有色金属冶金学11-铜冶金.ppt

第四篇重金属冶金 第6章铜冶金6 1概述6 1 1世界铜生产概况铜是人类最早发现和使用的金属之一中国是世界上最早使用铜器的国家之一 中世纪铜矿的开采主要是在欧洲的西班牙 日耳曼 英国 俄罗斯 目前铜产量顺序为 美国 智利 日本 中国 6 1 2铜及其主要化合物的性质与用途6 1 2 1铜的性质 1 物理性质颜色 玫瑰红色 延展性 柔软 导电导热性 仅次于银 居金属的第二位 元素周期表第四周期第IB族元素 原子序数29 原子量63 57 密度8 96g cm3 熔点1083 4 沸点2567 2 化学性质6 1 2 2铜的用途 1 电气工业48 2 2 建筑工业16 2 3 运输交通6 6 4 通用工具20 6 5 家用及其它8 4 6 1 3炼铜原料及方法6 1 3 1炼铜原料在地壳中的丰度7 0 10 5 g t 铜矿物分为自然铜 硫化矿和氧化矿 硫化矿 Cu2S 辉铜矿 CuFeS2 黄铜矿 CuS 铜蓝 氧化矿 Cu2O 赤铜矿 CuO 黑铜矿 CuCO3 Cu OH 2 孔雀石 6 1 3 2铜的生产方法 1 火法 造锍熔炼 锍的吹炼 粗铜火法精炼 阳极铜电解精炼 2 湿法 焙烧 浸出和净化 电沉积锍 各种硫化物的混合体 6 2造锍熔炼的基本原理6 2 1造锍熔炼时物料的物理化学变化 1 各类高价化合物及碳酸盐的离解 1200 以上 FeS2 FeS 0 5S2FenSn 1 nFeS 0 5S22CuFeS2 Cu2S 2FeS 0 5S22CuS Cu2S 0 5S22Cu3FeS3 3Cu2S 2FeS 0 5S23NiS Ni3S2 0 5S22CuO Cu2O 0 5O2CaCO3 CaO CO2MgCO3 MgO CO2在熔炼高温下 稳定的铜化合物物为Cu2S Cu2O 稳定的铁硫化物是FeS 稳定的镍硫化物是Ni3S2 2 硫化物氧化FeS 1 5O2 FeO SO2FeS2 2 5O2 FeO 2SO23FeS 5O2 Fe3O4 3SO2Cu2S 1 5O2 Cu2O SO2 3 铁的氧化物及脉石造渣反应2FeO SiO2 2FeO SiO23Fe3O4 FeS 5SiO2 5 2FeO SiO2 SO2 4 燃料的燃烧反应C O2 CO22H2 O2 2H2OCH4 2O2 2H2O CO26 2 2锍的形成及其特性铁的硫化物FeS在高温下能与许多重金属硫化物形成共熔体即锍 冰铜 铜以Cu2S的形态与未被氧化的FeS及少量的其他金属硫化物形成的锍 冰铜组成 Cu2S FeS 少量铁的氧化物 PbS ZnS Co3S Au Ag 铂族金属全部溶入冰铜 Se Te As Sb Bi等元素部分溶入冰铜 通常冰铜中氧的质量分数约为3 氧在冰铜中以FeO和Fe3O4两种形态存在 随着冰铜品位的升高 氧的含量降低 随二氧化硅含量增高 含氧量下降 6 2 3造锍熔炼炉渣及其特性炉渣是炉料和燃料中各种氧化物的共熔体 炉渣组成 FeO SiO2 CaO FeO SiO2 Al2O3和FeO Fe2O3 SiO2渣系 炉渣的碱度定义 M0 w CaO w MgO w FeO w SiO2 w Al2O3 M0 1的炉渣为中性渣 M0 1的炉渣为碱性渣 M0 1的炉渣为酸性渣 炉渣的粘度 1 组成炉渣的氧化物对粘度的影响 SiO2对炉渣粘度的影响 在熔融的炉渣中 SiO2以硅氧络阴离子形态存在 它的最小单位是Si O四面体结构 SiO4 4 炉渣中SiO2质量分数越高 硅氧络阴离子的结构越复杂 离子半径越大 炉渣的粘度越大 流动性越差 碱性氧化物对炉渣粘度的影响 使硅氧络离子结构变得简单 减低炉渣粘度 2 温度对炉渣粘度的影响 造锍熔炼过程对炉渣的基本要求 1 炉渣与冰铜不互溶 对Cu2S溶解度小 2 具有良好的流动性 3 具有相对低的密度 4 具有相对大的界面张力 6 2 4造锍熔炼过程中FeS的优先氧化 FeS是铜最终以Cu2S形态进入冰铜的保证 造锍熔炼的物料中 主要是铜和铁的硫化物 只要料中有FeS存在 铜的氧化物 Cu2O 就必然会按下式转变成硫化物 Cu2S 进入冰铜相 FeS l mt Cu2O FeO l sl Cu2S l mt K1473 2 78 104 0 144570 13 05T J 体系中Cu2S和FeO是稳定相 6 2 5化学位图熔炼冶金过程涉及O2 S2 SO2 是Me S O组成的体系 硫位 氧位图 以各种化学反应达到平衡时的热力学计算为基础绘制而成 表示在一定温度下金属及其化合物在S2 O2 SO2气氛下稳定存在的热力学条件 通过对硫位 氧位图的研究 能够深入了解金属及其化合物稳定存在的条件 可以判断在给定的条件下哪些反应可能进行 哪些反应不能进行 采取哪些措施改变热力学条件可以促使反应进行 造锍熔炼过程中杂质行为 1 锍和铜是贵金属的良好捕收剂 2 炉渣 FeO 脉石 3 烟尘 易挥发杂质或其氧化物易挥发 6 3造锍熔炼方法造锍熔炼分熔池熔炼 漂浮熔炼两类 6 3 1熔池熔炼熔池熔炼是将氧气或富氧空气经设于侧墙 埋于熔池中的风口或经设于反应器顶部的喷枪直接鼓进锍层或炉渣层 炉料未经干燥直接加到受鼓风强烈搅动的炉池表面 实现气液固三相反应 工业应用的有 反射炉法 诺兰达法 瓦纽科夫法 三菱法 白银法 艾萨法 氧气顶吹回转转炉法 6 3 2漂浮状态熔炼漂浮状态熔炼是将几乎彻底干燥的精矿与空气或富氧空气或预热空气一起喷入炽热的炉子空间 使硫化物在漂浮状态下 流态化 进行氧化反应 受热熔化 以便充分利用粉状物料的巨大面积 加速完成初步造锍和造渣等冶金过程 烟气综合利用 工业上应用的的有 闪速熔炼法 基夫塞特法 康托普法 OSS法 闪速熔炼法 奥托昆普闪速熔炼和印柯闪速熔炼 6 3 3密闭鼓风熔炼 课后作业题 1铜矿物分几个类型 2铜的生产方法分几类 火法炼铜的主要优点是什么 3火法炼铜的原料是什么 生产的主要步骤有哪些 4造锍熔炼的目的是什么 何谓造锍熔炼 5火法和湿法炼铜的原则流程 6造锍熔炼过程中物料的主要物理化学变化 7冰铜的概念 氧在冰铜中是以什么形态存在的 8冰铜中铜的品位与氧含量有什么关系 9炉渣碱度是如何定义的 11碱性渣和酸性渣有什么区别 12造锍熔炼过程对炉渣的基本要求如何 13为什么说造锍熔炼