第二次课 造锍熔炼的理论基础 - 副本
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造锍熔炼热力学
冶金学—重金属冶金
第二章 铜冶金学
目录： 2.1~古代火法炼铜如何实现 2.2~现代火法炼铜工艺的演进与形成 2.3~冰铜熔炼原理 2.4~冰铜熔炼工艺 2.5~冰铜吹炼 2.6~粗铜火法精炼 2.7~铜的电解精炼 2.8~湿法炼铜 Fig. 3 1027℃下金属的氧势硫势图
2.3冰铜熔炼原理- 2.3.2~造锍熔炼热力学
2.3冰铜熔炼原理- 2.3.2~造锍熔炼热力学
三、冰铜熔炼进程分析 在普通空气下进行铜熔炼时，烟气中SO 2分压约为10.1kPa，
从而可用图2．4中的ABCD(PSO2＝l0133Pa)直线来表示造锍 熔炼—铜锍吹炼及粗铜精炼的全程路径。
A点处：表示造锍熔炼刚开始(铜锍品位为零)，体系的氧势 较低，约为1gPo2=-3.4(Pa)，硫势较高，约为1gPS2 =3.2(Pa)。 随着体系氧势的升高．体系的硫势降低，锍的品位升高； 到B点处，1gPo2=-2.8(Pa)， 1gPS2 =2.3(Pa)，锍的品位为70 ％。对于现代强化熔炼过程而言，从理论上讲，各熔炼炉 中氧势和硫势约处于B点附近，A-B段相当于造锍吹炼过程。
2.3冰铜熔炼原理- 2.3.2~造锍熔炼热力学
三、冰铜熔炼进程分析 当体系氧势沿B- C继续升高时（1gPo2=-1.5(Pa)， 1gPS2 =-
0.7(Pa)）， B- C段相当于铜锍吹炼第一周期；C点为吹炼 第二周期(造铜期)，此时金属铜与白冰铜和炉渣平衡共存； 超过C点，渣相与Cu2S消失，冰铜吹炼第二周期结束；继 续提高氧势C→D点，铜液中的硫继续氧化，相当于粗铜精 炼的氧化周期，直到D点产出阳极铜
解决办法-依靠化学位图的分析： • 所有反应的发生均需要一定的气氛和温度，由此可以控制 反应朝我们期望的方向进行。
第二章 铜冶金学
目录： 2.1~古代火法炼铜如何实现 2.2~现代火法炼铜工艺的演进与形成 2.3~冰铜熔炼原理 2.4~冰铜熔炼工艺 2.5~冰铜吹炼 2.6~粗铜火法精炼 2.7~铜的电解精炼 2.8~湿法炼铜 Fig. 3 1027℃下金属的氧势硫势图
2.3冰铜熔炼原理- 2.3.2~造锍熔炼热力学
2.3冰铜熔炼原理- 2.3.2~造锍熔炼热力学
三、冰铜熔炼进程分析 在普通空气下进行铜熔炼时，烟气中SO 2分压约为10.1kPa，
从而可用图2．4中的ABCD(PSO2＝l0133Pa)直线来表示造锍 熔炼—铜锍吹炼及粗铜精炼的全程路径。
A点处：表示造锍熔炼刚开始(铜锍品位为零)，体系的氧势 较低，约为1gPo2=-3.4(Pa)，硫势较高，约为1gPS2 =3.2(Pa)。 随着体系氧势的升高．体系的硫势降低，锍的品位升高； 到B点处，1gPo2=-2.8(Pa)， 1gPS2 =2.3(Pa)，锍的品位为70 ％。对于现代强化熔炼过程而言，从理论上讲，各熔炼炉 中氧势和硫势约处于B点附近，A-B段相当于造锍吹炼过程。
2.3冰铜熔炼原理- 2.3.2~造锍熔炼热力学
三、冰铜熔炼进程分析 当体系氧势沿B- C继续升高时（1gPo2=-1.5(Pa)， 1gPS2 =-
0.7(Pa)）， B- C段相当于铜锍吹炼第一周期；C点为吹炼 第二周期(造铜期)，此时金属铜与白冰铜和炉渣平衡共存； 超过C点，渣相与Cu2S消失，冰铜吹炼第二周期结束；继 续提高氧势C→D点，铜液中的硫继续氧化，相当于粗铜精 炼的氧化周期，直到D点产出阳极铜
解决办法-依靠化学位图的分析： • 所有反应的发生均需要一定的气氛和温度，由此可以控制 反应朝我们期望的方向进行。
3造锍熔炼实践.
Cu 72. 4 73. 0 69. 33 6 6.0 8 3.5 5 64. 7 55. 6 7 13. 2 7.8 0 23. 4.0 2.6 4.1 0.3 23. 2.8 1.2 2.2 0.2 69. 84 71. 4 Fe 3.5 8 4.2 8 5.9 20. 76 21. 07 21. 4 2.5 8 0.6 8 0.7 1.2 3 0.2 5 0.0 4 0.0 3 1.8 0.2 0.0 0.4 20. S 21. Pb 1.8 Zn 0.7 As Sb Bi Fe3 O4 O2 Si
表 3-1霍恩厂诺兰达炉炉料特性
种类 铜精 矿 杂铜 料 渣精 矿 返料 熔剂 烟尘 焦(煤) 最大 100mm 最大 20mm 结块<50mm 95％>1mm，最大 50mm 0～20 3～7 3～7 3～7 0～80 0～5 0～50 0～35 0～10 0～20 0～35 0～10 0～20 0～70 60～95 0～10 最大 100mm 8～15 30～45 9～30 7～15 5～15 粒度 从滤饼到 100mm 块矿 最大 100mm 3～15 5～100 0～95 0～95 0～95 水份/％ 4～15 化学成分(％) Cu 15～50 Fe 15～35 S 15～35 SiO2 0～10
诺兰达炉生产工艺需要一定的燃料来补充热量
燃料加到炉料中通过燃烧，燃烧产品在接近熔 体温度的情况下逸出，热交换率高； 同时作为一种还原剂还原渣中的Fe3O4。 固体燃料和炉料一起加入炉内。霍恩厂使用过 几种煤和焦。大冶选择了廉价的石油焦，其发 热值为41.29MJ/kg，含C85.135％，H12.03％， S1.14％，灰分0.04％，密度为0.95kg/t 通过燃烧器还可使用气体或液态燃料。如天然 气、柴油、重油。大冶燃烧器用的燃料主要是 重油。
表 3-1霍恩厂诺兰达炉炉料特性
种类 铜精 矿 杂铜 料 渣精 矿 返料 熔剂 烟尘 焦(煤) 最大 100mm 最大 20mm 结块<50mm 95％>1mm，最大 50mm 0～20 3～7 3～7 3～7 0～80 0～5 0～50 0～35 0～10 0～20 0～35 0～10 0～20 0～70 60～95 0～10 最大 100mm 8～15 30～45 9～30 7～15 5～15 粒度 从滤饼到 100mm 块矿 最大 100mm 3～15 5～100 0～95 0～95 0～95 水份/％ 4～15 化学成分(％) Cu 15～50 Fe 15～35 S 15～35 SiO2 0～10
诺兰达炉生产工艺需要一定的燃料来补充热量
燃料加到炉料中通过燃烧，燃烧产品在接近熔 体温度的情况下逸出，热交换率高； 同时作为一种还原剂还原渣中的Fe3O4。 固体燃料和炉料一起加入炉内。霍恩厂使用过 几种煤和焦。大冶选择了廉价的石油焦，其发 热值为41.29MJ/kg，含C85.135％，H12.03％， S1.14％，灰分0.04％，密度为0.95kg/t 通过燃烧器还可使用气体或液态燃料。如天然 气、柴油、重油。大冶燃烧器用的燃料主要是 重油。
熔炼常识
熔炼常识1.造锍熔炼过程中物料的主要物理化学变化?(1)高价硫化物、氧化物及碳酸盐的分解(2)硫化物氧化(3)铁的氧化物及脉石造渣反应(4)造锍反应(5)燃料的燃烧反应2.冰铜的概念?冰铜(锍)是在熔炼过程中产生的重金属硫化物的共熔体,是以Cu2S-FeS系为主并溶解少量其他金属硫化物(如Ni3S2, PbS, Co3S2, ZnS等), 氧化铁(Fe3O4,FeO),铂族金属及微量脉石成分的多元系混合物. 造锍熔炼炉渣碱度是如何定义的? 3.碱度定义:碱性渣和酸性渣有什么区别,它们对炉渣粘度的影响是什么? M0=1的渣称为中性渣,M0>1的渣称为碱性渣,M0<1的渣称为酸性渣.在炉渣组成一定时,炉渣粘度随温度升高而降低.但温度对碱性炉渣和酸性炉渣粘度的影响有显著区别.4. 造锍熔炼过程对炉渣的基本要求如何?炉渣与冰铜不互溶,对Cu2S溶解度小；具有良好的流动性；具有相对低的密度；具有相对大的界面张力5. 渣含氧化硅对锍与炉渣平衡有何影响？SiO2为42-45%时,铜在渣中的损失最小,且随SiO2的升高,铜的溶解损失降低;SiO2低于42-44%时,机械夹带损失降低;SiO2超过42-45%时,机械夹带损失升高.6. 冰铜吹炼的目的是什么?锍吹炼的两个阶段是什么?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冰铜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;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。
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。
7.粗铜火法精炼过程包括哪些?火法精炼的目的如何?精炼过程: 每一精炼周期包括装料、熔化、氧化、还原和浇铸五个工段，其中氧化和还原工段是最关键工段火法精炼目的: 粗铜含有各种杂质和金银等贵金属，其含量为0.25~2%。
1.3 造锍熔炼生产实践
完成造渣和造冰铜过程 本床区 炉渣与冰铜成分相互调整，少量的Cu2O被再硫化
铜精矿的密闭鼓风炉熔炼
——密闭鼓风炉炼铜的基本原理（I） 密闭鼓风炉炼铜的基本原理（ ） 密闭鼓风炉炼铜的基本原理
(2) 炉顶温度较高（500～650℃） (3) 炉气穿过料层和炉料不断下移，使传热传质都比反射炉好， 热利用率和脱硫率高 (4)主要氧化反应是铁的硫化物氧化 (5) 鼓风炉的焦炭燃料完全作为加热剂，其燃烧热约占全部热 收入的60%。
闪速熔炼的原理
闪速熔炼的实质是将干精矿与氧气、 闪速熔炼的实质是将干精矿与氧气、预热空气 或二者的混合物一起吹入高温反应炉内， 或二者的混合物一起吹入高温反应炉内，硫化 物颗粒立即与周围的氧化性气体发生反应， 物颗粒立即与周围的氧化性气体发生反应，同 时放出大量的热， 时放出大量的热，利用这个热作为熔炼所需的 大部发生相互反应， 大部发生相互反应，完成造冰铜和造渣的过 然后分别从放冰铜口和放渣口放出。 程，然后分别从放冰铜口和放渣口放出。 目前闪速熔炼法的产铜量占铜总产量的30%以 目前闪速熔炼法的产铜量占铜总产量的 以 上
闪速熔炼的精矿干燥
铜冶炼厂进厂铜精矿含水一般为8%~15%。 。 铜冶炼厂进厂铜精矿含水一般为 冶炼前的配料作业、 冶炼前的配料作业、冶炼过程中及冶炼烟气制酸 都对精矿含水有一定要求。 都对精矿含水有一定要求。 在配料过程中，若含水高，精矿易粘结， 在配料过程中，若含水高，精矿易粘结，会影 响配料精度。因此， 响配料精度。因此，配料前的精矿含水一般控制 以下， 在10%以下，必要时可增加预干燥设备。 以下 必要时可增加预干燥设备。
铜精矿的密闭鼓风炉熔炼
——密闭鼓风炉炼铜的基本原理（I） 密闭鼓风炉炼铜的基本原理（ ） 密闭鼓风炉炼铜的基本原理
7 造锍熔炼和熔锍吹炼技术 - gxxdnetcn1002
7.1.3
Cu-Fe-S 三元系状态图
熔炼硫化矿所得各种金属的锍是复杂的硫化物共熔体，基本上是由金属的低价硫化 物所组成，其中富集了所要提取的金属及贵金属。例如铜锍中主要是 Cu2S 和 FeS，它 们两者所含铜、铁和硫的总和常占铜锍总量的 80%～95%，所以 Cu、Fe、S 三种元素可 以说是铜锍的基本成分，即 Cu-Fe-S 三元系实际上可以代表铜锍的组成。通过对该三元 系状态图的研究，对铜锍的性质、理论成分、熔点等性质可有较详细的了解。
Cu（固 P1P 线——为二元包晶液相线，该）两个四相平衡不变点： E 点——为三元共晶点，共晶温度为 1188K（靠近 FeS-Cu2S 连线的 E3 处） ，
Cu2S（固溶体）+FeS（固溶体）+Fe（固溶体） LE 。
7.1.2
造锍熔炼过程的主要化学反应
2FeS（l）+3O2 = 2FeO（l）+ SO2 (1)
造锍熔炼主要包括两个过程，即造渣和造锍过程。其主要反应如下：
150
2 FeO（l）+ SiO2（S）= 2FeO·SiO2（l） xFeS（l）+yMeS（l） = [ yMeS·xFeS]（l）
(2) (3)
表 7―1 锍的类型 铜锍（冰铜） 高铜锍（白冰铜） 镍锍（冰镍） 高镍锍（高冰镍、镍高锍） 铜镍锍 高铜镍锍 0.8~2.5 7~8 24~30 各种熔锍主要成分 Cu 36~65 70~80 12~20 78~79.5 13~15 40～48 Ni Fe 10~40 ＜1 56~69 0.2~0.3 47~49 2~14 S 20~25 18~19 17~23 17~19 24~25 21~23
P 点 —— 为三元包晶点，析出温度为 1358K （靠近 Cu 角处） ， Lp+Fe( 固溶体 )
1.3 造锍熔炼生产实践解析
闪速熔炼炉渣处理方法
❖ 磨浮法(选矿法)：将闪速炉渣经8~10h缓冷， 此时渣中的硫化物会析出并聚结成大颗粒。 然后将固化了的炉渣细磨、浮选。浮选出的 渣精矿中铜品位可达20%左右。
❖ 电炉贫化法：利用电炉，在高温 (1250~1300℃)下过热澄清，并加入少量还 原剂与一些硫化剂，使炉渣中的Fe3O4还原 为FeO，而其中的Cu、Cu2O、NiO等被硫 化，产出低品位锍。贫化后的渣含铜为
铜精矿的密闭鼓风炉熔炼
——密闭鼓风炉炼铜的基本原理（I）
密闭鼓风炉内的冶金反应 特点 (1) 根据炉内温度和物理化学变化鼓风炉从上到下分为
预备区 炉料的预热、干燥、脱水 ；高价硫化物和石灰石 的分解；硫化物的氧化 ；精矿的固结和烧结 焦点区 焦炭的燃烧、炉料的熔化、熔融硫化物的氧化以及 完成造渣和造冰铜过程 本床区 炉渣与冰铜成分相互调整，少量的Cu2O被再硫化
(1~1.5%) ❖ 烟尘率高，给余热锅炉等的操作带来困难 ❖ 投资大，辅助设备多
闪速熔炼的原理
闪速熔炼的实质是将干精矿与氧气、预热空气 或二者的混合物一起吹入高温反应炉内，硫化 物颗粒立即与周围的氧化性气体发生反应，同 时放出大量的热，利用这个热作为熔炼所需的 大部发生相互反应，完成造冰铜和造渣的过 程，然后分别从放冰铜口和放渣口放出。 目前闪速熔炼法的产铜量占铜总产量的30%以
——密闭鼓风炉构造（II）
1－水套梁；2－顶水套；3－加料斗；4－端水套；5－风口；6－侧水套； 7－山型；8－烟道；9－咽喉口；10－风管
密闭鼓风炉缺点：
物料和炉气在炉内分布不均，妨碍 多相反应的迅速进行，不利于硫化 物的氧化和造渣反应，因此床能率 低
要求处理块矿和使用优质焦炭，不 适应当前浮选技术的发展
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。
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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
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
重金属冶金学
18%和22%。从目前情况看，2006年除了锌合金和电池 行业对锌的需求保持稳定甚至下降以外，其他消费领域 的需求还在继续增长。估计2007年锌消费量约为400万 吨。
1.1 重金属（密度都在6.0 g/cm3以上） Cu, Pb, Zn, Ni, Co, Cd, Hg, Sn, Sb, Bi共十种。自然
2)产物(出炉) 冰铜（铜锍）：Cu2S + FeS ,Cu 25～70% 炉渣：SiO2—FeO—CaO(实际组成更为复杂，后述） 烟气：SO2 烟尘：烟气夹带的细粒物料，. 以及易挥发元素和化合27物
2.2 造锍熔炼过程的物理化学变化
2.2.1火法炼铜的总反应（以黄铜矿为例）：
CuFeS2 + (4+X)/2 O2 = Cu + 2SO2 + FeOx A)实际炼铜工艺常包括造锍熔炼（产出冰铜，完成铜与
铜矿石（0.4～2%Cu）——浮选——铜精矿(15～
30%Cu)—— 造 锍 熔 炼 —— 冰 铜 （ 铜 锍 25 ～
70%Cu）——吹炼——粗铜（98～99%Cu）—
—火法精炼——阳极铜（99%Cu）——电解精
炼 —— 电 铜 (99.95-99.98%Cu)(GB466-
82,GB/T1385-92)
渣或挥发。含锌高的硫化铜矿不宜加入密闭鼓风炉处理，不然会使渣的流动性变
.
10
坏，且产生横隔膜。
1.1.3铜精矿（浮选硫化铜精矿）
表1-2 硫化铜精矿典型成分
45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
铜精矿1 铜精矿2 铜. 精矿3 铜精矿4
Cu Fe S Zn pb As Sb Bi Ag MgO Al2O3 SiO2 C1a1O
造锍熔炼的基本原理(一)
造锍熔炼的基本原理(一)造锍熔炼的基本原理什么是造锍熔炼？造锍熔炼是一种将金属矿石转化为金属锍的冶金过程。
锍是金属矿石在高温下部分熔化的产物，其中含有金属和非金属成分。
通过进一步处理，金属锍可以被提纯并用于制造各种金属制品。
造锍熔炼的基本步骤1.矿石破碎：首先，将金属矿石进行破碎，以增加其表面积和接触面，便于后续处理。
2.矿石浮选：将破碎后的矿石放入浮选机中，通过气泡吸附的方式分离金属矿石和非金属矿物。
在浮选过程中，利用矿石表面的物化性质，使金属矿石浮起来，而非金属矿物沉入底部。
3.锍矿化：经过浮选的金属矿石被送入熔炼炉，并与熔剂（通常是氧化剂和还原剂的混合物）一起加热。
在高温下，金属矿石开始熔化，并与熔剂中的其他化学物质发生反应。
4.分离：在熔炼过程中，金属和非金属成分会发生相互作用，生成金属锍和熔渣。
通过浮力和密度的差异，可以将金属锍与熔渣分离。
5.精炼：分离得到的金属锍可能含有杂质，需要进行精炼。
精炼过程中，通过加入化学剂或调节温度、压力等参数，可以进一步纯化金属锍。
6.冷却和固化：经过精炼的金属锍被冷却成块状，并固化为有固定形状的金属。
造锍熔炼的原理解析1.浮选原理：浮选是根据矿物表面与气泡的相互作用来实现分离的。
通过给矿浆注入含有诸如气体或化学药品的液体，使气泡产生并吸附在目标矿物表面，从而改变其浮力或附着特性。
2.熔渣分离原理：熔渣分离是利用熔渣与金属锍的密度和浮力差异来实现的。
通过控制熔渣的成分和温度，可以调节其物理性质，使得熔渣具有更高的密度，从而下沉或被分离出来。
3.精炼原理：精炼是通过控制反应条件和添加特定的化学剂来消除金属锍中的杂质。
常用的精炼方法包括化学精炼、电解精炼、熔盐精炼等。
造锍熔炼的应用领域造锍熔炼广泛应用于金属冶金工业，包括以下领域：•铁矿石冶金：将铁矿石熔炼成熔铁，用于生产钢材或其他铁制品。
•铜冶金：将铜矿石熔炼成熔铜，用于制造电线、管道等。
•铝冶金：将铝矿石熔炼成熔铝，用于汽车制造、建筑等行业。
造锍熔炼的概念、目的及原理(精)
冶金原理精品课程 Nhomakorabea
造锍熔炼的基本原理：基于许多的MeS能与FeS形成低熔
点的共晶熔体（熔锍），这种共晶熔体在液态时能完全 互溶，且与熔渣互不相溶及密度不同，于是在熔炼过程 中主体金属硫化物被有效富集在熔锍中，而杂质氧化物 则与SiO2结合形成熔渣而被很好地分离除去。
冶金原理精品课程
造锍熔炼的概念、目的及原理
造锍熔炼：将硫化物精矿、部分氧化焙烧的焙砂、返料及 适量熔剂等物料，在一定温度下进行熔炼，产出两种互不 相溶的液相——熔锍和熔渣。 造锍熔炼目的及意义：目前由于大多数冶金硫化矿一般都 是含硫化铁较多的矿物，且矿石品位较低， （如CuFeS2 黄铜矿，其精矿品位有的低到含铜只有10%左右，而含铁 量可高达30%以上，）如果采用只经过一次熔炼提取金属 铜的方法，必然会产生大量含金属高的炉渣，造成金属的 大量损失。因此，为了尽量避免金属的损失，工业实践先 要经过富集熔炼——造锍熔炼，使金属与一部分铁及其它 脉石等分离后。再通过吹炼方式得到纯金属。
造锍熔炼的基本原理：基于许多的MeS能与FeS形成低熔
点的共晶熔体（熔锍），这种共晶熔体在液态时能完全 互溶，且与熔渣互不相溶及密度不同，于是在熔炼过程 中主体金属硫化物被有效富集在熔锍中，而杂质氧化物 则与SiO2结合形成熔渣而被很好地分离除去。
冶金原理精品课程
造锍熔炼的概念、目的及原理
造锍熔炼：将硫化物精矿、部分氧化焙烧的焙砂、返料及 适量熔剂等物料，在一定温度下进行熔炼，产出两种互不 相溶的液相——熔锍和熔渣。 造锍熔炼目的及意义：目前由于大多数冶金硫化矿一般都 是含硫化铁较多的矿物，且矿石品位较低， （如CuFeS2 黄铜矿，其精矿品位有的低到含铜只有10%左右，而含铁 量可高达30%以上，）如果采用只经过一次熔炼提取金属 铜的方法，必然会产生大量含金属高的炉渣，造成金属的 大量损失。因此，为了尽量避免金属的损失，工业实践先 要经过富集熔炼——造锍熔炼，使金属与一部分铁及其它 脉石等分离后。再通过吹炼方式得到纯金属。
铸造铝合金熔炼原理PPT课件
提高精炼效果。
应减少精炼气泡直径，增加气泡与铝液接触时间，在不致使溶液表面
强烈翻腾而造成吸气氧化条件下，加强搅拌，以增大k值。
采用高纯度惰性气体或不溶于铝液的活性气体及真空除气，使Cms趋于0， 改善除气条件等。
第22页/共53页
精炼温度
从热力学角度，精炼温度应低些为好；
从动力学角度，精炼温度希望高些，以降低熔 体粘度。 铝液的粘度一般较小，故以降低精炼温度为宜。
用下式表示FF11 S M I S M G
σ
M
-
I
－
铝
液
与
A
l
2
O
3夹
杂
物
之间的表面自
第27页/共53页
由
能
；
通氮精炼（续）
➢根据热力学第二定律，系统表面能降低的方向，即为过程自动进
行的方向。故Al2O3夹杂物自动吸附在氮气泡上应满足
F F2 F1 0
SGI (S M I S M G ) 0
第20页/共53页
除气动力学
除气的动力学过程大致经过下列几个阶段：
气体原子从铝液内部向表面或精炼气泡界面迁移； 气体原子从溶解状态转变为吸附状态； 在吸附层中的气体原子生成气体分子； 气体分子从界面上脱附； 气体分子扩散进入大气或精炼气泡内，精炼气泡上 浮到铝液表面进入大气。
第21页/共53页
铝与氧的亲和力很大，极易氧化，4Al+3O2=2Al2O3。表面生成致密 的氧化铝膜，可阻止继续氧化。
在 通 常 大 气 （ 湿 度 较 大 ） 中 铝 的 熔 炼 温 度 下 γ-Al2O3 膜 常 会 含 12﹪H2O和H2，熔炼时若氧化皮被搅入铝液，即起Al- H2O反应。
应减少精炼气泡直径，增加气泡与铝液接触时间，在不致使溶液表面
强烈翻腾而造成吸气氧化条件下，加强搅拌，以增大k值。
采用高纯度惰性气体或不溶于铝液的活性气体及真空除气，使Cms趋于0， 改善除气条件等。
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精炼温度
从热力学角度，精炼温度应低些为好；
从动力学角度，精炼温度希望高些，以降低熔 体粘度。 铝液的粘度一般较小，故以降低精炼温度为宜。
用下式表示FF11 S M I S M G
σ
M
-
I
－
铝
液
与
A
l
2
O
3夹
杂
物
之间的表面自
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由
能
；
通氮精炼（续）
➢根据热力学第二定律，系统表面能降低的方向，即为过程自动进
行的方向。故Al2O3夹杂物自动吸附在氮气泡上应满足
F F2 F1 0
SGI (S M I S M G ) 0
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除气动力学
除气的动力学过程大致经过下列几个阶段：
气体原子从铝液内部向表面或精炼气泡界面迁移； 气体原子从溶解状态转变为吸附状态； 在吸附层中的气体原子生成气体分子； 气体分子从界面上脱附； 气体分子扩散进入大气或精炼气泡内，精炼气泡上 浮到铝液表面进入大气。
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铝与氧的亲和力很大，极易氧化，4Al+3O2=2Al2O3。表面生成致密 的氧化铝膜，可阻止继续氧化。
在 通 常 大 气 （ 湿 度 较 大 ） 中 铝 的 熔 炼 温 度 下 γ-Al2O3 膜 常 会 含 12﹪H2O和H2，熔炼时若氧化皮被搅入铝液，即起Al- H2O反应。
第二次课 造锍熔炼的理论基础 - 副本.
锍熔炼的产渣量是很大的。视精矿和脉石成分的高低，
一吨的炉渣量大约是50－100%或更多些。一般熔炼炉渣
含铜为0.2～0.7％。现代强化熔炼（闪烁炉和熔池熔炼） 的炉渣需要经过贫化处理，传统铜锍熔的炉渣一般则不再 处理而直接废弃。因此，要求尽可能地降低渣中的铜损失。 减少铜在渣中的损失包括两方面的内容：一是减少炉 渣出量；二是降低渣中铜的含量。
3
二、冰铜的概念及其组成
冰铜是在熔炼过程中产生的重金属硫化物为 主的共熔体，是熔炼过程的主要产物之一，是以 Cu2S-FeS 系为主并溶解少量其它金属硫化物（如 Ni 3 S 2 、 Co 3 S 2 、 PbS 、 ZnS 等）、贵金属（ Au 、 Ag）、铂族金属、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及 微量脉石成分的多元系混合物。
5
（1）水分蒸发
目前除闪速熔炼、三菱法等处理干精矿外，
其他方法的入炉精矿，水分都较高（为
8%~15%）。这些精矿进入高温区后，矿中的水
分将迅速挥发，进入烟气。
6
（2）高价硫化物的分解
熔炼未经焙烧或烧结处理的生精矿或干精矿时，
炉料中含有较多的高价硫化物，在熔炼炉内被加热
后，离解成低价化合物，主要反应有： 2FeS2(s)→2FeS(s)+S2(g) 压Ps2=69.06千帕 (2-1)
27
炉渣的分类常以炉渣的酸度或碱度来划分。过去常以酸
度（硅酸度）来对炉渣进行分类，现在许多冶金学家大都 以碱度来分类。 碱度定义如下：
%CaO %MgO % FeO M0 %SiO2 % Al2O3
M0=1的渣称为中性渣，M0>1的渣称为碱性渣，M0<1的渣
称为酸性渣。鼓风炉渣是典型的碱性渣（M0＝1.1～1.5)，
一吨的炉渣量大约是50－100%或更多些。一般熔炼炉渣
含铜为0.2～0.7％。现代强化熔炼（闪烁炉和熔池熔炼） 的炉渣需要经过贫化处理，传统铜锍熔的炉渣一般则不再 处理而直接废弃。因此，要求尽可能地降低渣中的铜损失。 减少铜在渣中的损失包括两方面的内容：一是减少炉 渣出量；二是降低渣中铜的含量。
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二、冰铜的概念及其组成
冰铜是在熔炼过程中产生的重金属硫化物为 主的共熔体，是熔炼过程的主要产物之一，是以 Cu2S-FeS 系为主并溶解少量其它金属硫化物（如 Ni 3 S 2 、 Co 3 S 2 、 PbS 、 ZnS 等）、贵金属（ Au 、 Ag）、铂族金属、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及 微量脉石成分的多元系混合物。
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（1）水分蒸发
目前除闪速熔炼、三菱法等处理干精矿外，
其他方法的入炉精矿，水分都较高（为
8%~15%）。这些精矿进入高温区后，矿中的水
分将迅速挥发，进入烟气。
6
（2）高价硫化物的分解
熔炼未经焙烧或烧结处理的生精矿或干精矿时，
炉料中含有较多的高价硫化物，在熔炼炉内被加热
后，离解成低价化合物，主要反应有： 2FeS2(s)→2FeS(s)+S2(g) 压Ps2=69.06千帕 (2-1)
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炉渣的分类常以炉渣的酸度或碱度来划分。过去常以酸
度（硅酸度）来对炉渣进行分类，现在许多冶金学家大都 以碱度来分类。 碱度定义如下：
%CaO %MgO % FeO M0 %SiO2 % Al2O3
M0=1的渣称为中性渣，M0>1的渣称为碱性渣，M0<1的渣
称为酸性渣。鼓风炉渣是典型的碱性渣（M0＝1.1～1.5)，
1熔炼技术-绪论[5页]
![1熔炼技术-绪论[5页]](https://img.taocdn.com/s3/m/770e6133a1c7aa00b42acb68.png)
绪言（2） 造锍熔炼（12） 吹炼铜锍（8） 还原熔炼铅烧结块（10） 还原熔炼锡精矿（6 ） 直接熔炼硫化矿（6）
重金属的冶炼:火法冶金、湿法冶金以及电化冶金等,目 前以火法冶金为主.
重金属的熔炼方法，基本上可分为四类。
第一类是硫化矿物的造锍熔炼，如:铜、镍及其伴生金属 钴。
精炼 主要回收元素
电解
电解 电解
S，Au、Se、Te、 Bi、
Ni，Co、Pb，Zn， Ag
Co，Pt及Pt族， S、Cuห้องสมุดไป่ตู้
电解 Co
精馏
S，Cd，In，Ge， Ga，Co ，Cu， Co，Pb，Ag，
Hg
精馏 Tl
金 原料 属 铅 硫化矿
铋 硫化矿 铅铜伴生 物
锡 氧化矿
锑 硫化矿
汞 硫化矿
粗炼方法
铜 硫化矿
粗炼方法 焙烧-造锍熔炼-转炉吹炼
氧化矿
浸出-萃取-电积
镍 硫化矿 氧化矿 混合矿
造锍熔炼-磨浮-焙烧-炭还原 造锍熔炼-焙烧-还原 加压氨浸-加压氢还原
钴 铜镍矿伴生 硫酸化焙烧-浸出-还原
锌 硫化矿
烧结-炭还原
焙烧-浸出-净化-电积
氧化矿（烟 浸出-净化-电积 尘）
镉 烟尘 净化渣
浸出-净化-锌置换-电积
第二类是金属硫化物直接生产出金属，如:铅。
第三类是硫化矿物原料先经焙烧或烧结后，再进行还原 熔炼生产金属，如:锌、铅、锑和锡的氧化矿物，直接采 用还原熔炼方法生产金属
第四类是焙烧后的硫化矿或氧化矿用硫酸等溶剂浸出， 然后用电积法或其它方法从溶液中提取金属，简称湿法 冶金。如:锌、镉、镍和钴
金 原料 属
烧结炭还原 直接熔炼
铁还原 炭还原
重金属的冶炼:火法冶金、湿法冶金以及电化冶金等,目 前以火法冶金为主.
重金属的熔炼方法，基本上可分为四类。
第一类是硫化矿物的造锍熔炼，如:铜、镍及其伴生金属 钴。
精炼 主要回收元素
电解
电解 电解
S，Au、Se、Te、 Bi、
Ni，Co、Pb，Zn， Ag
Co，Pt及Pt族， S、Cuห้องสมุดไป่ตู้
电解 Co
精馏
S，Cd，In，Ge， Ga，Co ，Cu， Co，Pb，Ag，
Hg
精馏 Tl
金 原料 属 铅 硫化矿
铋 硫化矿 铅铜伴生 物
锡 氧化矿
锑 硫化矿
汞 硫化矿
粗炼方法
铜 硫化矿
粗炼方法 焙烧-造锍熔炼-转炉吹炼
氧化矿
浸出-萃取-电积
镍 硫化矿 氧化矿 混合矿
造锍熔炼-磨浮-焙烧-炭还原 造锍熔炼-焙烧-还原 加压氨浸-加压氢还原
钴 铜镍矿伴生 硫酸化焙烧-浸出-还原
锌 硫化矿
烧结-炭还原
焙烧-浸出-净化-电积
氧化矿（烟 浸出-净化-电积 尘）
镉 烟尘 净化渣
浸出-净化-锌置换-电积
第二类是金属硫化物直接生产出金属，如:铅。
第三类是硫化矿物原料先经焙烧或烧结后，再进行还原 熔炼生产金属，如:锌、铅、锑和锡的氧化矿物，直接采 用还原熔炼方法生产金属
第四类是焙烧后的硫化矿或氧化矿用硫酸等溶剂浸出， 然后用电积法或其它方法从溶液中提取金属，简称湿法 冶金。如:锌、镉、镍和钴
金 原料 属
烧结炭还原 直接熔炼
铁还原 炭还原
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Fe3O4。
右图表明，当冰铜品位提高到
白冰铜时，Fe3O4的活度显著升
高。这是由于平衡氧位升高所 致。所以在常规熔炼法中，产
出冰铜的质量分数为 40 ～ 60 ％，
最高不超过70％。
23
Fe3O4的熔点高（1597℃），在渣中以Fe－O复
杂离子状态存在。当其量较多时，会使炉渣熔点升
高，比重增大，恶化了渣与锍的沉清分离。当熔体 温度下降时，Fe3O4会析出沉于炉底及某些部位形 成炉结，还会在冰铜于炉渣界面上形成一层粘渣隔 膜层，危害正常操作。
Cu2O是较为稳定的化合物，在冶炼温度下（1300－ 1500 ℃ ）是不分解的。
8
（3）硫化物直接氧化
在现代强化熔炼炉中，炉料往往很快地就进入高 温强氧化气氛中，所以高价硫化物除发生离解反应外， 还会被直接氧化。主要的氧化反应有： 高价硫化物的直接氧化 2CuFeS2+5/2O2=(Cu2S· FeS)+FeO+2SO2 2FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 (2-5) (2-6)
锍熔炼的产渣量是很大的。视精矿和脉石成分的高低，
一吨的炉渣量大约是50－100%或更多些。一般熔炼炉渣
含铜为0.2～0.7％。现代强化熔炼（闪烁炉和熔池熔炼） 的炉渣需要经过贫化处理，传统铜锍熔的炉渣一般则不再 处理而直接废弃。因此，要求尽可能地降低渣中的铜损失。 减少铜在渣中的损失包括两方面的内容：一是减少炉 渣出量；二是降低渣中铜的含量。
27
炉渣的分类常以炉渣的酸度或碱度来划分。过去常以酸
度（硅酸度）来对炉渣进行分类，现在许多冶金学家大都 以碱度来分类。 碱度定义如下：
%CaO %MgO % FeO M0 %SiO2 % Al2O3
M0=1的渣称为中性渣，M0>1的渣称为碱性渣，M0<1的渣
称为酸性渣。鼓风炉渣是典型的碱性渣（M0＝1.1～1.5)，
ΔG0 = -114570 + 13.05T (J)
K1473
FeO Cu S
( sl )
2 ( mt )
FeS
( mt )
Cu 2O( sl )
2.78104
22
造锍熔炼过程中Fe3O4的形成
在火法炼铜过程中，原料中的FeS会优先发生氧化反应
转变为FeO，而由于氧位的 升高，FeO会进一步氧化成
闪速熔炼炉渣也为碱性渣（M0＝1.4～1.6）。 一般SiO2含量为35~42%时，既可保证炉渣与冰铜的良好 分离。
28
2、炉渣的主要性质
炉渣的粘度
炉渣的粘度是炉
渣的重要性质之一， 生产中要求渣粘度低 一些，以利于操作和 渣与冰铜的分离。
1碱性炉渣，2酸性炉
渣。 熔点密度29源自七、铜在炉渣中的损失4
加入熔炼炉的物料（铜精矿或焙烧矿及含铜 返料、熔剂等）中，主要是铜和铁的硫化物，还 有氧化物，如SiO2、CaO、FeO等，其中SiO2为 主。
三、造锍熔炼过程的基本原理
1、造锍熔炼过程的主要物理化学变化
造锍熔炼过程的主要物理化学变化为：水分 蒸发，高价硫化物分解，硫化物直接氧化，造锍 反应，造渣反应。
300 ℃开始，560℃激烈进行，在680 ℃时，分解
7
2CuFeS2(s)→Cu2S(s)+2FeS(s)+1/2S2
(2-2)
550 ℃开始。
2CuS(s)＝Cu2S(s)+1/2S2 (2-3)
400 ℃开始，600 ℃激烈反应。
2CuO = Cu2O+1/2O2 (2-4)
在1105 ℃时，分解压Po2=101.32千帕。产物
33
如表2.1所示。
14
表2.1 一些硫化物氧化物及其共晶物和硅酸盐的熔点
化合物
Cu2S
FeS
Cu2S-FeS
FeS-FeO
FeO
SiO2
Fe2O5
熔点t℃
1135
1195
995
940
1371
1723
1597
化合物
2FeO· SiO2
FeO· CaO· 2SiO2
2FeO· CaO· 2SiO2
熔点t℃
现自热熔炼。
此外，炉内的Fe3O4在高温下也能与FeS和 SiO2作用生成炉渣。 3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO· SiO2) + SO2
13
四、冰铜的形成及相关系 1、冰铜和炉渣的形成过程
经过一系列化学反应形成的低价氧化物和硫 化物在炉内一定区域被熔化。熔化过程是从形成 低熔点共晶物和硅酸盐开始发生的。因为单独的 硫化物和氧化物都具有比冰铜和炉渣高的熔点，
5
（1）水分蒸发
目前除闪速熔炼、三菱法等处理干精矿外，
其他方法的入炉精矿，水分都较高（为
8%~15%）。这些精矿进入高温区后，矿中的水
分将迅速挥发，进入烟气。
6
（2）高价硫化物的分解
熔炼未经焙烧或烧结处理的生精矿或干精矿时，
炉料中含有较多的高价硫化物，在熔炼炉内被加热
后，离解成低价化合物，主要反应有： 2FeS2(s)→2FeS(s)+S2(g) 压Ps2=69.06千帕 (2-1)
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冰铜中溶解的氧越多，冰铜中的硫含量就越低，不利于 冰铜的形成。除了冰铜品位外，炉渣成分和温度对其也有影 响。图2.4示出渣含SiO2和冰铜品位对冰铜溶解氧的影响。
19
冰铜的主要性质：
1 ）比重： 4.4 ～ 4.7 ，远高于炉渣比重 （ 3 ～ 3.7）；
2 ）粘度： η ＝ 2.4 × 10 -3 Pa· s ，比炉渣粘度低很 多 （0.5~2Pa · s） 3）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。 4 ）冰铜的主要成分 Cu 2 S 和 FeS 都是 Au 和 Ag 的 强有力的溶解剂。
20
5）液态冰铜遇水爆炸，其原因如下：
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)
25
影响Fe3O4破坏的主要原因是炉渣成份和温度， 其次为锍品位与炉气成份。为减少熔炼过程的Fe3O4 量，采取以下一些措施： 1.尽量提高熔炼温度； 2.适当增加炉渣中SiO2含量，一般为35％以上； 3.控制适当的冰铜品位（含Cu40~50%）,以保持足 够的FeS 量；
4.创造Fe3O4与FeS和SiO2的良好接触条件。
3
二、冰铜的概念及其组成
冰铜是在熔炼过程中产生的重金属硫化物为 主的共熔体，是熔炼过程的主要产物之一，是以 Cu2S-FeS 系为主并溶解少量其它金属硫化物（如 Ni 3 S 2 、 Co 3 S 2 、 PbS 、 ZnS 等）、贵金属（ Au 、 Ag）、铂族金属、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及 微量脉石成分的多元系混合物。
FeS + Cu2O = FeO + Cu2S
一般说来，在熔炼炉中只要有FeS存在， Cu2O就会变成Cu2S ，进而与FeS形成锍。这是 因为Fe和O2的亲和力远远大于Cu和O2的亲和
力，而Fe和S2的亲和力又小于Cu和S2的亲和力。
12
（5）造渣反应
炉料中产生的FeO 在有存在时，将按下式反
应开成铁橄榄石炉渣： 2FeO + SiO2 = （2FeO· SiO2） 硫化物的氧化和造渣反应是放热反应。利用 这些热量可以降低熔炼过程燃料消耗，甚至可实
21
五、造锍熔炼过程中FeS的优先氧化
造锍熔炼过程中物料中的铜以 Cu2S 的形态进入冰铜相
中；铁一部分以 FeS的形态进入冰铜相，一部分以 FeO的形
态与SiO2反应造渣进入渣相。FeS是绝大部分的铜以 Cu2S的 形态进入冰铜相的保证。这是因为：
FeS(l.mt) + Cu2O(l.sl) = FeO (l.sl) + Cu2S(l.mt)
24
在氧化气氛的造锍熔炼中，Fe3O4只能依靠与FeS的 作用来还原，即： 3Fe3O4(s) + [FeS] = 10(FeO) + SO2(g) ΔGo=761329－455千焦 (2-15) 式中（ ）为渣相，[ ]为冰铜相。 反应要在1400℃以上才能向右进行。 加入SiO2后，由于SiO2的存在，Fe3O4的破坏变得容 易了，在1100℃下就能进行造渣反应。 3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO· SiO2) + SO2 在1300 ℃时，上式反应的平衡常数Kp值比1100 ℃ 时提高了107倍。可见SiO2的存在是Fe3O4破坏的必要条 件。
1205
980
1178
15
图2.1为Cu2S-FeS二元系相图，在熔炼温度下(1200℃)两种 硫化物均为液相，而且完全互溶形成均质溶液。
16
图2.2为FeS与金属硫化物形成共熔体的重叠液相线图。 FeS-MeS共熔的特性就是重金属矿物原料造锍熔炼的依据。
17
图2.3为Cu2S-FeS-FeO状态图。图中NB线可视为铜铁硫 化物形成的冰铜溶解FeO的溶解曲线。 当冰铜中Cu2S质量 分 数 增加时 ， 冰铜中 溶解的FeO量随之减 少，当冰铜成分接近 于纯 Cu 2 S 时，溶解的 FeO 量 很 少。 这 表明 ， 冰铜溶解氧主要是 FeS 对FeO的溶解，而 Cu 2 S 对 FeO 几乎不溶 解 。 因 此， 低 品 位 冰 铜溶解氧的能力高于 高品位冰铜。