有色冶金概論-銅冶金

1、 第二章銅冶金第二章銅冶金2.1 概述概述2.1.1 銅的性質(zhì)和用途銅的性質(zhì)和用途1）物理性質(zhì)）物理性質(zhì) 銅是玫瑰紅色的金屬，展性和延性良好?？衫~是玫瑰紅色的金屬，展性和延性良好。可拉成成0.0799毫米的細(xì)絲，或薄片。毫米的細(xì)絲，或薄片。2）化學(xué)性質(zhì)）化學(xué)性質(zhì) 原子量原子量63.54， 一價和二價，一價化合物高一價和二價，一價化合物高溫穩(wěn)定，而二價的化合物則相反。溫穩(wěn)定，而二價的化合物則相反。銅與硫化合生成硫化亞銅銅與硫化合生成硫化亞銅Cu2S和硫化銅和硫化銅CuS.3）銅的用途）銅的用途硫化礦：黃銅礦（硫化礦：黃銅礦（CuFeS2）, 斑銅礦斑銅礦（Cu5FeS4）, 輝銅礦（輝銅礦（C

2、u2S）, 銅銅藍(lán)（藍(lán)（CuS）氧化礦：孔雀石氧化礦：孔雀石（CuCO3.Cu(OH)2）, 硅孔雀石硅孔雀石（CuSiO3.2H2O）, 蘭銅礦蘭銅礦（2CuCO3.Cu(OH)2）, 赤銅礦赤銅礦（Cu2O）, 膽礬（膽礬（CuSO4.5H2O）2.1.2 煉銅原料煉銅原料孔雀石 2.1.3銅的生產(chǎn)方法銅的生產(chǎn)方法 1）火法煉銅）火法煉銅 火法煉銅占銅生產(chǎn)量的90%，主要處理硫化礦。設(shè)備鼓風(fēng)爐、反射爐、電爐、閃速爐和連續(xù)煉銅爐等。 2）濕法煉銅）濕法煉銅 濕法煉銅占銅生產(chǎn)量的10%，主要用以處理氧化礦，也有的處理硫化礦。2.2火法煉銅的基本理論火法煉銅的基本理論2.2.1火法煉銅的基本原理

3、火法煉銅的基本原理 火法煉銅的目的:(1) 使?fàn)t料中的銅盡可能全部進入冰銅,同時使?fàn)t料中的氧化物和氧化產(chǎn)生的鐵氧化物形成爐渣.(2)使冰銅與爐渣分離。 為達到這兩個目的，火法煉銅必須遵循兩個原則：（1）必須使?fàn)t料有相當(dāng)數(shù)量的硫來形成冰銅。（2）使?fàn)t渣含二氧化硅接近飽和，以便冰銅和爐渣不致混溶。 FeS（液）+Cu2O （液） =FeO （液） +Cu2S （液）反應(yīng) G0=-35000+4.6TaaaaFeSCu2OFeOCu2S.K576T.4GlgK02.2.2 銅熔煉的冰銅銅熔煉的冰銅1. 冰銅的成分冰銅的成分 冰銅：是由Cu2S和FeS組成的合金，其中可能還有少量其他硫化物如Ni3S2

4、、Co3S2、PbS和ZnS等，但銅鐵硫的含量占總量的8595%。2. 冰銅的性質(zhì)冰銅的性質(zhì)熔點：9001050。比重：4.85.3 冰銅是貴金屬的良好捕集劑。液體冰銅遇水容易發(fā)生爆炸。 2.2.3 銅熔煉的爐渣1. 爐渣的成分爐渣的成分 爐渣是由各種金屬和非金屬氧化物的硅酸鹽爐渣是由各種金屬和非金屬氧化物的硅酸鹽組成的合金。組成的合金。 主要組成：主要組成：SiO2、FeO和和CaO（三者總量（三者總量8590） 硅酸度是指爐渣中酸性氧化物硅酸度是指爐渣中酸性氧化物SiO2的含氧的含氧量與堿性氧化物含氧星展和的比值，用量與堿性氧化物含氧星展和的比值，用K表示。表示。2. 爐渣的性質(zhì)爐渣的性質(zhì)

5、 (1)爐渣的熔點（爐渣的熔點（1050-1100 ）,影響爐料的溶化速度和影響爐料的溶化速度和燃料消耗燃料消耗; (2)粘度粘度,影響爐渣與冰銅的分離和流動性，影響爐渣的排放影響爐渣與冰銅的分離和流動性，影響爐渣的排放性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)速度和傳熱效果性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)速度和傳熱效果; (3)爐渣的比重（爐渣的比重（3.3-3.6 ）, 爐渣和冰銅的沉清分離爐渣和冰銅的沉清分離,冰銅冰銅與爐渣比重差應(yīng)大于與爐渣比重差應(yīng)大于1; (4)爐渣的導(dǎo)電率（電爐）。爐渣的導(dǎo)電率（電爐）。3. 渣含銅損失占總銅重的占總銅重的12%，損失的三種類型：，損失的三種類型：化學(xué)損失，指銅以化學(xué)損失，指銅以Cu20形態(tài)造渣

6、引起的損失。形態(tài)造渣引起的損失。 物理損失，指銅以物理損失，指銅以Cu2S形態(tài)溶解于爐渣中引起的形態(tài)溶解于爐渣中引起的損失。（酸性爐渣溶解損失。（酸性爐渣溶解Cu2S較少，而較少，而FeO含量高含量高的爐渣對的爐渣對Cu2S溶解度大溶解度大 ）機械損失，由于冰銅顆粒未能從爐渣中沉清所引起。機械損失，由于冰銅顆粒未能從爐渣中沉清所引起。它是爐渣中銅損失最大部分。一般占它是爐渣中銅損失最大部分。一般占50%以上。以上。主要原因：主要原因： 爐渣本身的性質(zhì)不良；爐渣與冰銅的沉清條件不好；爐渣本身的性質(zhì)不良；爐渣與冰銅的沉清條件不好；由于化學(xué)反應(yīng)不完全由于化學(xué)反應(yīng)不完全 ；冰銅顆粒太細(xì)，來不及結(jié)；冰銅

7、顆粒太細(xì)，來不及結(jié)合成大顆粒沉降；操作因素，如在放渣時帶走冰銅合成大顆粒沉降；操作因素，如在放渣時帶走冰銅和生料等。和生料等。4. 渣型的選擇(1)銅爐渣應(yīng)有適當(dāng)?shù)娜埸c一般是銅爐渣應(yīng)有適當(dāng)?shù)娜埸c一般是10501100，生產(chǎn)中爐渣還要，生產(chǎn)中爐渣還要保證保證100-150過熱。過熱。(2)銅爐渣要粘度小，流動性好，以便與冰銅分離。銅爐渣要粘度小，流動性好，以便與冰銅分離。(3)銅爐渣的比重不應(yīng)太大，冰銅和爐渣的比重差在銅爐渣的比重不應(yīng)太大，冰銅和爐渣的比重差在1-2之間。之間。(4)銅爐渣的表面張力要大，進而減少冰銅的懸浮。銅爐渣的表面張力要大，進而減少冰銅的懸浮。 (5)電爐熔煉時，爐渣的導(dǎo)電

8、性要適當(dāng)。電爐熔煉時，爐渣的導(dǎo)電性要適當(dāng)。(6)銅爐渣對冰銅溶解度要小。銅爐渣對冰銅溶解度要小。 (7)造渣所配入的熔劑要少。造渣所配入的熔劑要少。 2.3 銅精礦的密閉鼓風(fēng)爐熔煉銅精礦的密閉鼓風(fēng)爐熔煉鼓風(fēng)爐熔煉是在豎式爐子中依靠爐料與上升熱爐氣鼓風(fēng)爐熔煉是在豎式爐子中依靠爐料與上升熱爐氣對流加熱進行熔煉，在歷史上此法最早曾應(yīng)用于從對流加熱進行熔煉，在歷史上此法最早曾應(yīng)用于從氧化銅礦石生產(chǎn)扔銅。氧化銅礦石生產(chǎn)扔銅。自從五十年代末期以來，出現(xiàn)了直接處理精礦的密自從五十年代末期以來，出現(xiàn)了直接處理精礦的密閉鼓風(fēng)爐熔煉法。它是將精礦加水混捏提高粘性，閉鼓風(fēng)爐熔煉法。它是將精礦加水混捏提高粘性，加入鼓

9、風(fēng)爐進行熔煉。爐頂為密封式，爐氣用于制加入鼓風(fēng)爐進行熔煉。爐頂為密封式，爐氣用于制酸。目前鼓風(fēng)爐熔煉還在生產(chǎn)上采用，我國約酸。目前鼓風(fēng)爐熔煉還在生產(chǎn)上采用，我國約40%的銅是用這種方法冶煉的。的銅是用這種方法冶煉的。 2.3.1密閉鼓風(fēng)爐熔煉的原理1爐料、爐氣和溫度在爐內(nèi)的分布爐料：混捏銅精礦、熔劑（石灰、石英石）和轉(zhuǎn)爐渣組成。塊料容積要占爐料容積的50%。爐氣：周邊行程。爐料的分布不均也使鼓風(fēng)爐內(nèi)溫度分布不均，爐子兩側(cè)溫度高，中心低。2、鼓風(fēng)爐內(nèi)的物理化學(xué)過程、鼓風(fēng)爐內(nèi)的物理化學(xué)過程由上到下發(fā)生各種物理化學(xué)變化，按爐子高度分三個區(qū)域，如：（1）預(yù)備區(qū) 溫度區(qū)間：250600到10001100

10、 主要物理化學(xué)變化：1）預(yù)熱、干燥、脫水。2）高價硫化物和石灰石分解。3）硫化物被氧化。 4）精礦粉料的固結(jié)和燒結(jié)。 （2）焦點區(qū) 焦點區(qū)是進行激烈化學(xué)反應(yīng)和熔化過程的區(qū)段。在風(fēng)口上方一米左右的地方，最高溫度達12501350 。 在焦點區(qū)內(nèi)主要物理化學(xué)變化：在焦點區(qū)內(nèi)主要物理化學(xué)變化： 1）爐料熔化，完成造渣和造冰銅。）爐料熔化，完成造渣和造冰銅。 2）熔融硫化物的氧化。）熔融硫化物的氧化。 3）焦炭的燃燒。）焦炭的燃燒。 被氧化的主要是被氧化的主要是FeO，產(chǎn)出的，產(chǎn)出的FeO與爐料中的與爐料中的SiO2造渣，總反應(yīng)如下：造渣，總反應(yīng)如下： 2FeS + 3O2 + SiO2 = 2FeO

11、.SiO2 + 2SO2 此外，轉(zhuǎn)爐渣中的此外，轉(zhuǎn)爐渣中的Fe3O4 也直接與也直接與SiO2和和FeS作用造渣，其反應(yīng)為：作用造渣，其反應(yīng)為： 3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO.SiO2) + SO2焦炭幾乎全部在焦點區(qū)被鼓入的空氣燃燒：焦炭幾乎全部在焦點區(qū)被鼓入的空氣燃燒： C + O2 = CO2 + 405.85 kJ(3) 爐缸區(qū)（本床區(qū)）爐缸區(qū)（本床區(qū)） 位于焦點區(qū)下面，溫度位于焦點區(qū)下面，溫度1200 1250。 主要物理化學(xué)變化：主要物理化學(xué)變化： 1 1）爐渣與冰銅成分的調(diào)整。）爐渣與冰銅成分的調(diào)整。 2 2）少量）少量CuCu2 2O O的再硫化的

12、再硫化 CuCu2 2O + FeS = CuO + FeS = Cu2 2S +FeOS +FeO 爐缸中匯集的液體產(chǎn)物，連續(xù)或間斷地流入前床，進行沉爐缸中匯集的液體產(chǎn)物，連續(xù)或間斷地流入前床，進行沉清分離。清分離。 銅精礦的密閉鼓風(fēng)爐熔煉流程圖銅精礦的密閉鼓風(fēng)爐熔煉流程圖一、反射爐概述第一臺反射爐始于第一臺反射爐始于1879年，此后，反射年，此后，反射爐煉銅迅速發(fā)展，在爐煉銅迅速發(fā)展，在20世紀(jì)世紀(jì)60年代年代達到達到巔峰，其產(chǎn)量達到世界銅總產(chǎn)量的巔峰，其產(chǎn)量達到世界銅總產(chǎn)量的70%。但反射爐熔煉有它難以克服的缺點，如能但反射爐熔煉有它難以克服的缺點，如能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重等，這些缺點制約

13、了耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重等，這些缺點制約了它的發(fā)展。到它的發(fā)展。到20世紀(jì)世紀(jì)70年代，以閃速熔年代，以閃速熔煉為代表的低能耗、高效率、低污染的現(xiàn)煉為代表的低能耗、高效率、低污染的現(xiàn)代熔煉方法迅速崛起，致使反射爐熔煉逐代熔煉方法迅速崛起，致使反射爐熔煉逐漸被新的煉銅方法取代。漸被新的煉銅方法取代。二、反射爐熔煉的特點（1）適于處理粒徑小于）適于處理粒徑小于35mm的粉狀物的粉狀物料；料；（2）燃料燃燒的過?？諝饬靠刂圃冢┤剂先紵倪^剩空氣量控制在10%15%，爐內(nèi)氣氛中性或微氧化性，爐內(nèi)氣氛中性或微氧化性氣氛；氣氛；（3）燃料產(chǎn)生的高溫爐氣只從爐料及熔池）燃料產(chǎn)生的高溫爐氣只從爐料及熔池表面掠過，

14、加之氣相中游離氧較少，爐內(nèi)表面掠過，加之氣相中游離氧較少，爐內(nèi)氣氣-固和氣固和氣-液之間無顯著化學(xué)變化。液之間無顯著化學(xué)變化。三、反射爐熔煉的主要缺點（1）環(huán)境污染嚴(yán)重；）環(huán)境污染嚴(yán)重；（2）能耗高；）能耗高；（3）耐火材料單耗高；）耐火材料單耗高；（4）生產(chǎn)能力不高。）生產(chǎn)能力不高。四、反射爐內(nèi)進行以下四個過程（1）燃料燃燒和燃?xì)獾倪\動；）燃料燃燒和燃?xì)獾倪\動；（2）氣體與爐墻、爐料、熔體面之間進行）氣體與爐墻、爐料、熔體面之間進行熱交換；熱交換；（3）爐料受熱，并發(fā)生物理化學(xué)變化；）爐料受熱，并發(fā)生物理化學(xué)變化；（4）熔體產(chǎn)物的運動與澄清分離。）熔體產(chǎn)物的運動與澄清分離。五、反射爐熔煉的理

15、論基礎(chǔ)1、反射爐中的傳熱、反射爐中的傳熱 反射爐熔煉所需熱量來自兩方面，燃料燃反射爐熔煉所需熱量來自兩方面，燃料燃燒及冶金化學(xué)反應(yīng)發(fā)出的熱。燒及冶金化學(xué)反應(yīng)發(fā)出的熱。 反射爐的熱效率很低，反射爐的熱效率很低，僅僅25%左右左右，大，大量熱量被熾熱煙氣帶走及被爐體散失。量熱量被熾熱煙氣帶走及被爐體散失。 爐料獲得的熱量主要是靠爐料獲得的熱量主要是靠輻射和對流輻射和對流的綜的綜合傳熱從燃燒火焰獲得，即爐料是靠高溫爐氣的合傳熱從燃燒火焰獲得，即爐料是靠高溫爐氣的輻射與對流傳熱、爐熱爐頂和爐墻以及過熱熔體輻射與對流傳熱、爐熱爐頂和爐墻以及過熱熔體的輻射傳熱來熔煉的。的輻射傳熱來熔煉的。爐料經(jīng)綜合傳熱獲

16、得的熱量可由下式計算：爐料經(jīng)綜合傳熱獲得的熱量可由下式計算：Q = Q對對 + Q輻輻Q對對 = 0.05Q輻輻Q = 1.05Q輻輻而而Q輻輻 = C氣壁料氣壁料(T氣氣/100)4 - (T料料/100)4 F（kJ/h）C氣壁料氣壁料 = 氣料氣氣氣氣料1110C式中式中C氣壁料氣壁料爐氣、爐頂、爐壁對爐料的導(dǎo)來輻射系數(shù)爐氣、爐頂、爐壁對爐料的導(dǎo)來輻射系數(shù)（綜合輻射系數(shù)）（綜合輻射系數(shù)）（kJ/m2hK4）；）；料、料、氣氣分別為爐料與爐氣的黑度，取分別為爐料與爐氣的黑度，取料料= 0.75、 氣氣= 0.06；T料、料、T氣氣分別為爐料表面與爐氣的絕對溫度（分別為爐料表面與爐氣的絕對溫

17、度（K）；）； 爐圍開展度，爐圍開展度， = F壁壁/F料，料， F壁為爐墻的壁為爐墻的輻射面各，輻射面各，F(xiàn)料為爐料的受輻射面積；料為爐料的受輻射面積； C0黑體的輻射系數(shù)；黑體的輻射系數(shù)； F爐料的表面積（爐料的表面積（m2） 上式表明，上式表明，爐料接受的總熱量與爐氣溫度和爐料的爐料接受的總熱量與爐氣溫度和爐料的表面溫度的關(guān)系最大表面溫度的關(guān)系最大 爐氣的溫度爐氣的溫度主要取決于燃料的發(fā)熱主要取決于燃料的發(fā)熱量，燃燒時的過?？諝庀禂?shù)等等。量，燃燒時的過剩空氣系數(shù)等等。 爐料的溫度爐料的溫度主要取決于爐料的熔點。主要取決于爐料的熔點。 對于一定成分的爐料，熔點是一定對于一定成分的爐料，熔點

18、是一定的，所以，的，所以，爐氣溫度是決定爐子生產(chǎn)率的爐氣溫度是決定爐子生產(chǎn)率的關(guān)鍵因素關(guān)鍵因素。反射爐內(nèi)傳熱過程是非常復(fù)雜的，影響傳反射爐內(nèi)傳熱過程是非常復(fù)雜的，影響傳熱的因素甚多，但是其中熱的因素甚多，但是其中最主要的還是燃最主要的還是燃料燃燒即爐氣溫度。料燃燒即爐氣溫度。2、主要的化學(xué)反應(yīng)、主要的化學(xué)反應(yīng)熔煉精礦時，入爐的硫化精礦粉在料坡上熔煉精礦時，入爐的硫化精礦粉在料坡上會迅速強烈干燥和熔化，且部分高價硫化會迅速強烈干燥和熔化，且部分高價硫化物發(fā)生分解，反應(yīng)生成的物發(fā)生分解，反應(yīng)生成的Cu2S和和FeS形形成了冰銅。成了冰銅。爐料和轉(zhuǎn)爐渣以及反應(yīng)生成的磁性氧化鐵，爐料和轉(zhuǎn)爐渣以及反應(yīng)生

19、成的磁性氧化鐵，對熔煉過程會產(chǎn)生極壞影響，需對其處理。對熔煉過程會產(chǎn)生極壞影響，需對其處理。工廠中為了處理磁鐵爐結(jié)，常往爐中加入工廠中為了處理磁鐵爐結(jié)，常往爐中加入鐵球，正是因為鐵可使鐵球，正是因為鐵可使Fe3O4還原之故。還原之故。3、轉(zhuǎn)爐渣在反射爐中的脫銅、轉(zhuǎn)爐渣在反射爐中的脫銅目前國內(nèi)外大多數(shù)工廠仍然將含銅高的轉(zhuǎn)爐渣返目前國內(nèi)外大多數(shù)工廠仍然將含銅高的轉(zhuǎn)爐渣返回反射爐處理。其主要目的在于回收其中的銅，回反射爐處理。其主要目的在于回收其中的銅，同時作為含鐵熔劑，以獲得所需成分的反射爐渣。同時作為含鐵熔劑，以獲得所需成分的反射爐渣。 轉(zhuǎn)爐渣返回反射爐將發(fā)生各種變化：在爐內(nèi)過轉(zhuǎn)爐渣返回反射爐將

20、發(fā)生各種變化：在爐內(nèi)過熱并發(fā)生熱并發(fā)生澄清作用澄清作用；利用反射爐爐料中的；利用反射爐爐料中的FeS和和SiO2破壞轉(zhuǎn)爐渣中的破壞轉(zhuǎn)爐渣中的Fe3O4；利用反射爐中大；利用反射爐中大量的量的FeS分解轉(zhuǎn)爐渣中的硅酸亞銅分解轉(zhuǎn)爐渣中的硅酸亞銅（Cu2OSiO2），以），以回收其中的銅回收其中的銅。在反射爐內(nèi)由轉(zhuǎn)爐渣回收的銅平均為在反射爐內(nèi)由轉(zhuǎn)爐渣回收的銅平均為75 85%。 應(yīng)該指出，應(yīng)該指出，向反射爐中返加液態(tài)轉(zhuǎn)爐向反射爐中返加液態(tài)轉(zhuǎn)爐渣，固然處理方便，但是給反射爐生產(chǎn)帶渣，固然處理方便，但是給反射爐生產(chǎn)帶來許多問題，特別是來許多問題，特別是Fe3O4呈惡性循環(huán)呈惡性循環(huán)4、反射爐熔煉的產(chǎn)物、

21、反射爐熔煉的產(chǎn)物反射爐熔煉的產(chǎn)物是冰銅、爐渣、煙塵及反射爐熔煉的產(chǎn)物是冰銅、爐渣、煙塵及煙氣。煙氣。反射爐的反射爐的煙塵量煙塵量一般為入爐物料量的一般為入爐物料量的1.3 1.5%。采用空氣燃燒時，反射爐熔煉煙氣的成分采用空氣燃燒時，反射爐熔煉煙氣的成分一般為，一般為，%：CO2 1518；SO2 12；O2 0.51.2；CO微量。富氧燃微量。富氧燃燒時煙氣中燒時煙氣中SO2濃度可提高到濃度可提高到67%。六、銅精礦熔煉反射爐 目前，大型熔煉反射爐的長度一般為2835m,若在爐頂分段供熱時，可長達40m左右。反射爐寬度為711.5m。由于采用吊掛式爐頂，允許有較大的爐子寬度，以利于強化熔煉。

22、由爐底到爐頂?shù)臓t膛高度為2.84.27m。熔池深度多在0.81.2m。熔煉反射爐生產(chǎn)是連續(xù)的，使用的燃料是粉煤或重油。反射爐爐頭操作溫度一般為14501500，出爐煙氣溫度一般為11501200。所以需附設(shè)余熱鍋爐以利用廢煙氣的熱量。1、熔煉反射爐的構(gòu)造 熔煉反射爐是由耐火砌體和金屬骨架組成。耐火砌體的結(jié)構(gòu)分為爐底、爐墻和爐頂。 爐底連續(xù)作業(yè)銅熔煉反射爐爐底直接砌筑在耐熱混凝土的基礎(chǔ)上。基礎(chǔ)要求耐溫850以上。爐底為燒結(jié)整體爐底，燒結(jié)爐底一般由以下各層組成(由下而上)，其總厚度一般為11001400mm。石棉板和石英砂（約50mm）；保溫磚層（厚115mm）；粘土磚層(厚345460mm)；鎂

23、鋁磚層(厚380mm)；燒結(jié)層(厚200500mm)。燒結(jié)層材質(zhì)，根據(jù)爐渣成分不同可以分別采用石英質(zhì)和鎂鐵質(zhì)兩種。 2.4 銅精礦的閃速熔煉銅精礦的閃速熔煉閃速熔煉的優(yōu)點閃速熔煉的優(yōu)點：（1）充分利用銅精礦的表面積，將焙燒和熔煉兩個工序）充分利用銅精礦的表面積，將焙燒和熔煉兩個工序在一次作業(yè)中完成，流程短生產(chǎn)率高。在一次作業(yè)中完成，流程短生產(chǎn)率高。（2）充分利用精礦中硫和鐵的氧化熱，因此熱效率高，）充分利用精礦中硫和鐵的氧化熱，因此熱效率高，燃料消耗少。燃料消耗少。（3）煙氣含）煙氣含SO2高，有利于制造硫酸，減少污染。高，有利于制造硫酸，減少污染。（4）脫硫率容易控制，冰銅品位高，減少吹煉時

24、間。）脫硫率容易控制，冰銅品位高，減少吹煉時間。閃速熔煉的缺點：閃速熔煉的缺點：（1）精礦要充分干燥，熔劑必須粉碎。）精礦要充分干燥，熔劑必須粉碎。（2）氧化氣氛強，反應(yīng)時間短，爐內(nèi)易生成四氧化三）氧化氣氛強，反應(yīng)時間短，爐內(nèi)易生成四氧化三鐵爐結(jié)，渣含銅高，必須進一步貧化處理。鐵爐結(jié)，渣含銅高，必須進一步貧化處理。（3）煙塵率高，給余熱鍋爐等的操作帶來困難。）煙塵率高，給余熱鍋爐等的操作帶來困難。（4）投資大，輔助設(shè)備多，因此還只限于大型工廠采）投資大，輔助設(shè)備多，因此還只限于大型工廠采用，目前大型閃速爐熔煉廠年產(chǎn)銅量達用，目前大型閃速爐熔煉廠年產(chǎn)銅量達24萬噸。萬噸。2.4.1 閃速熔煉的原

25、理閃速熔煉的原理1. 爐內(nèi)的主要反應(yīng)爐內(nèi)的主要反應(yīng)1） 分解反應(yīng)包括：分解反應(yīng)包括： FeS2 = FeS + 1/2S2 FenSn+1 = nFeS + 1/2S2 2CuFeS2 = Cu2S +2FeS + 1/2S2 2CuS=Cu2S + 1/2S22）氧化反應(yīng)是閃速熔煉的代表性反應(yīng)，主要包括：）氧化反應(yīng)是閃速熔煉的代表性反應(yīng)，主要包括： FeS + 3/2O2 = FeO + SO2 3FeS +5O2 = Fe3O4 + 3SO2 6FeO + O2 = 2Fe3O4 Cu2S + 3/2O2 = Cu2O + SO2 S + O2 = SO23）一部分高價硫化物直接氧化和造渣

26、的反應(yīng)：）一部分高價硫化物直接氧化和造渣的反應(yīng)： 2CuFeS2 + 5/2O2 = Cu2S.FeS + 2SO2 + FeO 2FeS2 + 7/2O2 = FeS + FeO + 3SO2 2FeO + SiO2 = 2FeO.SiO24）相互反應(yīng)在熔池中進行，主要反應(yīng)如下：）相互反應(yīng)在熔池中進行，主要反應(yīng)如下： 3Fe3O4+ FeS= 10FeO+ SO2 3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5（2FeO.SiO2） + SO2 Cu2O + FeS = Cu2S + FeO 2FeO + SiO2 = 2FeO.SiO22. 閃速熔煉的熱工特點閃速熔煉的熱工特點 閃速熔煉

27、的熱消耗一般僅為反射閃速熔煉的熱消耗一般僅為反射爐熔煉的爐熔煉的1/2到到1/3。除利用氧化和。除利用氧化和造渣反應(yīng)熱外，可以用補加燃料或者造渣反應(yīng)熱外，可以用補加燃料或者采用氧氣自熱來解決，前者稱為奧托采用氧氣自熱來解決，前者稱為奧托昆普閃速熔煉，后者稱為氧氣閃速熔昆普閃速熔煉，后者稱為氧氣閃速熔煉。煉。閃速爐圖2.5冰銅的吹煉冰銅的吹煉2.5.1冰銅的吹煉的原理冰銅的吹煉的原理1. 第一周期的反應(yīng)和造渣過程第一周期的反應(yīng)和造渣過程 2FeS + 3O2=2FeO + 2SO2 2FeO + SiO2 = 2FeO.SiO2 2FeS + 3O2 + SiO2 = 2FeO.SiO2 + 2

28、SO2 在轉(zhuǎn)爐強氧化和攪動條件下，部分在轉(zhuǎn)爐強氧化和攪動條件下，部分FeO能夠能夠繼續(xù)被氧化：繼續(xù)被氧化： 3FeO + 0.5O2 = Fe3O4 在冰銅吹煉條件下，反應(yīng)：在冰銅吹煉條件下，反應(yīng)： 3Fe3O4 + FeS = 10FeO + SO2 進行很微弱，即使有進行很微弱，即使有SiO2存在，存在， 反應(yīng)：反應(yīng)：3Fe3O4 + FeS + SiO2 = 5(2FeO.SiO2) + SO2 也受到溫度低的限制，故進行的程度也是有限也受到溫度低的限制，故進行的程度也是有限的。因此轉(zhuǎn)爐渣中常常含的。因此轉(zhuǎn)爐渣中常常含1020%Fe3O4它使?fàn)t它使?fàn)t渣粘度和比重增加、熔點升高。轉(zhuǎn)爐渣含銅

29、高渣粘度和比重增加、熔點升高。轉(zhuǎn)爐渣含銅高達達23%，必須返回熔煉或單獨處理。第一周，必須返回熔煉或單獨處理。第一周期的產(chǎn)品主要是白冰銅。期的產(chǎn)品主要是白冰銅。2、第二周期的主要反應(yīng)和造銅過程、第二周期的主要反應(yīng)和造銅過程 2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2 Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2 3Cu2S+3O2=6Cu+3SO22.6粗銅的火法精煉粗銅的火法精煉 火法精煉的實質(zhì)是在液體銅中供入空火法精煉的實質(zhì)是在液體銅中供入空氣，使銅里的鐵、鉛、鋅、鉍、鎳、氣，使銅里的鐵、鉛、鋅、鉍、鎳、砷、銻、硫等雜質(zhì)氧化而除去，然后砷、銻、硫等雜質(zhì)氧化而除去，然后將還原劑加入銅里除氧，最后得到化

30、將還原劑加入銅里除氧，最后得到化學(xué)成分和物理規(guī)格符合電解精煉要求學(xué)成分和物理規(guī)格符合電解精煉要求的陽極銅。的陽極銅。2.6.1粗銅的火法精煉的原理粗銅的火法精煉的原理1. 火法精煉的氧化過程火法精煉的氧化過程 氧化過程開始是銅先氧化過程開始是銅先氧化成氧化成Cu2O: 4Cu + O2 = 2Cu2O Cu2O溶解在銅中溶解在銅中,其溶解度隨溫度升高而增其溶解度隨溫度升高而增加加:溫度（溫度（） 1100 1150 1200 12501100 1150 1200 1250溶解度溶解度（% %） 5 8.3 12.4 13.15 8.3 12.4 13.1溶解的溶解的Cu2O和銅中的雜質(zhì)金屬（和

31、銅中的雜質(zhì)金屬（Me）發(fā)生反應(yīng)）發(fā)生反應(yīng): Cu2O + Me = 2Cu + MeO 反應(yīng)的平衡常數(shù)：反應(yīng)的平衡常數(shù)： 因為因為MeO在銅里的溶解度很小，容易達到在銅里的溶解度很小，容易達到飽和；而銅的濃度很大，雜質(zhì)氧化時幾乎不發(fā)生飽和；而銅的濃度很大，雜質(zhì)氧化時幾乎不發(fā)生變化，故都可視為常數(shù)，因此上式可寫成：變化，故都可視為常數(shù)，因此上式可寫成： K= Cu2O Me 或或 MeOCuCuMeOk22OCuKMe 所以，所以，Cu2O的濃度愈大，雜質(zhì)金屬的濃度愈大，雜質(zhì)金屬Me的濃度就愈小。因此，為了迅速完的濃度就愈小。因此，為了迅速完全地除去銅中的雜質(zhì)，必須使銅里的全地除去銅中的雜質(zhì)，必

32、須使銅里的Cu2O達到飽和。達到飽和。2. 火法精煉的還原過程火法精煉的還原過程 Cu2O + H2 = 2Cu + H2O Cu2O + CO = 2Cu + CO2 Cu2O + C = 2Cu + CO 4Cu2O + CH4 = 8Cu + CO2 + 2H2O2.7 銅的電解精煉銅的電解精煉 銅的電解精煉是以火法精煉的銅為陽極，銅的電解精煉是以火法精煉的銅為陽極，電銅為陰極，在硫酸銅和硫酸電解液中電銅為陰極，在硫酸銅和硫酸電解液中通直流電電解，根據(jù)電化學(xué)性質(zhì)的不同，通直流電電解，根據(jù)電化學(xué)性質(zhì)的不同，雜質(zhì)進入陽極泥或保留在電解液中，而雜質(zhì)進入陽極泥或保留在電解液中，而在陰極產(chǎn)出純銅。

33、在陰極產(chǎn)出純銅。2.7.1 電解精煉的電極反應(yīng)電解精煉的電極反應(yīng)陽極反應(yīng)：陽極可能進行的反應(yīng)如下：陽極反應(yīng)：陽極可能進行的反應(yīng)如下： Cu 2e = Cu2+ E0Cu/Cu2+ = 0.34伏伏 Me 2e = Me2+ E0Me/Me2+0.34伏伏 在這些反應(yīng)中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電位次序表，只有在這些反應(yīng)中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電位次序表，只有標(biāo)準(zhǔn)電位大的金屬離子能夠優(yōu)先進行還原，標(biāo)準(zhǔn)電位大的金屬離子能夠優(yōu)先進行還原，但這些金屬在陽極不溶解，因此只有銅離子但這些金屬在陽極不溶解，因此只有銅離子還原是陰極的主要反應(yīng)。還原是陰極的主要反應(yīng)。2.7.2銅電解精煉的條件控制1、電解液成分2、電流密度3、槽電壓4、電

34、流效率2.7.3銅電解精煉的設(shè)備和指標(biāo)銅電解精煉的設(shè)備和指標(biāo)1、設(shè)備、設(shè)備 銅電解槽銅電解槽2、指標(biāo)、指標(biāo) 直流電耗直流電耗230260千瓦小時千瓦小時/噸銅噸銅 直接回收率直接回收率85% 電解總回收率電解總回收率99.9% 硫酸消耗硫酸消耗45公斤公斤/噸銅噸銅 蒸汽消耗蒸汽消耗11.6噸噸/噸銅噸銅 濕法煉銅濕法煉銅濕法煉銅使用溶劑浸出礦石使銅濕法煉銅使用溶劑浸出礦石使銅進入溶液，然后從含銅的溶液回進入溶液，然后從含銅的溶液回收銅。收銅。常用的溶劑：硫酸、氨、硫酸高常用的溶劑：硫酸、氨、硫酸高鐵溶液。鐵溶液。一、濕法煉銅的浸出過程一、濕法煉銅的浸出過程1、硫酸浸出、硫酸浸出CuCO3Cu

35、(OH)2十十2H2SO42CuSO4十十CO 2十十3H2O(CuCO3)2Cu(OH)2十十3H2SO4=3CuSO4十十2CO2十十4H2O CuSiO32H 2O十十H2SO4=CuSO4+SiO2+3H2O CuO+H2SO4CuSO4十十H2O氧化鐵的溶解反應(yīng)生成氧化鐵的溶解反應(yīng)生成Fe2(SO4)3：Fe2O3.nH2O+3H2SO4=Fe2(SO4)3+(n+3)H2O石灰石的溶解反應(yīng)生成石灰石的溶解反應(yīng)生成CaSO4:CaCO3+H2SO4= CaSO4+H2O+CO22、氨浸出、氨浸出CuO+2NH4OH+(NH4)2CO3=Cu(NH3)4CO3+3H2OCu(NH3)4

36、CO3+Cu=Cu2(NH3)4CO3在有空氣存在時，生成的碳酸銨鹽又能被氧在有空氣存在時，生成的碳酸銨鹽又能被氧化：化：Cu2(NH3)4CO3+(NH4)2CO3+2NH4OH+0.5O2=2Cu(NH3)4CO3+3H2O3、硫酸高鐵浸出、硫酸高鐵浸出Fe2(SO4)3是次生硫化銅礦物如輝銅礦是次生硫化銅礦物如輝銅礦（Cu2S)和銅藍(lán)和銅藍(lán)(CuS)等的溶劑：等的溶劑：Cu2S+ 2Fe2(SO4)3= 2CuSO4+4FeSO4+SCuS+ Fe2(SO4)3=CuSO4+2FeSO4+S硫酸高鐵的另一個特性是在中性溶液中分硫酸高鐵的另一個特性是在中性溶液中分解為堿式鹽：解為堿式鹽：F

37、e2(SO4)3+2H2O=Fe2(OH)2(SO4)2+H2SO44、細(xì)菌浸出、細(xì)菌浸出濕法煉銅中起作用的細(xì)菌主要為氧化鐵硫桿菌濕法煉銅中起作用的細(xì)菌主要為氧化鐵硫桿菌和氧化硫桿菌。和氧化硫桿菌。（1）硫酸和氧在細(xì)菌的作用下對鐵硫化礦物）硫酸和氧在細(xì)菌的作用下對鐵硫化礦物起化學(xué)作用：起化學(xué)作用： CuFeS2+4O2 細(xì)菌作用細(xì)菌作用 CuSO4+FeSO4 (1)(2) 細(xì)菌使亞鐵離子轉(zhuǎn)變?yōu)殍F離子：細(xì)菌使亞鐵離子轉(zhuǎn)變?yōu)殍F離子： 2FeSO4+H2SO4+1/2O2 細(xì)菌作用細(xì)菌作用 Fe2(SO4)3+H2O (2)(3)鐵離子溶解硫化礦物：鐵離子溶解硫化礦物：Cu2S+Fe2(SO4)3+2O2=2FeSO4+2CuSO4 (3) CuFeS2+2Fe2(SO4)3+3O2+2H2O=5FeSO4 +CuSO4+2H2SO4 (4)FeS2+Fe2(SO4)3 +3O2+2H2O=3FeSO4+2H2SO4 (5)二、二、 從含銅溶液回收銅從含銅溶液回收銅1. 電積法電積法 是用含銅是用含銅3060克克/升的溶液，在升的溶液，在不溶陽極（如含少量銻的鉛）和銅陰極之間不溶陽極（如含少量銻的鉛）和銅陰極之間加上直流電壓從溶劑中提取銅。在陰極產(chǎn)生加上直流電壓從溶劑中提取銅。在陰極產(chǎn)生金屬