8 造锍和锍吹炼新版08.7.21

8 造锍熔炼和熔锍吹炼(15页,5幅图，3个表) 8.1 造锍熔炼

8.1.1 造锍熔炼的目的

8.1.2 造锍熔炼基本原理

8.1.3熔锍及其组成

8.1.４造锍熔炼过程主要反应

8.1.５造锍熔炼热力学分析

8.1.６熔锍的形成

8.1.７Cu—Fe—S三元系状态图及其应用

8.1.７．１Cu—Fe—S三元系状态图

8.1.７．２Cu—Fe—S三元系状态图在冰铜造锍熔炼中的应用8.1.８冰铜的性质

8.2 熔锍吹炼

8.2.1 熔锍吹炼的目的

8.2.2 熔锍吹炼基本原理

8 造锍熔炼和熔锍吹炼

造锍熔炼和熔锍吹炼是从金属硫化矿中提取金属的一种重要方法。例如，铜、镍火法冶金，主要就是通过造锍熔炼和熔锍吹炼来提取金属铜和镍的。

8.1造锍熔炼

8.1.1 造锍熔炼的概念和目的

工业上用硫化矿生产粗金属，一般都是采用硫化物氧化过程来实现的。用硫化矿火法冶金提取粗金属时，由于矿石品位较低，需要先经过在高温下的富集熔炼——即造锍熔炼，产出两种互不相溶的液相——熔锍和炉渣。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，这种熔炼过程称为造锍熔炼。

例如，用硫化铜精矿生产粗铜，由于硫化铜矿（如CuFeS2黄铜矿)一般都是含硫化铁较多的矿物，加之随着资源的不断开发利用矿石品位变得含铜量愈来愈低，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。

8.1.２造锍熔炼基本原理

造锍熔炼过程是基于许多的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。例如，硫化矿火法冶金提取粗铜，首先经过造锍熔炼，产出两种互不相溶的液——铜锍和炉渣。造锍熔炼过程中，铜和其它贵金属富集在铜锍中，被氧化的铁和脉石（SiO2、CaO）等结合形成炉渣，从而使铜与部分铁及其它脉石杂质得到较好的分离。

8.1.３熔锍及其组成

所谓熔锍是指含有多种低价金属硫化物的液态溶液。熔锍一般可经过下一步的吹炼过程产出粗金属，而造锍熔炼的熔渣在大多数情况下可直接抛弃。

这种MeS＋FeS的共熔体在工业上一般称为熔锍（或称锍）。例如，Cu2S＋FeS 的共熔体称铜锍（也称冰铜）；Ni3S2＋FeS的共熔体称镍锍（也称冰镍）；Ni3S2＋Cu2S ＋FeS的共熔体称铜冰镍。表8—1是铜、镍火法冶金工业上常见的熔锍及其组成。

铜锍是多种组分的共熔体，它以Cu2S、FeS为主要成分，并溶有少量其它金属硫化物和氧化铁（Fe2O3、Fe3O4），还富集着Au、Ag等贵金属。炉渣是以２FeO∙SiO （铁橄榄石）为主的氧化物熔体。

表8-1 各种熔锍主要成分

8.1.４造锍熔炼过程主要反应

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：2FeS（l）+3O2==2FeO（l）+ SO2(1)

2 FeO（l）+ SiO2（S）==2FeO·SiO2（l）(2)

xFeS（l）+yMeS（l）==[ yMeS·xFeS]（l）(3)

FeS氧化反应(1)的进行，可达到部分脱硫的目的；而造渣反应(2)的主要作用是部分脱除炉料中的铁和降低渣中FeO的活度，当然，炉料中其他脉石和某些杂质也将通过造渣除去。造锍反应(3)的主要作用是将炉料中待提取的有色金属富集于熔锍中。

8.1.５造锍熔炼热力学分析

某些金属对硫和氧的亲和力，可根据金属硫化物氧化反应的吉布斯自由能图来

判断。金属硫化物氧化反应通式可表示如下：

2MeS ＋O 2==2MeO ＋S 2

金属硫化物氧化反应的吉布斯自由能图，见图8-1，利用它可比较MeS 和MeO 的稳定性大小，以及某些金属对硫和氧的亲和力大小。根据这些比较分析，便可以预见一定条件下造锍熔炼反应进行的方向、限度和MeS -MeO 之间复杂的平衡关系。例如，由图10-1可见，FeS 氧化的οG ∆比Cu 2S 的ο

G ∆更负，据此可以判断如下反应向右进行：

Cu 2O + FeS == Cu 2S + FeO

图8-1 某些金属硫化物氧化的吉布斯自由能图

这是由于铁对氧的亲和力大于铜对氧的亲和力，铁优先被氧化，所以造锍熔炼发生如下反应：

2Cu 2S+O 2 == 2Cu 2O+S 2 (1)

生成的Cu 2O 最终按下式反应生成Cu 2S ：

Cu 2O (1)+FeS (1) ==Cu 2S (1)+FeO (1) (2)

οG ∆=－146440+19.25T ，kJ ·kg -1·mol -1 lgK=lg FeS O Cu FeO

S Cu a a a a ⋅⋅22 ， 当T=1473K 时， K=104.2

以上计算所得的平衡常数值很大，这说明Cu 2O 几乎完全被硫化进入冰铜。因此，对铜的硫化物原料（如CuFeS 2）进行造锍熔炼时，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Cu 2S 的形态进入冰铜。这就是通过对金属硫化物的造锍熔炼而将主体金属富集在熔锍中的基本原理和理论基础。

8.1.６ 熔锍的形成

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Cu 2S 、CuS 、FeS 2、FeS 等，其高价硫化物在熔化之前首先发生如下的热分解：

铜兰 4CuS==2Cu 2S+S 2

黄铜矿 4CuFeS 2==2Cu 2S+4FeS+S 2

黄铁矿 2FeS 2==2FeS+S 2

斑铜矿 4Cu 2FeS 3==6Cu 2S+4FeS+S 2

以上热分解所产生的元素硫，遇氧即氧化成SO 2随炉气逸出。而铁只部分地与结合成Cu 2S 以外多余的硫（S ）相结合成FeS 进入锍内，其余的铁则以FeO 形式与脉石造渣。

由于铜对硫的亲和力比较大，故在1473K ～1573K 的造锍熔炼的温度下，呈稳定态的Cu 2S 便与FeS 按下列反应熔合成冰铜：

Cu 2S+FeS==Cu 2S·FeS

同时，反应生成的FeO 与脉石氧化造渣，发生如下反应：

2FeO+SiO 2==2FeO·SiO 2

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形态的铜，几乎全部都以稳定的Cu 2S 形态富集在冰铜中，而部分铁的硫化物优先被氧化，所