冰铜吹炼

冰铜吹炼基本原理冶金与生态工程学院有色系曹战民冰铜吹炼(ConvertingofMatte)一、任务二、基本原理FeS优先氧化（重点）吹炼步骤及其主要化学反应冰铜中各成分在吹炼中的行为三、生产实践P-S转炉生产操作主要工艺参数一、冰铜吹炼的任务Coppersulfideore-Concentrate-Matte-Blistercopper–Cathodecopper0.2-1%10-30%30-70%98.5-99.5%99.5-99.98%冰铜的主要成分：Cu2S-FeS，少量其它金属硫化物（如Ni3S2、Co3S2、PbS、ZnS等）、贵金属（Au、Ag）、铂族金属、微量的Se、Te、As、Sb、Bi等元素。火法炼铜的基本过程铜的富集过程吹炼任务：利用空气中的氧，将液态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P-S卧式转炉操作：冰铜吹炼为周期性作业原料液态冰铜；空气（O2）；熔剂（SiO2）产物粗铜、炉渣、烟气、烟尘吹炼步骤第一阶段：造渣期加冰铜、熔剂-鼓风-排渣+加冰铜、熔剂-鼓风-排渣……=白冰铜加入熔剂，鼓风；排出炉渣，产出SO2烟气产物：白冰铜（Whitemetal/matte）Cu2S第二阶段：造铜期只鼓风，产出SO2烟气；不加熔剂，也无炉渣产物：粗铜（Blistercopper）Cu筛炉：最后一次加入熔剂、鼓风，排渣二、冰铜吹炼的基本原理•两个阶段划分的热力学原因（优先氧化）•吹炼各步骤主要化学反应•冰铜中各成分在吹炼中的行为冰铜吹炼氧化反应的分类1、熔融硫化物氧化MS+0.5O2=MO+SO22、金属硫化物与其它金属氧化物的反应FeS+MO=MeS+FeO3、同一金属硫化物与氧化物的交互反应MS+2MO=3M+SO21冰铜吹炼分两个阶段的热力学依据不同金属硫化物的优先氧化转炉正常操作温度：1150-1300℃1765K•FeS最容易被氧化•FeS+MeO-MeS+FeO最容易进行魏寿昆：《冶金过程热力学》，上海科学技术出版社，1980年冰铜吹炼分两个阶段的热力学依据FeS(l)+Cu2O(l)=Cu2S(l)+FeO(l)ΔG0=-105437-85.48T(J/mol)2[]3416lg1.72[]CuSFeST实际体系的真实溶液中只有当FeS完全氧化除去后，Cu2S和Cu2O的相互反应才能进行。也就是说造渣没有完成前，不可能造铜。第一阶段：造渣期(Whitemetalstage)除去熔锍中的全部铁和与之结合的硫：Cu2S-FeS2FeS(l)+3O2(g)=2FeO(l)+2SO2(g)△G0=-225.9kJ/mol2FeO(l)+SiO2(s)=2FeO∙SiO2(l)△G0=-135.6kJ/mol总反应：2FeS(l)+3O2(g)+SiO2(s)=2FeO∙SiO2(l)+2SO2(g)△H=-1029.6MJ/mol•产物白冰铜：成分接近Cu2S•强烈放热：105MJ/kgO22吹炼步骤及其主要化学反应第二阶段造铜期(Blistercopperstage)除去白冰铜中剩余的S：Cu2S2Cu2S(l)+3O2=2Cu2O(l)+2SO2△G0=-148.6kJ/molCu2S(l)+2Cu2O(l)=6Cu(l)+SO2△G0=-50.7kJ/mol总反应：Cu2S(l)+O2=2Cu(l)+SO2△H=-217.4MJ/mol•放热反应，6MJ/kgO2Convertingprocess:Autogenous造铜期熔体成分和物相的变化a-b：含硫不足的白冰铜(S19.4%)b-c：液相分层：白冰铜和粗铜c-d：单一的金属粗铜相(S1.0%)终点：含S可达0.003%白冰铜粗铜小结1、冰铜吹炼的任务及两个阶段2、冰铜吹炼过程中的优先氧化（吹炼分为两阶段进行的热力学依据）3、两个阶段的主要化学反应思考题从热力学原理来说，区分熔炼与吹炼有无必要？吹炼的两个阶段中烟气成份的变化？吹炼操作时过早或者过晚进入造铜期的危害？（筛炉时熔剂的加入量不合适）谢谢大家欢迎提出宝贵意见！二、冰铜吹炼的基本原理•吹炼步骤及主要化学反应•两个阶段划分的热力学原因（优先氧化）•冰铜中各成分在吹炼中的行为教材：134页3冰铜中各组分在吹炼中的行为FeS1.氧化后以铁橄榄石造渣为主要反应2有部分生成Fe3O4.无SiO2时，Fe3O4很难被FeS还原，而SiO2存在时，很容易反应生成铁橄榄石炉渣。如何控制Fe3O4的生成与析出？如何利用Fe3O4高熔点性质？Cu2S造渣期：由于FeS的存在，Cu2S基本不氧化造铜期：氧化生成Cu2O后，Cu2O与Cu2S反应生成金属铜Ni3S2造渣期：主要以Ni3S2存在；造铜期：自身的交互反应不能完成，会与Cu或Cu2O反应生成少量Ni。CoSCoS是在冰铜FeS含量非常低时才被氧化。当冰铜中含铁量低于10％时，CoS开始强烈氧化造渣。也就是说造渣期末期开始才开始氧化。因此工业上把转炉渣作为提钴的原料（0.4-0.5%）。ZnS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70~80%。15~20%的Zn按下列反应生成锌蒸气进入炉气。2ZnO+ZnS=3Zn(g)+SO2(g)ZnS+2Cu=Cu2S+Zn(g)造渣期：部分氧化生成的PbO容易与SiO2造渣。部分PbS被炉气带走，有一部分PbS与PbO反应生成金属铅。生成的Pb一部分进入烟气中，大部分留在Cu2S中，到造铜期才被氧化。PbSBi2S3Bi2S3在吹炼过程中大部分被氧化为Bi2O3，生成的Bi2O3与Bi2S3反应生成金属铋。铋大部分进入烟气中，少量留在冰铜中。As与Sb这两种元素的硫化物大部分氧化成As2O3和Sb2O3，少量被氧化成As2O5和Sb2O5进入炉渣。只有少量铜的砷化物和锑化物留在粗铜中。贵金属在吹炼过程中，冰铜中的Au、Ag以金属形态留在粗铜中。电解精炼时，贵金属富集于阳极泥。三、冰铜吹炼的生产实践P-S转炉生产操作主要工艺参数冰铜吹炼ConvertingofMatte一、冰铜吹炼的任务二、冰铜吹炼的基本原理优先氧化吹炼步骤及其主要化学反应吹炼过程中冰铜成分的变化三、冰铜吹炼的生产实践P-S转炉生产操作主要工艺参数Fe3O4既可以由FeS被氧化所生成，也可以由FeO被氧化所生成；Fe3O4生成后只有在SiO2存在时才可能被FeS还原；3Fe3O4(s)+FeS(l)+5SiO2(s)=5(2FeO∙SiO2)(l)+SO2(固-液-固反应)为什么不能在P-S转炉中直接吹炼获得粗镍？NiO熔点为1984℃，以固态存在Ni3S2(l)与Ni(l)完全互溶，固相NiO容易漂浮在液相表面，生成Ni(l)交互反应动力学上难以进行生成Ni(l)的交互反应能进行的温度高达1700-1800℃P-S转炉：鼓风时是转炉静止；一般鼓入空气；操作温度为1150-1300℃魏寿昆.冶金过程热力学.上海科学技术出版社，1980