冶金工程概論

課程冶金工程概論 指導(dǎo)老師 張傳福 專業(yè)班級 冶金11級試驗(yàn)班姓名 冷進(jìn) 學(xué)號(hào) 0505110120 學(xué)習(xí)報(bào)告一一煉銅我們的冶金概論課終于迎來了有色金屬里最重要的金屬一銅冶煉的學(xué)習(xí)。銅是一種堅(jiān)韌、柔軟、富有延展性的紫紅色而有光澤的金屬，又被稱為紫銅。1克的銅可以拉成3000米長的細(xì)絲，或壓成10多平方米幾乎透明的銅箔。純銅的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性很高，僅次于銀，但銅比銀要便宜得多。他優(yōu)越的特性和便宜的價(jià)格決定了它能夠廣泛的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。下面我將從煉銅工藝的一些方面對銅的冶煉做一些簡單的介紹。銅礦物從總體上，銅礦物大致分為三類：硫化銅精礦，氧化銅礦，雜銅礦（二次銅物料）。世界上絕大部分的金屬銅從硫化礦中提取，生產(chǎn)出的金屬銅叫做礦銅，而雜銅生產(chǎn)出的金屬銅叫做再生銅。常見的硫化銅礦有：黃銅礦:CuFeS2、輝銅礦Cu2S、斑銅礦:Cu5FeS4、銅藍(lán):CuS等；常見的氧化銅礦物有孔雀石：CuC03Cu（0H）2、藍(lán)銅礦：2CuC03Cu（0H）2、硅孔雀石CuSi03.2H20、塊銅礦:Cu3S04（0H）4、赤銅礦:Cu20、黑銅礦:CuO。（1） 銅礦儲(chǔ)量少,資源短缺,人均占有量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平。（2） 超大型、大型礦床少,中小型礦床多,不利于規(guī)?；_采生產(chǎn)。（3） 貧礦多、富礦少。（4） 坑采礦多,露采礦少。（5） 共生礦多、單一礦少。（6） 許多礦的選冶性不好。（7） 相當(dāng)數(shù)量的現(xiàn)有銅礦山資源接近枯竭。（8）難以開發(fā)邊遠(yuǎn)地區(qū)的礦床。我國成礦遠(yuǎn)景區(qū)主要分布在西南三江地區(qū)、西藏一江二河地區(qū)、藏東地區(qū)、青海東昆侖?可可西里地區(qū)、東天山地區(qū)、北天山地區(qū)等西部地區(qū),這些地區(qū)遠(yuǎn)離我國銅冶煉生產(chǎn)能力集中（50%以上）的華中及長江下游地區(qū),交通運(yùn)輸、基礎(chǔ)設(shè)施不豐厚,外部建設(shè)條件差,生態(tài)環(huán)境十分脆弱,難以開發(fā)利用。2012年的銅冶金行業(yè)狀況近幾年來銅冶煉整體實(shí)力大幅提高。在我國銅冶煉企業(yè)中,既有引進(jìn)并消化創(chuàng)新的閃速熔煉法和諾蘭達(dá)、艾薩法、奧斯麥特等熔煉技術(shù),又有自主研發(fā)的氧氣底吹煉銅新工藝,濕法煉銅技術(shù)也得到了長足發(fā)展,我國銅冶煉技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。至20012年,我國精煉銅產(chǎn)量達(dá)到378萬t,已連續(xù)8年居世界第一位。不過受金融危機(jī)的影響，國內(nèi)銅的消費(fèi)市場一直疲軟，眾多銅的冶煉企業(yè)都虧損著。這是由于前些年就是金融危機(jī)以前在銅需求階段性快速增長、銅價(jià)暴漲的影響下，一些地方和企業(yè)受利益驅(qū)動(dòng)，不顧市場、資源等外部條件，盲目投資銅冶煉行業(yè)。導(dǎo)致市場無序、過度競爭，相互爭奪原料，銅冶煉利潤將大幅下降，出現(xiàn)了全行業(yè)虧損。但我認(rèn)為也正是這次危機(jī)可以幫助企業(yè)改革，讓它們更具有生命力和競爭能力。火法煉銅約85%的銅由火法冶煉方法生產(chǎn)?；鸱掋~的原則流程為:銅礦石（0?4~2%Cu）T浮選T銅精礦（15~30%Cu）T造锍熔煉T

銅锍（銅锍25~70%Cu）H吹煉*粗銅（98~99%Cu）H火法精煉T陽極銅（99%Cu）T電解精煉*電銅（99.95-99.98%Cu）。其流程圖如下：熔銅煙氣吹粗銅電解銅爐渣硫化銅稱礦 熔剤補(bǔ)充燃料空氣或術(shù)佩氣° 煙氣熔劑燃料膽磯—鼓風(fēng)渣處理陽扱板 渣精礦尾礦j 腿熔煉）電解和煉—陽極泥爐渣熔銅煙氣吹粗銅電解銅爐渣硫化銅稱礦 熔剤補(bǔ)充燃料空氣或術(shù)佩氣° 煙氣熔劑燃料膽磯—鼓風(fēng)渣處理陽扱板 渣精礦尾礦j 腿熔煉）電解和煉—陽極泥爐渣?棄去火法精煉1鼓風(fēng)煙氣處理硫酸、液體905、單體硫銅銃棄渣火法煉銅技術(shù)因具有生產(chǎn)能力大、工藝技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠、環(huán)1 F L—熔劑渣處理jekA-J ；銃保好、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行費(fèi)用低、SO2濃度高等優(yōu)點(diǎn),可能成為未來煉銅發(fā)展的方向。濕法煉銅濕法約生產(chǎn)15%的Cu。濕法煉銅的原則流程為：銅礦石*浸出T低濃度含銅溶液T萃取*富銅有機(jī)相*反萃*高含銅溶液*電積T電銅。其流程圖如下：

銅精礦（干j流態(tài)化焙燒煙氣漿化收塵軟議礦存浸出**傾析上清液浸出酒四次逆流洗濟(jì)沒出渣送浚出渣處理電解沉積陰罐甥電辭廢液銅精礦（干j流態(tài)化焙燒煙氣漿化收塵軟議礦存浸出**傾析上清液浸出酒四次逆流洗濟(jì)沒出渣送浚出渣處理電解沉積陰罐甥電辭廢液送電解廈液處理濕法煉銅的主要優(yōu)點(diǎn)有：工藝過程簡單，能耗低，因此生產(chǎn)成本低，而且投資費(fèi)用低、建設(shè)周期短；可以處理低品位銅礦并且不會(huì)造成過多的環(huán)境污染。造锍熔煉現(xiàn)代造锍熔煉是在1150-1250°C的高溫下，使硫化銅精礦和熔劑在熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉。爐料中的銅、硫與未氧化的鐵形成液態(tài)銅锍。這種銅锍是以FeS-Cu2S為主,并溶有Au、Ag等貴金屬及少量其他金屬硫化物的共熔體。爐料中的Si02,A12O3,CaO等成分與FeO—起形成液態(tài)爐渣。這種以產(chǎn)出锍為主產(chǎn)品的熔煉稱為造锍熔煉。熔煉硫化銅精礦，不但需要將脈石除去，而且還要使銅與鐵、硫及其他雜質(zhì)分開，現(xiàn)代銅冶金采用造锍熔煉的方法來處理硫化銅精礦。造锍熔煉過程涉及很多物理化學(xué)反應(yīng)，大致分為三類：高價(jià)硫化物的熱分解：熔煉未經(jīng)焙燒或燒結(jié)處理的生精礦或干精礦時(shí)，爐料中含有較多的高價(jià)硫化物，在熔煉爐內(nèi)被加熱后，離解成低價(jià)化合物，主要反應(yīng)(吸熱反應(yīng))有：FeS2=FeS+1/2S2FenSn+1=nFeS+1/2S2)2CuFeS2=Cu2S+2FeS+1/2S2)2CuS=Cu2S+1/2S22Cu3FeS3=3Cu2S+2FeS+1/2S2生成的Cu2S和FeS在熔煉工藝條件生成互熔體，稱為銅锍(習(xí)慣上稱為冰銅)，是銅锍的基本組分。氧化物和碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽等的熱分解：常見化學(xué)反應(yīng)(吸熱反應(yīng))有：2CuO=Cu2O+1/2O2(黑銅礦)CaCO3=CaO+CO2(石灰石)MgCO3=MgO+CO2(菱鎂礦)3MgO.4SiO2.H2O=3MgSiO3+H2O+SiO2(滑石)CaSO4=CaO+SO3(石膏)氧化反應(yīng)和造渣反應(yīng)：在熔煉工藝條件下，發(fā)生如下氧化反應(yīng)和造渣反應(yīng)：S2(g)+2O2(g)=2SO2(g)+熱量2FeS(l)+3O2(g)=2FeO(g)+2SO2(g)+熱量

2FeO+SiO2=2FeO?SiO2+熱量3FeO(l)+1/2O2(g)=Fe3O4(l,s)+熱量3Fe3O4+FeS+5SiO2=5(2FeO?SiO2)+SO2(吸熱反應(yīng),需要高于1500k以上）熔煉條件下由于局部過氧化等原因回產(chǎn)生Cu20。但由于Cu對S的親和力大于Fe對S的親和力，因此還發(fā)生如下所示的硫化反應(yīng):Cu2O+FeS=Cu2S+FeO+熱量比較Cu2O和FeS的氧化反應(yīng)，如下圖所示。二者均為放熱反Cu2Cu2S+O2(g)=2Cu+SO2(g)2FeS+3O2(g)=2FeO+2SO2(g)TdeltaHkJTdeltaHkJdeltaGkJLog(K)1000.000-235.453-186.8929.7631100.000-236.066-182.0058.6431200.000236.462177.0717.7081300.000-236.596-172.1146.9161400.000210.042167.9806.2681500.000-219.604-164.3055.7221600.000-219.525-160.6215.244TdeltaHkJdeltaGkJLog(K)1000.000-940.085-779.65240.7281100.000939.450763.64136.2651200.000-939.065-747.67832.5481300.000-939.123-731.73029.4041400.000939.816715.75626.7071500.0001005.360700.12424.3831600.0001004.467679.80322.195應(yīng)，相同溫度之下，F(xiàn)eS氧化反應(yīng)的吉布斯自由能變值（為負(fù)值）小些，反應(yīng)越容易進(jìn)行，這也是FeS比Cu2S優(yōu)先氧化的原因。造锍熔煉的最終產(chǎn)物是富集有爐料中幾乎全部銅的銅锍（冰銅），聚集有爐料中被氧化的鐵、全部脈石和熔劑中的氧化物的爐渣，以及包含有爐料中除進(jìn)入冰銅外的全部硫的煙氣。下面重點(diǎn)介紹一下銅锍和爐渣：銅锍反應(yīng)生成的Cu2S和FeS在熔煉工藝條件生成互熔體，稱為銅锍（習(xí)慣上稱為冰銅），是銅锍的基本組分。其主要性質(zhì)有：熔點(diǎn)比爐渣低。工廠銅锍的熔點(diǎn)一般在950?1050°C范圍內(nèi)波動(dòng)；銅锍中的Fe304和ZnS會(huì)使熔點(diǎn)升高，PbS則會(huì)降低熔點(diǎn)。比重比爐渣重：3.97（Cu2S）~5.27（FeS）。工廠實(shí)踐中，液態(tài)銅锍的比重為4.13?4.8。銅锍的熱容：0.586?0.628千焦/克度。銅锍的熔化熱為125.58千焦/克。銅锍熱容與其品位、溫度等呈函數(shù)關(guān)系式。銅锍的粘度：0.02?0.04泊;爐渣造锍熔煉爐渣是由爐料中的氧化物和熔煉時(shí)優(yōu)先氧化產(chǎn)生的氧化鐵組成，除了SiO2外，鐵的氧化物是主要成分，次要成分有CaO、MgO和Al203等。這種復(fù)雜的鐵硅酸鹽爐渣一般屬于FeO-SiO2系和FeO-SiO2-CaO系爐渣。其主要特點(diǎn)有：爐渣中的各種氧化物雖然有很高的熔點(diǎn)，但熔煉過程中，這些氧化物相互作用形成了低共熔共晶物、化合物和固溶體，因此爐渣的熔點(diǎn)一般只有1050-1150攝氏度；銅爐渣的粘度高，為0.2-1泊；爐渣的密度與爐渣的體系組成、溫度、渣含銅等因素有關(guān)。SiO2-FeO-CaO爐渣的密度為3.3?4.1，當(dāng)渣的鐵硅高、渣含銅高的情況下密度會(huì)增大。和造锍熔煉爐渣相比，高爐煉鐵爐渣的主要成分也是主要由Si02、CaO、MgO和Al2O3等組成；同樣，由于氧化物相互作用形成了低共