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粗铜碱性精炼热力学分析曹忠华;陈雯;徐建兵;李枫;黄超【摘要】结合现在国内出现越来越多的高杂质粗铜，特别是其中的砷、锑、铋、铅等杂质，在传统火法精炼的工艺条件下不能得到有效的脱除。
这些杂质超标会对电解产生影响，使阳极铜达不到生产的要求（99.0%~99.8%）。
针对这一问题，本文首先采用HSC热力学软件对分别加Na2CO3、CaO与炉渣反应的过程进行标准情况的热力学分析，再结合实际体系下的情况计算。
根据吉布斯自由能最小原理，绘出不同温度下各反应体系中的趋势图，从而确定反应的热力学条件。
初步确定各种杂质氧化物与相对应脱杂剂的化学反应强度以及化学反应的优先顺序，从而进一步加深对粗铜火法精炼过程规律的认识，了解Na2CO3、CaO两种碱性脱杂剂的作用。
进而进一步确定新工艺中加入以上两种脱杂剂的可行性。
%At present, there are more and more high impurities in the crude copper, especially arsenic, antimony, bismuth, lead and other impurities, which cannot be effectively removed under the traditional fire refining process conditions. These impurities may affect the electrolysis, so that the cathode copper cannot reach the requirements of production (99.0% ~ 99.8%). In order to solve this problem, this paper first uses the HSC software for thermodynamic analysis of standard conditions of slag reaction process respectively with Na2CO3, CaO, and then calculates in combination with the actual system. According to the principle of minimum Gibbs free energy, it plots the trend diagram of each reaction system in different temperature, and determines the thermodynamic conditions of the reaction. It preliminarily determines the intensity and priority of thechemical reaction of various oxide impurities and miscellaneous remover, deepens understanding of crude copper fire refining process rule, and explores the effects of two kinds of alkaline complex remover (Na2CO3, CaO), so as to confirm the feasibility of adding the above two kinds of miscellaneous remover in the new process.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2016(035)014【总页数】3页(P214-216)【关键词】火法精炼;热力学计算;脱杂剂;粗铜【作者】曹忠华;陈雯;徐建兵;李枫;黄超【作者单位】昆明理工大学冶金与能源工程学院，昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院，昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院，昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院，昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院，昆明650093【正文语种】中文【中图分类】TG146.1+1转炉产出的粗铜，铜的含量一般为98.5%～99.5%，其它的杂质一般为硫、氧、铁、砷、锑、锌、锡、铅、铋、镍、钴等［1］。
碱金属对原燃料的影响1恶化焦炭冶金性能。
碱金属首先吸附在焦炭的气孔，而后逐渐向焦炭内部的基质扩散，随着焦炭在碱蒸汽内暴露时间的延长，碱金属的吸附量逐渐增多。
向焦炭基质部分扩散的碱金属会侵蚀到石墨晶体内部，破坏了原有的层状结构，产生层间化合物。
当生成层间化合物时，会产生比较大的体积膨胀，导致焦炭强度下降，块度减小，产生较多碎焦和粉末。
不同碱量条件下测定的焦炭反应性及反应后强度结果表明，加入钾、钠浓度增加后，焦炭的反应性增加，而且钾、钠浓度越高，反应性越大。
这说明钾、钠对焦炭的碳溶反应起正催化作用，而且钾的催化作用高于钠。
有关资料测定表明焦炭含K2O量每增加1％，反应性增加8％，焦炭反应后强度降低9.2％。
同时，高炉冶炼统计表明，碱负荷每增加1kg/t,焦比平均上升18.75kg/t。
2碱金属对烧结矿的影响2.1碱金属对还原性的影响烧结矿的还原度均随烧结矿含碱量（K2O）的增高而提高，但随着含碱量的进一步增加，烧结矿的还原度提高幅度较小。
碱金属能促进烧结矿还原的原因：一是碱金属对还原反应的催化作用，二是碱金属能增加烧结矿的气孔率。
.2.2碱金属对还原粉化率的影响碱金属使烧结矿中温还原粉化率倍增的原因是：一是在还原过程中，碱金属会进入氧化铁的晶格。
当还原到FeO时，碱金属大量进入FeO晶格，由于碱金属对还原反应的催化作用，使该区域的金属铁晶体生长较快，在相界面上产生应力，当应力积累到一定程度，便产生大量的裂纹，导致粉化率升高；二是在还原过程中会发生含钾矿物中钾元素的迁出与再集中，迁出的钾（或游离的钾）与硅铝等元素结合，生成钾铝硅酸盐，由于析晶困难，往往形成一些超显微的结晶，晶化愈强，结构也会更加疏松。
2.3碱金属对烧结矿软熔性能的影响烧结矿少量碱金属可以提高烧结矿的软熔温度，使软熔带下移，但是碱金属含量过多时，会使软熔带温度区间变宽而不利于高炉冶炼。
3碱金属对球团矿的影响碱金属是球团矿产生异常膨胀的重要原因。
白钨矿氢氧化钠焙烧热力学及新工艺研究钨的冶炼原料有黑钨矿和白钨矿,随着易冶炼的黑钨矿日益枯竭,白钨矿已成为钨工业的主要原料。
我国白钨冶炼主要采用高压碱分解工艺,无论是以前的碳酸钠压煮还是现在主流的氢氧化钠压煮法,都需在高压的条件下才能实现白钨矿的分解,压力通常在6<sup>1</sup>8公斤左右,常带来安全问题;生产均为单釜的间歇性操作,生产效率较低,且渣含钨在1<sup>2</sup>%,钨的利用率需进一步提升。
基于（CaO）Na<sub>2</sub>O-WO<sub>3</sub>-H<sub>2</sub>O赝三元系相图分析可知,碱浓度是影响钨矿分解的最主要因素,同时借鉴早期的碳酸钠烧结分解钨矿的连续操作方式,提出白钨矿氢氧化钠焙烧分解的设想,并对白钨矿氢氧化钠焙烧热力学和新工艺进行了研究。
主要内容如下:（1）对氢氧化钠焙烧分解白钨矿进行了探索研究,结果表明:焙烧过程中添加部分二氧化硅可高效的分解白钨矿,焙砂经水浸后渣含钨低于1%,为氢氧化钠焙烧白钨矿提钨新工艺奠定了基础。
（2）通过XRD对白钨矿氢氧化钠焙烧产物和水浸渣检测分析,焙烧产物的主要成分为Na<sub>2</sub>WO<sub>4</sub>和Na<sub>2</sub>CaSiO<sub>4</sub>,水浸渣的主要成分为CaCO<sub>3</sub>。
对白钨矿氢氧化钠焙烧水浸渣研究,研究表明:水浸渣中的CaCO<sub>3</sub>是由Na<sub>2</sub>CaSiO<sub>4</sub>与水溶液中的H<sub>2</sub>O和CO<sub>2</sub>反应生成。
碱洗塔热力学模型概述碱洗塔是化工工艺中常见的一种设备，用于去除原料中的酸性物质。
热力学模型在碱洗塔的设计和优化中起着重要的作用。
本文将详细介绍碱洗塔的热力学模型，包括其基本原理、建模方法和应用。
基本原理碱洗塔是通过将碱溶液与酸性物质接触，使其发生中和反应来实现去除酸性物质的目的。
在反应过程中，酸性物质会与碱发生反应生成盐类，并释放出热量。
热力学模型旨在描述这一反应过程，并预测其影响因素对反应效果的影响。
建模方法质量平衡方程首先，我们需要建立质量平衡方程来描述碱洗塔内各组分的浓度变化。
假设碱溶液与酸性物质之间发生快速反应，并达到平衡状态。
根据质量守恒定律，可以得到如下方程：dC Adz=−k⋅C A⋅C B其中，C A和C B分别表示碱洗塔内酸性物质和碱的浓度，z表示塔高，k为反应速率常数。
能量平衡方程除了质量平衡方程外，我们还需要建立能量平衡方程来考虑反应过程中的热效应。
假设碱洗塔内的温度变化很小，并且反应产生的热量主要通过传导方式传递。
根据能量守恒定律，可以得到如下方程：dT dz =q m⋅C p其中，T表示温度，q表示单位时间内传导热流量，m表示单位体积的溶液质量，C p表示溶液的定压热容。
边界条件为了求解上述方程组，我们还需要指定边界条件。
一般来说，入口处的浓度和温度是已知的。
在出口处，我们可以假设反应已经达到平衡状态，并且没有发生物质和能量交换。
模型求解数值方法由于上述方程组是非线性偏微分方程组，在大多数情况下无法通过解析方法得到解析解。
因此，我们需要借助数值方法进行求解。
常见的数值方法包括有限差分法、有限元法和计算流体力学方法等。
模型验证在求解得到碱洗塔内各组分浓度和温度分布后，我们需要对模型进行验证。
一种常用的方法是与实验数据进行对比，以评估模型的准确性和适用性。
应用设计优化热力学模型可以帮助工程师理解碱洗塔内部反应过程，并优化设计参数以达到更好的去除效果。
通过调整碱溶液浓度、流速、温度等参数，可以提高酸性物质的去除率，并降低能耗。
白钨矿氢氧化钠焙烧热力学及新工艺研究钨的冶炼原料有黑钨矿和白钨矿,随着易冶炼的黑钨矿日益枯竭,白钨矿已成为钨工业的主要原料。
我国白钨冶炼主要采用高压碱分解工艺,无论是以前的碳酸钠压煮还是现在主流的氢氧化钠压煮法,都需在高压的条件下才能实现白钨矿的分解,压力通常在6<sup>1</sup>8公斤左右,常带来安全问题;生产均为单釜的间歇性操作,生产效率较低,且渣含钨在1<sup>2</sup>%,钨的利用率需进一步提升。
基于（CaO）Na<sub>2</sub>O-WO<sub>3</sub>-H<sub>2</sub>O赝三元系相图分析可知,碱浓度是影响钨矿分解的最主要因素,同时借鉴早期的碳酸钠烧结分解钨矿的连续操作方式,提出白钨矿氢氧化钠焙烧分解的设想,并对白钨矿氢氧化钠焙烧热力学和新工艺进行了研究。
主要内容如下:（1）对氢氧化钠焙烧分解白钨矿进行了探索研究,结果表明:焙烧过程中添加部分二氧化硅可高效的分解白钨矿,焙砂经水浸后渣含钨低于1%,为氢氧化钠焙烧白钨矿提钨新工艺奠定了基础。
（2）通过XRD对白钨矿氢氧化钠焙烧产物和水浸渣检测分析,焙烧产物的主要成分为Na<sub>2</sub>WO<sub>4</sub>和Na<sub>2</sub>CaSiO<sub>4</sub>,水浸渣的主要成分为CaCO<sub>3</sub>。
对白钨矿氢氧化钠焙烧水浸渣研究,研究表明:水浸渣中的CaCO<sub>3</sub>是由Na<sub>2</sub>CaSiO<sub>4</sub>与水溶液中的H<sub>2</sub>O和CO<sub>2</sub>反应生成。
冶金工艺中的热力学分析方法研究热力学是一个非常重要的领域，它与地球物理学、化学、生物学、工程学等学科都有着紧密的联系。
在冶金工艺中，热力学发挥了重要的作用，因为很多冶金反应都与热力学相关。
对于冶金工艺中的热力学分析方法进行研究，可以更好地理解冶金反应的本质和规律，并有助于提高冶金工艺的效率和质量。
热力学分析的主要内容包括热容、焓、熵、自由能等方面。
其中，热容是物体吸收或放出热量时所引起的温度变化的大小，它可以用来描述物体的热稳定性。
焓是物体吸收或放出的热量和其压力的乘积，它可以用来描述物体的热状态。
熵是物质无序程度的度量，它可以用来描述物体的热不平衡性。
自由能是物体发生热化学反应时所放出或吸收的热量与其熵变的乘积，它可以用来描述物体的活性。
这些热力学参数为我们提供了理解物质热力学性质的基础。
在冶金工艺中，我们需要用到的热力学参数有很多，例如物质的热容、热膨胀系数、热导率、焓变、熵变、自由能变等。
这些参数可以通过实验测定和理论计算来获得。
其中，实验测定是最常用的方法，通过测定实际物理量的变化来确定需要的热力学参数。
例如，可以通过测定金属在加热或冷却过程中的温度变化来计算其热容和热膨胀系数。
理论计算也是非常重要的方法，主要是通过建立数学模型和计算程序来模拟物质的热力学行为。
例如，可以通过计算热力学函数的变化来预测物质发生化学反应的可能性和效率。
在冶金工艺中，热力学分析方法的应用非常广泛。
例如，在熔炼中，热力学分析可以用于预测金属的化学成分、溶解度和熔点等重要参数。
在热处理中，可以通过热力学分析来确定金属材料中的缺陷、相转变和基本性能等。
在金属加工中，可以通过热力学分析来优化加工参数和工艺流程，以提高产品的质量和生产效率。
总之，冶金工艺中的热力学分析方法是非常重要的，它为我们理解冶金反应的本质和规律提供了必要的手段和方法，并且可以用于优化冶金工艺流程和改善产品质量，可以发挥重要的作用。
我们需要不断深入研究热力学分析方法，在实践中探索新的应用领域，以提高冶金工艺的效率和质量。
探索化学酸碱反应的酸碱反应热力学化学中的酸碱反应是我们生活中非常常见且重要的反应类型之一。
酸碱反应不仅在实验室中广泛应用，还在许多工业过程中起着重要的作用。
而酸碱反应的热力学性质对于反应的进行和理解都具有重要意义。
本文将探索化学酸碱反应的热力学特性，从反应焓、反应熵和反应自由能等方面进行分析，并探讨对酸碱反应的影响。
一、反应焓在化学反应中，反应焓是一个重要的热力学量，它描述了反应过程中的热变化。
对于酸碱反应来说，反应焓可以通过反应热来表示。
反应热是指在常压下，单位摩尔反应物发生完全转化所伴随的热量变化。
酸碱反应的反应热可以通过实验测量得到。
在实验中，通常使用燃烧器、温度计等工具进行测量，通过测定反应前后的温度变化，结合反应物的量与反应热的关系，可以计算出反应的反应热。
反应热的正负表示反应是放热还是吸热。
放热反应的反应热为负值，而吸热反应的反应热为正值。
二、反应熵反应熵是描述反应过程中混乱程度的物理量。
酸碱反应的反应熵可以通过反应物和产物的状态变化来计算。
一般来说，固体和液体的熵值较低，而气体的熵值较高。
对于酸碱反应来说，通常涉及到溶液的混合，溶质在溶剂中的解离等过程。
这些过程在热力学上会引起熵的变化。
当溶质解离时，溶液中的自由度增加，熵值增大；而溶质与溶剂的混合也会增大熵值。
因此，酸碱反应的反应熵往往为正值。
三、反应自由能反应自由能是描述反应体系自发程度的物理量。
对于酸碱反应来说，反应自由能的大小决定了反应的进行方向。
反应自由能可以通过反应焓和反应熵的关系来计算。
当反应焓为负（放热）且反应熵为正时，反应自由能为负，说明反应是自发进行的；而当反应焓为正（吸热）且反应熵为负时，反应自由能为正，说明反应不会自发进行。
通过计算反应焓和反应熵的值，可以预测酸碱反应的进行方向以及反应的强弱。
四、酸碱反应的热力学影响因素除了反应焓、反应熵和反应自由能，酸碱反应的热力学特性还受到其他因素的影响。
1. 温度：温度是影响酸碱反应热力学性质的重要因素之一。
