重金属造锍熔炼

造锍熔炼过程中FeS的优先氧化 的优先氧化 造锍熔炼过程中
造锍熔炼过程中物料中的铜以Cu2S的形态进入冰铜相中； 铁一部分以FeS的形态进入冰铜相，一部分以FeO的形态与 SiO2 反应造渣进入渣相。FeS是绝大部分的铜以Cu2S的形态 进入冰铜相的保证。这是因为： FeS(l.mt) + Cu2O(l.sl) = FeO (l.sl) + Cu2S(l.mt) ∆G0 = -114570 + 13.05T (J)
生产指标
72.73 5.98 1.734 1.438 0.707 3.0~3.12 7000~7150 40.27 3000 300 3000~3600 69.84 5.76 1.7 5000 17 3
设计指标
62.5 6.7 1.6 1.76 3.56 2.8578 6961 39.4 8000 300 8805 73 5.4 1.8 4987.3 16 3
4
造锍熔炼过程中杂质的行为
炼铜原料中除了铜、铁和硫外，还含有铅、锌、镍、钴、 硒、碲、砷、锑、金、银和铂族金属等。其中贵金属最 终几乎都富集在金属铜相中，从电解精炼阳极泥中加以 回收。其他元素在熔炼过程中不同程度地被氧化进入气 相，或者以氧化物形态进入渣相。其中Zn大部分氧化进 入渣相，Ni、Pb、Co大都以硫化物形态进入冰铜相，大 部分的Sb、Bi和Ag也进入冰铜相，As大部分进入气相中。
(3) 瓦纽科夫法
瓦纽科夫法是前苏联冶金学家A.B.瓦纽科夫发明的一种 熔炼方法。自1982年投入生产以来，有了很大发展。到 1987年在巴尔喀什、诺里尔斯克和乌拉尔炼铜厂分别建成 了48m2的瓦纽科夫炉。瓦纽科夫法与其它熔炼方法的最大 差别是将富氧空气吹入渣层，从而保证炉料在渣层中迅速 熔化，而且为炉渣与冰铜的分离创造了良好的条件。

Cu 72. 4 73. 0 69. 33 6 6.0 8 3.5 5 64. 7 55. 6 7 13. 2 7.8 0 23. 4.0 2.6 4.1 0.3 23. 2.8 1.2 2.2 0.2 69. 84 71. 4 Fe 3.5 8 4.2 8 5.9 20. 76 21. 07 21. 4 2.5 8 0.6 8 0.7 1.2 3 0.2 5 0.0 4 0.0 3 1.8 0.2 0.0 0.4 20. S 21. Pb 1.8 Zn 0.7 As Sb Bi Fe3 O4 O2 Si
表 3-1霍恩厂诺兰达炉炉料特性
种类 铜精 矿 杂铜 料 渣精 矿 返料 熔剂 烟尘 焦(煤) 最大 100mm 最大 20mm 结块<50mm 95％>1mm，最大 50mm 0～20 3～7 3～7 3～7 0～80 0～5 0～50 0～35 0～10 0～20 0～35 0～10 0～20 0～70 60～95 0～10 最大 100mm 8～15 30～45 9～30 7～15 5～15 粒度 从滤饼到 100mm 块矿 最大 100mm 3～15 5～100 0～95 0～95 0～95 水份/％ 4～15 化学成分(％) Cu 15～50 Fe 15～35 S 15～35 SiO2 0～10
诺兰达炉生产工艺需要一定的燃料来补充热量
燃料加到炉料中通过燃烧，燃烧产品在接近熔 体温度的情况下逸出，热交换率高； 同时作为一种还原剂还原渣中的Fe3O4。 固体燃料和炉料一起加入炉内。霍恩厂使用过 几种煤和焦。大冶选择了廉价的石油焦，其发 热值为41.29MJ/kg，含C85.135％，H12.03％， S1.14％，灰分0.04％，密度为0.95kg/t 通过燃烧器还可使用气体或液态燃料。如天然 气、柴油、重油。大冶燃烧器用的燃料主要是 重油。

铜冶金主要步骤：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+SO24.在吹炼过程中Fe3O4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Fe3O4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。

2019年5月贵金属May 2019第40卷第2期Precious Metals Vol.40,No.2收稿日期：2019-01-21基金项目：国家重点研发计划项目（NO.2018YFC1901604）、国家自然科学基金青年科学基金(51404296)、湖南省自然科学基金青年基金项目(2018JJ3678)。

第一作者：杨天足，男，博士，教授，研究方向：稀贵金属冶金。

E-mail:tianzuyang@ *通讯作者：张杜超，男，博士，副教授，研究方向：重金属和贵金属冶金。

E-mail:zdc015@造锍熔炼富集含砷难处理金矿中金的研究杨天足，卢一帆，张杜超*，刘伟锋，陈霖，令红斌(中南大学冶金与环境学院，长沙410083)摘要：在含砷难处理金矿中添加氧化铜造锍熔炼，将金和银富集在铜锍中。

通过单因素实验法研究了造锍熔炼过程中主要元素的行为，得到造锍熔炼的最佳条件为：质量比m (CaO)/m (SiO 2)=0.5、m (FeO)/m (SiO 2)=2.0，物料中铜的总含量为5%，熔炼温度为1300℃，保温时间为60min ，此时金银在铜锍中得到有效富集。

金在锍相中的品位为78.3g/t ，回收率可达到99.98%；锍相中铜的回收率为98.64%；渣相中砷和硫含量都很低。

物相分析表明铜锍相中的铜和铁主要是以CuFeS 2、FeS 、Cu 2S 和Cu 存在，对金具有富集作用。

关键词：黄金；含砷难处理金矿；造锍熔炼；低品位铜锍中图分类号：TF831文献标识码：A 文章编号：1004-0676(2019)02-0005-07Enriching Gold from Refractory Arsenic-bearing Gold Ore by Matte Smelting MethodYANG Tianzu,LU Yifan,ZHANG Duchao *,LIU Weifeng,CHEN Lin,LING Hongbin(School of Metallurgy and Environment,Central South University,Changsha 410083,China)Abstract:Copper oxide was added to a refractory arsenic-bearing gold ore and then smelted.Gold and silver were captured by the copper-matte produced during smelt.By single-factor experiment,the optimum conditions of making the matte were as follows:m (CaO)/m (SiO 2)=0.5,m (FeO)/m (SiO 2)=2.0,the copper content in the mixed material was 5%,smelting temperature was 1300℃,holding time was 60min.Under these conditions,gold and silver could be efficiently enriched in the copper-matte.The gold content in matte was 78.3g/t,with a recovery rate of 99.98%,while 98.64%of copper added was found in the matte.The contents of both arsenic and sulfur in the slag were very low.The phase analysis of the copper-matte reveals that copper and iron are mainly present in the states of CuFeS 2,FeS,Cu 2S and Cu which have enriching effect on gold.Key words:gold;refractory arsenic-bearing gold ore;matte smelting;low grade copper-matte 含砷难处理金矿是当前自然界中储量最大且极难处理的一种金矿。

铜冶金：1、冰铜：冰铜是在熔炼过程中产生的重金属硫化物为主的共熔体，是熔炼过程的主要产物之一，是以Cu2S-FeS系为主并溶解少量其它金属硫化物、贵金属、铂族金属、Se、Te、Bi等元素及微量脉石成分的多元系混合物。

2、铜的提取方法：火法和湿法两类湿法炼铜通常用于处理氧化铜矿、低品位废矿、坑内残矿和难选复合矿；火法炼铜用于处理硫化铜矿的各种铜精矿、废杂铜。

3、造锍熔炼：物理化学变化过程：水分蒸发，高价硫化物分解，硫化物直接氧化，造锍反应：FeS + Cu2O = FeO + Cu2S，造渣反应：2FeO + SiO2 = （2FeO·SiO2），3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2。

4、冰铜的性质：比重：4.4～4.7，远高于炉渣比重；粘度：η＝2.4×10-3Pa·s，比炉渣粘度低很多；表面张力：与铁橄榄石（2FeO ·SiO2）熔体间的界面张力约为20～60N/m，其值很小，由此可判断冰铜容易悬浮在熔渣中；冰铜的主要成分Cu2S和FeS都是Au和Ag的强有力的溶解剂。

液态冰铜遇水爆炸5、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？答：Fe3O4的熔点高（1597℃），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，比重增大，恶化了渣与锍的沉清分离。

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。

采取的措施：尽量提高熔炼温度；适当增加炉渣中SiO2含量，一般为35％以上；控制适当的冰铜品位（含Cu40~50%）,以保持足够的FeS 量；创造Fe3O4与FeS和SiO2的良好接触条件。

6、造锍熔炼过程中对炉渣有什么基本要求？答：要与冰铜互不相溶；对Cu2S 的溶解度要低；要有良好的流动性和低的密度。

熔炼常识1.造锍熔炼过程中物料的主要物理化学变化?(1)高价硫化物、氧化物及碳酸盐的分解(2)硫化物氧化(3)铁的氧化物及脉石造渣反应(4)造锍反应(5)燃料的燃烧反应2.冰铜的概念?冰铜(锍)是在熔炼过程中产生的重金属硫化物的共熔体,是以Cu2S-FeS系为主并溶解少量其他金属硫化物(如Ni3S2, PbS, Co3S2, ZnS等), 氧化铁(Fe3O4,FeO),铂族金属及微量脉石成分的多元系混合物. 造锍熔炼炉渣碱度是如何定义的? 3.碱度定义:碱性渣和酸性渣有什么区别,它们对炉渣粘度的影响是什么? M0=1的渣称为中性渣,M0>1的渣称为碱性渣,M0<1的渣称为酸性渣.在炉渣组成一定时,炉渣粘度随温度升高而降低.但温度对碱性炉渣和酸性炉渣粘度的影响有显著区别.4. 造锍熔炼过程对炉渣的基本要求如何?炉渣与冰铜不互溶,对Cu2S溶解度小；具有良好的流动性；具有相对低的密度；具有相对大的界面张力5. 渣含氧化硅对锍与炉渣平衡有何影响？SiO2为42-45%时,铜在渣中的损失最小,且随SiO2的升高,铜的溶解损失降低;SiO2低于42-44%时,机械夹带损失降低;SiO2超过42-45%时,机械夹带损失升高.6. 冰铜吹炼的目的是什么?锍吹炼的两个阶段是什么?冰铜的吹炼多在水平转炉中进行，其主要原料为熔炼产出的液态冰铜吹炼的目的是利用空气中的氧，将冰铜中的铁和硫几乎全部氧化除去，同时除去部分杂质，以得到粗铜转炉吹炼是一个周期性的作业，可分为两个阶段：第一阶段：造渣期，主要进行FeS的氧化和造渣反应;第二阶段：造铜期，主要进行Cu2S的氧化及Cu2S 和Cu2O的相互反应，最终获得粗铜。

造渣期根据情况加入冰铜和石英溶剂，并间断地排放炉渣。

造铜期无需加溶剂，不产出炉渣。

7.粗铜火法精炼过程包括哪些?火法精炼的目的如何?精炼过程: 每一精炼周期包括装料、熔化、氧化、还原和浇铸五个工段，其中氧化和还原工段是最关键工段火法精炼目的: 粗铜含有各种杂质和金银等贵金属，其含量为0.25~2%。

完成造渣和造冰铜过程 本床区 炉渣与冰铜成分相互调整，少量的Cu2O被再硫化
铜精矿的密闭鼓风炉熔炼
——密闭鼓风炉炼铜的基本原理（I） 密闭鼓风炉炼铜的基本原理（ ） 密闭鼓风炉炼铜的基本原理
(2) 炉顶温度较高（500～650℃） (3) 炉气穿过料层和炉料不断下移，使传热传质都比反射炉好， 热利用率和脱硫率高 (4)主要氧化反应是铁的硫化物氧化 (5) 鼓风炉的焦炭燃料完全作为加热剂，其燃烧热约占全部热 收入的60%。
闪速熔炼的原理
闪速熔炼的实质是将干精矿与氧气、 闪速熔炼的实质是将干精矿与氧气、预热空气 或二者的混合物一起吹入高温反应炉内， 或二者的混合物一起吹入高温反应炉内，硫化 物颗粒立即与周围的氧化性气体发生反应， 物颗粒立即与周围的氧化性气体发生反应，同 时放出大量的热， 时放出大量的热，利用这个热作为熔炼所需的 大部发生相互反应， 大部发生相互反应，完成造冰铜和造渣的过 然后分别从放冰铜口和放渣口放出。 程，然后分别从放冰铜口和放渣口放出。 目前闪速熔炼法的产铜量占铜总产量的30%以 目前闪速熔炼法的产铜量占铜总产量的 以 上
闪速熔炼的精矿干燥
铜冶炼厂进厂铜精矿含水一般为8%~15%。 。 铜冶炼厂进厂铜精矿含水一般为 冶炼前的配料作业、 冶炼前的配料作业、冶炼过程中及冶炼烟气制酸 都对精矿含水有一定要求。 都对精矿含水有一定要求。 在配料过程中，若含水高，精矿易粘结， 在配料过程中，若含水高，精矿易粘结，会影 响配料精度。因此， 响配料精度。因此，配料前的精矿含水一般控制 以下， 在10%以下，必要时可增加预干燥设备。 以下 必要时可增加预干燥设备。
铜精矿的密闭鼓风炉熔炼
——密闭鼓风炉炼铜的基本原理（I） 密闭鼓风炉炼铜的基本原理（ ） 密闭鼓风炉炼铜的基本原理

２ ０ １ ５年 ８月 第４ ４卷第 ４期 （ 总第 ２ ５ ３期 ）
云南 冶金
ＹＵＮＮ ＡＮ ＭＥ ＴＡＬ Ｌ ＵＲＧＹ
Ａ ｕ ｇ ．２ ０１ ５
Ｖ ｏ １ ． ４ ４ ．Ｎ ｏ ． ４（ Ｓ ｕ ｍ ２ ５ ３ ）
造锍 熔 炼 法 从 黄 钠铁 矾 渣 中 回收铜 、镍 工 艺 技 术 研究
质量比 １ ０ ％ ，黄铁矿与铁矾渣量 比２ ２ ％ ，石英石与铁矾渣量 比２ ０ ％ ，石灰石与铁矾渣量 比 ０ ． ５ ％的条件下 ，铜 、
镍 等有价金属能较好的富集在镍锍中。通过造锍熔炼试验表明 ：采用造锍熔炼 工艺综合 回收处理黄钠铁矾 渣 ，镍
直收率 可达到 ９ ０ ％以上 ，铜直收率可达到 ９ １ ％ 以上 。 关键词 ：黄钠铁矾渣 ；造锍熔炼 ；铜、镍 回收 ；低冰镍 中图分类号 ：Ｔ Ｆ １ １ １ ． １ ７ ；Ｔ Ｆ ８ １ １ ；Ｔ Ｆ ８ １ ５ 文献标识码 ：Ａ 文章编号：１ ０ ０ ６ － ０ ３ ０ ８（ ２ ０ １ ５ ）０ ４ － ０ ０ ３ ０ ００ －
李俞 良，朱来 东，鲁兴武
（ 西北矿冶研究院冶金新材料研究所 ，甘肃省有色金属冶炼 新工艺及伴生稀散金属高效综合利用重点实验室，甘肃 白银 ７ ３ ０ ９ ０ ０ ）
摘 要 ：试度 １ ２ ５ ０ ℃，时间 ２ ｈ ，还原剂碳 与炉料
ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ １ ２ ５ ０ ￣ Ｃ ，ｔ ｈｅ ｔ ｉ ｍｅ ｉ ｓ ２ ｈ ｏ ｕ ｒ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｍａ ｓ ｓ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｆ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｉ ｎ ｇ ａ ｇ ｅ ｎ ｔ ｅ ￣ｂ ｏ ｎ ｗｉ ｔ ｈ ｈｅ ｔ ｆ ｕ ｒ ｎ ａ ｃ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ ｉ ｓ １ ０％ ，Ｔ ｈ ｅ ｍａ ｓ ｓ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｏ ｆ

7.1.3
Cu-Fe-S 三元系状态图
熔炼硫化矿所得各种金属的锍是复杂的硫化物共熔体，基本上是由金属的低价硫化 物所组成，其中富集了所要提取的金属及贵金属。例如铜锍中主要是 Cu2S 和 FeS，它 们两者所含铜、铁和硫的总和常占铜锍总量的 80%～95%，所以 Cu、Fe、S 三种元素可 以说是铜锍的基本成分，即 Cu-Fe-S 三元系实际上可以代表铜锍的组成。通过对该三元 系状态图的研究，对铜锍的性质、理论成分、熔点等性质可有较详细的了解。
Cu（固 P1P 线——为二元包晶液相线，该）两个四相平衡不变点： E 点——为三元共晶点，共晶温度为 1188K（靠近 FeS-Cu2S 连线的 E3 处） ，
Cu2S（固溶体）+FeS（固溶体）+Fe（固溶体） LE 。
7.1.2
造锍熔炼过程的主要化学反应
2FeS（l）+3O2 = 2FeO（l）+ SO2 (1)
造锍熔炼主要包括两个过程，即造渣和造锍过程。其主要反应如下：
150
2 FeO（l）+ SiO2（S）= 2FeO·SiO2（l） xFeS（l）+yMeS（l） = [ yMeS·xFeS]（l）
(2) (3)
表 7―1 锍的类型 铜锍（冰铜） 高铜锍（白冰铜） 镍锍（冰镍） 高镍锍（高冰镍、镍高锍） 铜镍锍 高铜镍锍 0.8~2.5 7~8 24~30 各种熔锍主要成分 Cu 36~65 70~80 12~20 78~79.5 13~15 40～48 Ni Fe 10~40 ＜1 56~69 0.2~0.3 47~49 2~14 S 20~25 18~19 17~23 17~19 24~25 21~23
P 点 —— 为三元包晶点，析出温度为 1358K （靠近 Cu 角处） ， Lp+Fe( 固溶体 )

闪速熔炼炉渣处理方法
❖ 磨浮法(选矿法)：将闪速炉渣经8~10h缓冷， 此时渣中的硫化物会析出并聚结成大颗粒。 然后将固化了的炉渣细磨、浮选。浮选出的 渣精矿中铜品位可达20%左右。
❖ 电炉贫化法：利用电炉，在高温 (1250~1300℃)下过热澄清，并加入少量还 原剂与一些硫化剂，使炉渣中的Fe3O4还原 为FeO，而其中的Cu、Cu2O、NiO等被硫 化，产出低品位锍。贫化后的渣含铜为
铜精矿的密闭鼓风炉熔炼
——密闭鼓风炉炼铜的基本原理（I）
密闭鼓风炉内的冶金反应 特点 (1) 根据炉内温度和物理化学变化鼓风炉从上到下分为
预备区 炉料的预热、干燥、脱水 ；高价硫化物和石灰石 的分解；硫化物的氧化 ；精矿的固结和烧结 焦点区 焦炭的燃烧、炉料的熔化、熔融硫化物的氧化以及 完成造渣和造冰铜过程 本床区 炉渣与冰铜成分相互调整，少量的Cu2O被再硫化
(1~1.5%) ❖ 烟尘率高，给余热锅炉等的操作带来困难 ❖ 投资大，辅助设备多
闪速熔炼的原理
闪速熔炼的实质是将干精矿与氧气、预热空气 或二者的混合物一起吹入高温反应炉内，硫化 物颗粒立即与周围的氧化性气体发生反应，同 时放出大量的热，利用这个热作为熔炼所需的 大部发生相互反应，完成造冰铜和造渣的过 程，然后分别从放冰铜口和放渣口放出。 目前闪速熔炼法的产铜量占铜总产量的30%以
——密闭鼓风炉构造（II）
1－水套梁；2－顶水套；3－加料斗；4－端水套；5－风口；6－侧水套； 7－山型；8－烟道；9－咽喉口；10－风管
密闭鼓风炉缺点：
物料和炉气在炉内分布不均，妨碍 多相反应的迅速进行，不利于硫化 物的氧化和造渣反应，因此床能率 低
要求处理块矿和使用优质焦炭，不 适应当前浮选技术的发展

18%和22%。从目前情况看，2006年除了锌合金和电池 行业对锌的需求保持稳定甚至下降以外，其他消费领域 的需求还在继续增长。估计2007年锌消费量约为400万 吨。
1.1 重金属（密度都在6.0 g/cm3以上） Cu, Pb, Zn, Ni, Co, Cd, Hg, Sn, Sb, Bi共十种。自然
2)产物(出炉) 冰铜（铜锍）：Cu2S + FeS ,Cu 25～70% 炉渣：SiO2—FeO—CaO(实际组成更为复杂，后述） 烟气：SO2 烟尘：烟气夹带的细粒物料，. 以及易挥发元素和化合27物
2.2 造锍熔炼过程的物理化学变化
2.2.1火法炼铜的总反应（以黄铜矿为例）：
CuFeS2 + (4+X)/2 O2 = Cu + 2SO2 + FeOx A)实际炼铜工艺常包括造锍熔炼（产出冰铜，完成铜与
铜矿石（0.4～2%Cu）——浮选——铜精矿(15～
30%Cu)—— 造 锍 熔 炼 —— 冰 铜 （ 铜 锍 25 ～
70%Cu）——吹炼——粗铜（98～99%Cu）—
—火法精炼——阳极铜（99%Cu）——电解精
炼 —— 电 铜 (99.95-99.98%Cu)(GB466-
82,GB/T1385-92)
渣或挥发。含锌高的硫化铜矿不宜加入密闭鼓风炉处理，不然会使渣的流动性变
.
10
坏，且产生横隔膜。
1.1.3铜精矿（浮选硫化铜精矿）
表1-2 硫化铜精矿典型成分
45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
铜精矿1 铜精矿2 铜. 精矿3 铜精矿4
Cu Fe S Zn pb As Sb Bi Ag MgO Al2O3 SiO2 C1a1O

造锍熔炼的基本原理(一)造锍熔炼的基本原理什么是造锍熔炼？造锍熔炼是一种将金属矿石转化为金属锍的冶金过程。

锍是金属矿石在高温下部分熔化的产物，其中含有金属和非金属成分。

通过进一步处理，金属锍可以被提纯并用于制造各种金属制品。

造锍熔炼的基本步骤1.矿石破碎：首先，将金属矿石进行破碎，以增加其表面积和接触面，便于后续处理。

2.矿石浮选：将破碎后的矿石放入浮选机中，通过气泡吸附的方式分离金属矿石和非金属矿物。

在浮选过程中，利用矿石表面的物化性质，使金属矿石浮起来，而非金属矿物沉入底部。

3.锍矿化：经过浮选的金属矿石被送入熔炼炉，并与熔剂（通常是氧化剂和还原剂的混合物）一起加热。

在高温下，金属矿石开始熔化，并与熔剂中的其他化学物质发生反应。

4.分离：在熔炼过程中，金属和非金属成分会发生相互作用，生成金属锍和熔渣。

通过浮力和密度的差异，可以将金属锍与熔渣分离。

5.精炼：分离得到的金属锍可能含有杂质，需要进行精炼。

精炼过程中，通过加入化学剂或调节温度、压力等参数，可以进一步纯化金属锍。

6.冷却和固化：经过精炼的金属锍被冷却成块状，并固化为有固定形状的金属。

造锍熔炼的原理解析1.浮选原理：浮选是根据矿物表面与气泡的相互作用来实现分离的。

通过给矿浆注入含有诸如气体或化学药品的液体，使气泡产生并吸附在目标矿物表面，从而改变其浮力或附着特性。

2.熔渣分离原理：熔渣分离是利用熔渣与金属锍的密度和浮力差异来实现的。

通过控制熔渣的成分和温度，可以调节其物理性质，使得熔渣具有更高的密度，从而下沉或被分离出来。

3.精炼原理：精炼是通过控制反应条件和添加特定的化学剂来消除金属锍中的杂质。

常用的精炼方法包括化学精炼、电解精炼、熔盐精炼等。

造锍熔炼的应用领域造锍熔炼广泛应用于金属冶金工业，包括以下领域：•铁矿石冶金：将铁矿石熔炼成熔铁，用于生产钢材或其他铁制品。

•铜冶金：将铜矿石熔炼成熔铜，用于制造电线、管道等。

•铝冶金：将铝矿石熔炼成熔铝，用于汽车制造、建筑等行业。

E）反射炉生产数据
F）反射炉的发展 优点：对原料适应性强；炉子结构简单，对耐火材 料要求不高；对自控水平，操作水平要求较低； 渣含铜低，不需处理可直接弃去。
缺点：烟气 SO2 浓度低；仅 0.5-2% 难于回收利用， 环境污染严重；热效率低，能耗高；冰铜品位低， 吹炼负荷大；生产率低。 反射炉的发展趋势：改良；新技术取代。
2.1.2 Noranda法
A）炉子结构：为一可转动的圆筒形炉，目前最大炉子直径为5.2m, 长21.3m。炉子外壳用50-75mm厚低合金钢板焊接，内衬结合铬 镁砖、熔铸铬镁砖或熔粒铬镁砖，传动装置用直流电机。
Noranda炉有关数据：
B）生产过程
•炉料：
•生产过程 配料（控制炉渣Fe/SiO2为1.4-1.8)---连续加料、鼓 风熔炼---间断放冰铜和炉渣。冰铜液面：970-1200 mm; 渣厚：200---300 mm;熔体温度： 1523K左右。 • 产物： 冰铜：品位65--73%。可由风/料比调节；高品位冰 铜，不利于As,Sb,Bi等杂质的去除。 炉渣：渣含铁高，渣中Fe/SiO2比一般为1.6-1.8. 霍 恩厂炉渣成分为(%)：Cu5.7; Fe 38.1; SiO2 22.3; S 1.5; Fe3O4 18; Al2O3 4; Pb 1.3; Zn 3.9, Fe/ Si O2 1.7.
Reference: JOM 1991 September p20 Top-Blown Injection Smelting and Converting: The Mitsubishi Process
2．2 闪速熔炼 2.2.1 outokumpo闪速熔炼 A) 应用情况 : 1949 年在芬兰得到工业应用， 1956 年日本引进，日本为完善该技术做了大量工作。 1978 年，我国花费 1.2 亿美元从日本和芬兰引进 该技术，1985年建成贵溪冶炼厂投产。目前，有 40余座炉子（铜、镍）在运转，产铜量占40％左 右，最成熟的先进炼铜技术，适宜于大型工厂应 用。但对原料要求高，备料系统复杂，投资大， 近年来其发展受到ISASMELT等技术的挑战。

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造锍熔炼的基本原理：基于许多的MeS能与FeS形成低熔
点的共晶熔体（熔锍），这种共晶熔体在液态时能完全 互溶，且与熔渣互不相溶及密度不同，于是在熔炼过程 中主体金属硫化物被有效富集在熔锍中，而杂质氧化物 则与SiO2结合形成熔渣而被很好地分离除去。
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造锍熔炼的概念、目的及原理


造锍熔炼：将硫化物精矿、部分氧化焙烧的焙砂、返料及 适量熔剂等物料，在一定温度下进行熔炼，产出两种互不 相溶的液相——熔锍和熔渣。 造锍熔炼目的及意义：目前由于大多数冶金硫化矿一般都 是含硫化铁较多的矿物，且矿石品位较低， （如CuFeS2 黄铜矿，其精矿品位有的低到含铜只有10%左右，而含铁 量可高达30%以上，）如果采用只经过一次熔炼提取金属 铜的方法，必然会产生大量含金属高的炉渣，造成金属的 大量损失。因此，为了尽量避免金属的损失，工业实践先 要经过富集熔炼——造锍熔炼，使金属与一部分铁及其它 脉石等分离后。再通过吹炼方式得到纯金属。

锍熔炼的产渣量是很大的。视精矿和脉石成分的高低，
一吨的炉渣量大约是50－100%或更多些。一般熔炼炉渣
含铜为0.2～0.7％。现代强化熔炼（闪烁炉和熔池熔炼） 的炉渣需要经过贫化处理，传统铜锍熔的炉渣一般则不再 处理而直接废弃。因此，要求尽可能地降低渣中的铜损失。 减少铜在渣中的损失包括两方面的内容：一是减少炉 渣出量；二是降低渣中铜的含量。
3
二、冰铜的概念及其组成
冰铜是在熔炼过程中产生的重金属硫化物为 主的共熔体，是熔炼过程的主要产物之一，是以 Cu2S-FeS 系为主并溶解少量其它金属硫化物（如 Ni 3 S 2 、 Co 3 S 2 、 PbS 、 ZnS 等）、贵金属（ Au 、 Ag）、铂族金属、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及 微量脉石成分的多元系混合物。
5
（1）水分蒸发
目前除闪速熔炼、三菱法等处理干精矿外，
其他方法的入炉精矿，水分都较高（为
8%~15%）。这些精矿进入高温区后，矿中的水
分将迅速挥发，进入烟气。
6
（2）高价硫化物的分解
熔炼未经焙烧或烧结处理的生精矿或干精矿时，
炉料中含有较多的高价硫化物，在熔炼炉内被加热
后，离解成低价化合物，主要反应有： 2FeS2(s)→2FeS(s)+S2(g) 压Ps2=69.06千帕 (2-1)
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炉渣的分类常以炉渣的酸度或碱度来划分。过去常以酸
度（硅酸度）来对炉渣进行分类，现在许多冶金学家大都 以碱度来分类。 碱度定义如下：
%CaO %MgO % FeO M0 %SiO2 % Al2O3
M0=1的渣称为中性渣，M0>1的渣称为碱性渣，M0<1的渣
称为酸性渣。鼓风炉渣是典型的碱性渣（M0＝1.1～1.5)，

重金属类危险废物锐化处理技术有色金属冶炼产生的重金属类危废，一方面对人类生态环境构成了严重威胁，但另一方面它是一种宝贵的不可再生资源。

将其中的重金属元素实现资源化利用将是未来科研人员研究的重点。

重金属危废污染是当前和未来很长时间内人类面临的突出重大环境问题之一。

无论从国家对重金属污染综合防治的需求，还是到地方重金属污染治理、环境管理以及科技创新体系建设的需要来看，都迫切需要开展针对重点防控区重金属污染控制关键工程技术研发、成果转化及其产业化、示范化推广。

一.重金属危废来源及成分分析重金属危废主要来源于有色金属冶炼行业及化工行业。

国内涉铅、镉、汞、碑、铭等重金属危废污染企业较多,分布广。

部分地区还堆存有大量的历史遗留含重金属废渣，此类重金属危废污染具有长期性、累积性、潜伏性和不可逆性等特点,其危害大、治理难度大、成本高。

二.锦化处理基本原理铳是2种以上贱金属硫化物的共熔体。

铁、钻、银、铜硫化物都具有很高的熔点和分解温度，能形成共熔体。

铳能捕集重金属危废中有价金属的原理,一般被认为是重有色金属硫化物具有与重金属相似的晶格结构和相近的晶胞参数。

也有认为铳捕集重金属的原理主要在于熔铳具有类金属的性质。

因此，重金属危废中含有的重金属，在火法熔炼过程均可被捕集到铳或最终的重金属相中而被富集，这些富集的重金属混合物通过精炼制得金属成品，从而实现重金属危废的资源化利用。

三.研究目的本研究的主要目的是将重金属危险废物分为高碑类重金属危废和其它低品位、难处理的重金属危废两大类。

高碑类重金属危废入回转窑系统低温脱碑无害化，再进入铳化处理系统实现资源化利用；低品位、难处理的重金属类危险废物经预处理后入电炉熔融铳化富集，经过造锦,重金属被全部集中在铳相，渣脱毒后用作建筑材料，从而实现重金属危废的资源化。

四■小样实验1、样品采集与分析重金属危险废物采集量为IOokg,分析其主要化学成分及其含量、含水率、粒度、密度等。

2、试验设备小型电炉、小试用回转窑、浸出槽、破碎机、标准筛、搅拌机、电子天平、恒温干燥箱、搅拌釜、电解槽等。

3.2.2 造锍熔炼过程中的物理化学变化
(2) 锍的形成及其特性
熔炼温度下(1200℃)，两种硫化物 均为液相，完全互溶为均质溶液
图3-3 Cu2S-FeS二元系(教材P91)
图3-4 FeS-MS二元系的液相线(见教材P92)
3.2.2 造锍熔炼过程中的物理化学变化
铜锍中溶解有金属和氧化物， 所以其中的硫含量比Cu2SFeSl.08系化学计量的要少,实际 上的铜锍成分是在Cu2S-FeSl.08 线与2液相分层区之间 理论的铜锍成分应在图中 Cu2S-FeSl.08线上波动
图3-5 Cu-Cu2S-FeSl.08-Fe系状态图(见教材P92)
3.2.2 造锍熔炼过程中的物理化学变化
从FeS-FeO系可知，在高温 下它们完全互溶，所以 Cu2S-FeS系就溶解有FeO。
(a) Cu2S-FeS-FeO系等熔度图
(b)铜锍中的氧含量与共存的渣相中 SiO2含量的关系 BN线为SiO2饱和的FeO-SiO2炉渣
3.2.2 造锍熔炼过程中的物理化学变化
Ni3S2若用H2还原得到Ni， PH2S/PH2应小于0.0l
(5) 用硫氧势图说明多种硫化物的氧化反应
图3-13 1300℃ M-S-0系硫-氧势图(P103)
2M+O2=2MO (1) 2M+S2=2MS (2) (1)-(2): 2MS+O2=2MO+S2 (3) 这些反应的平衡常数表示式如下 lgK1=2lg(αMO/αM)-lgPO2 lgK2=2lg(αMS/αM)-lgPS2 lgK3=2lg(αMO/αMS)-lgPO2+ lgPS2 ½S2+O2＝SO2，1gK＝lgPSO2-½1gPS2-1gPO2 MS如果是在PSO2＝l0kPa的气氛下进行，随着 PO2的增大将沿图3-13中PSO2线的方向发展。Fe、 Zn、Ni的硫化物将越过反应(3)线变为MO，对 于Cu和Pb，则会越过反应(2)的线直接生产金 属，即MS+O2→M+SO2。这后一种生产金属的 情况，是硫化物用空气氧化时不经过氧化物阶 段而直接产出金属的可能性，铜硫的吹炼 (Cu2S→Cu)就是生产实践的一例，铅的直接熔 炼又是另一例。