气式))的,（便分1可）压作的P出s离o判3解（断压视。P为’s炉o3
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解决思路
反应式（1）的平衡常数K：P,
aM e so4
aMeo
p, so3
因为 MeO和 MeSO4 都是纯物质，
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解决思路
硫化物的氧化反应是高度放热过程，当硫化物 受热至着火温度时，其热效应能使过程在不需要外 加燃料的条件下自发地进行。
表4-2列出了这类反应在不同温度下的ΔGθ和 Kp值。从表中的数据可以看出，表中所有硫化物被 氧化成氧化物的反应，其吉布斯自由能变化都为负 值，而且其绝对值都相当大，可见，这些反应都能 进行到底。
logKp=log
pso3
1
pso2 p
2 o2
= 94558 89.41100 0.178 19.146 1100
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解决思路
实际焙烧过程表明，焙烧炉气中高含量的SO2和较 低的作业温度，可促使硫酸盐的生成。由于动力学的原因， 在低于600K时，硫酸化反应对实际冶炼过程是没有价值 的。而在1200K以上的高温时，则要求气相中保持很高浓 度的SO2才能生成硫酸盐，这种要求在工业上是比较难实 现的。因此在实际作业中硫酸化焙烧的适宜温度处于 600～1200K之间，具体控制多高的温度应视不同的硫酸 盐而定。此外，在焙烧过程中，要求炉气与焙烧物具有良 好的接触，特别在硫酸化焙烧过程中这中良好的接触更为 重要。工业实践证明，在沸腾炉中进行硫酸化焙烧能得到 良好结果。
硫酸盐离解-生成反应的趋势。
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解决思路
根据化学平衡可以得到下列各种关系：
反应（2）
SO2+1/2O2=SO3
ΔGθ=-94558.4+89.37T,Jmol-1
Kp=
pso3
1
pso2
p
2 o2
(4-3)
Pso2=2Po2
(4-4)
Pso3+Pso2+Po2=P总
（4-5）
联解式（4-3）、（4-4）、（4-5），便可求出P总
MeS+3/2O2=MeO+SO2
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解决思路
硫化物的氧化反应是高度放热过程，当硫化物 受热至着火温度时，其热效应能使过程在不需要外 加燃料的条件下自发地进行。
表4-2列出了这类反应在不同温度下的ΔGθ和 Kp值。从表中的数据可以看出，表中所有硫化物被 氧化成氧化物的反应，其吉布斯自由能变化都为负 值，而且其绝对值都相当大，可见，这些反应都能 进行到底。
冶金=下原1理的0精1平品32课衡5程P气a(体1a成tm分)时。反应SO2+1/2O2=SO3在不同温度
解决思路
由式（4-3）可得：
Pso3=Pso3(炉气)=Kp·Pso2·P1/22
(4-6)
如已知炉气温度和炉气中Pso2和Po2则可由式 （4-6）求出Pso3(炉气)。
比 较 式 （ 4 - 2 ） 和 （ 4 - 6 ） ， 当 Pso2( 炉 气)≥P’so3(MeSO4)时，则生成硫酸盐，反之 硫酸盐离解。