第4章冰铜熔炼原理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：CuFeSa-HyOs—Ch+FeO+2SQ(4.1)Cu2S+Q―2Cu°+SOs<4.2)F；FeSa+yCh―FeO+玄迥(t3)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：Cu2S+y02—Cu20+SO2(4.4)冶炼过程中，发生上述反应时，Cu2O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°C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。图4+1FoOS-SiOa休系的简化相图但是，当Sio2增加时，会出现液态可溶性孔隙，随着Sio2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：CuFe&+O2+SiO3—^Cu-F^S+FeO•Sit^+SOa（4.5）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FeO、Fe203、Si02、A12Oa、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。表业1在nout时，饱和轿6的F1OS体系中亘不相溶液相的成分（点A〔渣》利E｛冰钢）分别与囲4.1中的A和E对应°增加CmS（表中聂下方的数据〕能使互溶的范囲变宽。CuES几乎全部进人冰钢相中J休系相成井/%FeOFeSSiOzGfiOAltOiCu?SFeSrFeOSiOsFeS-FeOSiOf-FCaOFeSrFeQ-SiOs+AlsOaM渣〉虫冰铜）渣冰铜渣冰铜54.3327,4246.722S.4650+0527.54IL90~72.42&8469.397.5672*1527.2S0+1637.802.153乩350.31鼠645+94CujS-FeS-FeOSiOi冰铜57.7314.927.5954.6933-&30”25①8S30,14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图4.2碱性氧化物对熔渣叩SiO£离子链结构的影响〔增加城性擂化物5。和MgO町以打碎离子徒.降低渣的熔点和黏度"•-轨0=6O-Ca£4或盹卄）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C^O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>Fe2Oo和SiO2,同时含有少量的A12O3>CaO和MgO,见表4.2o从图4.3可见，在12.0°C和125CTC时，FeO—Fe2O3—体SiO?系中液相区的成图4.3fEisoor和1250X?时，FeO-FesOs-SiO2休系的液面分有上下限。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...
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