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銅硫冶煉的基本原理

硫化銅精礦壹般含銅10% ~ 30%,除脈石外,還常伴有大量的硫化鐵,超過主要金屬銅。因此,用火法直接從精礦中冶煉粗金屬在技術上仍有困難,在金屬回收率和金屬產品質量上也不容易達到要求。因此,世界上普遍采用冰銅熔煉-銅冰銅吹煉工藝處理硫化銅精礦。這個過程的原理是銅對硫的親和力大於鐵和壹些雜質金屬,鐵對氧的親和力大於銅的物理性質。在高溫和控制氧化氣氛的條件下,鐵等雜質金屬通過進入爐渣或煙塵逐漸被氧化除去,而金屬銅則富集在各種中間產物中,提純逐漸被提及。

在銅的熔煉富集過程中,鋶熔煉是壹個重要的單元過程,即硫化銅精礦、部分氧化物焙砂、返料和適當的熔劑在1423 ~ 1523 K的高溫下熔煉,產生兩個互不相溶的液相(鋶和渣)。所謂冰銅,是指硫化亞鐵和重金屬硫化物相互熔融形成的硫化物熔體;爐渣是指冶煉過程中礦石中的脈石、爐料中的熔劑和其他造渣成分形成的金屬矽酸鹽、鐵酸鹽和鋁酸鹽混合物的熔體。造鋶熔煉主要包括造渣和造鋶兩個過程,主要反應如下:

2 FeS(l)+3 O2(g)= 2 FeO(l)+2so 2(g)(1)

2FeO(l)+SiO2(s)=2FeO。二氧化矽(1)(2)

xFeS(l)+yCu2S(l)= yCu2S . xFeS(l)(3)

FeS (1)的氧化反應可以達到爐料部分脫硫的目的;造渣反應(2)主要是除去爐料中的部分鐵,並通過造渣除去爐料中的成分和雜質如SiO2 _ 2、Al _ 2O _ 3和CaO造鋶反應(3)是使爐料中的硫化亞銅和未氧化的硫化亞鐵相互熔融,生成含銅量高的液態鋶(又稱冰銅)。冰銅中銅、鐵、硫的總量往往占85% ~ 95%,爐料中的貴金屬幾乎全部進入冰銅。礦渣是壹種含2FeO的離子矽酸鹽熔體。SiO2(鐵橄欖石)為主要成分,而冰銅是以Cu2S和FeS為主要成分的價態硫化物熔體。兩者互不相溶,而且銅鋶的密度大於爐渣的密度,所以銅鋶和爐渣可以相互分離。傳統的鋶熔煉方法有反射爐熔煉、電爐熔煉和密閉鼓風爐熔煉;現代強化熔煉方法有閃速熔煉、諾蘭達法、三菱法、瓦紐科夫法、銀法、伊薩法或奧斯麥特法。

鋶熔煉的目的是將爐料中的銅全部富集在銅鋶相中,收集渣相中的脈石、氧化物和雜質成分,然後將銅鋶從渣相中完全分離出來。為了達到這兩個目的,造鋶和冶煉過程必須遵循兩個原則,壹是爐料中必須有相當數量的硫才能形成銅鋶,二是爐渣中含有接近飽和的二氧化矽,使銅鋶和爐渣不相溶。

當爐料中有足夠的硫時,在高溫下,由於銅對硫的親合力大於鐵,鐵對氧的親合力大於銅,FeS可以根據以下反應硫化銅:

FeS(l)+Cu2O(l)=FeO(l)+Cu2S(l)

在1473K的熔化溫度下,Cu2O幾乎完全被FeS硫化。實踐證明,無論氧化銅的形態如何,上述反應都可以進行。該反應也用於從轉爐渣中回收銅,這是火法煉銅中的壹個重要反應。

對爐渣性質的研究表明,當沒有二氧化矽時,液體氧化物和硫化物是高度可混溶的。實驗表明,當體系中不含SiO2 _ 2時,例如含30% ~ 60% Cu的銅冰銅,在1427K K時,可溶解高達其自身質量50%的FeO,因此,不含SiO2 _ 2的硫化物-氧化物體系基本上是單相,即渣不能與冰銅分離。但隨著體系中SiO _ 2含量的增加,爐渣與冰銅的不混溶性逐漸增加,直到SiO _ 2含量高於5%時,冰銅與爐渣開始分離。當爐渣飽和SiO2時,爐渣與冰銅的互溶性最小,冰銅與爐渣的分離度最大。表2-4列出了壹組飽和SiO _ 2的Cu2S-FeS-FeO-SiO _ 2系統中兩個不互溶液相的平衡組。

關於二氧化矽的機理,壹般認為,沒有二氧化矽時,氧化物和硫化物以價鍵結合成半導體(Cu-Fe-S-O)相。當有二氧化矽時,它會與氧化物結合形成強鍵合的二氧化矽陰離子,從而匯集成離子渣相。硫化物沒有顯示出形成這種二氧化矽陰離子的趨勢,而是保持為具有明顯價鍵的銅鋶相。這樣,形成了兩個不混溶的層。

其他實驗表明,CaO和Al2O3都能與SiO2形成絡合物,並能降低渣中FeS等硫化物的溶解度,從而提高渣冰分離效果。因此,爐渣中含有少量的氧化鈣和氧化鋁也是有益的。

繼續問:30% ~ 60% Cu的銅鋶下壹步冶煉方法是什麽?補充回答:

銅鋶壹般用P-S轉爐吹煉(1909皮爾士和史密斯在巴爾的摩首次成功地用內襯堿性或中性耐火材料的轉爐吹煉銅鋶,所以臥式轉爐也俗稱P-S轉爐),銅鋶吹煉到98。轉爐吹煉的本質是在壹定的壓力下向液態銅鋶中送入空氣,使銅鋶中的FeS氧化成FeO並與添加的應時熔劑熔渣,Cu2S與氧化的Cu2O反應成為粗銅。吹煉過程所需的熱量完全依賴於鋶中硫和鐵的氧化成渣反應釋放的熱量,這是壹個自熱過程。吹制過程的溫度約為65438±0250攝氏度。

繼續問:98.5% ~ 99.5%的粗銅,接下來怎麽辦?補充回答:

火法冶金精煉仍用於處理粗銅,雜質如鐵、鉛、鋅、鉍、鎳、砷、銻和硫應從粗銅中除去。雜質對氧的親和力大於銅,雜質氧化物在銅中的溶解度低。首先向銅液中吹入空氣氧化去除雜質,然後向銅液中加入還原劑去除氧氣。最終獲得化學成分和物理規格滿足電解精煉要求的陽極銅。

還有壹點:別再問了,我很忙。。。。。。

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