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任务内容
一、任务目标
二、解决思路
三、任务实践
任务目标
造锍熔炼和锍的吹炼的作用
造锍熔炼和锍的吹炼是从金属硫化矿提取金属的一种重要方法,特别是在铜、镍冶金生产过程中更为典型。其主要步骤包括:
造锍熔炼利用MeS与含SiO2的炉渣不互溶及密度差别的特性而使其分离。其过程是基于许多的MeS能与FeS形成低熔点的共晶熔体(工业上一般称为冰铜或锍),在液态时能完全互溶并能溶解少量的MeO的物理化学性质,使熔体和渣能很好地分离,从而提高主体金属的含量,并使主体金属被有效的富集。
任务目标
一)造锍熔炼
用硫化铜精矿生产金属铜是重要的硫化物氧化的工业过程。由于硫化铜矿一般都是含硫化铁的矿物,如CuFeS2,其矿石品位,随着资源的不断开发利用,变得含铜量愈来愈低,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,必然会产生大量含铜高的炉渣,造成铜的大量损失。因此,为了尽量避免铜的损失,提高铜的回收率,工业实践先要经过富集熔炼——造锍熔炼,使铜与一部分铁及其它脉石等分离。
任务目标
富集熔炼是利用MeS与含SiO2的炉渣不互溶及密度差别的特性而使其分离。其过程是基于许多的MeS能与FeS形成低熔点的共晶熔体,在液态时能完全互溶并能溶解少量的MeO的物理化学性质,使熔体和渣能很好地分离,从而提高主体金属的含量,并使主体金属被有效的富集。
任务目标
这种MeS的共熔体在工业上一般称为冰铜(硫)。例如铜冰铜的主体为Cu2S,其余为FeS及其它MeS。铅冰铜除含PbS外,还含有Cu2S、FeS等其它MeS。又如镍冰铜(冰镍)为Ni3O2·FeS,钴冰铜为CoS·FeS等。
解决思路
一)金属硫化物氧化的吉布斯自由能图
某些金属对硫和氧的稳定性关系也可根据其吉布斯自由能图(图4-4)来判断。金属硫化物的反应2MeS+O2=2MeO+S2可按下面两个反应求得:
2Me+O2=2MeOΔGθ(MeO)
-)2Me+S2=2MeSΔGθ(MeS)
2MeS+O2=2MeO+S2
ΔGθ=ΔGθ(MeO)-ΔGθ(MeS)
解决思路
在大多数情况下,由于金属氧化反应的熵变小,所以它在ΔGθ—T关系图中的直线几乎是一条水平线,只是铜、铅、镍等例外。
解决思路
图4-4可用来比较MeS和MeO的稳定性大小,从而使可以预见MeS—MeO之间的复杂平衡关系。例如,FeS氧化的ΔGθ比Cu2S的ΔGθ更负,于是如下反应向右进行:
Cu2O+FeS=Cu2S+FeO
这是由于铁对氧的亲和力大于铜对氧的亲和力,因此铁优先被氧化,所以氧化熔炼发生如下反应:
2Cu2S+O2=2Cu2O+S2
生成的Cu2O最终按下式Cu2S,即:
解决思路
Cu2O(1)+FeS(1)=Cu2S(1)+FeO(1)
ΔGθ=-146440+,kJ·kg-1·mol-1
logK=log
当T=1473K时,K=.
以上计算所得的平衡常数值很大,这说明Cu2O几乎完全被硫化进入冰铜。因此,对铜的硫化物原料(如CuFeS2)进行造硫熔炼时,只要氧化气氛控制得当,且保证有足够的FeS存在,就可以使铜完全以Cu2S的形态进入冰铜。这就是对硫化物进行氧化富集熔炼(造硫熔炼)的理论基础。