第二次課 造锍熔煉的理論基礎(chǔ) - 副本

1、 冰銅是在熔煉過程中產(chǎn)生的重金屬硫化物為冰銅是在熔煉過程中產(chǎn)生的重金屬硫化物為主的共熔體，是熔煉過程的主要產(chǎn)物之一，是以主的共熔體，是熔煉過程的主要產(chǎn)物之一，是以Cu2S-FeS系為主并溶解少量其它金屬硫化物（如系為主并溶解少量其它金屬硫化物（如Ni3S2、Co3S2、PbS、ZnS等）、貴金屬（等）、貴金屬（Au、Ag）、鉑族金屬、）、鉑族金屬、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及等元素及微量脈石成分的多元系混合物。微量脈石成分的多元系混合物。二、冰銅的概念及其組成二、冰銅的概念及其組成（4）造锍反應(yīng)）造锍反應(yīng) 上述反應(yīng)產(chǎn)生的上述反應(yīng)產(chǎn)生的FeS和和Cu2O在高溫下將發(fā)在高溫下將發(fā)生下列反應(yīng)

2、：生下列反應(yīng)： FeS + Cu2O = FeO + Cu2S 一般說來，在熔煉爐中只要有一般說來，在熔煉爐中只要有FeS存在，存在，Cu2O就會變成就會變成Cu2S ，進(jìn)而與，進(jìn)而與FeS形成锍。這是形成锍。這是因?yàn)橐驗(yàn)镕e和和O2的親和力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于的親和力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Cu和和O2的親和的親和力，而力，而Fe和和S2的親和力又小于的親和力又小于Cu和和S2的親和力。的親和力。（5）造渣反應(yīng)）造渣反應(yīng) 爐料中產(chǎn)生的爐料中產(chǎn)生的FeO 在有存在時(shí)，將按下式反在有存在時(shí)，將按下式反應(yīng)開成鐵橄欖石爐渣：應(yīng)開成鐵橄欖石爐渣：2FeO + SiO2 = （2FeOSiO2） 硫化物的氧化和造渣反應(yīng)是放熱反應(yīng)。

3、利用硫化物的氧化和造渣反應(yīng)是放熱反應(yīng)。利用這些熱量可以降低熔煉過程燃料消耗，甚至可實(shí)這些熱量可以降低熔煉過程燃料消耗，甚至可實(shí)現(xiàn)自熱熔煉?，F(xiàn)自熱熔煉。 此外，爐內(nèi)的此外，爐內(nèi)的Fe3O4在高溫下也能與在高溫下也能與FeS和和SiO2作用生成爐渣。作用生成爐渣。3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeOSiO2) + SO2 四、冰銅的形成及相關(guān)系四、冰銅的形成及相關(guān)系 圖圖2.1為為Cu2S-FeS二元系相圖，在熔煉溫度下二元系相圖，在熔煉溫度下(1200)兩種兩種硫化物均為液相，而且完全互溶形成均質(zhì)溶液。硫化物均為液相，而且完全互溶形成均質(zhì)溶液。 圖圖2.2為為FeS與金屬硫

4、化物形成共熔體的重疊液相線圖。與金屬硫化物形成共熔體的重疊液相線圖。FeS-MeS共熔的特性就是重金屬礦物原料造锍熔煉的依據(jù)。共熔的特性就是重金屬礦物原料造锍熔煉的依據(jù)。 圖圖2.3為為Cu2S-FeS-FeO狀態(tài)圖。圖中狀態(tài)圖。圖中NB線可視為銅鐵硫線可視為銅鐵硫化物形成的冰銅溶解化物形成的冰銅溶解FeO的溶解曲線。的溶解曲線。 當(dāng)冰銅中當(dāng)冰銅中Cu2S質(zhì)量質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時(shí)，冰銅中分?jǐn)?shù)增加時(shí)，冰銅中溶解的溶解的FeO量隨之減量隨之減少，當(dāng)冰銅成分接近少，當(dāng)冰銅成分接近于純于純Cu2S時(shí)，溶解的時(shí)，溶解的FeO量很少。這表明，量很少。這表明，冰銅溶解氧主要是冰銅溶解氧主要是FeS對對 F e O

5、 的 溶 解 ， 而的 溶 解 ， 而Cu2S對對FeO幾乎不溶幾乎不溶解。因此，解。因此，低品位冰低品位冰銅溶解氧的能力高于銅溶解氧的能力高于高品位冰銅。高品位冰銅。 冰銅中冰銅中溶解的氧溶解的氧越多，冰銅中的硫含量就越低，不利于越多，冰銅中的硫含量就越低，不利于冰銅的形成。除了冰銅品位外，冰銅的形成。除了冰銅品位外，爐渣成分和溫度爐渣成分和溫度對其也有影對其也有影響。圖響。圖2.4示出渣含示出渣含SiO2和冰銅品位對冰銅溶解氧的影響。和冰銅品位對冰銅溶解氧的影響。冰銅的主要性質(zhì)：冰銅的主要性質(zhì)： 1）比重：）比重：4.44.7，遠(yuǎn)高于爐渣比重（，遠(yuǎn)高于爐渣比重（33.7）；）； 2）粘度：

6、）粘度：2.410-3Pas，比爐渣粘度低很，比爐渣粘度低很多多 （0.52Pa s） 3）表面張力：與鐵橄欖石（）表面張力：與鐵橄欖石（2FeO SiO2）熔體）熔體間的界面張力約為間的界面張力約為2060N/m，其值很小，由此，其值很小，由此可判斷冰銅容易懸浮在熔渣中?？膳袛啾~容易懸浮在熔渣中。 4）冰銅的主要成分）冰銅的主要成分Cu2S和和FeS都是都是Au和和Ag的的強(qiáng)有力的溶解劑。強(qiáng)有力的溶解劑。 5）液態(tài)冰銅遇水爆炸，其原因如下：）液態(tài)冰銅遇水爆炸，其原因如下：Cu2S + 2H2O = 2Cu + 2H2 + SO2FeS + H2O = FeO + H2S3FeS + 4H2

7、O = Fe3O4 + 3H2S + H2 反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)生的H2和和H2S與空氣中氧反應(yīng)而引起與空氣中氧反應(yīng)而引起爆炸。爆炸。2H2S 3O2 2H2O(g) + 2SO22H2 + O2 =2H2O(g)五、造锍熔煉過程中五、造锍熔煉過程中FeS的優(yōu)先氧化的優(yōu)先氧化 造锍熔煉過程中物料中的銅以造锍熔煉過程中物料中的銅以Cu2S的形態(tài)進(jìn)入冰銅相的形態(tài)進(jìn)入冰銅相中；鐵一部分以中；鐵一部分以FeS的形態(tài)進(jìn)入冰銅相，一部分以的形態(tài)進(jìn)入冰銅相，一部分以FeO的形的形態(tài)與態(tài)與SiO2反應(yīng)造渣進(jìn)入渣相。反應(yīng)造渣進(jìn)入渣相。FeS是絕大部分的銅以是絕大部分的銅以Cu2S的的形態(tài)進(jìn)入冰銅相的保證。形態(tài)進(jìn)入冰

8、銅相的保證。這是因?yàn)椋哼@是因?yàn)椋篎eS(l.mt) + Cu2O(l.sl) = FeO (l.sl) + Cu2S(l.mt)G0 = -114570 + 13.05T (J)414731078. 2)(2)()(2)(slmtmtslOCuFeSSCuFeOK 造锍熔煉過程中造锍熔煉過程中Fe3O4的形成的形成 在火法煉銅過程中，原料中的在火法煉銅過程中，原料中的FeS會優(yōu)先發(fā)生氧化反應(yīng)會優(yōu)先發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镕eO，而由于氧位的，而由于氧位的升高，升高，F(xiàn)eO會進(jìn)一步氧化成會進(jìn)一步氧化成Fe3O4。右圖表明，當(dāng)冰銅品位提高到右圖表明，當(dāng)冰銅品位提高到白冰銅時(shí)，白冰銅時(shí)，F(xiàn)e3O4的

9、活度顯著升的活度顯著升高。這是由于平衡氧位升高所高。這是由于平衡氧位升高所致。所以在致。所以在常規(guī)熔煉法中，產(chǎn)常規(guī)熔煉法中，產(chǎn)出冰銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為出冰銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4060，最高不超過最高不超過70。 在氧化氣氛的造锍熔煉中，在氧化氣氛的造锍熔煉中，F(xiàn)e3O4只能依靠與只能依靠與FeS的的作用來還原，即：作用來還原，即：3Fe3O4(s) + FeS = 10(FeO) + SO2(g) Go=761329455千焦千焦 (2-15) 式中（式中（ ）為渣相，）為渣相， 為冰銅相。為冰銅相。 反應(yīng)要在反應(yīng)要在1400以上才能向右進(jìn)行。以上才能向右進(jìn)行。 加入加入SiO2后，由于后，由于SiO2的

10、存在，的存在，F(xiàn)e3O4的破壞變得容的破壞變得容易了，在易了，在1100下就能進(jìn)行造渣反應(yīng)。下就能進(jìn)行造渣反應(yīng)。3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeOSiO2) + SO2 在在1300 時(shí)，上式反應(yīng)的平衡常數(shù)時(shí)，上式反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp值比值比1100 時(shí)提高了時(shí)提高了107倍。可見倍?？梢奡iO2的存在是的存在是Fe3O4破壞的必要條破壞的必要條件。件。 六、爐渣及爐渣與冰銅的相關(guān)系六、爐渣及爐渣與冰銅的相關(guān)系1、爐渣、爐渣 在冰銅熔煉過程中爐料中的脈石主要是石英石、石灰在冰銅熔煉過程中爐料中的脈石主要是石英石、石灰石等與物料氧化后產(chǎn)生的石等與物料氧化后產(chǎn)生的FeO等進(jìn)行

11、反應(yīng)，形成復(fù)雜的鐵等進(jìn)行反應(yīng)，形成復(fù)雜的鐵硅酸鹽爐渣。一般冰銅熔煉所產(chǎn)爐渣量大約為爐料的硅酸鹽爐渣。一般冰銅熔煉所產(chǎn)爐渣量大約為爐料的50100。 熔煉過程中對爐渣有以下基本要求：熔煉過程中對爐渣有以下基本要求： 1）要與冰銅互不相溶；）要與冰銅互不相溶； 2）對）對Cu2S的溶解度要低；的溶解度要低； 3）要有良好的流動性和低的密度。）要有良好的流動性和低的密度。 爐渣的分類常以爐渣的酸度或堿度來劃分。過去常以酸爐渣的分類常以爐渣的酸度或堿度來劃分。過去常以酸度（硅酸度）來對爐渣進(jìn)行分類，現(xiàn)在許多冶金學(xué)家大都度（硅酸度）來對爐渣進(jìn)行分類，現(xiàn)在許多冶金學(xué)家大都以堿度來分類。以堿度來分類。 堿度定義如下：堿度定義如下： M0=1的渣稱為中性渣，的渣稱為中性渣，M01的渣稱為堿性渣，的渣稱為堿性渣，M01的渣的渣稱為酸性渣。鼓風(fēng)爐渣是典型的堿性渣（稱為酸性渣。鼓風(fēng)爐渣是典型的堿性渣（M01.11.5)，閃速熔煉爐渣也為堿性渣（閃速熔煉爐渣也為堿性渣（M01.41.6）。）。 一般一般SiO2含量為含量為3542%時(shí)，既可保證爐渣與冰銅的良好時(shí)，既可保證爐渣與冰銅的良好分離。分離。 3220%OAlSiOFeOMgOCaOM2、爐渣的主要性質(zhì)、爐渣的主要性質(zhì) 爐渣的粘度爐渣的粘度 爐渣的粘度是爐爐渣的粘度是爐渣的重要性質(zhì)之一，渣的重要性