硫化矿的造锍熔炼和锍的吹炼
有色金属冶金5铜锍的吹炼
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
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。
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(５.5） 2FeO+FeS=3Fe+SO2 发生生成金属铁。
图５.3 硫化物与氧化物交互反应的ΔG0 －T关系
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
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乎全部富 集于粗铜中。
5.2 铜锍吹炼的工艺
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) (５.4)
2、铜锍吹炼时FeS、Cu2S氧化顺序
图５.2 硫化物与氧反应的ΔG0 －T关系
从图５.2看出：FeS氧化反应的标准吉布斯自由能ΔG0最 负，所以在锍吹炼的初期，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。
铜冶炼
铜冶炼方法综述摘要：目前世界上从硫化矿中提取铜, 85% ~90%是采用火法冶炼,因为该法与湿法冶炼相比,无论是原料的适应性,还是在生产规模、贵、稀金属富集回收方面都有明显的优势。
因此为了降低能耗,减少火法炼铜的环境污染,闪速熔炼、熔池熔炼以及其它熔炼技术都在不断改进和发展。
关键词：铜冶炼火法炼铜熔池熔炼闪烁熔炼1.前言随着环境保护的日益严格,铜冶金工业面临着严峻挑战。
当今世界铜冶金方法主要有火法和湿法两种,其中火法占主导地位。
火法冶金种类较多,目前国际上存在的主要火法炼铜工艺有闪速炉、反射炉、鼓风炉、诺兰达炉、艾萨炉(奥斯麦特炉)、瓦纽可夫炉、三菱炉、特尼恩特炉、电炉、白银炉等十几种冶炼工艺。
大部分工艺存在能力低、成本高、能耗大、污染严重等问题,严重制约着铜冶金工业的发展。
2.火法炼铜火法炼铜主要包括[1]: (1)铜精矿的造锍熔炼;(2)铜锍吹炼成粗铜; (3)粗铜火法精炼; (4)阳极铜电解精炼。
经冶炼产出最终产品-电解铜(阴极铜)。
2.1熔炼2.1.1熔池熔炼在熔池熔炼工艺中,精矿被抛到熔体的表面或者被喷入熔体内,通常向熔池中喷入氧气和氮气使熔池发生剧烈搅拌,精矿颗粒被液体包围迅速融化,因此,吹炼反应能够产生维持熔炼作业所需的大部分热量,使含有氧气的气泡和包裹硫化铜/铁的溶液发生质量传递。
澳斯麦特熔炼法/艾萨熔炼法是20世纪70年代由澳大利亚联邦科学工业研究组织矿业工业部J.M.Floyd博士领导的研究小组发明的。
随后芒特#艾萨矿物控股有限公司(简称MIM)和澳大利亚国家科学院(简称CSIRO)在20世纪80年代联合开发了艾萨熔炼法,MIM于1987年在铜冶炼厂建起了一座示范工厂, 1996年MIM开发了Enterprise和ErnentHenry矿,铜精矿产量增加,于是决定扩建铜冶炼厂, 1997年经两次提高给料率和提高氧浓度试验,现熔炼能力已扩建到250kt/a铜。
斯特莱特工业公司其第一台艾萨熔炼炉于1996年在印度TamilNadu 的Tuticorin新建冶炼厂投产,现在铜的年产量超过150kt。
2.1-2.3熔炼技术-造锍熔炼[99页]
![2.1-2.3熔炼技术-造锍熔炼[99页]](https://img.taocdn.com/s3/m/7ec3ba3b58f5f61fb6366620.png)
热力学中反应的吉布斯标准自由能变化是等温等压下过 程能否自发进行的判据:
如果过程自发进行，则过程的吉布斯自由能变化△G<0 如果过程的吉布斯自由能变化△G>0，则过程不可能自
发进行； 当△G=0时，则过程正反两个方向进行的速度相等，也
即过程达到平衡状态。 实际冶金反应多在等温等压下进行，所以讨论△G对我
在一定条件下，哪些反应可以进行，哪些反 应不能进行，反应能进行到什么程度，反应 在进行过程中有无热量的变化(是吸热，还 是放热);
改变条件对化学反应有什么影响，这类问题 正是化学热力学要探讨的范围。
化学热力学就是研究化学反应中能量的转化、化学反 应的方向和限度，以及外界条件对化学反应方向和限 度的影响的科学。
---造锍熔炼
2.1造锍熔炼的原料
◦ 主要包括硫化精矿和造渣用的熔剂。
◦ 铜的造锍熔炼，熔炼的物料包括铜精 矿或经过焙烧以后的铜焙砂以及造渣 熔剂。
◦ 造锍熔炼后，物料中除了硫氧化成 SO2从烟气中排出以外，其它元素， 有少量的被挥发，大部分则分别进入 冰铜和炉渣两种产物中
炼方法
精矿成分(％)
数成正比
，
在中各一组定分的的温稳度定下性，与当其M-化Sl-学nO势p系S有2平关衡，时也，就气是相说和与凝气聚相相中
的氧势( )和硫势( )有关于是可以作出以 为坐标的M-S-
O系平衡状态图，亦称为硫势ln 氧pO2势图。 ln pS2
ln pS2 ln pO2
在一定的温度下M-S-O系以表示的化学势 图如图 2-2所示，图上的每一条线表示一平 衡反应的平衡条件，
斯吕德哈状态图数值/％
Cu S [Fe] (Fe3O4) (Cu)
60 23 14.5 7 0.51
重有色冶金习题
铜冶金主要步骤：造锍熔炼、铜硫吹炼、火法精炼、电解精炼。
1.何谓造锍熔炼？造锍熔炼的目的是什么？定义：在1150-1250℃的高温下，是硫化铜精矿和溶剂在熔炼炉进行熔炼，炉料中的铜、硫与硫化亚铁形成液态的铜硫。
目的：将铜精矿中铜及其他有价金属（Ni、Co、Pb、Zn和贵金属）富集于冰铜中从而达到与脉石、部分硫铁的分离。
2.造锍熔炼时铜在渣中的损失有哪几种形式？并说明原因及降低渣含铜的可采取的措施。
损失形式：机械夹带、溶解两种形式。
原因：机械夹带损失是由于细颗粒冰铜未能沉降到锍层而夹带于炉渣中而引起的损失；溶解损失是由于铜的硫化物（Cu2S)及氧化物(Cu2O)溶于FeO炉渣中造成的损失，又分别为物理损失、化学损失。
措施:为降低渣含铜，实践中采取的主要措施是控制冰铜品位不要太高，渣中要有足够的二氧化硅以及良好的沉清条件和足够的沉清时间。
3.造锍熔炼过程中Fe3O4有何危害？生产实践中采用哪些有效措施抑制Fe3O4的形成？危害：1、Fe3O4的熔点高在渣中以Fe－O复杂离子状态存在。
当其量较多时，会使炉渣熔点升高，粘度增大，比重增大，恶化了渣与锍的沉清分离。
2、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，还会在冰铜与炉渣界面上形成一层粘渣隔膜层，危害正常操作。
有效措施：1.尽量提高熔炼温度；2.适当增加炉渣中SiO2含量；3.降低冰铜品位，控制适当的冰铜品位, 以保持足够的FeS量；4.创造Fe3O4与FeS和SiO2的良好接触条件。
3Fe3O4+FeS=10FeO+SO24.在吹炼过程中Fe3O4有何危害？怎样抑制其形成？危害：使炉渣熔点升高、粘度密度增大，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。
在转炉渣回炉处理的情况下，还会给熔炼过程带来诸多问题。
抑制其形成：适当提高吹炼温度，勤放渣。
5.冰铜吹炼的目的？冰铜吹炼分哪两个阶段？并写出各阶段的主要方程式。
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)
目录 3.1 3.2
3.3
3.4 3.5
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
-50.00 -100.00 -150.00 -200.00
目录
-50.000 -100.000 -150.000
500
1000
1500
2000
T (C)
deltaG (kJ)
目录 3.1 3.2
3.3
3.4 3.5
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
有色金属冶金概论复习题带答案
《有色冶金概论》复习题4、铜的冶炼方法及工艺流程答：有火法和湿法两大类；火法炼铜基本流程包括造锍熔炼、锍的吹炼、粗铜火法精炼或阳极铜电解精炼；湿法炼铜基本流程包括浸出、萃取。
反萃、电积。
5、硫化铜精矿造锍熔炼的基本原理及两个过程的主要反应答：利用铜对硫的亲和力大于铁和一些杂质金属，而铁对氧的亲和力大于铜的特性，在高温及控制氧化气氛条件下，使铁等杂质金属逐步氧化后进入炉渣或烟尘而被除去，而金属铜则富集在各种中间产物中，并逐步得到提纯。
主要包括两个造渣和造锍两个过程 主要反应： 2FeS(l)+3O 2(g) =2FeO(g)+2SO 2(g)；2FeO(g)+SiO 2(s)= 2FeO ·SiO 2(l)；xFeS(l)+yCu 2S(l)= yCu 2S ·xFeS(l)6、硫化铜精矿造锍熔炼的目的及必须遵循的两个原则答：（1）造流熔炼的目的：①使炉料中的铜尽可能全部进入冰铜,同时使炉料中的氧化物和氧化产生的铁氧化物形成炉渣；②使冰铜与炉渣分离。
（2）火法炼铜必须遵循两个原则：①必须使炉料有相当数量的硫来形成冰铜；②炉渣含二氧化硅接近饱和，以便冰铜和炉渣不致混溶7、铜锍（冰铜）的吹炼的任务及实质是什么？答：任务是将铜锍（冰铜）吹炼成含铜98.5%-99.5%的粗铜；实质是在一定压力下将空气送到液体冰铜中，利用空气中的氧将冰铜中的铁和硫几乎全部除去，并除去部分其它杂质：FeS 氧化变成FeO 与加入的石英熔剂造渣；而Cu 2S 则部分经过氧化，并与剩下的Cu 2S 相互反应变成粗铜。
8、铜锍（冰铜）的吹炼过程为分为哪两个两个周期？各周期的主要反应是什么？ 答：造渣期：2FeS+3O 2=2FeO+2SO 2；2FeO+SiO 2= 2FeO ·SiO 2；相加得总反应为2FeS+3O 2+SiO 2= 2FeO ·SiO 2+2SO 2。
造铜期：2Cu 2S+3O 2=2CuO+2SO 2；Cu 2S+2 Cu 2O=6Cu+ SO 2两式相加得总反应：Cu 2S+O 2=2Cu+ SO 29、粗铜火法精炼的目的及原理是什么？粗铜火法精炼分为哪两个过程？答：目的：部分除去粗铜中对氧亲和力较大的杂质；为电解精炼提供合乎要求的阳极铜，并浇铸成为表面平整、厚度均匀、致密的阳极板；以保证电解铜的质量和降低电解精炼的成本。
第七章 硫化物的冶金反应
(4) 把计算结果表示在logPso2为纵坐标和以
logPo2为横坐标的图上，得到Me-S-O系平衡图。
2.Me-S-O系的重叠平衡图
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 复合硫化矿选择焙烧的热力学条件。如图7-3所示
图7-3
金属硫化物的Me-S-O系重叠平衡图
3.Me-S-O系的logPo2 - 1/T图
冰铜中，而部分铁的硫化物优先被氧化生成的FeO与脉石造渣。
由于锍的比重较炉渣大，且两者互不溶解，从而达到使之有效分
离的目的。
7.5.3 Cu-Fe-S三元系状态 图
（1）图7-8示出Cu-Fe-S三元系
的熔度及相结构
可对冰铜 的性质、 理论成分 和熔点等 有较详细 的了解
（2）图7-9、10是没有画出等温线及液相组成连结线的平面状态图
斑铜矿
2Cu3FeS3
3Cu2S+2FeS+1/2S2
黄铁矿
FeS2
FeS+1/2S2
热离解所产生的元素硫， 遇氧即氧化成SO2随炉气 逸出。而铁除部分地与生成 Cu2S以外，多余的硫相结 合成FeS进入锍内外，其余 的铁则进入炉渣。
由于铜对硫的亲和力比较大，故在1473～1573K的造锍熔炼 温度下，呈稳定态的Ca2S便与FeS按下列反应熔合成冰铜： Cu2S+Fe=Cu2S· FeS 同时，反应生成的部分FeO与脉石氧化物造渣，发生如下反 应: 2FeO+SiO2=2FeO· 2 SiO 因此，利用造锍熔炼，可使原料中原来呈硫化物形态的和任 何呈氧化物形态的铜，几乎完全都以稳定的Cu2S形态富集在
从这些反应的标准吉布斯自由能变化可以判断以上三种硫化物发生 氧化的顺序：FeS Ni3S2 Cu2S。
5.熔锍
冶 金 物 理 化 学
高价硫化物分解产生的FeS也被氧化： 2FeS(1)+3O2=2FeO(l)+2SO2(g) △ G1 [966480 176.60(T / K )]J mol 1
在FeS存在下，Fe2O3也会转变成Fe3O4： 10Fe2O3(S)+FeS(1)=7Fe3O4(S)+SO2(g)
（4）造渣反应
冶 金 物 理 化 学
（1） 硫化物的分解
2FeS2(S)=2FeS(S)+S2(g)
2CuFeS2(S)=Cu2S(S)+2FeS(S)+S2(g)
FeS2为黄铁矿，着火温度为402℃，因此很容
易分解。在中性或还原性气氛中，FeS2在300℃以
上即开始分解；在大气中通常是565℃开始分解， 680℃时离解压达到69.06kpa。
2FeO(1)+SiO2(s)=(2FeO· SiO2)(1)
G5 [32260 15.27(T / K )]J mol 1
炉内的Fe3O4也与SiO2作用，生成铁橄榄石炉渣：
FeS(1)+3 Fe3O4(S)+5SiO2(S)=5(2FeO· SiO2)(1)+SO2(g)
5.2.造锍熔炼的热力学分析
冶 金 物 理 化 学
图5-1 造锍熔炼的pO2—温度关系图
冶 金 物 理 化 学
从图5-1可看出，当体系温度在1300℃以 上时，Fe3O4尚未形成，但金属铜已经生成；
但如果炉温低于1300℃，金属铜尚未生成，
Fe3O4却已形成。在白锍与金属铜相共存时， 铜液中S含量大约为1％，随着氧势的继续升高， 铜液含硫将继续降低，这时体系中Cu2O的活 度将升高，其平衡关系式为：
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 )
第三章 重金属造锍熔炼.
3.2.2 造锍熔炼过程中的物理化学变化
(2) 锍的形成及其特性
熔炼温度下(1200℃)，两种硫化物 均为液相，完全互溶为均质溶液
图3-3 Cu2S-FeS二元系(教材P91)
图3-4 FeS-MS二元系的液相线(见教材P92)
3.2.2 造锍熔炼过程中的物理化学变化
铜锍中溶解有金属和氧化物， 所以其中的硫含量比Cu2SFeSl.08系化学计量的要少,实际 上的铜锍成分是在Cu2S-FeSl.08 线与2液相分层区之间 理论的铜锍成分应在图中 Cu2S-FeSl.08线上波动
图3-5 Cu-Cu2S-FeSl.08-Fe系状态图(见教材P92)
3.2.2 造锍熔炼过程中的物理化学变化
从FeS-FeO系可知，在高温 下它们完全互溶，所以 Cu2S-FeS系就溶解有FeO。
(a) Cu2S-FeS-FeO系等熔度图
(b)铜锍中的氧含量与共存的渣相中 SiO2含量的关系 BN线为SiO2饱和的FeO-SiO2炉渣
3.2.2 造锍熔炼过程中的物理化学变化
Ni3S2若用H2还原得到Ni， PH2S/PH2应小于0.0l
(5) 用硫氧势图说明多种硫化物的氧化反应
图3-13 1300℃ M-S-0系硫-氧势图(P103)
2M+O2=2MO (1) 2M+S2=2MS (2) (1)-(2): 2MS+O2=2MO+S2 (3) 这些反应的平衡常数表示式如下 lgK1=2lg(αMO/αM)-lgPO2 lgK2=2lg(αMS/αM)-lgPS2 lgK3=2lg(αMO/αMS)-lgPO2+ lgPS2 ½S2+O2＝SO2，1gK＝lgPSO2-½1gPS2-1gPO2 MS如果是在PSO2＝l0kPa的气氛下进行，随着 PO2的增大将沿图3-13中PSO2线的方向发展。Fe、 Zn、Ni的硫化物将越过反应(3)线变为MO，对 于Cu和Pb，则会越过反应(2)的线直接生产金 属，即MS+O2→M+SO2。这后一种生产金属的 情况，是硫化物用空气氧化时不经过氧化物阶 段而直接产出金属的可能性，铜硫的吹炼 (Cu2S→Cu)就是生产实践的一例，铅的直接熔 炼又是另一例。
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。
铜冶炼(之一)
►Metallurgy
Physical：通过非化学方法改变金属性能，如退火、
调幅分解、形核、长大和粒子粗化等。
Extractive：包括从矿石或其他原料中提取金属的
工艺、冶金单元操作，以及传热传质原理、冶金过程的 物理化学等。
►Method
Pyrallurgy
（2）化学性质
在干燥空气或水中不起变化，但在含CO2的潮湿 空气中会氧化成碱式碳酸铜(铜绿)
不溶于稀硫酸和盐酸，溶于硝酸、王水和热的浓 硫酸
10
► 铜的用途 应用范围仅次于钢铁；在有色金属中，铜的产量和消 费仅次于铝。 广泛用在电气工业(48.2%)、通用工具(20.6%)、建 筑工业(16.2%)、交通运输(6.6%)、家用及其它行 业(8.4%)等部门。 铜的化合物广泛用于农业和医药中。
5
3.1 概述
第3章 铜冶金
以铜为镜，可以正衣冠； 以人为镜，可以明得失； 以史为镜，可以知兴亡。
—— 唐
6
3.1.1 世界铜生产概况 ►人类最早发现和使用的金属之一 ►中国是世界上最早使用铜器的国家之一 ►中世纪铜矿的开采主要是在欧洲的西班
牙，日耳曼、英国、俄罗斯。 ► 目前粗铜产量顺序为：智利、美国、日
► 重金属的冶金可分为三类： 第一类：硫化矿物的造锍熔炼，如铜、镍及伴生金 属钴
第二类：硫化物矿原料先经焙烧或烧结后，再进行 碳热还原生产金属，如铅、锌、锑，以及锡的氧化 物矿
第三类：焙烧后的硫化矿或氧化物矿用硫酸等溶剂 浸出，然后用电沉积法或其它方法从溶液中提取金 属，亦即湿法冶金，如锌、镉、镍、钴。
铜冶炼(之一)
1
有色金属的分类： ► 轻金属(Light Metals)：
铝、镁、钙、钾、钠、钡等，比重小于5 ► 重金属(Heavy Metals)：
造锍熔炼的概念、目的及原理(精)
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。
硫化矿的造锍熔炼和锍的吹炼
冶金原理精品课程
解决思路
一）金属硫化物氧化的吉布斯自由能图
某些金属对硫和氧的稳定性关系也可根据其吉布斯自由能图（图4-4） 来 求得判：断。金属硫化物的反应2MeS+O2=2MeO+S2可按下面两个反应
图中E点、P点、液相分层区dDKFf是此图的 特征标志。因为它们说明了相图上有三元共晶反应， 三元包晶反应以及液相分层现象存在。
冶金原理精品课程
任务实践
从以上状态图的介绍可知，液体冰铜基 本上是由均匀液相组成的，其中主要是 Cu,Fe和S。一般冰铜中硫的含量较按Cu2S 和FeS计算的化学量为少，因此不能把冰铜 视为Cu2S和FeS的混合物。如果冰铜中的硫 含量降低，则溶体可能进入三元系的分层区， 并随冰铜组成的不同析出富铁的新相。
任务十二、 硫化矿的造锍熔炼
和锍的吹炼
冶金原理精品课程
上一章
任务内容
n 一、任务目标 n 二、解决思路 n 三、任务实践
冶金原理精品课程
任务目标
n 造锍熔炼和锍的吹炼的作用 n 造锍熔炼和锍的吹炼是从金属硫化矿提取金属的一
种重要方法，特别是在铜、镍冶金生产过程中更为 典型。其主要步骤包括： n 造锍熔炼 利用MeS与含SiO2的炉渣不互溶及密度 差别的特性而使其分离。其过程是基于许多的MeS 能与FeS形成低熔点的共晶熔体（工业上一般称为 冰铜或锍），在液态时能完全互溶并能溶解少量的 MeO的物理化学性质，使熔体和渣能很好地分离， 从而提高主体金属的含量，并使主体金属被有效的 富集。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
冶金原理精品课程
解决思路
铜锍和铜镍锍中都含有FeS，所以吹炼的第一周期 是FeS的氧化，并与加入的石英砂（SiO2）结合生 成炉渣分层分离。这就是吹炼脱铁过程。其结果使 铜锍由xFeS·yCu2S富集为Cu2S，而铜镍锍则由 xFeS·yCu2S·zNi3S2（铜镍高锍）。这是吹炼的第 一周期。对于铜镍或镍锍（xFeS·yNi3S2）的吹炼 到获得镍高锍（Ni3S2）为止。
冶金原理精品课程
任务实践
上述采用的都是冰铜的理论成分，即将 冰和纯铜F看e成S形由成C组u、成F。e、但S实三际个上成工分厂以所纯产C冰u2铜S （少量工A业u冰、铜Ag）、还A含s、有S其b、它B成i和分炉，渣如等Fe。3O此4及外 还所常以含在有应Z用n图S、4-P5b时S，、N首i3先S2应、把Co实S际等冰成铜分成。 分换算为理论成分之后，方可应用此图。
任务十二、 硫化矿的造锍熔炼
和锍的吹炼
冶金原理精品课程
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
造锍熔炼和锍的吹炼的作用 造锍熔炼和锍的吹炼是从金属硫化矿提取金属的一
种重要方法，特别是在铜、镍冶金生产过程中更为 典型。其主要步骤包括： 造锍熔炼 利用MeS与含SiO2的炉渣不互溶及密度 差别的特性而使其分离。其过程是基于许多的MeS 能与FeS形成低熔点的共晶熔体（工业上一般称为 冰铜或锍），在液态时能完全互溶并能溶解少量的 MeO的物理化学性质，使熔体和渣能很好地分离， 从而提高主体金属的含量，并使主体金属被有效的 富集。
冶金原理精品课程
冶金原理精品课程
任务实践
（1）四个液相面区： 液相面Ⅰ区—，CLu=EC1Pu固P1溶Cu体面。，是Cu（Cu固溶体） 体)的液Ⅱ相—面Fe区P1。pDL=KFEe2固Fe溶面体，。是 Fe(Fe 固 溶 溶体)的Ⅲ液—相Fe面SE区2E，EL3=FFeSeS面固，溶是体F。eSF(eFSe是S 固构 成Cu-Fe-S三元系的Fe-s二元系生成的二元 化合物。
冶金原理精品课程
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FeSC区在u与三2SF元线e共S的-晶C高u点，2SE故线的从之的熔间组点，成考其上虑熔。，点同冰最时铜底，组（在成11两应88条在K二）分，元层 共晶线及其附近，熔点也较低。
特征标志。因为它们说明了相图上有三元共晶反应， 三元包晶反应以及液相分层现象存在。
冶金原理精品课程
任务实践
从以上状态图的介绍可知，液体冰铜基 本上是由均匀液相组成的，其中主要是 Cu,Fe和S。一般冰铜中硫的含量较按Cu2S 和FeS计算的化学量为少，因此不能把冰铜 视为Cu2S和FeS的混合物。如果冰铜中的硫 含量降低，则溶体可能进入三元系的分层区， 并随冰铜组成的不同析出富铁的新相。
冶金原理精品课程
任务目标
一）造锍熔炼 用硫化铜精矿生产金属铜是重要的硫化物氧化的工
业过程。由于硫化铜矿一般都是含硫化铁的矿物， 如利用Cu，Fe变S得2，含其铜矿量石愈品来位愈，低随，着其资精源矿的品不位断有开的低发 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 然会产生大量含铜高的炉渣，造成铜的大量损失。 因此，为了尽量避免铜的损失，提高铜的回收率， 工业实践先要经过富集熔炼——造锍熔炼，使铜 与一部分铁及其它脉石等分离。
2Me+O2e+S2=2MeS
Δ Gθ (MeS)
2MeS+O2=2MeO+S2
Δ Gθ =Δ Gθ (MeO)- Δ Gθ (MeS)
冶金原理精品课程
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Δ Gθ —T关系图中的直线 几乎是一条水平线，只是铜、铅、镍等例外。
冶金原理精品课程
任务实践
由于要避免分层现象出现，以得到均匀一致 的冰铜溶体，所以冰铜成分应在FeS-Cu2S连线与 液相分层区的边界线（fFK）之间的区域，故冰铜 成分变化范围由Cu2S变到FeS，其含硫量在20%到 36.5%之间（纯Cu2S含S量为20%，纯FeS含S量 为36.5%），而铜的含量相应的从79.8%变到0。工 厂所产工业冰铜介于10～50%，而经常是20～40%， 相应含S量在22～30%，而经常为24～26%。
冶金原理精品课程
任务目标
富集熔炼是利用MeS与含SiO2的炉渣 不互溶及密度差别的特性而使其分离。其过 程是基于许多的MeS能与FeS形成低熔点的 共晶熔体，在液态时能完全互溶并能溶解少 量的MeO的物理化学性质，使熔体和渣能很 好地分离，从而提高主体金属的含量，并使 主体金属被有效的富集。
冶金原理精品课程
2Cu2S+O2=2Cu2O+S2 生成的Cu2O最终按下式Cu2S ,即：
冶金原理精品课程
冶金原理精品课程
解决思路
Cu2O(1)+FeS(1)=Cu2S(1)+FeO(1) Δ Gθ =-146440+19.25T,kJ·kg-1·mol-1
logK=log aCu2S aFeO 当T=1473K时，aK=C1u02S4.2.aFe2S
任务目标
这种MeS的共熔体在工业上一般称为 冰铜（硫）。例如铜冰铜的主体为Cu2S，其 余为FeS及其它MeS。铅冰铜除含PbS外， 还含有Cu2S、FeS等其它MeS。又如镍冰铜 （冰镍）为Ni3O2·FeS，钴冰铜为CoS·FeS 等。
冶金原理精品课程
任务目标
二） 锍的吹炼过程 在工业生产中铜锍，铜镍锍和镍锍的进一步
冶金原理精品课程
任务实践
（5）两个四相平衡不变点： E—为三元共晶点，共晶温度为1188K（靠近
F+FeSeS-C（u固2S溶连体线）的+EFe3 处（固）溶，体LE）=。Cu2S （ 固 溶 体 ） P—为三元包晶点，析出温度为1358K（靠近
C溶u体角）处。），Lp+Fe(固溶体)=Cu(固溶体)+Cu2S（固 图中E点、P点、液相分层区dDKFf是此图的
冶金原理精品课程
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-Cu2SFeS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。
冶金原理精品课程
任务实践
黄铁矿 FeS2=FeS+1/2S2 斑铜矿 2Cu2FeS3=3Cu2S+2FeS+1/2S2
以上热离解所产生的元素硫，遇氧即氧化 成 SO2 随 炉 气 逸 出 。 而 铁 只 部 分 地 与 结 合 成 Cu2S以外多余的硫（S）相结合成FeS进入硫 内，其余的铁则以FeO形成与脉石造渣。
冶金原理精品课程
任务目标
锍的吹炼 即在1373K～1573K的温度下对熔 融状态的锍吹以空气，使其中的硫化物发生 激烈的氧化，产出SO2气体和仍然保持熔融 状态的金属或硫化物。
理论上，以铜为例，从硫化矿中提取金属有 两种方法—连续炼铜法和包括造锍熔炼、锍 的吹炼分步炼铜法。分步炼铜法又可分为造 低品位冰铜的传统炼铜法和造高品位冰铜的 现代炼铜法。
处 理 都 是 采 用 吹 炼 过 程 ， 即 在 1373K ～ 1573K的温度下对熔融状态的锍吹以空气， 使其中的硫化物发生激烈的氧化，产出SO2 气体和仍然保持熔融状态的金属或硫化物。
冶金原理精品课程
解决思路
一）金属硫化物氧化的吉布斯自由能图
某些金属对硫和氧的稳定性关系也可根据其吉布斯自由能图（图4-4） 来 求得判：断。金属硫化物的反应2MeS+O2=2MeO+S2可按下面两个反应
冶金原理精品课程
任务实践
由于铜对硫的亲和力比较大，故在 1473K～1573K的造硫熔炼的温度下，呈稳 定态的Cu2S便与FeS按下列反应熔合成冰铜：
Cu2S+FeS=Cu2S·FeS 同时，反应生成的FeO与脉石氧化造渣，发 生如下反应：
2FeO+SiO2=2FeO·SiO2
冶金原理精品课程
因此，利用造硫熔炼可使原料中原来呈硫化 物形态的和任何呈氧化形态的铜，几乎全部都以稳 定的Cu2S形态富集在冰铜中，而部分铁的硫化物 优先被氧化，所生成的FeO与脉石造渣。由于硫的 密度较炉渣大，且两者互不溶解，从而达到使之有 效分离的目的。
冶金原理精品课程
任务实践
Ⅳ(Ⅳ1+Ⅳ2)—Cu2SEFfCu2S 及 E1PddE1 面 ， 是 Cu2S(Cu2S 固 溶构成体C)的u-液Fe相-S面系区的。C因u-S被二液元相系分生层成区的所二截元，化故合分物为。两个部分。Cu2S是
（2）两个液相分层区：即dDKFfd面区，它由V1与V2两部分组成： 溶体，V1两-d液DF相fd组面成区由，fF是及析d出D线Cu上2S两固对溶应体点的表初示晶。区，为L1=L2+Cu2S固 体，来V2年—感DK液F相D面组成区由，K是F析及出KDF线eS上固两溶对体应初点晶表区示，。为L1=L2+FeS固溶