第二次课 造锍熔炼的理论基础 - 副本

1、 冰铜是在熔炼过程中产生的重金属硫化物为冰铜是在熔炼过程中产生的重金属硫化物为主的共熔体，是熔炼过程的主要产物之一，是以主的共熔体，是熔炼过程的主要产物之一，是以Cu2S-FeS系为主并溶解少量其它金属硫化物（如系为主并溶解少量其它金属硫化物（如Ni3S2、Co3S2、PbS、ZnS等）、贵金属（等）、贵金属（Au、Ag）、铂族金属、）、铂族金属、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及等元素及微量脉石成分的多元系混合物。微量脉石成分的多元系混合物。二、冰铜的概念及其组成二、冰铜的概念及其组成（4）造锍反应）造锍反应 上述反应产生的上述反应产生的FeS和和Cu2O在高温下将发在高温下将发生下列反应

2、：生下列反应： FeS + Cu2O = FeO + Cu2S 一般说来，在熔炼炉中只要有一般说来，在熔炼炉中只要有FeS存在，存在，Cu2O就会变成就会变成Cu2S ，进而与，进而与FeS形成锍。这是形成锍。这是因为因为Fe和和O2的亲和力远远大于的亲和力远远大于Cu和和O2的亲和的亲和力，而力，而Fe和和S2的亲和力又小于的亲和力又小于Cu和和S2的亲和力。的亲和力。（5）造渣反应）造渣反应 炉料中产生的炉料中产生的FeO 在有存在时，将按下式反在有存在时，将按下式反应开成铁橄榄石炉渣：应开成铁橄榄石炉渣：2FeO + SiO2 = （2FeOSiO2） 硫化物的氧化和造渣反应是放热反应。

3、利用硫化物的氧化和造渣反应是放热反应。利用这些热量可以降低熔炼过程燃料消耗，甚至可实这些热量可以降低熔炼过程燃料消耗，甚至可实现自热熔炼。现自热熔炼。 此外，炉内的此外，炉内的Fe3O4在高温下也能与在高温下也能与FeS和和SiO2作用生成炉渣。作用生成炉渣。3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeOSiO2) + SO2 四、冰铜的形成及相关系四、冰铜的形成及相关系 图图2.1为为Cu2S-FeS二元系相图，在熔炼温度下二元系相图，在熔炼温度下(1200)两种两种硫化物均为液相，而且完全互溶形成均质溶液。硫化物均为液相，而且完全互溶形成均质溶液。 图图2.2为为FeS与金属硫

4、化物形成共熔体的重叠液相线图。与金属硫化物形成共熔体的重叠液相线图。FeS-MeS共熔的特性就是重金属矿物原料造锍熔炼的依据。共熔的特性就是重金属矿物原料造锍熔炼的依据。 图图2.3为为Cu2S-FeS-FeO状态图。图中状态图。图中NB线可视为铜铁硫线可视为铜铁硫化物形成的冰铜溶解化物形成的冰铜溶解FeO的溶解曲线。的溶解曲线。 当冰铜中当冰铜中Cu2S质量质量分数增加时，冰铜中分数增加时，冰铜中溶解的溶解的FeO量随之减量随之减少，当冰铜成分接近少，当冰铜成分接近于纯于纯Cu2S时，溶解的时，溶解的FeO量很少。这表明，量很少。这表明，冰铜溶解氧主要是冰铜溶解氧主要是FeS对对 F e O

5、 的 溶 解 ， 而的 溶 解 ， 而Cu2S对对FeO几乎不溶几乎不溶解。因此，解。因此，低品位冰低品位冰铜溶解氧的能力高于铜溶解氧的能力高于高品位冰铜。高品位冰铜。 冰铜中冰铜中溶解的氧溶解的氧越多，冰铜中的硫含量就越低，不利于越多，冰铜中的硫含量就越低，不利于冰铜的形成。除了冰铜品位外，冰铜的形成。除了冰铜品位外，炉渣成分和温度炉渣成分和温度对其也有影对其也有影响。图响。图2.4示出渣含示出渣含SiO2和冰铜品位对冰铜溶解氧的影响。和冰铜品位对冰铜溶解氧的影响。冰铜的主要性质：冰铜的主要性质： 1）比重：）比重：4.44.7，远高于炉渣比重（，远高于炉渣比重（33.7）；）； 2）粘度：

6、）粘度：2.410-3Pas，比炉渣粘度低很，比炉渣粘度低很多多 （0.52Pa s） 3）表面张力：与铁橄榄石（）表面张力：与铁橄榄石（2FeO SiO2）熔体）熔体间的界面张力约为间的界面张力约为2060N/m，其值很小，由此，其值很小，由此可判断冰铜容易悬浮在熔渣中。可判断冰铜容易悬浮在熔渣中。 4）冰铜的主要成分）冰铜的主要成分Cu2S和和FeS都是都是Au和和Ag的的强有力的溶解剂。强有力的溶解剂。 5）液态冰铜遇水爆炸，其原因如下：）液态冰铜遇水爆炸，其原因如下：Cu2S + 2H2O = 2Cu + 2H2 + SO2FeS + H2O = FeO + H2S3FeS + 4H2

7、O = Fe3O4 + 3H2S + H2 反应产生的反应产生的H2和和H2S与空气中氧反应而引起与空气中氧反应而引起爆炸。爆炸。2H2S 3O2 2H2O(g) + 2SO22H2 + O2 =2H2O(g)五、造锍熔炼过程中五、造锍熔炼过程中FeS的优先氧化的优先氧化 造锍熔炼过程中物料中的铜以造锍熔炼过程中物料中的铜以Cu2S的形态进入冰铜相的形态进入冰铜相中；铁一部分以中；铁一部分以FeS的形态进入冰铜相，一部分以的形态进入冰铜相，一部分以FeO的形的形态与态与SiO2反应造渣进入渣相。反应造渣进入渣相。FeS是绝大部分的铜以是绝大部分的铜以Cu2S的的形态进入冰铜相的保证。形态进入冰

8、铜相的保证。这是因为：这是因为：FeS(l.mt) + Cu2O(l.sl) = FeO (l.sl) + Cu2S(l.mt)G0 = -114570 + 13.05T (J)414731078. 2)(2)()(2)(slmtmtslOCuFeSSCuFeOK 造锍熔炼过程中造锍熔炼过程中Fe3O4的形成的形成 在火法炼铜过程中，原料中的在火法炼铜过程中，原料中的FeS会优先发生氧化反应会优先发生氧化反应转变为转变为FeO，而由于氧位的，而由于氧位的升高，升高，FeO会进一步氧化成会进一步氧化成Fe3O4。右图表明，当冰铜品位提高到右图表明，当冰铜品位提高到白冰铜时，白冰铜时，Fe3O4的

9、活度显著升的活度显著升高。这是由于平衡氧位升高所高。这是由于平衡氧位升高所致。所以在致。所以在常规熔炼法中，产常规熔炼法中，产出冰铜的质量分数为出冰铜的质量分数为4060，最高不超过最高不超过70。 在氧化气氛的造锍熔炼中，在氧化气氛的造锍熔炼中，Fe3O4只能依靠与只能依靠与FeS的的作用来还原，即：作用来还原，即：3Fe3O4(s) + FeS = 10(FeO) + SO2(g) Go=761329455千焦千焦 (2-15) 式中（式中（ ）为渣相，）为渣相， 为冰铜相。为冰铜相。 反应要在反应要在1400以上才能向右进行。以上才能向右进行。 加入加入SiO2后，由于后，由于SiO2的

10、存在，的存在，Fe3O4的破坏变得容的破坏变得容易了，在易了，在1100下就能进行造渣反应。下就能进行造渣反应。3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeOSiO2) + SO2 在在1300 时，上式反应的平衡常数时，上式反应的平衡常数Kp值比值比1100 时提高了时提高了107倍。可见倍。可见SiO2的存在是的存在是Fe3O4破坏的必要条破坏的必要条件。件。 六、炉渣及炉渣与冰铜的相关系六、炉渣及炉渣与冰铜的相关系1、炉渣、炉渣 在冰铜熔炼过程中炉料中的脉石主要是石英石、石灰在冰铜熔炼过程中炉料中的脉石主要是石英石、石灰石等与物料氧化后产生的石等与物料氧化后产生的FeO等进行

11、反应，形成复杂的铁等进行反应，形成复杂的铁硅酸盐炉渣。一般冰铜熔炼所产炉渣量大约为炉料的硅酸盐炉渣。一般冰铜熔炼所产炉渣量大约为炉料的50100。 熔炼过程中对炉渣有以下基本要求：熔炼过程中对炉渣有以下基本要求： 1）要与冰铜互不相溶；）要与冰铜互不相溶； 2）对）对Cu2S的溶解度要低；的溶解度要低； 3）要有良好的流动性和低的密度。）要有良好的流动性和低的密度。 炉渣的分类常以炉渣的酸度或碱度来划分。过去常以酸炉渣的分类常以炉渣的酸度或碱度来划分。过去常以酸度（硅酸度）来对炉渣进行分类，现在许多冶金学家大都度（硅酸度）来对炉渣进行分类，现在许多冶金学家大都以碱度来分类。以碱度来分类。 碱度定义如下：碱度定义如下： M0=1的渣称为中性渣，的渣称为中性渣，M01的渣称为碱性渣，的渣称为碱性渣，M01的渣的渣称为酸性渣。鼓风炉渣是典型的碱性渣（称为酸性渣。鼓风炉渣是典型的碱性渣（M01.11.5)，闪速熔炼炉渣也为碱性渣（闪速熔炼炉渣也为碱性渣（M01.41.6）。）。 一般一般SiO2含量为含量为3542%时，既可保证炉渣与冰铜的良好时，既可保证炉渣与冰铜的良好分离。分离。 3220%OAlSiOFeOMgOCaOM2、炉渣的主要性质、炉渣的主要性质 炉渣的粘度炉渣的粘度 炉渣的粘度是炉炉渣的粘度是炉渣的重要性质之一，渣的重要性