铜冶金与硫铁矿制酸技术课件

铜冶金与硫铁矿制酸技术

第一部分：铜冶金技术

冶金冶金：就是从矿石中提取金属或金属化合物，用各种加工方法将金属制成具有一定性能的金属材料的过程和工艺。冶金的技术主要包括火法冶金、湿法冶金以及电冶金。何为冶金生铁、钢、铁合金其余各种金属稀有金属冶金粉末冶金冶金分类黑色冶金有色冶金铜：古代冶金铜是一种化学元素，它的化学符号是Cu，它的原子序数是29，是一种过渡金属。铜呈紫红色光泽的金属，密度8.92克/立方厘米。熔点1083.4±0.2℃，沸点2567℃。常见化合价+1和+2。电离能7.726电子伏特.​文化遗产名称：打铁花所属地区：河南·驻马

店·确山县遗产编号：Ⅶ-6遗产类别：杂技与竞技申报日期：2006申报单位：驻马店市

确山县遗产级别：省[1]​打铁花常见铜矿铜矿分类：主要有自然铜、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、蓝铜矿、铜蓝、孔雀石等.

应用领域：铜矿石主要应用于冶金行业，作为冶金行业的原材料。

中国最大的铜矿--江西德兴铜矿。江西省上饶市德兴市境内，铜年产量中国第一。德兴探明铜金属资源储量占全国第三位。

铜的导热性导电性耐腐蚀性都很好，化学性质也很好，比较稳定，熔点相对较低，因此是古代最先冶炼的金属之一。在生活中也有广泛的应用，有很多的器物都是用铜做的。铜与生活铜锁铜钱铜碗铜钟三大方法电解冶金湿法冶金火法冶金过程：火法冶金：

矿石或精矿中的部分或全部矿物在高温下经过一系列物理化学变化，生成另一种形态的化合物或单质，分别富集在气体、液体或固体产物中，达到所要提取的金属与脉石及其它杂质分离的目的。火法冶铜干燥焙解熔炼精炼焙烧蒸馏工艺流程流程造锍熔炼得到冰铜

转炉吹炼得到粗铜火法精炼得到阳极铜

电解精炼得到阴极铜

回转精炼炉结构：由炉体、托轮装置、驱动装置、燃烧器、炉尾燃烧室组成。特点：结构简单、

机械化、

自动化程度高.

精炼炉火法设备1加料

粗铜锭、铜线等2熔化

使炉温在1573K以上3氧化

由熔体中Cu2O氧化而非空气4还原在1473K左右把Cu2O还原成铜5浇注浇注阳极板反射炉步骤过程湿法冶金：

就是金属矿物原料在酸性介质或碱性介质的水溶液进行化学处理或有机溶剂萃取、分离杂质、提取金属及其化合物的过程。湿法冶铜浸出分离净化制备1、就地堆浸工艺2、尾矿堆浸法3、氧化铜搅动堆浸法4、焙烧炉煅烧堆浸法堆浸法将原矿中的Cu溶于水溶液中，在大气环境下将硫酸溶液喷入大矿石堆中。湿法冶金每年的产铜量为250万吨，约占全年铜产量的20％。湿法冶金的铜产量几乎全部由堆浸法生产。湿法优点优点2设备简单

4操作容易

3节省燃料1不必使用鼓风

电冶金电冶金：

利用电能从矿石或其他原料中提取、回收和精炼金属的冶金过程。电冶金又分为电热冶金和电化冶金。电冶金电炉冶炼熔盐电解水溶液电解铜的电解精炼：以火法精炼铜为阳极，纯铜片为阴极硫酸和硫酸铜的水溶液为电解液通直流电作用工艺流程阳极反应：Cu—2e=Cu2+Me—2e=Me2+H2O—2e=2H++1/2O2SO4

2-—2e=SO3+1/2O2阴极反应：Cu2++2e=Cu2H++2e=H2

Me2++2e=Me电解槽热交换器高位槽集液槽耐酸泵过滤器等电解设备电解槽电解槽由槽体、阳极和阴极组成，工业上长3～6m，宽度×深度为1.1m×1.3m特性：导电性好稳定不易挥发对设备腐蚀性小对某些杂质溶解度小无毒等电解液铜电解液由H2SO4,CuSO4,H2O配制而成。Cu2+一般控制在50g/L左右。奥托昆普闪速熔炼：

采用富氧空气作为氧化气体。在反应塔顶部设置了下喷型精矿喷嘴。干燥的精矿和熔剂与富氧空气或热风高速喷入反应塔内，在塔内呈悬浮状态。物料在向下运动过程中，与气流中的氧发生氧化反应，放出大量的热，使反应塔中的温度维持在1673K以上。奥托昆普工艺控制量：

1

速率

2品位

3渣成分

4温度

5炉膛奥托昆普闪速炉由精矿喷嘴、反应塔、沉淀池及上升烟道等四个主要部分组闪速炉沉降室反应室出口烟道将干燥的颗粒状加入料与富氧鼓风混合。排含SO2高温烟气使O2和加入的Cu-Fe-S颗粒反应排熔琉和熔渣使冰铜和渣分层燃烧室废铜分类：

1、1号废铜电缆线，线结节等2、2号废铜线，重废铜等

3、低铜排水管，氧化锅炉等

4、精炼黄铜制品混合合金废铜

5、含铜废品浮渣，炉渣，粉料等铜渣与回收冶金方向：一是冶金物理化学二是冶金工程三是能源与环境工程

近年来，中国冶金行业保持着高速发展，冶金企业的生产经营规模急剧扩张，企业间的兼并重组成为潮流，行业集中度不断提升，公司的管理幅度迅速加大，冶金企业出现了集团化的发展趋势。据可靠资料，到2012年底中国仅有40多所高校开设冶金工程专业，每年培养的专业人才仅3000-5000人左右非常有限，而市场需求量又特别大。有关统计数据显示，市场对冶金工程专业人才的需求是实际该专业毕业生人数的数倍。冶金前景第二部分：硫铁矿制酸技术(NH4)2SO4H2CO2SO2等制气体金属除锈硫酸的消费量是一个国家工业发达水平的一种标志（“工业之母”）1.一千多年前的波斯人用煅烧绿矾（FeSO4.7H2O)方法制硫酸当时的人称之为“绿矾油”反应过程可以表示为：

煅烧

2（FeSO4.7H2O)==Fe2O3+SO2+SO3+14H2O

2.1740年英国人在陶器中加热硫磺和硝酸的混合物制硫酸后来在此基础上发展起来的各种方法都叫做硝化法或铅室法。反应过程可以表示为：

NO2

+SO2

＝NO+SO3

SO3+H2O＝H2SO4

3.1831年英国人又发明了接触法。目前，硫酸有80%以上都是用这种方法生产。

硫酸生产发展简史和我国硫酸工业的现状我国在1867年上海建成第一座硫酸厂。到1949年产仅4万吨，而到2010年时我国的硫酸产量就已达到7120万吨。2002～2006年我国各原料制酸生产能力情况单位：kt/a项目2002年2003年2004年2005年2006年硫磺制酸1350014600177002330028700硫铁矿制酸1650016800168001880020700烟气制酸7900830093001100012600其它550550550550550总计3845040250443505365062550我国的硫酸工业一、接触法制硫酸的化学反应原理说明：选择制取硫酸的原料应从实际出发,世界上主要用硫磺作原料，而我国主要用黄铁矿作原料。

FeS2H2SO4SO3SO2

1.造气

2.接触氧化

3.三氧化硫的吸收S+O2

SO2点燃SO3+H2OH2SO42SO2+O22SO3催化剂加热反应原理：4FeS2+11O2

2Fe2O3+8SO2高温生产原料：硫磺或黄铁矿、石膏、有色金属冶炼厂的含二氧化硫烟气、空气、水

生产硫酸须先制得含二氧化硫的原料气，原料气制备的工艺视原料不同而异。原料包括硫铁矿、硫磺、冶炼烟气、硫化氢、石膏和废硫酸等。硫铁矿是硫化铁矿物的总称，它包括黄铁矿与白铁矿（FeS2），以及磁硫铁矿（Fe1-xS），三者中以黄铁矿为主。

硫铁矿经焙烧后制得含二氧化硫的气体。历史上曾采用过块矿炉、机械炉、回转炉、悬浮炉进行硫铁矿的焙烧，现均使用沸腾焙烧炉。为保证正常生产和硫铁矿渣的利用，对原料矿中的有害杂质如砷、氟等的含量也都有相应的限制。硫铁矿：浮选硫铁矿、普通硫铁矿、含煤硫铁矿。工业生产途径流程：矿石的破碎→配料→矿石的干燥→矿石的焙烧→烟气的净化→烟气的干燥→转化→吸收→尾气的处理（破碎、筛分、配矿、脱水）

硫铁矿焙烧时的反应为：

4FeS2+11O2─→2Fe2O3+8SO2

+3415.7kJ(1)当过剩氧量较少时，反应按下式进行：

3FeS2+8O2─→Fe3O4+6SO2

+2438.2kJ(2)

通常希望反应按(2)进行，以利矿渣利用，并减少三氧化硫的生成。控制沸腾层焙烧温度在850～950℃，炉内设置废热锅炉的受热元件，以回收多余的反应热。

二、接触法制硫酸的生产工艺【问题1】为什么要将黄铁矿粉碎成细小矿粒？【问题2】为什么要从炉底通入强大空气流？

4FeS2+11O2===2Fe2O3+8SO2高温粉碎的黄铁矿鼓入强大空气流沸腾炉流程1：造气【问题3】试分析黄铁矿燃烧后从沸腾炉中出来的炉气中含有哪些物质？SO2、O2、N2、水蒸气以及一些杂质，如As、Se等的化合物和矿尘等等。酸洗干燥除尘SO2、O2、N2容易使催化剂中毒腐蚀设备，影响生产除矿尘除As、Se化合物除水蒸气【讨论】根据反应速率和化学平衡理论,考虑综合经济效益，你认为采取哪些措施(催化剂、浓度、温度、压强)可以提高SO2的利用率?浓度：增大廉价原料的用量以增大O2的浓度，可以提高SO2的利用率，从而降低生产成本。温度：从平衡角度看，此反应在较低温度下进行最为有利，但温度低时催化剂活性不高，反应速率低，从综合经济效益考虑，对生产不利。故在实际生产中，选定400℃～500℃压强：考虑到加压对设备的要求高，投资大和能耗大，且常压下400℃～500℃时，SO2的转化率已经很高，从综合经济效益考虑，在实际生产中，通常采用常压操作。并不加压。2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)

△H=-196.6kJ/molV2O5流程2：接触氧化接触室热交换器钒催化剂【问题】SO2的接触氧化需在400℃～500℃条件下进行：①反应前要把低温的炉气预热到这个温度？②该反应放热，环境温度会升高，不利于SO3生成？温度较低气体甲热气体乙热交换原理一种流体在管道内流动，另一种流体在管道外流动。两种流体通过管壁进行热交换冷的流体被加热；热的流体被冷却。冷气体乙温度较高气体甲热交换原理：热交换气中冷热气体的流向是相反的，冷的气体（SO2、O2、N2）被预热，而热的气体（SO3、SO2、O2、N2）被冷却，这种方式能够节约能源，在工业生产中广泛采用。二氧化硫与氧气生成三氧化硫的反应是可逆反应，因此从接触室出来的气体为三氧化硫、二氧化硫、氧气和氮气的混合气。思考：接触室中热交换器的作用?从接触室出来的气体成分是什么？沸腾炉接触室沸腾炉SO2、N2、O2；

<600C5000C8500CSO3、SO2、N2、O22SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)

△H=-196.6kJ/molV2O5流程3：三氧化硫的吸收SO3(g)+H2O(l)=H2SO4(l);△H＝－130.3kJ/mol【问题】为什么不用水或稀硫酸来吸收三氧化硫？常用98.3%的硫酸作吸收剂！！！三氧化硫如用水或稀硫酸作吸收剂时，易形成酸雾，吸收速度减慢，不利于三氧化硫的吸收。吸收塔98.3%H2SO4尾气逆流吸收：(SO3从塔的下部通入,98.3%的硫酸从塔顶喷下):增大SO3和H2SO4的接触面积,强化吸收过程.SO3、SO2、

N2、O2发烟硫酸【问题】吸收过程在吸收塔中进行。采取何种方式可以保证SO3被98.3%的浓硫酸完全吸收？吸收塔内填充有大量瓷管，以增大被吸收气体与吸收液的接触面积。思考：吸收三氧化硫为什么不用水和稀硫酸，而用98.3%的浓硫酸？浓硫酸为什么必须从塔顶喷下？逆流原理：三氧化硫与水反应，放出大量的热，用水或稀硫酸吸收三氧化硫易形成酸雾，酸雾的形成不利于气体三氧化硫被进一步吸收，吸收速度慢，且吸收不完全，98.3%的浓硫酸从塔顶淋下，气体由下往上，流向相反，充分接触，吸收更完全，由此看来工业生产上特别重视生产的速度及原料的利用率。【问题】尾气的组成：SO2

、O2、N2。由于含有二氧化硫，如直接排入大气，会造成污染；同时也会造成原料的浪费。如何处理尾气？氨水法：NH3·H2O2NH3·H2O+SO2＝(NH4)2SO3+H2ONH3·H2O+SO2＝NH4HSO31.将尾气再次通入到接触室，进行再次氧化，吸收；2.将再次氧化吸收后的尾气进行回收处理；(NH4)2SO3+H2SO4==(NH4)2