第4章
4．1熔炼的目的
铜矿经过选矿生产的是以硫化矿物为主的精矿，并含有少量的氧化物脉石(A1203、CaO、MgO、Si02)。理论上讲，这些矿物能直接反应得到金属铜，也可氧化硫化物生成单质铜和氧化亚铁： 以上反应均为放热反应，这意味着反应有热量产生。因此，铜
精矿的熔炼将产生：①熔融的铜；②含有氧化熔剂、氧化物脉石和氧化亚铁的熔渣。但是，在氧化性气氛下，铜有生成Cu20和金属
铜的趋势：
冶炼过程中，发生上述反应时，Cu2 O通常溶于渣中。由于大多数铜精矿中含有大量的铁，这就意味着将有大量的渣产生。渣量越大，铜损失越多。因此，在熔炼铜之前，应尽可能将铜精矿中的铁脱除。
图4．1表示含有FeO、FeS和Si02的混合物加热到1200℃后的情况，图的左边界代表仅含FeS和FeO的溶液。在二氧化硅熔体里面，当FeS含量达到31％以上时，形成单一的硫氧化物溶液。
但是，当Si02增加时，会出现液态可溶性孔隙，随着Si02的进一步增加，孔隙变得越来越大。
线a、b、c、d表示两种液相的平衡成分。富含硫化物的熔体是冰铜，富含氧化物的熔体是渣。将一种硫化物精矿加热到指定的温度，并将部分铁氧化，就会得到熔融的冰铜和渣，如：
图中表示由siO2会引起液一液(渣一冰铜)相互不相溶。粗箭头表示在氧硫化物液相中加入si02会将其分离成富含FeS的冰铜和含少量FeS的渣。A和B点(Si02饱和)的成分和铜的分布详见表4．1。
众所周知，冰铜熔炼的最终取得成功需要完成对部分铁的脱除。现在，冰铜熔炼所用原料几乎都是Cu—Fe—S和Cu—S精矿。本章主要介绍冰铜的熔炼原理以及工艺参数对熔炼过程的影响。以下章节将具体介绍目前的熔炼工艺。
4．2冰铜和渣
4．2．1 渣
polo衫制作
渣是一种氧化物熔体，这些氧化物包括铁的氧化物中的FeO，熔剂中的Si02和精矿中的氧化物杂质。渣中氧化物通常包含Fe0、Fe2 03、Si02、A12 Oa、CaO和MgO。如图4．1所示，少量的硫化物也可溶解于FeO-Si02渣中，渣中含有少量的CaO和A1203能
降低硫化物的溶解度，见表4．1。
熔渣分子结构按其氧化物分为三组来描述：酸性渣、碱性渣和中性渣，最常见的酸性氧
化物是SiOz和A1203。当这些氧化物熔化时，它们会聚合形成长的离子链结构，如图4．2所示。这些离子链使酸性渣的黏度升高，流动性变差。酸性渣也会使其他酸性氧化物的溶解度降低。由于渣中的杂质不能去除，它们将留在冰铜或铜
中，同时其形成的酸性氧化物(如As203、Bi203、Sb203)会给铜冶炼造成困难。
在酸性渣中加入碱性氧化物(如CaO和MgO)，长的离子链断裂变成较小的结构单元。因此，碱性渣的黏度低且对酸性氧化物有高的溶解度。加入碱性氧化物会降低渣的熔点，但有一定的限度。铜冶炼的渣中一般含有少量的碱性氧化物。
在熔渣中，中性氧化物如FeO和Cu2O对长离子链的作用不太强烈。但它们和碱性氧化物很多相同的效果，FeO和Cu20的熔点低，因此它们也能降低渣的熔点和黏度。
工业生产中，冰铜熔炼产生的渣主要包含FeO、Fe2O。和SiO2，同时含有少量的A12 O3、CaO和MgO，见表4．2。从图4．3
可见，在12.0℃和1250℃时，FeO—Fe2O3一体SiO2系中液相区的成
分有上下限。沿着顶部线，渣中含有饱和的固体SiO2，沿着底部边界线，渣中含有饱和的FeO。右边界线表示溶解的FeO和Fe203反应生成固体磁铁矿的成分。
Fe0+Fe203→Fe304(s) (4．6)
铜熔炼过程的典型操作是在磁铁矿饱和的区域(CD线)。米黄石
大量的氧化以及较低的熔炼温度会促进渣中Fe20s的生成。避免以上条件可以减少磁铁矿的沉积。
沿着左边界，渣中金属铁或硅酸铁(Fe2si04)都是饱和的。在工业铜熔炼的氧化性气氛下，这种情况是不会发生的。表4．2列出了一些熔渣的成分，包括其中的铜含量。控制溶渣中溶解的铜量是熔炼铜一个很重要的方面，见第11章。
熔渣黏度的测量手段已开发了很多。这些已经用于开发出一个用于计算黏度模型，它是温度和成分的函数。此模型取决于黏度比
温度对渣的电导率影响非常大，在熔炼和转炉的温度范围，电导率在5～20ohm-1沉砂池·cm-1叫之间波动。随着铜和铁氧化物含量以及碱度的增加，电导率增大。
4．2．2 冰铜
如图4．1所示，随着SiO2含量的增加，冰铜和渣的互不相溶性增加。高的硫／铁比也会增加渣铜的完全分离，CaO和A12O3同样会促进渣铜分离，见表4．1。
冰铜中溶有一部分SiO电暖手套2和O2，但Li和Ranki(1994)已证明，增加冰铜中的Cu2S含量可以显著降低它们在冰铜中的溶解度，其结果是典型的工业冰铜中仅含有1％的氧，见表4．2。
冰铜中没有像渣那样含有的长离子链。作为替代，最好用熔盐来表示。由于冰铜密度比渣大，所以冰铜层在熔炉的底部。如图4．5所示，大多数渣的熔点低于1200℃，见图4．3。
由于冰铜中有杂质，其真实的熔化温度要低于液相线温度。
与典型渣O．2～1kg／m·s的黏度相比，冰铜的黏度低，大约是0．003kg／m·s。因此，熔炼炉的操作温度大约是1250℃，这样可确保形成液态熔渣并使冰铜保持一定的过热度，确保在浇注和运输过程中，冰铜和渣处于熔融状态。
随着Cu2S含量的增加，Cu大功率激光发射器2S—FeS冰铜的表面张力的范围大约是0.33～0.45N／m。温度对其影响较小。
冰铜的密度范围为3．9(纯FeS)～5．2g／cm网络压力测试3。(纯)，Cu2S具有线性关系。随着温度的增加，其密度有轻微减小。Nikiforov(1976)将测定的动力黏度与密度相乘，得到纯Cu2S在1250℃时的黏度为0.003kg／m·s，含有35％FeS的冰铜，其黏度降到0.002kg／m·s。随温度升高，黏度缓慢降低。
Nakamura和Toguri(1991)对熔锍和渣之间的界面张力的测量结果进行了评论。界面张力从低品位冰铜的接近O增加到高品位冰铜(70％Cu2S)的O．2N／m。 冰铜的比电导为200～1000~)Ω—1·cm—1。
4．3冰铜熔炼期问的反应
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议