铜冶金
物流追踪系统
主要步骤：造锍熔炼、铜硫吹炼、火法精炼、电解精炼。 1.何谓造锍熔炼？造锍熔炼的目的是什么？
定义：在1150-1250℃的高温下，是硫化铜精矿和溶剂在熔炼炉内进行熔炼，炉料中的铜、硫与硫化亚铁形成液态的铜硫。目的：将铜精矿中铜及其他有价金属（Ni、Co、Pb、Zn和贵金属）富集于冰铜中从而达到与脉石、部分硫铁的分离。 2.造锍熔炼时铜在渣中的损失有哪几种形式？并说明原因及降低渣含铜的可采取的措施。损失形式：机械夹带、溶解两种形式。原因：机械夹带损失是由于细颗粒冰铜未能沉降到锍层而夹带于炉渣中而引起的损失；溶解损失是由于铜的硫化物（Cu2S)及氧化物(Cu2O)溶于FeO炉渣中造成的损失，又分别为物理损失、化学损失。措施：为降低渣含铜，实践中采取的主要措施是控制冰铜品位不要太高，渣中要有足够的二氧化硅以及良好的沉清条件和足够的沉清时间。
3.造锍熔炼过程中Fe3O4有何危害？生产实践中采用哪些有效措施抑制Fe3O4的形成？危害：1、Fe3O4的熔点高在渣中以Fe－O复杂离子状态存在。当其量较多时，会使炉渣熔点升高，粘度增大，比重增大，恶化了渣与锍的沉清分离。
2、当熔体温度下降时，Fe3O4会析出沉于炉底及某些部位形成炉结，还会在冰铜与炉渣界面上形成一层粘渣隔膜层，危害正常操作。有效措施：1.尽量提高熔炼温度；2.适当增加炉渣中SiO2含量；3.降低冰铜品位，控制适当的冰铜品位, 以保持足够的FeS量；4.创造Fe3O4与FeS和SiO2的良好接触条件。3Fe3O4+FeS=10FeO+SO2
4.在吹炼过程中Fe
3O
4
有何危害？怎样抑制其形成？
危害：使炉渣熔点升高、粘度密度增大，转炉渣中Fe
3O
4
含量较高时，会导致渣
含铜显著增高，喷溅严重，风口操作困难。在转炉渣回炉处理的情况下，还会给熔炼过程带来诸多问题。抑制其形成：适当提高吹炼温度，勤放渣。
5.冰铜吹炼的目的？冰铜吹炼分哪两个阶段？并写出各阶段的主要方程式。
目的：1）除去铜硫中铁、硫及其他杂质；2）产粗铜；3）产粗铜时，将金银及铂族元素富集于粗铜中。
第一阶段是造渣期，主要反应：MeS+3/2O2=MeO+SO2；MeO+SiO2=MeO·SiO2
第二阶段是造铜期，主要反应：Cu2S+3/2O2=Cu2O+SO2;2Cu2S+Cu2O=6Cu+SO2 6.酸性炉渣和碱性炉渣各有何特点？
碱性炉渣温度―粘度曲线变化急剧，有明显的转折；酸性渣的曲线则平缓，无转折。后者是因为当温度升高后，复杂硅氧络阴离子离解为尺寸小、结构简单的离子过程是逐渐进行的；而碱性渣在熔化后便立即离解为各种R2＋和半径小的阴离子，所以随温度增加，粘度下降很快。
7.铜的火法精炼的目的是什么？每个周期包括哪几个阶段？
火法精炼目的：1、部分除去粗铜中对氧亲和力较大的杂质；2、为电解精炼提供合乎要求的阳极铜，
并浇铸成表面平整、厚度均匀、致密的阳极板；3、以保证电解铜的质量和降低电解精炼的成本。每个周期包括加料熔化、氧化、还原和出铜浇铸四个基本阶段。
8.粗铜火法精炼的基本原理是什么？
第一，氧化过程：铜中有害物质的除去，基本原理在以杂志对氧气的亲和力大于铜对氧气的亲和力，但是铜较多，首先氧化的是铜，4[Cu]+O2=2[Cu2O]，杂质与Cu2O接触后把Cu2O中氧气夺走，[Cu2O]+[MeO]+2[Cu],Cu2O起到氧传递作用。第二，还原过程：铜中氧的排除，利用重油、天然气、石油气等作还原剂，其反
应有：Cu 2O+H 2=2Cu+H 2O;Cu 2O+CO=2Cu+CO2;4Cu 2O+CH4=8Cu+CO2+2H 2O
9.电解精炼目的：1、把火法精炼铜中的有害物质进一步除去；2、回收金、银、硒、碲等有价金属。阳极上杂质的行为：1正电性金属和以化合物形态存在的元素落入槽底组成阳极泥2铅锡形成不溶化合物3铁和锌含量极微，电解时溶入电解液中；镍可溶解，但也会形成一些不溶化合物，会在阳极表面形成不溶性薄膜砷锑铋电位与铜相近，会在阴极析出，生成絮状物漂浮在电解液中，机械黏附在阴极上。 10.请论述电解提铜和电积提铜有哪些相同点、不同点？
相同点：1）都是在电能的作用下在溶液中提取金属铜的方法，在阴极发生的是Cu2+获得电子析出金属铜的反应Cu2++2e=Cu ；2）使用的设备电解槽构造、电积连结、电路系统、电解液循环系统及生产实践基本相同。
不同点：1）阳极材料不同，电解提铜的阳极用的是经过吹炼、火法精炼后浇铸的阳极板主要成分是铜，而电积提铜阳极用的是不溶阳极材料，主要成分是铅为主的合金材料。2）在阳极发生的反应不同：电解提铜的主要阳极反应为：Cu-2e=Cu2+；电积提铜的主要阳极反应：H2O-2e=1/2O2+2H+；3）生产实践中的一些重要指标不同，比如槽电压、电耗、电流效率等。
11粗铜电解过程中，电流密度与电流效率是什么？
电流密度：表示每平方米阴极表面通过的电流安培数:Dk=I/S，单位为安/米； 电流效率：通常指的是阴极电流效率，是实际在阴极沉积的铜量与理论沉积的铜量之比:%100)/(⨯=τηqI wCu K
12.铜阳极泥中稀贵金属回收常规工艺流程：1、预处理除铜和硒；2、还原熔炼产出贵铅合金；3、贵铅合金精炼为金银合金，即银阳极板；4、银电解；5、银阳极板进行某些处理后，进行金电解精炼，铂族金属大都是从金电解母液中进行富集回收。
13.湿法炼铜有哪些主要方法？适合用于处理哪些物料？
2、硫酸浸出—萃取—电积法；适合处理氧化矿、尾矿、含铜废石、复合石。
3、氨浸—萃取—电积法；用于处理高钙、镁氧化铜矿或硫化矿的氧化砂。
14.细菌在浸出时作用是什么？影响细菌生活的条件有那些？
1.细菌的直接作用：氧化铁硫杆菌为取得维持生命的能源而将矿石中的低价铁和硫氧化成高价，氧化过程中破坏了矿石的晶格，使矿石中的硫化物变为硫酸盐而转入溶液中。CuFeS 2+4O 2=CuSO 4+FeSO 4，Cu 2S+H 2SO 4+5/2O 2=2CuSO 4+H 2O 。
2.细菌的间
接催化作用：细菌在有氧和硫酸存在的条件下起催化作用，将Fe 2+氧化成Fe 3+ ：2FeSO 4+O 2+H 2SO 4=Fe 2(SO 4)3+H 2O
Cu 2S + Fe 2(SO 4)3 +2O 2=2CuSO 4+ 2FeSO 4
Cu 2O+H 2SO 4+ Fe 2(SO 4)3 =2CuSO 4 + 2FeSO 4 +H 2O
影响细菌生活的条件：1）pH 值1.3～3.0；2）温度25～40℃，在35℃时细菌有最大活力，3）氧气充足; 4)避光，溶液不要暴露在日光下
15..砷、锑、杂质在电解过程中有哪些危害？
1、砷、锑、铋在电解液中可会在阴极上析出，生成溶解度很小的砷酸盐化合物，
2、不易沉降，在电解液中漂浮，并吸附其他化合物或胶体物质而形成 “漂浮阳极泥”，
3、它们会机械地粘附于阴极表面或夹杂于铜晶粒之间，降低阴极铜的质量，
4、还会造成循环管道结壳。
锌冶金
火法炼锌：焙烧、还原蒸馏、精炼湿法炼锌：焙烧、浸出、净化、电积、制酸火法炼锌主要有：密闭鼓风炉炼锌，锌焙烧矿闪速还原，鼓风炉炼锌、竖罐炼锌、平罐炼锌、电热法炼锌
1.密闭鼓风炉炼锌有哪些优缺点？
合成塔优点：1）对原料的适应性强，适合处理难选的铅锌混合矿；2）可综合利用原矿中的有价金属：3）
生产能力大，燃料利用率高，有利于实现机械化和自动化；4）基建投资费用少。缺点：1）需要消耗较多质量好、价格高的冶金焦炭；2）技术条件要求高，特别是烧结矿的含硫量要低于1%；3）炉内和冷凝器内不可避免地产生炉结，需要定期清理，劳动强度大。
2.简述硫化锌精矿焙烧的目的：2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2
1、定义：硫化锌精矿焙烧过程是在高温下借助于空气中的氧进行氧化焙烧过程。
2、火法炼锌（蒸馏法）：1）在焙烧是实行死焙烧（氧化焙烧）；2）尽可能得除去全部硫；3)尽可能完全使铅、镉、砷、锑挥发除去；4）得到主要由金属氧化物组成的焙砂；5）产出浓度足够大的SO2烟气以供生产硫酸。
3、鼓风炉炼锌：1）通过烧结机进行烧结焙烧2）得到具有一定强度的烧结矿；3）既要脱硫、结块，又要控制铅的挥发；4）精矿中含铜较高时，要适当残留一部分硫，以便在熔炼中制造冰铜。
4、湿法炼锌：1）实行部分硫酸盐化焙烧，使焙砂中形成少量硫酸盐以补偿电解与浸出循环系统中硫酸的损失；2）使砷与锑氧化并以挥发物状态从精矿中除去；3）在焙烧时尽可能少地得到铁酸锌；4）得到SO2浓度大的焙烧炉气以制造硫酸；5）得到细小粒子状的焙烧矿以利于浸出的进行。
3.硫化锌精矿焙烧的过程中，硅酸盐和铁酸锌的生成对后续过程有什么影响？在焙烧过程中如何避免
硅酸盐和铁酸锌的生成?
铁酸锌的影响：铁酸锌不溶于稀硫酸，留在残渣中造成锌的损失。
避免铁酸锌的生成的方法：1、加速焙烧作业，缩短反应时间；2、增大炉料的粒度、减小ZnO与Fe2O3颗粒的接触表面；3、升高焙烧温度并对焙砂进行快速冷却；4、进行还原沸腾焙烧以破坏铁酸锌的结构而将ZnO析出。
3（ZnO·Fe2O3)+CO=3ZnO+2Fe3O4+CO2
硅酸锌的影响：硅酸锌与其他硅酸盐易溶解，但生成的SiO2在湿法浸出是成胶体状态，对澄清和过滤不利。为了避免硅酸盐的形成，对入炉精矿中的铅、硅含量要严格控制。硅酸盐的形成对火法炼锌的影响不大。
4.在硫酸锌溶液中的杂质Cu、Cd、Co、Ni、As、Sb、F、Cl在电积过程中有什么危害？如何将他们出去？
危害：1）Cu、Cd、Co、Ni、As、Sb可在阴极析出，降低阴极锌的品质和电流效率；2）促使在阴极上形成Zn—H微电池，加速H＋放电和阴极锌反溶而造成烧板现象；3）氯离子会腐蚀阳极，缩短阳极寿命增加溶液的含铅量，使阴极锌的含铅量增加而降低锌的品质；4）氟离子能破坏阴极表面的氧化
铝膜，使析出的锌与铝板发生粘结而使阴极锌难于剥离。
去除方法：1）加锌粉置换除铜、镉；2）砷盐净化法、锑盐净化法和合金锌粉净化法除钴、镍；3）在去除钴、镍的同时除去微量杂质砷、锑；4）氯离子可以采用硫酸银、铜渣及离子交换法除去；5）氟离子可采用加入石灰乳使其形成难容的化合物CaF2的方法和火法焙烧法除去。
5.简述粗锌火法精馏精炼的基本原理和过程。
原理：粗锌精馏精炼的基本原理是利用锌与各杂质的蒸汽压与沸点的差异，在高温下使它们与锌分离。
过程：
6、简述锌粉置换除铜镉的原理及影响锌粉置换反应的因素。
1、原理：是用较负电性的锌从硫酸锌溶液还原较正电性的铜、镉、钴等金属离子，气反应为：Zn+Me2+=Zn2++Me
2、因素：锌粉质量、搅拌强度、置换温度、中性浸出液的成分、添加剂。
7.说明锌焙烧矿中性浸出过程中和水解法除杂原理，并写出中性浸出的主要反应。1、除杂原理：中和水解除杂就是在浸出终了调节溶液PH值至5.2-5.4，使锌离子不致水解，而杂质金属离子全部或部分以氢氧化物的形式析出。降低溶液的酸度是加入某些中和剂，如锌焙砂、锌烟尘、石灰乳等。2、主要反应：水解反应：Fe2(SO4)3+6H2O=2Fe(OH)3↓+3H2SO4；中和反应：2H2SO4+3ZnO=3ZnSO4+3H2O
总反应：Fe2(SO4)3+3ZnO+3H2O=ZnSO4+2Fe(OH)3↓
8.硫化锌精矿的焙烧设备：反射炉、多膛炉、复式炉、飘悬焙烧炉、沸腾焙烧炉。
9.沸腾焙烧的强化措施：高温沸腾焙烧和富氧鼓风沸腾焙烧，制粒，利用二次空气或贫SO2烧结烟气焙烧、多层沸腾炉焙烧等。
沐浴粉10.在湿法炼锌的热酸浸出过程中，从含铁高的浸出液中沉铁有哪些方法？请说明其原理及优缺点。
根据沉淀铁的化合物形态不同，热酸浸出过程中采用的沉铁方法有黄钾铁矾法、转化法、针铁矿法和赤铁矿法。
黄钾铁矾法的原理：
使三价铁以黄钾铁矾复盐的形式从弱玻溶液里沉淀出来并使ZnO·Fe
2O
3
中的锌溶
解，其基本反应为：
3Fe
2(SO4)
3
+ 2A(OH) + 10H2O = 2A Fe
3
(SO4)
2
(OH)
6
+ 5H
2
涤纶编织物浸水性能试验SO
4
式中A代表K+、Na+、NH4+、H3O+等离子。
ZnO·Fe
2O
3
+ 4H
2
SO
4
= ZnSO
4
+ Fe
2
(SO
4
)
3
+ 4H
2
O
黄钾铁矾法的优缺点：
1)沉淀为晶体，易澄清过滤分离。2) 金属回收率高3) 碱试剂稍耗量少。4) 沉铁是在微酸性(pH＝1.5)溶液中进行，需中和剂ZnO少。5) 铁矾带走一定的硫酸根，有利于保持酸的平衡。6) 脱砷、锑的效果不佳，也不利于稀散金属的回收。7) 黄钾铁矾渣渣量大(渣率40%)，渣渣锌高(3~6%)，渣中含铁低(25~30％)，难于利用，堆存时其中可溶重金属会污染环境。
针铁矿法原理：
在较低酸度（pH=3~5）、低Fe3+浓度（<1g/l）和较高温度（80~100℃）的条件下，浸出液中的铁可以呈稳定的化合物针铁矿析出。如果从含Fe3+浓度含高的浸出液中以针铁矿的形式沉铁，首先要将溶液中的Fe3+用SO2或ZnS还原成Fe2+，然后加ZnO调节pH值至3~5，再用空气缓慢氧化，使其以针铁矿的形式析出。其基本反应如下：
2FeSO4 + 2ZnO + 0.5O2 +H2O = 2ZnSO4 + Fe2O3·H2O
针铁矿法沉铁的优缺点：1)铁沉淀完全，溶液最后含Fe3+<1g/L；2) 铁渣为晶体结构，过滤性能好；3) 沉铁的同时，可有效地除去As、Sb、Ge，并可除去溶液中大部分(60~80%)氯4) V·M法需要对铁进行还原-氧化过程，而E·Z法中和酸需要较多的中和剂；5)铁矿含有一些水溶性阳离子和阴离子(即12%SO42-
雕刻笔
或6%Cl-)，有可能在渣堆存时渗漏而污染环境；6)对沉铁过程pH 值的控制要比黄钾铁矾法严格。
赤铁矿法原理：当硫酸浓度不高时，在高温（180~200℃）高压（2000kPa ）条件下，溶液中的Fe3+会发生如下水解反应得到赤铁矿（Fe2O3）沉淀：Fe2(SO4)3 + 3H2O = Fe2O3 + 3H2SO4 如果溶液中的铁呈Fe2+形态，应使其氧化为Fe3+。产出的硫酸需用石灰中和。赤铁矿法的沉铁率可达90%。
赤铁矿法的优缺点：锌及伴生金属浸出率高，综合回收好，产渣量少，渣的过滤性好，渣含铁高（58%），可直接用作炼铁原料。需用高压釜，建设投资费用大，蒸汽消耗多，酸平衡问题用石灰中和解决但产生大量的CaSO4渣。
11.简述硫化锌精矿氧压浸出的原理及其特点。
原理：硫化锌精矿不经焙烧，在高压斧内充氧下加入废电解液，使硫化物直接转化为硫酸盐和元素硫
的工艺过程。2ZnS+H2SO4+O2=ZnSO4+2S+H2O 特点：1、对原料有较大的适应性，锌的回收率较高，97%以上；2、流程短，可取消焙烧、制酸系统及渣处理工序；3、不产出SO2废气，且废渣少；4、能耗和成本与常规法大体相同；5、有利于铅、镉及贵金属的综合回收。
11.写出锌电积的主要电积反应：电化学反应：ZnSO4+H2O=Zn+H2SO4+1/2O2 电极反应：阴极：Zn2++2e=Zn；阳极：H2O-2e=1/2O2+2H+
12.什么是槽电压？影响槽电压的因素有哪些？槽电压：指电解槽内相邻阴、阳极之间的电压降，它直接影响到锌电积的电能消耗。因素：1）电流密度；2）电解液的组成；3）温度；4）两极间的距离；5）接触点电阻等。
13.什么是电流效率和电能消耗？影响锌电积过程的电流效率和电能消耗的因素有哪些？分别写出电流效率和电能消耗的数学表达式。
1、电流效率：指在阴极上实际析出的金属锌量与理论析出的金属锌量之比，即： %100)/(⨯=qIt G η；影响电流效率的因素：1）电解液的组成；2）阴极电流密度；
频闪灯3）电解液温度；4）电解液纯度；5）阴极表面状态；6）电积时间等。2、电能消耗：指每生产一吨锌所消耗的直流电能，即：t kWh V V w /8201000q η
η=⨯==析出锌的产量实际消耗的电能；电能消耗取决于电流效率和槽电压
14.根据Zn-Cd 二元系沸点组成图，说明粗锌火法精馏精炼的基本原理和过程。
由图可以看出，当锌中熔有低沸点镉时，锌的沸点便会降低，其变化规律如图中I 线所示。当成分为A 的粗锌加热到a 的温度时，这种含镉的锌便会沸腾，锌、镉同时挥发。蒸气冷却时，其组成则是沿着线II 变化，从I 线上的a 点作横坐标的平行线，交于b 点，b 点所代表成分，即为A 成分的合金加热至a 点蒸发，气液两相平衡时气相的平衡成分。因此，被冷凝下来的液相含锌较b 点多、含隔少。未被冷凝的气相则正好相反，即气相中富集了低沸点的金属镉，这样反复多次地蒸发与冷凝，液相中就富集了高沸点金属，气相中富集了低沸点的金属，从而使沸点有差别的两种金属，达到完全分离的目的。
16.粗锌真空蒸馏的原理及其优点。
原理：粗锌的真空蒸馏是利用锌与各杂质的蒸气压的差别，在高温和真空中使它们与锌分离。优点：1、作业温度低：常压蒸馏在1423～1473K ，真空蒸馏在1073K 以下，较多的采用798K ，二者相差约673～973K ；2、产品质量好：常压精馏锌
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