硫化矿的造锍熔炼和锍的吹炼

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任务目标
n 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。
n 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。
n 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。
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。
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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
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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：
2Cu2S+O2=2Cu2O+S2 生成的Cu2O最终按下式Cu2S ,即：
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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
logK=log a C u 2 S a F eO 当T=1473K时，aK=C1u 02 S4.2.a F e2 S
任务十二、 硫化矿的造锍熔炼
和锍的吹炼
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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
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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。
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之间的复杂平衡关系。例如， FeS氧化的ΔGθ比Cu2S的ΔGθ更负，于是如下反应 向右进行：
Cu2O+FeS=Cu2S+FeO 这是由于铁对氧的亲和力大于铜对氧的亲和力，因 此铁优先被氧化，所以氧化熔炼发生如下反应：
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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+O2=2MeO
ΔGθ(MeO)
-)2Me+S2=2MeS
ΔGθ(MeS)
2MeS+O2=2MeO+S2
ΔGθ=ΔGθ(MeO)- ΔGθ(MeS)
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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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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。
以上计算所得的平衡常数值很大，这说明Cu2O几乎完全被 硫化进入冰铜。因此，对铜的硫化物原料（如CuFeS2）进 行造硫熔炼时，只要氧化气氛控制得当，且保证有足够的 FeS存在，就可以使铜完全以Cu2S的形态进入冰铜。这就 是对硫化物进行氧化富集熔炼（造硫熔炼）的理论基础 。
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解决思路
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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。
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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
n 对铜锍来说吹炼还有第二周期，即由Cu2S（白冰 铜）吹炼粗铜的阶段。
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任务实践
一）锍的形成 造锍过程可以说成是几种金属硫化物之间的 互溶过程。当某种金属具有一种以上的硫化 物时，例如Cu2S、CuS、FeS2、FeS等，其高 价硫化物在熔化之前首先发生如下的热离解：
铜兰 2CuS=Cu2S+1/2S2 黄铜矿 4CuFeS2=2Cu2S+4FeS+S2
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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。