铜火法冶炼学习材料

当石英不足时：3FeO+1/2O2＝Fe3O4
处理 方法

a)控制精矿含水量 b)实时监控、精细操作 c)及时疏通
铜硫品位高低的影响
品位过高： a）吹炼炉温度不好调节 b）吹炼炉不易造渣 c）铜锍难以破碎 d）溜槽清理困难 f）吹炼粗铜容易过吹 品位过低： a）吹炼温度过高 b）吹炼时间过长 c）增加劳动强度
火法精炼基本原理
火法精炼原理：粗铜中多数杂质对O的亲和力大于Cu对O的亲和力，而且杂质氧化物在Cu中的 溶解度非常小，因此杂质以氧化物炉渣的形式出去。同时氧化过程的进行使铜中产生过量的 氧化亚铜，而精炼最终需要还原氧化亚铜得到阳极铜。即粗铜的火法精炼主要分为氧化过程 和还原过程。（全过程：加料、氧化造渣、还原、浇铸）
二价铜盐是最常见的铜化合物，常呈蓝色或绿色，是蓝铜矿和绿松石等矿物颜 色的来源，历史上曾广泛用作颜料。铜质建筑结构受腐蚀后会产生铜绿（碱式碳酸 铜——Cu₂(OH)₂CO₃）。装饰艺术主要使用金属铜和含铜的颜料。
铜是人类最早使用的金属之一。早在史前时代，人们就开始采掘露天铜矿，并 用获取的铜制造武器、工具和其他器皿，铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。 铜是一种存在于地壳和海洋中的金属。铜在地壳中的含量约为0.01%，在个别铜矿床 中，铜的含量可以达到3%～5%。自然界中的铜，多数以化合物即存在。
Copper
铜火法冶炼
学习内容 01 铜的简介 02
熔炼部分
03 吹炼部分
04 精炼部分
铜的简介： 铜——Cu，英文copper，原子序数29, 原子量63.546 ,铜是淡红色金属，质地
坚韧、有延展性；热导率和电导率都很高；熔点1083.4°C，沸点2567°C，密度8.92 克/厘米³。纯铜是柔软的金属，表面刚切开时为红橙色带金属光泽，单质呈紫红色。 延展性好，和导电性高，因此在电缆和电气、电子元件是最常用的材料，也可用作建 筑材料，可以组成众多种合金。铜合金机械性能优异，很低，其中最重要的数青铜 （铜锡合金）和黄铜（铜锌合金）。此外，铜也是耐用的金属，可以多次回收而无损 其机械性能。
上述离解反应激烈进行，产生的低价硫化物（Cu2S，FeS）构成初期冰铜的基础。所得硫
蒸气在炉气中燃烧成SO2，并放出大量热：
S2+2O2=2SO2
-593KJ
在造锍熔炼控制的氧化性气氛下，未进入冰铜的FeS被氧化发生如下反应：
2FeS+3O2=2FeO+2SO2
-1103KJ
铜精矿中的黄铜矿与空气中的氧气反应，产生冰铜、氧化亚铁、二氧化硫和热量。反应
冰铜
炉渣 烟气
02 生产典型问题描述及解决
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泡沫渣事故
铜硫品位高低 的影响
典型 问题
下料口堵塞
渣温过高、过低
03 问题解决办法
泡沫渣事故
泡沫渣是由于FeO进一步氧化成Fe3O4
3FeO+1/2O2＝Fe3O4
Fe3O4的危害： a)Fe3O4的熔点高（1597 ℃ ）和密度大（5.0g/cm3），
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典型 问题
问题阐 述及解
决
熔炼
理论 概述
部分
对比
01 工艺理论简述
造锍熔炼 造锍熔炼的目的：
将精矿中的铜以Cu2S的形态富集到铜锍中，一部分硫被氧化 以SO2烟气而分离，使一部分FeS氧化为FeO，并与炉料中的全部脉 石造渣，产出的炉渣含铜应低于0.5%，从而弃去或作其他用途。 造锍熔炼的原理：
处理 方法
b)向炉内加铁、加炭，加铁、加炭的目的都是将氧化亚铜进行还原的过程 Fe+Cu2O=2Cu+FeO
值得注意的是，在加铁的过程中要调整石英石的量，不然多余的FeO会进 一步氧化形成泡沫渣
c)放铜期间勤取样观察，以避免下次所放粗铜不过吹
粗铜含硫高低影响 粗铜含硫高，可导致阳极炉氧化作业时间长，提高阳极板加工成本。粗铜含硫低，可引发之前阐述 的过吹系列问题
。
适应过量、不足
石英过量 石英过量危害：渣带铜、渣粘、渣流动性差，渣放困难。 解决措施：加大风量，停冷料和残极、下次进料时及时调整铁硅比。 石英不足 石英不足危害：渣粘、流动性差、放渣困难，渣铜不分、容易过吹，发生喷炉 解决措施：停冷料和残极、及时调整铁硅比。
从渣样判定石英量大小的方法：石英过量，渣样较之石英量小的发亮，表面起褶子。 图为石英过量与石英不足的对比
处理 设炉料中的铜全部变成铜锍。从理论上讲，这样的简化处理是不准确的，但事实上引起的误差不 方法 大，对宏观控制一个大 工业熔炼炉的需要而言，其精度已足够。
例：某精矿及熔炼该精矿所产铜锍及炉渣成分如表
氧气量计算方法
设加人100t精矿，则铜锍的产量(含渣中夹带的铜锍)为:
铜锍产量=精矿量x精矿中Cu含量(% )/铜锍中Cu含量(%)= 100x21%/70% =30 (t)
吹炼过程分为两个阶段。第一阶段的任务是使铁氧化造渣，故称为造渣期。主要 化学反应为：
2FeS＋3O2＋SiO2＝2FeO·SiO2＋2SO2 -1030.09（kJ）
第二阶段是使上一个阶段获得的Cu2S（称白铜锍）氧化成粗铜，故称造铜期，主 要化学反应为： 2Cu2S＋3O2＝2Cu2 O＋2SO2 Cu2S+2Cu2 O=6Cu+SO2
处理 方法
d)控制较高的冰铜温度 e)加大下料量、勤放渣 f)合适的石英量（铁硅比1.8—2.0）
下料口堵塞
液面过高、渣粘度过小，容易喷溅，从而造成下料口粘结，进而在下料过程中导致 下料口堵塞；原料比较潮湿，导致下料口粘结、堵塞。 危害：
由于石英熔剂无法及时供给，可导致渣发生过吹现象，从而导致喷炉。 正常情况下： 2FeO+SiO2=2FeO·SiO2
c)调整氧气量（以下介绍氧气量计算方法）
氧气量计算方法
铜锍品位是由调节吹炼所需氧量来控制的。吹炼过程所需氧量可以通过精矿氧化反应耗氧量 来计算。
精矿需氧量定义是:将单位质量的该精矿冶炼成某特定品位的铜锍所需氧量的体积。有时也以 质量来表示。炉料需氧量的计算只考虑铁和硫的氧化，这里不计铅、锌、镍等杂质的氧化。并假
a)及时测量液位，确保铜锍层的量。因为只要有Cu2S、FeS存在，Cu2O 将会被转换成Cu和Cu2S，即： Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2 FeS+Cu2O=Cu2S+FeO FeS还可将Fe3O4 进行还原，并与石英造渣 FeS+ 3Fe3O4=10FeO+SO2 因此，在整个吹炼过程中确保冰铜层对防止粗铜过吹具有重要意义
它会增加炉渣的粘度和密度，使冰铜与炉渣不易澄清分 离，增加铜在渣中的损失； b)冰铜和炉渣的密度较小，磁性氧化铁易于沉降和堆积在
炉床上，造成结炉，降低生产能力。 c）Fe3O4可将原料与反应层隔离开来，是熔池反应层内压力升高，进而造成喷炉
处理 方法
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a)适当控制冰铜品位 ； 3Fe3O4+FeS=10FeO+ SO2
渣温过高、过低
渣温过高： a）渣粘度过小，易喷溅 b）炉衬损蚀严重 c）渣口堵口困难 渣温过低： a）流动性不好，炉渣粘度大 b）容易将反应层与原料隔绝，反应不充分 c）渣铜不易分离 d）渣口开口困难，增加劳动强度
处理 方法
a)减少下料量，提高氧料比 b)减小含铁硫低的物料 c)控制合理渣型
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方法 氧化Fe3O4,按反应式
3Fe +
202 =
3x56
2x22.4
Fe3O4 计
23.08x40%
z
计算出需氧量:z=2461. 8m³/100t精矿。
精矿发生氧化反应的总需氧量V=x+y+z=12684+2769.6+2461.8=17915.4m³/100t精矿=179.15m³/t精矿
（即氧料比）
右上图为过吹时候的粗铜样。可以看出其表面近乎平整，无 气泡、无气孔，说明含硫较低。如右下图含硫较高表面会有 气孔、气泡及黑斑，气孔、气泡是冷却过程中会析出SO2所致， 而黑斑是Cu2S所致（也就是所谓的帯硫）。通常情况下黑斑及 气孔部分不小于试样表面积的1/3，这样才能保证不过吹，防 止喷炉。
处理 方法
粗铜过吹现象
所谓过吹就是熔体中的白锍（ Cu 2S ）层不足，且大部分粗铜进一步氧化成Cu2O，从而造成过吹现象。 危害： 当Cu 2O的量增加之后极易与Cu 2S进行剧烈反应释放 大量的SO2和热量从而导致喷炉。因此在过吹后热态
铜锍进料非常危险。
4Cu+O2=2Cu2O Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2
典型 问题
问题阐 述及解
决
吹炼
理论 概述
部分
对比
01 工艺理论简述
铜锍吹炼
吹炼的目的是除去其中的铁和硫及部分其他有害杂质，获得富集金和银的粗
铜 铜锍吹炼过程是火法冶炼生产粗铜的最后一道工序。除了脱铁脱硫外，还通过造渣 和挥发，进一步降低铜锍中的其他有害杂质，以防止减少这些杂质进入粗铜。再就 是使贵金属（金、银及铂族元素）和镍等有价金属尽量富集于粗铜之中，以便在后 来阳极精炼中予以回收。
造锍熔炼属于氧化熔炼，精矿中的FeS被部分氧化，产生SO2 烟气，氧化得到的FeO则与SiO2等脉石成分造渣。没有被氧化的 FeS则与高温下稳定的Cu2S结合形成铜锍。
在1200℃-1300℃的熔炼温度下，黄铜矿不稳定，发生离解反应：
2CuFeS2 ==== Cu2S + 2FeS + 1/2 S2
渣带铜判断
因为连吹炉所加冰铜品位高，所以连吹炉渣中含铜高，渣含铜控制铜控制在合适范 围内可以有效提高直收率，减少能耗。
当人眼可以观察到渣带冰铜说明渣层已变薄，冰铜层与渣层分界变的不明显，此时 早该堵渣口了。