铜造硫熔炼的基本原理

发布网友发布时间：2022-04-26 11:44

共1个回答

热心网友时间：2022-06-28 00:54

硫化铜精矿含铜一般为10%～30%，除脉石外，常伴生有大量铁的硫化物，其量超过主金属铜，所以火法由精矿直接炼出粗金属，在技术上仍存在一定困难，在冶炼时金属回收率和金属产品质量上也不容易达到要求。因此，世界上普遍采用造锍熔炼—铜锍吹炼的工艺来处理硫化铜精矿。这种工艺的原理是，利用铜对硫的亲和力大于铁和一些杂质金属，而铁对氧的亲和力大于铜的物性，在高温及控制氧化气氛条件下，使铁等杂质金属逐步氧化后进入炉渣或烟尘而被除去，而金属铜则富集在各种中间产物中，并逐步提到提纯。在铜的冶炼富集过程中，造锍熔炼是一个重要的单元过程，即将硫化铜精矿、部分氧化物焙砂、返料和适量的熔剂等炉料，在1423～1523K的高温下进行熔炼，产出两种互不相溶的液相（熔锍和熔渣）的过程。所谓熔锍是指硫化亚铁与重金属硫化物互熔在一起形成的硫化物熔体；熔渣是指矿石中的脉石、炉料中的熔剂和其他造渣组分在熔炼过程中形成的金属硅酸盐、铁酸盐和铝酸盐等混合物的熔体。造锍熔炼主要包括两个过程，即造渣和造锍过程，其主要反应如下：2FeS(l)+3O2(g)=2FeO(l)+2SO2(g) （1）2FeO(l)+SiO2(s)=2FeO.SiO2(l) （2）xFeS(l)+yCu2S(l)=yCu2S.xFeS(l) （3）FeS的氧化反应（1）可以达到炉料部分脱硫的目的；造渣反应（2）主要是脱出炉料中的部分铁，并使炉料中的SiO2、Al2O3、CaO等成分和杂质通过造渣除去；造锍反应（3）则是使炉料中的硫化亚铜与未氧化的硫化亚铁相互熔解，产出含铜较高的液态锍（又称冰铜）。铜锍中铜、铁、硫的总量常占85%～95%，炉料中的贵金属几乎全部进入铜锍。炉渣是以2FeO.SiO2（铁橄榄石）为主的离子型硅酸盐熔体，铜锍则是经Cu2S和FeS为主的共价型硫化物熔体，二者互不相溶，且铜锍的密度大于炉渣密度，故铜锍与炉渣可以相互分离。传统的造锍熔炼法有反射炉熔炼、电炉熔炼、密闭鼓风炉熔炼；现代的强化熔炼法有闪速熔炼、诺兰达法、三菱法、瓦纽科夫法、白银法和艾萨法或奥斯麦特法。造锍熔炼的目的在于：把炉料中全部铜富集在铜锍相，把脉石、氧化物及杂质成分汇集于熔渣相，然后将铜锍与熔渣相完全分离。为了达到这两个目的，造锍熔炼过程必须遵循两个原则，一是必须使炉料有相当数量的硫来形成铜锍，二是使炉渣含二氧化硅接近饱和,以使铜锍和炉渣不至混溶。当炉料中有足够的硫时，在高温下由于铜对硫的亲和力大于铁，而铁对氧的亲合力大于铜，故FeS能按以下反应使铜硫化：FeS(l)+Cu2O(l)=FeO(l)+Cu2S(l)在熔炼温度1473K，Cu2O几乎完全被FeS硫化。实践证明，不论铜的氧化物呈什么形态存在，上述反应都能进行。这个反应也用于从转炉渣中回收铜，它是火法炼铜的一个重要反应。对炉渣性质的研究表明，当没有二氧化硅时，液体氧化物和硫化物是高度过混溶的。实验表明，当体系中不存在SiO2时，例如含30%～60%Cu的铜锍在1427K下，能溶解达其本身质量50% FeO。因而不含SiO2的硫化物—氧化物体系基本上是单一相，即不能使渣与锍分离。但是，随着体系中SiO2含量的增加，渣—锍间不相混溶性逐步提高，直到SiO2含量高于5%，铜锍与炉渣才开始分离。当炉渣被SiO2饱和时，渣与锍之间相互溶解度最小，铜锍与炉渣之间最大限度的分离。表2-4列出一组被SiO2饱和的Cu2S-FeS-FeO-SiO2体系中两个不相混溶的液相的平衡组。对于二氧化硅作用的机理，一般认为，当没有二氧化硅时，氧化物和硫化物结合成共价分键的半导体（Cu-Fe-S-O）相。当有二氧化硅存在时，它便与氧化物化合而形成强力结合的硅氧阴离子，因而汇集成离子型的炉渣相。硫化物不显出形成这种硅氧阴离子的倾向，而是保留为明显的共价键的铜锍相。这样就形成了不相混溶的两层。另外一些实验表明，CaO和Al2O3都能与SiO2形成络合物，并能降低FeS和其他硫化物在熔渣中的溶解度，从而改善熔渣与溶锍之间的分离效果。所以炉渣中有少量氧化钙和氧化铝也是有好处的。