有色冶金概论-铜冶金

1、 第二章铜冶金第二章铜冶金2.1 概述概述2.1.1 铜的性质和用途铜的性质和用途1）物理性质）物理性质 铜是玫瑰红色的金属，展性和延性良好。可拉铜是玫瑰红色的金属，展性和延性良好。可拉成成0.0799毫米的细丝，或薄片。毫米的细丝，或薄片。2）化学性质）化学性质 原子量原子量63.54， 一价和二价，一价化合物高一价和二价，一价化合物高温稳定，而二价的化合物则相反。温稳定，而二价的化合物则相反。铜与硫化合生成硫化亚铜铜与硫化合生成硫化亚铜Cu2S和硫化铜和硫化铜CuS.3）铜的用途）铜的用途硫化矿：黄铜矿（硫化矿：黄铜矿（CuFeS2）, 斑铜矿斑铜矿（Cu5FeS4）, 辉铜矿（辉铜矿（C

2、u2S）, 铜铜蓝（蓝（CuS）氧化矿：孔雀石氧化矿：孔雀石（CuCO3.Cu(OH)2）, 硅孔雀石硅孔雀石（CuSiO3.2H2O）, 兰铜矿兰铜矿（2CuCO3.Cu(OH)2）, 赤铜矿赤铜矿（Cu2O）, 胆矾（胆矾（CuSO4.5H2O）2.1.2 炼铜原料炼铜原料孔雀石 2.1.3铜的生产方法铜的生产方法 1）火法炼铜）火法炼铜 火法炼铜占铜生产量的90%，主要处理硫化矿。设备鼓风炉、反射炉、电炉、闪速炉和连续炼铜炉等。 2）湿法炼铜）湿法炼铜 湿法炼铜占铜生产量的10%，主要用以处理氧化矿，也有的处理硫化矿。2.2火法炼铜的基本理论火法炼铜的基本理论2.2.1火法炼铜的基本原理

3、火法炼铜的基本原理 火法炼铜的目的:(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。 为达到这两个目的，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）使炉渣含二氧化硅接近饱和，以便冰铜和炉渣不致混溶。 FeS（液）+Cu2O （液） =FeO （液） +Cu2S （液）反应 G0=-35000+4.6TaaaaFeSCu2OFeOCu2S.K576T.4GlgK02.2.2 铜熔炼的冰铜铜熔炼的冰铜1. 冰铜的成分冰铜的成分 冰铜：是由Cu2S和FeS组成的合金，其中可能还有少量其他硫化物如Ni3S2

4、、Co3S2、PbS和ZnS等，但铜铁硫的含量占总量的8595%。2. 冰铜的性质冰铜的性质熔点：9001050。比重：4.85.3 冰铜是贵金属的良好捕集剂。液体冰铜遇水容易发生爆炸。 2.2.3 铜熔炼的炉渣1. 炉渣的成分炉渣的成分 炉渣是由各种金属和非金属氧化物的硅酸盐炉渣是由各种金属和非金属氧化物的硅酸盐组成的合金。组成的合金。 主要组成：主要组成：SiO2、FeO和和CaO（三者总量（三者总量8590） 硅酸度是指炉渣中酸性氧化物硅酸度是指炉渣中酸性氧化物SiO2的含氧的含氧量与碱性氧化物含氧星展和的比值，用量与碱性氧化物含氧星展和的比值，用K表示。表示。2. 炉渣的性质炉渣的性质

5、 (1)炉渣的熔点（炉渣的熔点（1050-1100 ）,影响炉料的溶化速度和影响炉料的溶化速度和燃料消耗燃料消耗; (2)粘度粘度,影响炉渣与冰铜的分离和流动性，影响炉渣的排放影响炉渣与冰铜的分离和流动性，影响炉渣的排放性质、化学反应速度和传热效果性质、化学反应速度和传热效果; (3)炉渣的比重（炉渣的比重（3.3-3.6 ）, 炉渣和冰铜的沉清分离炉渣和冰铜的沉清分离,冰铜冰铜与炉渣比重差应大于与炉渣比重差应大于1; (4)炉渣的导电率（电炉）。炉渣的导电率（电炉）。3. 渣含铜损失占总铜重的占总铜重的12%，损失的三种类型：，损失的三种类型：化学损失，指铜以化学损失，指铜以Cu20形态造渣

6、引起的损失。形态造渣引起的损失。 物理损失，指铜以物理损失，指铜以Cu2S形态溶解于炉渣中引起的形态溶解于炉渣中引起的损失。（酸性炉渣溶解损失。（酸性炉渣溶解Cu2S较少，而较少，而FeO含量高含量高的炉渣对的炉渣对Cu2S溶解度大溶解度大 ）机械损失，由于冰铜颗粒未能从炉渣中沉清所引起。机械损失，由于冰铜颗粒未能从炉渣中沉清所引起。它是炉渣中铜损失最大部分。一般占它是炉渣中铜损失最大部分。一般占50%以上。以上。主要原因：主要原因： 炉渣本身的性质不良；炉渣与冰铜的沉清条件不好；炉渣本身的性质不良；炉渣与冰铜的沉清条件不好；由于化学反应不完全由于化学反应不完全 ；冰铜颗粒太细，来不及结；冰铜

7、颗粒太细，来不及结合成大颗粒沉降；操作因素，如在放渣时带走冰铜合成大颗粒沉降；操作因素，如在放渣时带走冰铜和生料等。和生料等。4. 渣型的选择(1)铜炉渣应有适当的熔点一般是铜炉渣应有适当的熔点一般是10501100，生产中炉渣还要，生产中炉渣还要保证保证100-150过热。过热。(2)铜炉渣要粘度小，流动性好，以便与冰铜分离。铜炉渣要粘度小，流动性好，以便与冰铜分离。(3)铜炉渣的比重不应太大，冰铜和炉渣的比重差在铜炉渣的比重不应太大，冰铜和炉渣的比重差在1-2之间。之间。(4)铜炉渣的表面张力要大，进而减少冰铜的悬浮。铜炉渣的表面张力要大，进而减少冰铜的悬浮。 (5)电炉熔炼时，炉渣的导电

8、性要适当。电炉熔炼时，炉渣的导电性要适当。(6)铜炉渣对冰铜溶解度要小。铜炉渣对冰铜溶解度要小。 (7)造渣所配入的熔剂要少。造渣所配入的熔剂要少。 2.3 铜精矿的密闭鼓风炉熔炼铜精矿的密闭鼓风炉熔炼鼓风炉熔炼是在竖式炉子中依靠炉料与上升热炉气鼓风炉熔炼是在竖式炉子中依靠炉料与上升热炉气对流加热进行熔炼，在历史上此法最早曾应用于从对流加热进行熔炼，在历史上此法最早曾应用于从氧化铜矿石生产扔铜。氧化铜矿石生产扔铜。自从五十年代末期以来，出现了直接处理精矿的密自从五十年代末期以来，出现了直接处理精矿的密闭鼓风炉熔炼法。它是将精矿加水混捏提高粘性，闭鼓风炉熔炼法。它是将精矿加水混捏提高粘性，加入鼓

9、风炉进行熔炼。炉顶为密封式，炉气用于制加入鼓风炉进行熔炼。炉顶为密封式，炉气用于制酸。目前鼓风炉熔炼还在生产上采用，我国约酸。目前鼓风炉熔炼还在生产上采用，我国约40%的铜是用这种方法冶炼的。的铜是用这种方法冶炼的。 2.3.1密闭鼓风炉熔炼的原理1炉料、炉气和温度在炉内的分布炉料：混捏铜精矿、熔剂（石灰、石英石）和转炉渣组成。块料容积要占炉料容积的50%。炉气：周边行程。炉料的分布不均也使鼓风炉内温度分布不均，炉子两侧温度高，中心低。2、鼓风炉内的物理化学过程、鼓风炉内的物理化学过程由上到下发生各种物理化学变化，按炉子高度分三个区域，如：（1）预备区 温度区间：250600到10001100

10、 主要物理化学变化：1）预热、干燥、脱水。2）高价硫化物和石灰石分解。3）硫化物被氧化。 4）精矿粉料的固结和烧结。 （2）焦点区 焦点区是进行激烈化学反应和熔化过程的区段。在风口上方一米左右的地方，最高温度达12501350 。 在焦点区内主要物理化学变化：在焦点区内主要物理化学变化： 1）炉料熔化，完成造渣和造冰铜。）炉料熔化，完成造渣和造冰铜。 2）熔融硫化物的氧化。）熔融硫化物的氧化。 3）焦炭的燃烧。）焦炭的燃烧。 被氧化的主要是被氧化的主要是FeO，产出的，产出的FeO与炉料中的与炉料中的SiO2造渣，总反应如下：造渣，总反应如下： 2FeS + 3O2 + SiO2 = 2FeO

11、.SiO2 + 2SO2 此外，转炉渣中的此外，转炉渣中的Fe3O4 也直接与也直接与SiO2和和FeS作用造渣，其反应为：作用造渣，其反应为： 3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO.SiO2) + SO2焦炭几乎全部在焦点区被鼓入的空气燃烧：焦炭几乎全部在焦点区被鼓入的空气燃烧： C + O2 = CO2 + 405.85 kJ(3) 炉缸区（本床区）炉缸区（本床区） 位于焦点区下面，温度位于焦点区下面，温度1200 1250。 主要物理化学变化：主要物理化学变化： 1 1）炉渣与冰铜成分的调整。）炉渣与冰铜成分的调整。 2 2）少量）少量CuCu2 2O O的再硫化的

12、再硫化 CuCu2 2O + FeS = CuO + FeS = Cu2 2S +FeOS +FeO 炉缸中汇集的液体产物，连续或间断地流入前床，进行沉炉缸中汇集的液体产物，连续或间断地流入前床，进行沉清分离。清分离。 铜精矿的密闭鼓风炉熔炼流程图铜精矿的密闭鼓风炉熔炼流程图一、反射炉概述第一台反射炉始于第一台反射炉始于1879年，此后，反射年，此后，反射炉炼铜迅速发展，在炉炼铜迅速发展，在20世纪世纪60年代年代达到达到巅峰，其产量达到世界铜总产量的巅峰，其产量达到世界铜总产量的70%。但反射炉熔炼有它难以克服的缺点，如能但反射炉熔炼有它难以克服的缺点，如能耗高、环境污染严重等，这些缺点制约

13、了耗高、环境污染严重等，这些缺点制约了它的发展。到它的发展。到20世纪世纪70年代，以闪速熔年代，以闪速熔炼为代表的低能耗、高效率、低污染的现炼为代表的低能耗、高效率、低污染的现代熔炼方法迅速崛起，致使反射炉熔炼逐代熔炼方法迅速崛起，致使反射炉熔炼逐渐被新的炼铜方法取代。渐被新的炼铜方法取代。二、反射炉熔炼的特点（1）适于处理粒径小于）适于处理粒径小于35mm的粉状物的粉状物料；料；（2）燃料燃烧的过剩空气量控制在）燃料燃烧的过剩空气量控制在10%15%，炉内气氛中性或微氧化性，炉内气氛中性或微氧化性气氛；气氛；（3）燃料产生的高温炉气只从炉料及熔池）燃料产生的高温炉气只从炉料及熔池表面掠过，

14、加之气相中游离氧较少，炉内表面掠过，加之气相中游离氧较少，炉内气气-固和气固和气-液之间无显著化学变化。液之间无显著化学变化。三、反射炉熔炼的主要缺点（1）环境污染严重；）环境污染严重；（2）能耗高；）能耗高；（3）耐火材料单耗高；）耐火材料单耗高；（4）生产能力不高。）生产能力不高。四、反射炉内进行以下四个过程（1）燃料燃烧和燃气的运动；）燃料燃烧和燃气的运动；（2）气体与炉墙、炉料、熔体面之间进行）气体与炉墙、炉料、熔体面之间进行热交换；热交换；（3）炉料受热，并发生物理化学变化；）炉料受热，并发生物理化学变化；（4）熔体产物的运动与澄清分离。）熔体产物的运动与澄清分离。五、反射炉熔炼的理

15、论基础1、反射炉中的传热、反射炉中的传热 反射炉熔炼所需热量来自两方面，燃料燃反射炉熔炼所需热量来自两方面，燃料燃烧及冶金化学反应发出的热。烧及冶金化学反应发出的热。 反射炉的热效率很低，反射炉的热效率很低，仅仅25%左右左右，大，大量热量被炽热烟气带走及被炉体散失。量热量被炽热烟气带走及被炉体散失。 炉料获得的热量主要是靠炉料获得的热量主要是靠辐射和对流辐射和对流的综的综合传热从燃烧火焰获得，即炉料是靠高温炉气的合传热从燃烧火焰获得，即炉料是靠高温炉气的辐射与对流传热、炉热炉顶和炉墙以及过热熔体辐射与对流传热、炉热炉顶和炉墙以及过热熔体的辐射传热来熔炼的。的辐射传热来熔炼的。炉料经综合传热获

16、得的热量可由下式计算：炉料经综合传热获得的热量可由下式计算：Q = Q对对 + Q辐辐Q对对 = 0.05Q辐辐Q = 1.05Q辐辐而而Q辐辐 = C气壁料气壁料(T气气/100)4 - (T料料/100)4 F（kJ/h）C气壁料气壁料 = 气料气气气气料1110C式中式中C气壁料气壁料炉气、炉顶、炉壁对炉料的导来辐射系数炉气、炉顶、炉壁对炉料的导来辐射系数（综合辐射系数）（综合辐射系数）（kJ/m2hK4）；）；料、料、气气分别为炉料与炉气的黑度，取分别为炉料与炉气的黑度，取料料= 0.75、 气气= 0.06；T料、料、T气气分别为炉料表面与炉气的绝对温度（分别为炉料表面与炉气的绝对温

17、度（K）；）； 炉围开展度，炉围开展度， = F壁壁/F料，料， F壁为炉墙的壁为炉墙的辐射面各，辐射面各，F料为炉料的受辐射面积；料为炉料的受辐射面积； C0黑体的辐射系数；黑体的辐射系数； F炉料的表面积（炉料的表面积（m2） 上式表明，上式表明，炉料接受的总热量与炉气温度和炉料的炉料接受的总热量与炉气温度和炉料的表面温度的关系最大表面温度的关系最大 炉气的温度炉气的温度主要取决于燃料的发热主要取决于燃料的发热量，燃烧时的过剩空气系数等等。量，燃烧时的过剩空气系数等等。 炉料的温度炉料的温度主要取决于炉料的熔点。主要取决于炉料的熔点。 对于一定成分的炉料，熔点是一定对于一定成分的炉料，熔点

18、是一定的，所以，的，所以，炉气温度是决定炉子生产率的炉气温度是决定炉子生产率的关键因素关键因素。反射炉内传热过程是非常复杂的，影响传反射炉内传热过程是非常复杂的，影响传热的因素甚多，但是其中热的因素甚多，但是其中最主要的还是燃最主要的还是燃料燃烧即炉气温度。料燃烧即炉气温度。2、主要的化学反应、主要的化学反应熔炼精矿时，入炉的硫化精矿粉在料坡上熔炼精矿时，入炉的硫化精矿粉在料坡上会迅速强烈干燥和熔化，且部分高价硫化会迅速强烈干燥和熔化，且部分高价硫化物发生分解，反应生成的物发生分解，反应生成的Cu2S和和FeS形形成了冰铜。成了冰铜。炉料和转炉渣以及反应生成的磁性氧化铁，炉料和转炉渣以及反应生

19、成的磁性氧化铁，对熔炼过程会产生极坏影响，需对其处理。对熔炼过程会产生极坏影响，需对其处理。工厂中为了处理磁铁炉结，常往炉中加入工厂中为了处理磁铁炉结，常往炉中加入铁球，正是因为铁可使铁球，正是因为铁可使Fe3O4还原之故。还原之故。3、转炉渣在反射炉中的脱铜、转炉渣在反射炉中的脱铜目前国内外大多数工厂仍然将含铜高的转炉渣返目前国内外大多数工厂仍然将含铜高的转炉渣返回反射炉处理。其主要目的在于回收其中的铜，回反射炉处理。其主要目的在于回收其中的铜，同时作为含铁熔剂，以获得所需成分的反射炉渣。同时作为含铁熔剂，以获得所需成分的反射炉渣。 转炉渣返回反射炉将发生各种变化：在炉内过转炉渣返回反射炉将

20、发生各种变化：在炉内过热并发生热并发生澄清作用澄清作用；利用反射炉炉料中的；利用反射炉炉料中的FeS和和SiO2破坏转炉渣中的破坏转炉渣中的Fe3O4；利用反射炉中大；利用反射炉中大量的量的FeS分解转炉渣中的硅酸亚铜分解转炉渣中的硅酸亚铜（Cu2OSiO2），以），以回收其中的铜回收其中的铜。在反射炉内由转炉渣回收的铜平均为在反射炉内由转炉渣回收的铜平均为75 85%。 应该指出，应该指出，向反射炉中返加液态转炉向反射炉中返加液态转炉渣，固然处理方便，但是给反射炉生产带渣，固然处理方便，但是给反射炉生产带来许多问题，特别是来许多问题，特别是Fe3O4呈恶性循环呈恶性循环4、反射炉熔炼的产物、

21、反射炉熔炼的产物反射炉熔炼的产物是冰铜、炉渣、烟尘及反射炉熔炼的产物是冰铜、炉渣、烟尘及烟气。烟气。反射炉的反射炉的烟尘量烟尘量一般为入炉物料量的一般为入炉物料量的1.3 1.5%。采用空气燃烧时，反射炉熔炼烟气的成分采用空气燃烧时，反射炉熔炼烟气的成分一般为，一般为，%：CO2 1518；SO2 12；O2 0.51.2；CO微量。富氧燃微量。富氧燃烧时烟气中烧时烟气中SO2浓度可提高到浓度可提高到67%。六、铜精矿熔炼反射炉 目前，大型熔炼反射炉的长度一般为2835m,若在炉顶分段供热时，可长达40m左右。反射炉宽度为711.5m。由于采用吊挂式炉顶，允许有较大的炉子宽度，以利于强化熔炼。

22、由炉底到炉顶的炉膛高度为2.84.27m。熔池深度多在0.81.2m。熔炼反射炉生产是连续的，使用的燃料是粉煤或重油。反射炉炉头操作温度一般为14501500，出炉烟气温度一般为11501200。所以需附设余热锅炉以利用废烟气的热量。1、熔炼反射炉的构造 熔炼反射炉是由耐火砌体和金属骨架组成。耐火砌体的结构分为炉底、炉墙和炉顶。 炉底连续作业铜熔炼反射炉炉底直接砌筑在耐热混凝土的基础上。基础要求耐温850以上。炉底为烧结整体炉底，烧结炉底一般由以下各层组成(由下而上)，其总厚度一般为11001400mm。石棉板和石英砂（约50mm）；保温砖层（厚115mm）；粘土砖层(厚345460mm)；镁

23、铝砖层(厚380mm)；烧结层(厚200500mm)。烧结层材质，根据炉渣成分不同可以分别采用石英质和镁铁质两种。 2.4 铜精矿的闪速熔炼铜精矿的闪速熔炼闪速熔炼的优点闪速熔炼的优点：（1）充分利用铜精矿的表面积，将焙烧和熔炼两个工序）充分利用铜精矿的表面积，将焙烧和熔炼两个工序在一次作业中完成，流程短生产率高。在一次作业中完成，流程短生产率高。（2）充分利用精矿中硫和铁的氧化热，因此热效率高，）充分利用精矿中硫和铁的氧化热，因此热效率高，燃料消耗少。燃料消耗少。（3）烟气含）烟气含SO2高，有利于制造硫酸，减少污染。高，有利于制造硫酸，减少污染。（4）脱硫率容易控制，冰铜品位高，减少吹炼时

24、间。）脱硫率容易控制，冰铜品位高，减少吹炼时间。闪速熔炼的缺点：闪速熔炼的缺点：（1）精矿要充分干燥，熔剂必须粉碎。）精矿要充分干燥，熔剂必须粉碎。（2）氧化气氛强，反应时间短，炉内易生成四氧化三）氧化气氛强，反应时间短，炉内易生成四氧化三铁炉结，渣含铜高，必须进一步贫化处理。铁炉结，渣含铜高，必须进一步贫化处理。（3）烟尘率高，给余热锅炉等的操作带来困难。）烟尘率高，给余热锅炉等的操作带来困难。（4）投资大，辅助设备多，因此还只限于大型工厂采）投资大，辅助设备多，因此还只限于大型工厂采用，目前大型闪速炉熔炼厂年产铜量达用，目前大型闪速炉熔炼厂年产铜量达24万吨。万吨。2.4.1 闪速熔炼的原

25、理闪速熔炼的原理1. 炉内的主要反应炉内的主要反应1） 分解反应包括：分解反应包括： FeS2 = FeS + 1/2S2 FenSn+1 = nFeS + 1/2S2 2CuFeS2 = Cu2S +2FeS + 1/2S2 2CuS=Cu2S + 1/2S22）氧化反应是闪速熔炼的代表性反应，主要包括：）氧化反应是闪速熔炼的代表性反应，主要包括： FeS + 3/2O2 = FeO + SO2 3FeS +5O2 = Fe3O4 + 3SO2 6FeO + O2 = 2Fe3O4 Cu2S + 3/2O2 = Cu2O + SO2 S + O2 = SO23）一部分高价硫化物直接氧化和造渣

26、的反应：）一部分高价硫化物直接氧化和造渣的反应： 2CuFeS2 + 5/2O2 = Cu2S.FeS + 2SO2 + FeO 2FeS2 + 7/2O2 = FeS + FeO + 3SO2 2FeO + SiO2 = 2FeO.SiO24）相互反应在熔池中进行，主要反应如下：）相互反应在熔池中进行，主要反应如下： 3Fe3O4+ FeS= 10FeO+ SO2 3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5（2FeO.SiO2） + SO2 Cu2O + FeS = Cu2S + FeO 2FeO + SiO2 = 2FeO.SiO22. 闪速熔炼的热工特点闪速熔炼的热工特点 闪速熔炼

27、的热消耗一般仅为反射闪速熔炼的热消耗一般仅为反射炉熔炼的炉熔炼的1/2到到1/3。除利用氧化和。除利用氧化和造渣反应热外，可以用补加燃料或者造渣反应热外，可以用补加燃料或者采用氧气自热来解决，前者称为奥托采用氧气自热来解决，前者称为奥托昆普闪速熔炼，后者称为氧气闪速熔昆普闪速熔炼，后者称为氧气闪速熔炼。炼。闪速炉图2.5冰铜的吹炼冰铜的吹炼2.5.1冰铜的吹炼的原理冰铜的吹炼的原理1. 第一周期的反应和造渣过程第一周期的反应和造渣过程 2FeS + 3O2=2FeO + 2SO2 2FeO + SiO2 = 2FeO.SiO2 2FeS + 3O2 + SiO2 = 2FeO.SiO2 + 2

28、SO2 在转炉强氧化和搅动条件下，部分在转炉强氧化和搅动条件下，部分FeO能够能够继续被氧化：继续被氧化： 3FeO + 0.5O2 = Fe3O4 在冰铜吹炼条件下，反应：在冰铜吹炼条件下，反应： 3Fe3O4 + FeS = 10FeO + SO2 进行很微弱，即使有进行很微弱，即使有SiO2存在，存在， 反应：反应：3Fe3O4 + FeS + SiO2 = 5(2FeO.SiO2) + SO2 也受到温度低的限制，故进行的程度也是有限也受到温度低的限制，故进行的程度也是有限的。因此转炉渣中常常含的。因此转炉渣中常常含1020%Fe3O4它使炉它使炉渣粘度和比重增加、熔点升高。转炉渣含铜

29、高渣粘度和比重增加、熔点升高。转炉渣含铜高达达23%，必须返回熔炼或单独处理。第一周，必须返回熔炼或单独处理。第一周期的产品主要是白冰铜。期的产品主要是白冰铜。2、第二周期的主要反应和造铜过程、第二周期的主要反应和造铜过程 2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2 Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2 3Cu2S+3O2=6Cu+3SO22.6粗铜的火法精炼粗铜的火法精炼 火法精炼的实质是在液体铜中供入空火法精炼的实质是在液体铜中供入空气，使铜里的铁、铅、锌、铋、镍、气，使铜里的铁、铅、锌、铋、镍、砷、锑、硫等杂质氧化而除去，然后砷、锑、硫等杂质氧化而除去，然后将还原剂加入铜里除氧，最后得到化

30、将还原剂加入铜里除氧，最后得到化学成分和物理规格符合电解精炼要求学成分和物理规格符合电解精炼要求的阳极铜。的阳极铜。2.6.1粗铜的火法精炼的原理粗铜的火法精炼的原理1. 火法精炼的氧化过程火法精炼的氧化过程 氧化过程开始是铜先氧化过程开始是铜先氧化成氧化成Cu2O: 4Cu + O2 = 2Cu2O Cu2O溶解在铜中溶解在铜中,其溶解度随温度升高而增其溶解度随温度升高而增加加:温度（温度（） 1100 1150 1200 12501100 1150 1200 1250溶解度溶解度（% %） 5 8.3 12.4 13.15 8.3 12.4 13.1溶解的溶解的Cu2O和铜中的杂质金属（和

31、铜中的杂质金属（Me）发生反应）发生反应: Cu2O + Me = 2Cu + MeO 反应的平衡常数：反应的平衡常数： 因为因为MeO在铜里的溶解度很小，容易达到在铜里的溶解度很小，容易达到饱和；而铜的浓度很大，杂质氧化时几乎不发生饱和；而铜的浓度很大，杂质氧化时几乎不发生变化，故都可视为常数，因此上式可写成：变化，故都可视为常数，因此上式可写成： K= Cu2O Me 或或 MeOCuCuMeOk22OCuKMe 所以，所以，Cu2O的浓度愈大，杂质金属的浓度愈大，杂质金属Me的浓度就愈小。因此，为了迅速完的浓度就愈小。因此，为了迅速完全地除去铜中的杂质，必须使铜里的全地除去铜中的杂质，必

32、须使铜里的Cu2O达到饱和。达到饱和。2. 火法精炼的还原过程火法精炼的还原过程 Cu2O + H2 = 2Cu + H2O Cu2O + CO = 2Cu + CO2 Cu2O + C = 2Cu + CO 4Cu2O + CH4 = 8Cu + CO2 + 2H2O2.7 铜的电解精炼铜的电解精炼 铜的电解精炼是以火法精炼的铜为阳极，铜的电解精炼是以火法精炼的铜为阳极，电铜为阴极，在硫酸铜和硫酸电解液中电铜为阴极，在硫酸铜和硫酸电解液中通直流电电解，根据电化学性质的不同，通直流电电解，根据电化学性质的不同，杂质进入阳极泥或保留在电解液中，而杂质进入阳极泥或保留在电解液中，而在阴极产出纯铜。

33、在阴极产出纯铜。2.7.1 电解精炼的电极反应电解精炼的电极反应阳极反应：阳极可能进行的反应如下：阳极反应：阳极可能进行的反应如下： Cu 2e = Cu2+ E0Cu/Cu2+ = 0.34伏伏 Me 2e = Me2+ E0Me/Me2+0.34伏伏 在这些反应中，根据标准电位次序表，只有在这些反应中，根据标准电位次序表，只有标准电位大的金属离子能够优先进行还原，标准电位大的金属离子能够优先进行还原，但这些金属在阳极不溶解，因此只有铜离子但这些金属在阳极不溶解，因此只有铜离子还原是阴极的主要反应。还原是阴极的主要反应。2.7.2铜电解精炼的条件控制1、电解液成分2、电流密度3、槽电压4、电

34、流效率2.7.3铜电解精炼的设备和指标铜电解精炼的设备和指标1、设备、设备 铜电解槽铜电解槽2、指标、指标 直流电耗直流电耗230260千瓦小时千瓦小时/吨铜吨铜 直接回收率直接回收率85% 电解总回收率电解总回收率99.9% 硫酸消耗硫酸消耗45公斤公斤/吨铜吨铜 蒸汽消耗蒸汽消耗11.6吨吨/吨铜吨铜 湿法炼铜湿法炼铜湿法炼铜使用溶剂浸出矿石使铜湿法炼铜使用溶剂浸出矿石使铜进入溶液，然后从含铜的溶液回进入溶液，然后从含铜的溶液回收铜。收铜。常用的溶剂：硫酸、氨、硫酸高常用的溶剂：硫酸、氨、硫酸高铁溶液。铁溶液。一、湿法炼铜的浸出过程一、湿法炼铜的浸出过程1、硫酸浸出、硫酸浸出CuCO3Cu

35、(OH)2十十2H2SO42CuSO4十十CO 2十十3H2O(CuCO3)2Cu(OH)2十十3H2SO4=3CuSO4十十2CO2十十4H2O CuSiO32H 2O十十H2SO4=CuSO4+SiO2+3H2O CuO+H2SO4CuSO4十十H2O氧化铁的溶解反应生成氧化铁的溶解反应生成Fe2(SO4)3：Fe2O3.nH2O+3H2SO4=Fe2(SO4)3+(n+3)H2O石灰石的溶解反应生成石灰石的溶解反应生成CaSO4:CaCO3+H2SO4= CaSO4+H2O+CO22、氨浸出、氨浸出CuO+2NH4OH+(NH4)2CO3=Cu(NH3)4CO3+3H2OCu(NH3)4

36、CO3+Cu=Cu2(NH3)4CO3在有空气存在时，生成的碳酸铵盐又能被氧在有空气存在时，生成的碳酸铵盐又能被氧化：化：Cu2(NH3)4CO3+(NH4)2CO3+2NH4OH+0.5O2=2Cu(NH3)4CO3+3H2O3、硫酸高铁浸出、硫酸高铁浸出Fe2(SO4)3是次生硫化铜矿物如辉铜矿是次生硫化铜矿物如辉铜矿（Cu2S)和铜蓝和铜蓝(CuS)等的溶剂：等的溶剂：Cu2S+ 2Fe2(SO4)3= 2CuSO4+4FeSO4+SCuS+ Fe2(SO4)3=CuSO4+2FeSO4+S硫酸高铁的另一个特性是在中性溶液中分硫酸高铁的另一个特性是在中性溶液中分解为碱式盐：解为碱式盐：F

37、e2(SO4)3+2H2O=Fe2(OH)2(SO4)2+H2SO44、细菌浸出、细菌浸出湿法炼铜中起作用的细菌主要为氧化铁硫杆菌湿法炼铜中起作用的细菌主要为氧化铁硫杆菌和氧化硫杆菌。和氧化硫杆菌。（1）硫酸和氧在细菌的作用下对铁硫化矿物）硫酸和氧在细菌的作用下对铁硫化矿物起化学作用：起化学作用： CuFeS2+4O2 细菌作用细菌作用 CuSO4+FeSO4 (1)(2) 细菌使亚铁离子转变为铁离子：细菌使亚铁离子转变为铁离子： 2FeSO4+H2SO4+1/2O2 细菌作用细菌作用 Fe2(SO4)3+H2O (2)(3)铁离子溶解硫化矿物：铁离子溶解硫化矿物：Cu2S+Fe2(SO4)3+2O2=2FeSO4+2CuSO4 (3) CuFeS2+2Fe2(SO4)3+3O2+2H2O=5FeSO4 +CuSO4+2H2SO4 (4)FeS2+Fe2(SO4)3 +3O2+2H2O=3FeSO4+2H2SO4 (5)二、二、 从含铜溶液回收铜从含铜溶液回收铜1. 电积法电积法 是用含铜是用含铜3060克克/升的溶液，在升的溶液，在不溶阳极（如含少量锑的铅）和铜阴极之间不溶阳极（如含少量锑的铅）和铜阴极之间加上直流电压从溶剂中提取铜。在阴极产生加上直流电压从溶剂中提取铜。在阴极产生金属