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2011冰铜吹炼--用

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高品位冰铜吹炼的生产实践

高品位冰铜吹炼的生产实践

高品位冰铜吹炼的生产实践张江龙;高红霞;车瑞杰【摘要】北方铜业垣曲冶炼厂对转炉进行了70％～ 73％的高品位冰铜吹炼生产.针对高品位冰铜吹炼时热损失大,生产过程难以控制;转炉渣在炉内富集排烟困难;渣含铜高;风眼区损耗大,单炉使用周期短等问题,提出了相应的处理措施,取得了较好的效果.【期刊名称】《有色冶金节能》【年(卷),期】2016(032)003【总页数】3页(P7-9)【关键词】吹炼;高品位冰铜;转炉渣【作者】张江龙;高红霞;车瑞杰【作者单位】北方铜业垣曲冶炼厂,山西垣曲043700;北方铜业垣曲冶炼厂,山西垣曲043700;北方铜业垣曲冶炼厂,山西垣曲043700【正文语种】中文【中图分类】TF83;TD92014年北方铜业垣曲冶炼厂改建成功后，火法部分采用底吹炉熔炼——转炉吹炼——阳极炉精炼的工艺流程，其中底吹炉渣和转炉渣经缓冷后送渣选矿，阳极炉渣则返回转炉，主要配置有φ4.8×20 m底吹炉1台，φ3.6×8.8 mPS转炉3台，φ3.8×11.5 m的回转式阳极炉2台及相应的附属配套设施。

投产后，生产初期采用58%～62%的品位吹炼，可满足10万t的设计能力，当年实现了达产，2015年冶炼厂提出了11.5万t的奋斗目标后，底吹炉顺利提升了产能，品位控制在60%～64%，每班放铜在15～19包，随之暴露出转炉现有的吹炼工艺作业时间不够，不能满足生产要求，同时送渣选矿的混合渣含铜高(4.5%～5.1%)。

经分析主要是转炉渣含铜偏高，为了有效解决这两个问题，在5月份大修后，转炉进行了高品位冰铜吹炼的生产。

铜锍吹炼正常的反应过程可以分为两个周期，即造渣期和造铜期，在进行60%～64%品位吹炼时，通过对本厂的冰铜化验结果进行统计得出，当冰铜品位在60%～65%时，铁含量为12%～15%，按铜锍回归分析，当升高到70%～73%时，铁含量3%～5%。

经简单的发热量计算，可满足转炉正常生产的需要。

冰铜吹炼方案

冰铜吹炼方案

冰铜吹炼方案冰铜是一种重要的金属材料，广泛应用于电子、航空航天、汽车等领域。

冰铜吹炼是指将含有氧化物杂质的铜化合物加热至高温，通过与氢气反应来除去杂质。

本文将介绍一种高效的冰铜吹炼方案，确保产品质量和生产效率。

一、原材料准备在进行冰铜吹炼之前，需要准备以下原材料：1. 含有氧化物杂质的铜化合物：通常使用氧化铜作为原料，确保其纯度和颗粒度符合要求。

2. 氢气：作为还原剂，用于去除氧化物杂质。

二、设备准备进行冰铜吹炼需要一套专用的设备，包括：1. 吹炼炉：具备高温和密封性能，可以承受冰铜吹炼过程中的高温和压力。

2. 氢气供应系统：确保氢气供应稳定，并具备调节氢气流量的功能。

3. 空气净化系统：用于除去氢气中的杂质，保证吹炼过程的纯净度。

4. 温度监测系统：实时监测吹炼炉内的温度，确保吹炼过程中温度控制在合适的范围内。

三、操作步骤1. 将含有氧化物杂质的铜化合物放入吹炼炉中，并密封好炉门。

2. 打开氢气供应系统，将氢气注入吹炼炉中。

3. 启动吹炼炉，将温度升至设定的吹炼温度。

在升温过程中，需要适当调节氢气流量，确保温度升高的同时，氧化物杂质得以还原。

4. 当吹炼温度达到设定值后，保持一定时间使得冰铜吹炼反应充分进行。

5. 关闭氢气供应系统，停止加热。

待吹炼炉冷却至安全温度后，打开炉门取出冰铜产品。

四、质量控制为确保冰铜吹炼方案的质量稳定，需要进行以下检测和控制：1. 产品纯度检测：使用化学分析方法，检测冰铜中的杂质含量是否符合要求。

2. 产品颗粒度检测：使用粒度分析仪，测量冰铜颗粒的大小分布，确保产品的均匀性。

3. 温度控制：通过温度监测系统实时监控吹炼炉内的温度，确保吹炼过程中温度控制在合适的范围内。

五、优化改进为进一步提高冰铜吹炼方案的效率和质量，可以考虑以下优化改进措施：1. 设备改良：更新吹炼炉和氢气供应系统，提高温度控制和氢气供应的稳定性。

2. 工艺调整：优化吹炼温度、时间和氢气流量的配比，通过实验确定最佳参数组合。

冰铜吹炼和火法精炼

冰铜吹炼和火法精炼

山东工业职业学院
当传动系统电机转动时，小齿轮带动大 齿轮使转炉作回转运动。
中小型转炉的大齿轮一般是整圈的，转 炉可以转动360o。
大型转炉的大齿轮一般只是炉壳周长的 3/4，转炉只能转动270o
山东工业职业学院
图6 平端盖的转炉结构 1.炉壳，2.滚圈3.U-风管4.集风管5.挡板6.隔热板7.冠状齿轮8.活动盖9.
ZnS+2Cu=Cu2S+Zn(g) 在各温度下该反应的锌蒸汽压如下所示： 温度（℃） 1000 1100 1200 1300
PZn (Pa) 6850 12159 25331 46610 由于转炉烟气中锌蒸气的分压很小,所以金属
Cu与ZnS的反应能顺利地向生成锌蒸气的方向进 行。
生产实践表明，锍中的锌约有70%~80%进入 转炉渣，20%~30%进入烟尘。
3NiO(s) + 3FeS(l) + O2 = Ni3S2 (l) +3FeO(l) +SO2
只有在FeS浓度降低到很小时，Ni3S2才按下式 被氧化：
Ni3S2+3.5O2=3NiO+2SO2 +1186kJ
氧化反应的速度很慢，NiO不能完全入渣。
山东工业职业学院
（在造铜期）当熔体内有大量铜和Cu2O时， 少量Ni3S2 可按下式反应生成金属镍：
山东工业职业学院
（5）Bi2S3在吹炼过程中的变化 Bi2S3易挥发。
锍中的Bi2S3在吹炼时被氧化成Bi2O3： 2Bi2S3 +9O2= 2Bi2O3+6SO2
生成的Bi2O3可与Bi2S3 反应生成金属铋： 2Bi2O3 + Bi2S3 = 6Bi + 3SO2

冰铜(铜锍)PS转炉熔炼法的工艺过程以及其他吹炼工艺

冰铜(铜锍)PS转炉熔炼法的工艺过程以及其他吹炼工艺

3、简述冰铜(铜锍)PS转炉熔炼法的工艺过程，并举出两种现今工业上采用的其他吹炼工艺，进行简单介绍。

（附参考文献）3.1冰铜吹炼实质冰铜是Cu-Fe-S体系，主要成分是Cu2S和FeS，此外，还有少量的PbS、ZnS、Ni3S2、Fe3O4等。

吹炼的目的：通过氧化除去冰铜中的Fe和S以及部分其他有害杂质，从而将冰铜转变成粗铜。

吹炼是周期性作业：造渣期——FeS强烈氧化生成FeO，并放出SO2气体，冰铜（Cu2S和FeS等）变成白冰铜（Cu2S）；造铜期——Cu2S氧化成CuO，并与为氧化的Cu2S反应生成金属Cu和SO2。

1.造渣反应这个阶段将冰铜（Cu2S和FeS等）变成白冰铜（Cu2S）。

首先将FeS氧化造渣并放出大量热2FeS+3O2→2FeO+2SO22FeO+SiO2→2FeO·SiO2FeO还会被氧化成Fe3O4进而造渣：6FeO+O2→2Fe3O43Fe3O4+FeS+5SiO2→5(2FeO·SiO2)+SO22.造铜反应造渣反应阶段除渣后，得到白冰铜，进一步吹炼得到粗铜：2Cu2S+3O2→2Cu2O+2SO2Cu2S+2Cu2O→6Cu+SO2经冰铜转炉吹炼得到的粗铜还含有其它的少量杂质元素，如Fe、Pb、Zn、Ni、As、Sb、S、Au、Ag等，因此，需进一步进行火法精炼，制成阳极铜以便电解。

3.2转炉吹炼在转炉铜锍吹炼过程中，当熔体中FeS氧化造渣被除去后，炉内仅剩Cu2S(即白冰铜)，Cu2S继续吹炼氧化生成Cu2O，Cu2O再与未被氧化的Cu2S发生交互反应获得金属铜。

转炉吹炼中造渣期是分批将铜锍注入转炉中，逐渐富集从而获得足够数量的白铜锍（Cu2S）。

在吹炼操作时，把炉子转到停风位置，装入第一批铜锍，一般到风口浸入液面下200mm左右为宜。

然后旋转炉体到吹风位置，边旋转边吹风，数分钟后加入石英溶剂。

当温度升高至1200-1250℃时，把炉子转到停风位置，加入冷料，随后继续吹炼。

年产18万吨铜的铜吹炼工艺设计毕业论文

年产18万吨铜的铜吹炼工艺设计毕业论文

本科毕业设计（论文）年产18万吨铜的铜吹炼车间工艺设计设计总说明本文主要设计了一座年产18万吨铜的铜吹炼车间工艺设计。

通过实习并搜集相关资料，熟悉了铜锍吹炼工艺及车间布置。

本次设计的内容包括文献综述、厂址选择与论证、工艺流程与参数的选择、冶金计算、主要设备计算与选型、环境保护等部分。

在文献综述中，叙述了铜资源的分布，火法、湿法的冶炼方法。

铜锍的工艺流程与其技术经济指标以设计手册为主，各铜锍吹炼车间参数为参考依据进行选取。

依据任务书的物料成分和产品质量要求进行物料平衡计算。

通过转炉的尺寸与有关的参数确定吹炼的热平衡计算。

绘制出卧式转炉结构图、车间配置图、设备连接图和流程图各一张。

关键字：铜锍，吹炼，转炉，物料平衡Design DescriptionThe paper aims at designing the technological process and one copper smelting plant , which could produce 180,000 tons of copper each year. Through the practice and collect relevant data, familiar with the copper matte converting process and plant layout. This design content included literature review, site selection and demonstration,technological process and parameter selection, calculation, calculation and selection of main equipment, environmental protection and so on. In the literature review, described the distribution of copper resources, copper pyrometallurgy and copper hydrometallurgy. Copper matte process and the technical and economic indicators to design handbook, the copper matte converting plant parameters as the reference for selection. For material balance calculation according to the material composition and product quality requirements of the task book. Through the thermal balance converter size and related parameters of converting calculation. Drawed a horizontal converter structure chart, workshop layout, equipment connection diagram and flow chart of each one.Key Words:copper matte ,converting, converter, material balance目录第一章文献综述 (7)1.1概述 (7)1.1.1 世界铜资源分布 (7)1.1.2 我国铜资源分布 (8)1.2铜生产方法 (9)1.3火法炼铜 (9)1.3.1铜熔炼 (10)1.3.2铜锍转炉吹炼 (15)1.3.3铜的精炼 (17)1.3.4铜的电解精炼 (18)1.4湿法炼铜 (18)1.4.1硫化铜精矿焙烧-浸出-电积法 (19)1.4.2浸出-萃取-电积法 (19)1.4.3铜矿氨浸-萃取-电积 (19)1.4.4酸浸法处理氧化铜矿 (19)1.5国内铜冶金的发展现状 (21)第二章厂址选择与论证 (23)2.1厂址选择基本原则 (23)2.2工业布局 (23)2.3原材料的供应及交通条件 (24)2.4供水供电条件 (24)2.5环境保护和地理气候条件 (24)2.6厂址的协作条件 (25)第三章工艺流程与参数的选择 (26)3.1铜锍转炉吹炼流程的选择与论证 (26)3.2技术操作条件 (26)3.2.1吹炼制度 (26)3.2.2 供风 (27)3.3 主要技术经济指标 (27)3.3.1 送风时率 (27)3.3.2 铜直接实收率 (28)3.3.3 铜锍加入量 (28)3.3.4 转炉烟罩水耗 (29)3.3.5 鼓风机动力负荷 (29)第四章冶金计算 (30)4.1闪速炉熔炼冶金计算 (30)4.1.1各种物料及成分计算 (31)4.1.2日物料平衡计算 (34)4.1.3热平衡计算 (36)4.2转炉吹炼的冶金计算 (50)4.2.1物料平衡计算 (50)4.2.2转炉热平衡计算 (54)4.3反射炉精炼冶金计算 (58)4.3.1物料平衡计算 (58)4.4铜电解精炼冶金计算 (59)4.4.1物料平衡计算 (60)4.4.2电解设备选择 (61)4.4.3热平衡计算 (63)4.5电解液净化冶金计算 (64)4.5.1净液量的计算 (64)4.5.2硫酸盐生产的物料平衡计算 (65)4.5.3粗硫酸镍生产计算 (67)第五章吹炼车间的相关设备选择及计算 (69)5.1转炉的结构 (69)5.1.1炉体 (69)5.1.2万向接头 (72)5.1.3传动装置 (73)5.1.4支撑装置 (73)5.1.5润滑系统 (73)5.2转炉主要参数的确定 (73)5.2.1筒体 (73)5.2.2炉口 (75)5.2.3风眼直径及位置确定 (75)5.3吹炼车间主要设备选择 (76)5.3.1熔剂、冷料加入装置 (76)5.3.2捅风眼机 (77)5.3.3炉口清理机 (77)5.3.4转炉烟罩 (77)5.3.5鼓风机 (78)5.3.6桥式起重运输机 (78)5.3.7铸渣机 (78)5.3.8粗铜锭直线铸型机 (78)5.4砌体 (78)5.4.1材质选择 (79)5.4.2筒体砌砖 (79)5.4.3炉口砌砖 (79)5.4.4风口砌砖 (79)5.4.5端墙砌砖 (80)第六章铜锍转炉吹炼车间环境保护 (81)6.1概述 (81)6.2铜锍转炉吹炼炉渣及处理 (81)6.3转炉烟气和烟尘及处理 (82)第七章心得体会 (83)参考文献 (84)致谢 (85)第一章文献综述1.1概述有色重金属提取冶金方法分为火法冶金和湿法冶金两大类，并以火法为主。

2冰铜熔炼的理论基础

2冰铜熔炼的理论基础

(2-5) (2-6)
所有分解反应均为吸热反应。离解生成的S2 被炉中的氧化气氛氧化为SO2。
8
（3）硫化物直接氧化
在现代强化熔炼炉中，炉料往往很快地就进入高 温强氧化气氛中，所以高价硫化物除发生离解反应外， 还会被直接氧化。主要的氧化反应有： 高价硫化物的直接氧化
2CuFeS2+5/2O2=(Cu2S·FeS)+FeO+2SO2 2FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2 2CuS+O2=Cu2S+SO2
22
工厂冰铜的含硫量比Cu2S-FeS二元系的理论 含硫量少，这是因为冰铜中溶解有氧所致。通常 冰铜中含有3%左右的氧。氧在冰铜中以FeO和 Fe3O4两种形态存在，通常自热熔炼所产冰铜中 的氧以FeO形态存在，反射炉熔炼的冰铜中氧多 呈Fe3O4，半自热熔炼的冰铜中氧以Fe3O4和FeO 形态同是存在，同时前者较少。
2CuO = Cu2O+1/2O2
(2-4)
在1105 ℃时，分解压Po2=101.32千帕。产物
Cu2O是较为稳定的化合物，在冶炼温度下（1300－
1500 ℃ ）是不分解的。
7
另一类热分解反应是碳酸盐的分解：
CaCO3=CaO+CO2 在910 ℃ ，Pco2=101.32千帕
MgCO3=MgO+CO2 在640 ℃ ，Pco2=101.32千帕
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)， 闪速熔炼炉渣也为碱性渣（M0＝1.4～1.6）。
29

冰铜冶炼


可以用Cu-Cu2S-Cu2O体系状态图8.4说明。
15
L1： 溶解有少量 Cu2S的铜相 L2： 溶解有少量 铜的Cu2S相，
图8.4 Cu-Cu2S-Cu2O 系状态图
16
Cu2S
Cu2S + Cu
Cu + Cu2S
过吹
Cu含 Cu2O
Cu
Cu2S+Cu
Cu+ Cu2S
17
4、Fe3O4 的生成与破坏
第八节 冰铜的吹炼
一、概述
硫化铜精矿经过造锍熔炼产出了铜锍。 铜锍是金属硫化物的共熔体。主要成分除了Cu、 Fe、S外，还含有少量Ni，Co，Pb，Zn，Sb，Bi， Au，Ag，Se等及微量SiO2，此外还含有2% ～4%的 氧，铜锍中的Cu，Pb，Zn，Ni等重有色金属一般 是以硫化物的形态存在，铁的物相主要是FeS，也 有少量以FeO、Fe3O4形态存在。 吹炼目的：除去铜锍中的铁和硫以及其它杂质， 获得粗铜。 铜锍是贵金属的良好捕集剂。 在吹炼过程中，金、银及铂族元素等贵金属几 乎全部富集于粗铜中。
23
1）Ni3S2在吹炼过程中的变化
Ni3S2是高温下稳定的镍的硫化物。当熔体 中有FeS存在时，NiO能被FeS 硫化成Ni3S2：
3NiO(s) + 3FeS(l) + O2 = Ni3S2 (l) +3FeO(l) +SO2
只有在FeS浓度降低到很小时，Ni3S2才按下式 被氧化：
Ni3S2+3.5O2=3NiO+2SO2 +1186kJ
2PbO + SiO2 = 2PbO· 2 SiO
由于PbS沸点较低（1280℃），在吹炼温度下， 有相当数量的PbS直接从熔体中挥发出来进入炉气 中。

炼铜厂扩建改造中吹炼方法的选择


炼铜厂扩建改造中吹炼方法的选择－ 黄辉荣 宋修明 － 一
厂现有员工约 ３。 （ ５ 人 含维修， 不含电 制氧人员） 氧气由 解、 ， 普来克斯制氧厂提供，目 前生产稳定、 正常 ２０ 年共生产阳极铜 ３１ ０２ ７ ｋ，阴极铜 ２． ， ｔ ９４ 均超过了设计能力。 ｋ ｔ 闪速吹炼是在闪速炉一步炼铜的基础上，由美国肯尼柯特公司和芬兰奥托昆普公司合作开发的铜毓吹 炼新７艺。 一 其基本流程是冰铜水淬， 磨粉并干燥， 在一尺寸比较小的闪速炉中 用富氧空气吹炼成粗铜，产 出的粗铜通过流槽加入至阳极炉。由 于采用了闪速熔炼— 闪速吹炼工艺，该厂成为世界上最洁净的铜冶 炼厂之一。 闪速吹炼及闪 速炉一步炼铜生产数据见表 ２
德国汉堡冶炼厂
闪速炉＋Ｐ 转炉 ２Ｄ 年 ９ Ｓ ０Ｏ 月
（ 精矿）
３ ０ ／ ０ ｋ ａ ｔ
３ Ｓ 台Ｐ 转炉改为ｍ ． ｍ ２２ ４６ ．． Ｘｌ
增设 １台 Ｐ Ｓ转炉，规格为ｍ３９ ｍ Ｏ ，两台炉同时 ．６ ． ＸＩ
送风
西班牙韦尔瓦铜厂 闪速炉十Ｐ 转炉 １ ９ ３ Ｓ ９ 年 月 ９ 美国希达哥冶炼厂 闪速炉＋Ｐ 转炉 １９ 年 Ｓ ９６
粗铜／ 。 人
炼铜厂扩建改造中吹炼方法的选择－ 黄辉荣 宋修明 － 一
（） ３ 环保好： 可以设计和建成世界上最洁净的铜冶炼厂， 避免了Ｐ Ｓ转炉炉口泄露Ｓ： Ｏ烟气以 及包子／ 吊车转运冰铜／ 粗铜过程中产生 Ｓｓ Ｏ烟气外泄口 美国肯尼柯特犹他冶炼厂闪速吹炼炉 １９ 年建成投产， 年来经过多次重大改进和完善，目 ９５ ８ 前生产顺 行， 处理能力己 超过设计能力， 本期炉寿预计４ 年。笔者曾到肯尼柯特犹他冶炼厂进行了 现场考察、技术 交流， 并进行了 较长时间的跟班调研， 充分验证了闪 速吹炼在工艺、 环保、自 动控制、运行成本、生产操 作管理等方面的优越性。 ２３ 三菱法吹炼炉 ． 三菱连续炼铜工艺由 熔炼炉、 渣贫化电 吹炼炉组成。 炉、 熔炼炉产出的高品位冰铜连续地流入吹炼炉， 吹炼炉产出的粗铜连续地流入阳极炉， 少量吹炼渣连续地水淬返回 熔炼炉。 熔炼炉、渣贫化电 炉、吹炼炉 及２ 台阳极炉同时运行， 靠流槽连接。 三菱法需对各炉子进行严格的工艺控制；要保证各炉子之间熔体连续地流入流出， 连续地流至水淬， 并且要求熔体的流量均匀；不宜处理低品位复杂精矿。 目 前世界上除了 直岛冶炼厂、Ｋｄ Ｃｅｋ ｉｄ ｅ 矿业公司、Ｇｅｉ 熔炼精炼厂、 Ｏｓｎ ｒ ｒｓｋ ｎａ 冶炼厂等五家三菱 连续炼铜厂外， 仅有日本Ｆｒｋｗ 矿业公司控股的澳大利亚的Ｐｒ Ｋｍｌ 的吹炼炉是脱离三菱连续炼铜 ｕａａａ ｏｔ ｂａ ｅ 工艺单独配置使用的。 Ｐｒ Ｋｍｌ ａ铜冶炼厂原有 １ ｏｔ ｂ ｅ 台诺兰达炉，２ Ｓ 台Ｐ 转炉， 台回 ２ 转式阳极炉。１９ 年该厂引进一 ９８ 台三 菱吹炼炉取代 Ｐ 转炉与诺兰达炉配合， Ｓ 并将 １ Ｓ 台Ｐ 转炉改造成冰铜保温炉用于向 三菱吹炼炉供料。三菱 吹炼炉于 ２０ 年 １ ００ 月投产， ２０ 年 ９ 至 ０１ 月冶炼厂的作业率约为６％ ５。因而三菱吹炼炉单独采用尚需进一 步探索，若采用这一工艺，宜同步设置熔炼炉、 渣贫化电炉和吹炼炉。 ２４ 留勃肯虹吸转炉 ． 霍勃肯虹吸转炉是比利时霍勃肯 （ｏｏｅ） Ｈｂｋｎ 冶炼厂在 ７ 年代开发的一种改良 Ｓ ０ 型Ｐ 转炉。 并在巴 西卡 拉伊巴 （ａａｂ） Ｃｒｉａ 冶炼厂， 美国迈阿密 （ｉｍ）冶炼厂， Ｍａｉ 智利帕伊波特（ ｉ ｔ冶炼厂等炼铜厂使用。 Ｐｐ） ａｏ 霍勃肯虹吸转炉具有一个轴向 连接的虹吸烟道， 因此烟气不从炉口 排出， 从而避免了普通Ｐ 转炉所存 Ｓ 在的炉口 大量漏风问题，同时， 它可以 不停风加料，因此有利于提高送风时率。比 利时 霍勃肯冶炼厂虹吸 转炉内 衬铬镁砖， 炉口 为圆形， 直径为６０ｍ 有 ２ 个风口， ０ｍ， １ 风口 管直径为３ｍａ ８ｍ 与Ｐ 转炉相比， Ｓ 霍勃肯虹吸转炉的主要优点有： （） １ 吹炼时将炉口 关闭 后转炉就可完全密封， 因而烟气不被外界空气稀释， 使进入制酸厂的 烟气量和 烟气中Ｓｚ Ｏ 浓度稳定，烟气中Ｓ２ ０ 浓度可达 １ ， １ ％ （）由 处没有烟罩和烟道等障碍， ２ 于炉口 可在不停风时加入固体和液体物料， 减少了 停风时间， 提高 了送风时率。 （） ３ 普通转炉均是正压操作， 当向炉内加料时， 不可避免从炉口向车间冒 烟。 虹吸转炉的炉口相对较 小，用调节变速排烟机转速和烟道闸门 位置的方法可保持炉口 为零压，防止炉内 烟气外逸污染环境。 （） ４ 吹炼时喷溅物少， 不需清理炉口， 减轻了工人劳动强度。 （）由 ５ 于没有烟罩等附件，并且炉口 烟气不外逸，因而可以 无阻碍地从炉口 进行操作。 虹吸式转炉主要缺点是： 结构复杂， 设备投资大，占 地面积约比 普通转炉多３Ｙ， ０ 消耗耐火材料约比 ｏ

冶金学-Cu-10-5-冰铜吹炼


Fe3O4 不能被彻底还原，导致炉渣中Fe3O4 含量升高，一般
达到12~25%。
16
3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2
冰铜吹炼的理论基础
（2）间断吹炼过程的理论分析－③Fe3O4的生成与破坏
左图是不同SiO2含量下，冰铜品位对αFe3O4的影响（T=1573K，pSO2=10132.5Pa）
说明后期炉渣Fe3O4活度大；右图说明，温度升高有利于降低Fe3O4活度；SO2 17 分压降低，有利于降低Fe3O4活度；
2
3.3 冰铜的吹炼- 3.3.1
概述
只有当FeS完全氧化除去后，Cu2S和Cu2O的相互反应才
有可能进行，这就是冰铜吹炼分两个阶段的热力学依据。
因此，冰铜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 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。
11
3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2
冰铜吹炼的理论基础
（2）间断吹炼过程的理论依据－ ② Cu2S的氧化与粗铜的形成
12
3.3 冰铜的吹炼- 3.3.2
冰铜吹炼的理论基础
（2）间断吹炼过程的理论分析－ ② Cu2S的氧化与粗铜的形成
造铜反应：2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2； Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2 A点对应白冰铜(Cu2S)； B点对应形成金属铜相的临界点，是粗铜与冰铜共存时 冰铜相的组成； C点对应的是粗铜与冰铜共存时粗铜相的组成； • AB：吹炼进行，硫减少，生成的Cu溶解在Cu2S中，直 到B点， Cu2S中的Cu量达到10%； • BC：B点后继续进行吹炼， Cu2S和Cu 分相开始，上边 是含Cu 10%的Cu2S相，下边是含9% Cu2S的粗Cu相；继续 向C点氧化吹炼，两相成分不变，但粗铜量增加，到C点时 Cu2S相消失。 •

冰铜熔炼原理

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：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。

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为什么不能在P-S转炉中直接吹炼获得粗镍？
P-S转炉：鼓风时是转炉静止；一般鼓入空气；操作温度为1150-1300℃

NiO熔点为1984℃，以固态存在
Ni3S2(l)与Ni(l)完全互溶， 固相NiO容易漂浮在液 相表面，生成Ni(ll)的交互反应能进行的温度高达17001800℃
Ni3S2
造渣期：主要以Ni3S2存在； 造铜期：自身的交互反应不能完成，会与 Cu或Cu2O反应生成少量Ni。

CoS
CoS是在冰铜FeS含量非常低时才被氧化。当冰铜 中含铁量低于10％时，CoS开始强烈氧化造渣。也就 是说造渣期末期开始才开始氧化。因此工业上把转炉 渣作为提钴的原料（0.4-0.5%）。
2
如何控制Fe3O4的生成与析出？如何利用Fe3O4高熔点性质？
(1) 冰铜吹炼过程中各组分的变化规律
① FeS 表2-13 吹炼过程中铁化合物的ΔG0
从表2-13中可以看出：
a. FeS可氧化成FeO或Fe3O4，两个反应的热力学趋势相近。 这表明吹炼过程中熔体内的Fe3O4既可由FeS氧化产出，也 可由FeO进一步氧化产出； b. 无SiO2时， Fe3O4很难被FeS还原，而SiO2存在时，很容 易反应生成铁橄榄石炉渣。在实际生产中由于Fe3O4(S) 、 FeS(l)和SiO2(S)的接触不良， Fe3O4 不能被彻底还原，导致 炉渣中含量升高，一般达到12~25%。渣中Fe3O4对渣性质 影响很坏，因此一定要控制它的生成和析出。
Copper sulfide ore - Concentrate 0.2-1% 10-30% Matte - Blister copper – Cathode copper 30-70% 98.5-99.5% 99.5-99.98%
冰铜的主要成分：Cu2S-FeS，少量其它金属硫化物（如
Ni3S2、Co3S2、PbS、ZnS等）、贵金属（Au、Ag）、铂族金 属、微量的Se、Te、As、Sb、Bi等元素。
思考题
从热力学原理来说，区分熔炼与吹炼有无 必要？ 吹炼的两个阶段中烟气成份的变化？ 吹炼操作时过早或者过晚进入造铜期的危 害？（筛炉时熔剂的加入量不合适）

3 冰铜中各组分在吹炼中的行为 FeS
1.
氧化后以铁橄榄石造渣为主要反应 有部分生成 Fe3O4. 无SiO2时， Fe3O4很难被FeS 还原，而SiO2存在时，很容易反应生成铁橄榄石 炉渣。
ZnS
造渣期：ZnS被O2或FeO氧化成ZnO，然后与SiO2造 渣。这一部分的锌占冰铜锌总量的70~80%。 15~20%的Zn按下列反应生成锌蒸气进入炉气。 2ZnO + ZnS = 3Zn(g) + SO2(g) ZnS + 2Cu = Cu2S + Zn(g)
造渣期：部分氧化生成的PbO容易与SiO2造渣。部分 PbS被炉气带走，有一部分PbS与PbO反应生成金属 铅。生成的Pb一部分进入烟气中，大部分留在Cu2S 中，到造铜期才被氧化。
吹炼任务：利用空气中的氧，将液态冰铜中的铁和硫 几乎全部氧化除去，同时除去部分杂质，以得到粗铜。 在吹炼过程中，金、银及铂族元素等贵金属几乎全部 富集于粗铜中，为后来方便、有效地回收提取这些金 属创造了良好的条件。
原料 液态冰铜； 空气（O2）； 熔剂（SiO2） 产物 粗铜、炉渣、烟气、烟尘
PS 卧 式 转 炉
操作：冰铜吹炼为周期性作业
吹炼步骤
第一阶段：造渣期。主要进行FeS的氧化和造渣反应；
加冰铜、熔剂-鼓风-排渣+加冰铜、熔剂-鼓风-排渣……=>白冰铜 加入熔剂，鼓风；排出炉渣，产出SO2烟气 产物：白冰铜（White metal/matte）Cu2S
筛炉：最后一次加入熔剂、鼓风，排渣 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。
只鼓风，产出SO2烟气；不加熔剂，也无炉渣 产物：粗铜（Blister copper）Cu
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。
二、冰铜吹炼的基本原理
•
两个阶段划分的热力学原因（优先氧化）
•
吹炼各步骤主要化学反应
冰铜中各成分在吹炼中的行为
•
1 冰铜吹炼分两个阶段的热力学依据
少量铜的砷化物和锑化物留在粗铜中。
贵金属
在吹炼过程中，冰铜中的Au、Ag以金属形 态留在粗铜中。 电解精炼时，贵金属富集于阳极泥。
三、冰铜吹炼的生产实践
P-S转炉
生产操作
主要工艺参数
Fe3O4既可以由FeS被氧化所生成，也可以由FeO被氧化所生成；Fe3O4生 成后只有在SiO2存在时才可能被FeS还原； 3Fe3O4(s)+FeS(l)+5SiO2(s)=5(2FeO∙SiO2) (l)+SO2 (固-液-固反应)
2 吹炼步骤及其主要化学反应
第一阶段：造渣期(White metal stage)

除去熔锍中的全部铁和与之结合的硫：Cu2S-FeS 2FeS(l)+3O2(g)=2FeO(l)+2SO2(g) △G0=-225.9 kJ/mol 2FeO(l)+SiO2(s)=2FeO∙SiO2(l) △G0=-135.6 kJ/mol
•放热反应，6MJ/kg O2
Converting process: Autogenous
a->b：含硫不足的白冰铜 (S>19.4%) b->c：液相分层：白冰铜和 粗铜 c->d：单一的金属粗铜相 (S<1.0%)
终点：含S可达0.003%
白冰铜 粗铜
造铜期熔体成分和物相 的变化
小结
1、冰铜吹炼的任务及两个阶段 2、冰铜吹炼过程中的优先氧化（吹炼分为两 阶段进行的热力学依据） 3、两个阶段的主要化学反应
要因素是渣中SiO2 含量
和冰铜品位。 T=1573K，pSO2=10132.5Pa
② Cu2S 在造渣期，由于FeS的存在，Cu2S基本不氧化，即使局
部有一些氧化，但立即被FeS硫化成Cu2S。
在造铜期，Cu2S首先被O2氧化成Cu2O： 2Cu2S(l) + 3O2 = 2Cu2O(l) + 2SO2 生成的Cu2O与Cu2S反应生成金属铜： 2Cu2S(l) + Cu2O(l) = 6Cu(l) + SO2
只有当FeS完全氧化除去后，Cu2S和Cu2O的相互 反应才能进行。也就是说造渣没有完成前，不可能造 铜。
图4-23 Cu-Cu2S二元系相图 在造铜期随着反应的进行， 生成的铜溶于 Cu2S中，形成 均一液相(L2)。当吹炼至熔体 阻成为b点时，铜在Cu2S中的 溶解达到饱和，熔体出现L1和 L2 两相 。L2 为溶有铜的 Cu2S 相，L1 是溶有 Cu2S的铜相。 当吹炼进行到c点时，L2 相消 失。随着吹炼的进一步进行， 硫进一步被脱除，铜的纯度进 一 步 提 高 ， 当 铜 的含 量 达 到 98%~99%时，吹炼过程结束。
② Cu2S 在造渣期，由于FeS的存在，Cu2S基本不氧化，即使局
部有一些氧化，但立即被FeS硫化成Cu2S。
在造铜期，Cu2S首先被O2氧化成Cu2O： 2Cu2S(l) + 3O2 = 2Cu2O(l) + 2SO2 生成的Cu2O与Cu2S反应生成金属铜： 2Cu2S(l) + Cu2O(l) = 6Cu(l) + SO2
图4-24 不同SiO2含量下，冰铜品位对αFe3O4的影响
影 响 Fe3O4 生 成 的 因素有熔体温度 、 pSO2 、
αFeO和αFeS等。在实际操
作 中 熔 体 温 度 和 pSO2 变 化不大， αFeO 与炉渣中
的SiO2的含量有关，αFeS
与冰铜品位有关，所以 最终影响Fe3O4生成的主

冰铜吹炼氧化反应的分类
1、熔融硫化物氧化
MS+0.5O2=MO+SO2 2、金属硫化物与其它金属氧化物的反应
FeS+MO=MeS+FeO
3、同一金属硫化物与氧化物的交互反应 MS+2MO=3M+SO2
不同金属硫化物的优先氧化
转炉正常操作温度：1150-1300℃
1765K
•
FeS最容易被氧化
•
FeS+MeO->MeS+FeO最容易进行
魏寿昆：《冶金过程热力学》，上海科学技术出版社，1980年
冰铜吹炼分两个阶段的热力学依据
FeS(l) + Cu2O(l) = Cu2S(l) + FeO(l)
ΔG0= -105437-85.48T (J/mol) 实际体系的真实溶液中
[Cu2 S ] 3416 lg 1.72 [ FeS ] T
总反应：
2FeS(l)+3O2(g)+SiO2(s)=2FeO ∙SiO2(l)+2SO2(g)
△H=-1029.6 MJ/mol •产物白冰铜：成分接近Cu2S •强烈放热：105 MJ/kg O2
第二阶段 造铜期(Blister copper stage)

除去白冰铜中剩余的S： Cu2S
2Cu2S(l)+3O2=2Cu2O(l)+2SO2 △G0=-148.6 kJ/mol Cu2S(l)+2Cu2O(l)=6Cu(l)+SO2 △G0=-50.7 kJ/mol 总反应： Cu2S(l)+O2=2Cu(l)+SO2 △H=-217.4 MJ/mol
PbS
Bi2S3
Bi2S3 在吹炼过程中大部分被氧化为Bi2O3 ，生 成的Bi2O3 与Bi2S3 反应生成金属铋。铋大部分进入 烟气中，少量留在冰铜中。