《冶金学-cu-08-3-冰铜吹炼-电解精炼》由会员分享，可在线阅读，更多相关《冶金学-cu-08-3-冰铜吹炼-电解精炼（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,3.3 冰铜的吹炼,3.3.1 概述,3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,3.3.3 冰铜吹炼的生产实践,2,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.1 概述,冰铜的吹炼多在水平转炉中进行，其主要原料为熔炼产出的液态冰铜。 吹炼的作用：是利用空气中的氧，将冰铜中的铁和硫几乎全部氧化除去，同时除去部分杂质，以得到粗铜。 FeS(l) + Cu2O(l) = Cu2S(l) + FeO(l)； G0= -105437-85.48T (J) 此反应的G0在所有熔炼温度范围内都有很大负值。表明有FeS存在时，Cu2O不可能稳定存在，必然被硫化成Cu2S。,3,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.1 概述,只有当FeS
2、完全氧化除去后，Cu2S和Cu2O的相互反应才有可能进行，这就是冰铜吹炼分两个阶段的热力学依据。因此，转炉吹炼是一个周期性的作业，可分为两个阶段： 第一阶段：造渣期，主要进行FeS的氧化和造渣反应； 第二阶段：造铜期，主要进行Cu2S的氧化及Cu2S和Cu2O的相互反应，最终获得粗铜。 造渣期根据情况加入冰铜和石英溶剂，并间断地排放炉渣。造铜期无需加溶剂，不产出炉渣。,4,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,(1) 热力学分析-金属硫化物吹炼行为,吹炼是金属硫化物发生氧化反应的过程 主要可分为如下4个反应氧化深度不同): MeS+O2=Me + SO2 (1) MeS+1.5
3、O2=MeO+ SO2 (2) MeS+2O2=MeSO4 (3) MeS+2MeO=3Me+ SO2 (4) 对于不同的金属, 氧化反应的结果也不同, 它们在吹炼过程中的行为就会出现差别,5,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,11501300吹炼温度下硫酸盐的不稳定使反应(3)不可能进行; 反应(1)是一个氧化产出金属的总反应，他的反应实际上由(2) 和(4)两个步骤完成； 对于绝大多数金属硫化物来说，生成氧化物的反应(2)都可以进行，见图2-3.1 ； 针对不同的金属，能否吹炼成金属状态，关键在于反应(4)能否进行； 如果(2) 和(4) 能同时进行，金属硫化物就会转化
4、成金属；如果反应(4)不能发生，该金属硫化物就会造渣,(1) 热力学分析-金属硫化物吹炼行为,6,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,(1) 热力学分析-金属硫化物吹炼行为,7,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,图2-3.1是标准状态下的结果，无法代表实际吹炼的条件，为了更加直观分析金属硫化物的吹炼行为，可以利用自由焓计算确定。 MeS+2MeO=3Me+ SO2 (4) G4= G40 -RTlnPSO2 (5) 当G40 时，反应4可以进行，此时G40RTlnPSO2 可令方程(5)G4=0, 计算出lgPSO2与温度T的关系，相当于反应开始发生时lg
5、PSO2随温度T的变化曲线。 将以上曲线与实际吹炼温度下的PSO2进行比，在吹炼温度下，如果计算的lgPSO2比实际吹炼时的lgPSO2大，反应就会发生。,(1) 热力学分析-金属硫化物吹炼行为,8,(1) 热力学分析,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,当反应的SO2平衡浓度高于横坐标1线时，表示SO2分压在1atm101.3kPa时可生成金属； 当反应的SO2平衡浓度高于横坐标2线时，表示SO2分压在14 kPa(正常吹炼)时方可生成金属；,9,(1) 热力学分析,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,热力学分析小结 在硫化物氧化生成金属的反应中： 金属C
6、u在大约700 以上即可顺利生成； 金属Pb在大约900 以上生成； 金属Zn在大约1200 以上生成； 金属Ni在大约1800 以上生成； 金属Fe在2000 以内无法生成； 正常的吹炼操作温度在11501300， SO2分压约在14 kPa。Cu、Pb、Zn可生成金属；Ni很难生成，Fe不会生成。,10,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,（2）间断吹炼过程的理论分析 FeS的优先氧化,11,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,（2）间断吹炼过程的理论分析FeS的优先氧化,造硫反应：FeS(l)+Cu2O(l)=Cu2S(l)+FeO(l)； G0= -
7、105437-85.48T (J) 表明有FeS存在时，Cu2O不可能稳定存在，必然被硫化成Cu2S。 只有当FeS完全氧化除去后，Cu2S和Cu2O的相互反应才能进行，这就是冰铜吹炼产出粗铜分两个阶段的热力学依据,12,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,（2）间断吹炼过程的理论分析Cu2S的氧化与粗铜的形成,13,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,（2）间断吹炼过程的理论分析 Cu2S的氧化与粗铜的形成,造铜反应：2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2；Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2 AB：吹炼进行，硫减少，生成的Cu溶解在Cu2S中，直到B点
8、， Cu2S中的Cu量达到10%； BC：B点后继续进行吹炼， Cu2S和Cu 分相开始，上边是含Cu 10%的Cu2S相，下边是含9% Cu2S的粗Cu相；继续向C点氧化吹炼，两相成分不变，但粗铜量增加，到C点时Cu2S相消失。 CE：吹炼到C点后只有粗铜一相，其含硫量与吹炼程度有关，继续充氧吹炼时铜中溶解的硫逐渐降低，到E点时铜中不含S和O，此时是理想的吹炼终点。 ED：到达E点后，如果继续鼓风向D点吹炼，粗铜中溶氧量升高，会产生过吹，金属铜氧化，到D点时开始有Cu2O新相生成。 生产上一般含硫0.5时停止吹炼，含Cu 98.599%,过吹可用热冰铜还原。,14,3.3 冰铜的吹炼- 3.
9、3.2 冰铜吹炼的理论基础,（2）间断吹炼过程的理论分析Fe3O4的生成与破坏,15,从前面表中反应可以看出： a. FeS和FeO均可氧化成Fe3O4，两个反应的标准自由焓变相近。表明吹炼过程中熔体内的Fe3O4既可由FeS氧化产出，也可由FeO进一步氧化产出； b. 无SiO2时，Fe3O4被FeS还原需要1600以上，而SiO2存在时，很容易反应生成铁橄榄石炉渣。 在实际生产中由于Fe3O4(S)、FeS(l)和SiO2(S)接触不良， Fe3O4不能被彻底还原，导致炉渣中Fe3O4含量升高，一般达到1225%。,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,（2）间断吹炼过程的
10、理论分析Fe3O4的生成与破坏,16,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,（2）间断吹炼过程的理论分析Fe3O4的生成与破坏,图2-32 不同SiO2含量下，冰铜品位对Fe3O4的影响 （T=1573K，pSO2=10132.5Pa）,17,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,（2）间断吹炼过程的理论分析Fe3O4的生成与破坏,渣中Fe3O4对渣性质影响很坏，因此一定要控制它的生成和析出。影响Fe3O4生成的因素：熔体温度、pSO2、FeO和FeS等（参见前页两图）。 抑制措施： 提高炉温； 降低 SO2分压； 提高渣中SiO2含量 在实际操作中熔体温度和p
11、SO2变化不大， FeO与炉渣中的SiO2的含量有关，FeS与冰铜品位有关，所以最终影响Fe3O4生成的主要因素是渣中SiO2含量。,18,在造渣期，由于FeS的存在，氧化的NiO在1573K以上温度下，被硫化成硫化镍（镍的造锍反应）。 在造铜期，2Ni3S2(l) + 7O2 (g) = 6NiO + 4SO2，该反应很慢，而且生成的NiO难于造渣。 而炉内温度达不到Ni3S2和NiO交互反应的温度，所以不能产生金属Ni。但当有大量铜和Cu2O时，有少量的Ni析出，因此吹炼过程难以将镍大量除去，一般粗铜含镍0.50.7%。 Ni3S2(l) + 4Cu(l) = 3Ni + 2Cu2S(l)
12、 Ni3S2(l) + 4Cu2O(l) = 8Cu + 3Ni + 2SO2,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,(3) 冰铜吹炼过程中杂质元素的变化规律 Ni3S2,19,CoS是在冰铜FeS含量非常低（低于10）时才被氧化，生成的CoO与SiO2造渣。因此CoS在造渣反应末期才开始氧化造渣。 工业上把吹炼后期的转炉渣作为提钴的原料，一般含钴可达0.40.5%。,在造渣期，ZnS被O2或FeO氧化成ZnO，然后与SiO2造渣。这一部分的锌占冰铜锌总量的7080%。 1520%的Zn按下列反应生成锌蒸气进入炉气。 2ZnO + ZnS = 3Zn(g) + SO2 ZnS
13、+ 2Cu = Cu2S + Zn(g),3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,(3) 冰铜吹炼过程中杂质元素的变化规律 CoS,(3) 冰铜吹炼过程中杂质元素的变化规律 ZnS,20,在造渣期 造渣后期PbS氧化生成PbO，易与SiO2造渣，约有2530%的PbS氧化造渣； 因为PbS沸点（1280）较低，约有4050%的PbS直接挥发进入烟气； 约有2530%的PbS进入白锍。 在造铜期， 在造铜期末，白锍中的PbS与PbO反应生成金属铅。生成的Pb易挥发，大部分进入烟气中重新氧化为PbSO4与PbO ；只有极少量留Pb在粗铜中。,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼
14、的理论基础,(3) 冰铜吹炼过程中杂质元素的变化规律 PbS,21,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,(3) 冰铜吹炼过程中杂质元素的变化规律 Bi2S3,Bi2S3在吹炼过程中大部分被氧化为Bi2O3，生成的Bi2O3与Bi2S3发生交互反应生成金属Bi。 Bi2S3蒸气压大： 在1100， Bi2S3蒸气压为1574Pa。 金属Bi的沸点为1506，在1100 Bi的蒸气压为900Pa 因Bi及其化合物易于挥发，90铋进入烟气中，少量金属铋留在冰铜中。,22,这两种元素的硫化物大部分氧化成As2O3和Sb2O3进入烟气； 少量被氧化成As2O5和Sb2O5进入炉渣。 只
15、有少量铜的砷化物和锑化物留在粗铜中。,在吹炼过程中，冰铜中的Au、Ag基本上以金属形态留在粗铜中。,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,(3) 冰铜吹炼过程中杂质元素的变化规律As和Sb,(3) 冰铜吹炼过程中杂质元素的变化规律贵金属,23,3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2 冰铜吹炼的理论基础,24,（1）冰铜吹炼设备转炉,3.3 冰铜的吹炼3.3.3 冰铜吹炼的生产实践,25,3.3 冰铜的吹炼3.3.3 冰铜吹炼的生产实践,（2）冰铜吹炼的操作,作业过程造渣期： （1）先将炉温升到1200左右，转到停风位置加入第1批铜锍，装入量使风口在液面下200300mm； （2）旋转
16、炉体到吹风位置，边旋转边吹风，吹炼几分钟后（升到1200 ）加入石英溶剂； （3）炉温升到12001250左右时，再转到停风位置加入冷料（一般的含铜物料可以是团矿、干燥后的铜精矿和金精矿），然后再转回吹风位置，边转边吹风； （4）炉渣造好后旋转炉子，风口离开液面后停风倒渣； （5）此后再加入铜锍，重复前面的操作，直到炉内铜量满足造铜期的要求为止； （6）筛炉最后一次除去熔体内残留的FeS，倒出最后一批渣，保持熔体温度12001250左右。,26,3.3 冰铜的吹炼3.3.3 冰铜吹炼的生产实践,（2）冰铜吹炼的操作,作业过程造铜期： （1）筛炉时间最后一次加入铜锍，直到倒出最后一批渣，石英分多批次少加；期间保持熔体温度120
