銅冶金學(xué)第2章課件

1、銅冶金學(xué)第2章2022/7/30銅冶金學(xué)第2章2.1 概 述 現(xiàn)代造锍熔煉是在1150-1250的高溫下，使硫化銅精礦和熔劑在熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉。爐料中的銅、硫與未氧化的鐵形成液態(tài)銅锍。這種銅锍是以FeS-Cu2S為主,并溶有Au、Ag等貴金屬及少量其他金屬硫化物的共熔體。爐料中的SiO2，Al2O3，CaO等成分與FeO一起形成液態(tài)爐渣。 爐渣是以2FeOSiO2(鐵橄欖石）為主的氧化物熔體。銅锍與爐渣互不相溶，且密度各異從而分離。銅冶金學(xué)第2章2. 2 造锍熔煉過程的基本反應(yīng) 2.2.1 造锍熔煉過程的主要化學(xué)反應(yīng)類型 熔煉爐料中主要的化合物是硫化物、氧化物和碳酸鹽。 可能的硫化物組成成分有

2、：CuFeS2、CuS、Cu2S、FeS2、FeS、ZnS、PbS、NiS等。 氧化物有：Fe2O3、Fe3O4、Cu2O、CuO、ZnO、NiO、MeOFe2O3、SiO2、Al2O3、CaO和MgO; CaO和MgO是由碳酸鹽分解而來的。銅冶金學(xué)第2章1.高價(jià)硫化物的熱分解 熔煉未經(jīng)焙燒或燒結(jié)處理的生精礦或干精礦時(shí)，爐料中含有較多的高價(jià)硫化物，在熔煉爐內(nèi)被加熱后，離解成低價(jià)化合物，主要反應(yīng)有： 2FeS2(s)2FeS(s)+S2(g) (2-1) 300 開始，560激烈進(jìn)行，在680 時(shí)，分解壓Ps2=69.06千帕 銅冶金學(xué)第2章2CuFeS2(s)Cu2S(s)+2FeS(s)+1

3、/2S2 (2-2)550 開始。2CuS(s)Cu2S(s)+1/2S2 (2-3)400 開始，600 激烈反應(yīng)。銅冶金學(xué)第2章2CuO=Cu2O+1/2O2 (2-4) 在1105 時(shí)，分解壓Po2=101.32千帕。產(chǎn)物Cu2O是較為穩(wěn)定的化合物，在冶煉溫度下（13001500 ）是不分解的。 另一類熱分解反應(yīng)是碳酸鹽的分解： CaCO3=CaO+CO2 (2-5) 在910 ，Pco2=101.32千帕 MgCO3=MgO+CO2 (2-6) 在640 ，Pco2=101.32千帕銅冶金學(xué)第2章2. 硫化物氧化 在現(xiàn)代強(qiáng)化熔煉爐中，爐料往往很快地就進(jìn)入高溫強(qiáng)氧化氣氛中，所以高價(jià)硫化物

4、除發(fā)生離解反應(yīng)外，還會(huì)被直接氧化。主要的氧化反應(yīng)有： 高價(jià)硫化物的直接氧化2CuFeS2+5/2O2=(Cu2SFeS)+FeO+2SO2 (2-7)2FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 (2-8)3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2 (2-9)2CuS+O2=Cu2S+SO2 (2-10) 銅冶金學(xué)第2章低價(jià)的化合物的氧化反應(yīng) 2FeS(l)+3O2(g) =2FeO(g)+2SO2(g) (2-11)10Fe2O3(s)+FeS(l)=7Fe3O4(s)+SO2(g) (2-12) 2Cu2S(l)+3O2(g)=2Cu2O(l)+2SO2(g) (2-13) 其它有色金屬硫

5、化物（NiS、PbS、ZnS等）也會(huì)被氧化成相應(yīng)的氧化物。銅冶金學(xué)第2章在強(qiáng)氧化氣氛下，還會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)時(shí)，F(xiàn)e3O4生成量較多。 3FeO(l)+1/2O2=Fe3O4(S) (2-14) 鐵硫化物生成Fe3O4的趨勢(shì)是不可避免的，只是隨爐型，程度不同。在強(qiáng)氧勢(shì)及良好的氣固接觸銅冶金學(xué)第2章3.交互反應(yīng) 冰銅熔煉中另一類反應(yīng)是硫化物與氧化物的交互反應(yīng)，它是最重要的一類反應(yīng)。因?yàn)檫@類反應(yīng)決定著銅與其它有價(jià)金屬在冰銅中的回收程度，決定著Fe3O4還原造渣的順利和完全程度。銅冶金學(xué)第2章 來自于熱分解和氧化反應(yīng)生成的Fe3O4、FeS、FeO、Cu2S、Cu2O以及爐料中的SiO2在高溫相互接觸條

6、件下將進(jìn)行交互反應(yīng)。 這類反應(yīng)又可以分成兩種類型：一是Fe3O4與FeS的反應(yīng)；二是不同金屬硫化物與氧化物之間MeOFeS，以及相同金屬硫化物與氧化物之間MeSMeO的反應(yīng)。銅冶金學(xué)第2章2.2.2 還原造渣反應(yīng) Fe3O4FeS體系 經(jīng)過氧化反應(yīng)，爐料中鐵的一部分形成Fe3O4，F(xiàn)e3O4的熔點(diǎn)高（1597）在渣中以FeO復(fù)雜離子狀態(tài)存在。當(dāng)其量較多時(shí)，會(huì)使?fàn)t渣熔點(diǎn)升高，比重增大，惡化了渣與锍的沉清分離。當(dāng)熔體溫度下降時(shí)，F(xiàn)e3O4會(huì)析出沉于爐底及某些部位形成爐結(jié)，還會(huì)在冰銅于爐渣界面上形成一層粘渣隔膜層，危害正常操作。銅冶金學(xué)第2章 在還原熔煉中，F(xiàn)e3O4是靠還原氣氛(Pco2/Pco之

7、比)來使之還原造渣的。而在氧化氣氛的造锍熔煉中，只能依靠與FeS的作用來還原，即 3Fe3O4(s)+FeS = 10(FeO)+SO2(g) Go=761329455T焦 (2-15) 式中（ ）為渣相， 為冰銅相。銅冶金學(xué)第2章表2.1 Fe3O4FeS系和Fe3O4FeSSiO2系反應(yīng)吉布斯自由能變化和平衡常數(shù)與溫度關(guān)系平衡常數(shù)Kp和G0與溫度的關(guān)系如表2.1所示。銅冶金學(xué)第2章 反應(yīng)要在1400以上才能向右進(jìn)行，而且Kp值很小。加入SiO2后，體系變成Fe3O4FeSSiO2系，反應(yīng)為： FeS(l)+3Fe3O4(s)+5 SiO2(s) =5(2FeOSiO2)(l)+SO2(g)

8、 G0=625.280.44T千焦(T1205) （2-16）反應(yīng)的G0和 Kp值與溫度的關(guān)系如表21（右半欄）所示銅冶金學(xué)第2章 由于SiO2的存在，F(xiàn)e3O4的破壞變得容易了，在1100下就能進(jìn)行造渣反應(yīng)。 隨溫度的升高，平衡常數(shù)Kp值增大。在1300 時(shí)，Kp值比1100 時(shí)提高了107倍?？梢奡iO2的存在是Fe3O4破壞的必要條件。對(duì)影響Fe3O4破壞的其它因素分析如下：銅冶金學(xué)第2章（2-17）式（2-17）指出了對(duì)Fe3O4還原有影響的因素是爐渣成份（ ）、溫度（ ）、氣氛（ ）、和冰銅品位（ ）。由反應(yīng)式（2-15），可得銅冶金學(xué)第2章 影響Fe3O4破壞的主要原因是渣成份和溫

9、度，其次為锍品位與爐氣成份。為減少熔煉過程的Fe3O4量，采取以下一些措施：1.盡量提高熔煉溫度； 2.適當(dāng)增加爐渣中SiO2含量，一般為35以上； 3.控制適當(dāng)?shù)谋~品位（含Cu4050%）,以保持足 夠的FeS量；4.創(chuàng)造Fe3O4與FeS和SiO2的良好接觸條件。銅冶金學(xué)第2章2.2.3 氧化物硫化反應(yīng) FeSMeO體系 有色金屬氧化物MeO與FeS之間的反應(yīng)是造锍過程中有價(jià)元素富集于冰銅的基本反應(yīng)。依靠硫化反應(yīng)，以Cu2O形式存在于爐料中的銅得以回收進(jìn)入冰銅： FeS(l)+(Cu2O)(l)=(FeO)(l)+Cu2S(l) （2-18） G0=-144750+13.05T焦 （2-

10、19）銅冶金學(xué)第2章 當(dāng)t=1300時(shí)，G0=136.93千焦， Kp ，平衡常數(shù)值很大，表明Cu2O幾乎完全被硫化進(jìn)入冰銅。從式（2-18）可以估算出渣中銅以Cu2O形式的損失值。由（2-19）式得： （2-20） 銅冶金學(xué)第2章 若 0.4， 1，則 4.210-5，相當(dāng)于Cu為0.120.15%。可見，反應(yīng)平衡時(shí)，以Cu2O形式進(jìn)入爐渣的量是很小的。由（2-19）式可以看出，在一點(diǎn)熔煉溫度下，保持渣中較低的值，也即有足夠的SiO2存在，較低的冰銅品位，有利于降低渣中的Cu2O。銅冶金學(xué)第2章2.2.4 相同金屬氧化物與硫化物之間的反應(yīng) Cu2S與Cu2O的反應(yīng)如下： 2Cu2O(l)+C

11、u2S(l)=6Cu(l)+SO2(g) (2-21) G0=3598258.87T 焦當(dāng)t=1300時(shí)，G0=-56.62千焦，Kp76。從熱力學(xué)上來看，在冶煉溫度下，該反應(yīng)很容易進(jìn)行。銅冶金學(xué)第2章 傳統(tǒng)熔煉體系中，由于FeS的存在，反應(yīng)（218）的吉布斯自由能變化（G0=-120千焦）比反應(yīng)（221）大得多，因而反應(yīng)（221）不會(huì)發(fā)生。只有在連續(xù)熔銅和氧氣自熱熔煉生產(chǎn)高品位冰銅時(shí)，上述反應(yīng)才會(huì)產(chǎn)生，致使冰銅中有金屬銅存在。 有以上各個(gè)熔煉化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，形成了FeS、Cu2S、FeO、Fe3O4以及少量的Cu2O。這些氧化物和爐料中的脈石成份一道形成爐渣。硫化物形成冰銅，F(xiàn)e3O4則分配

12、于渣與冰銅中。銅冶金學(xué)第2章2. 3 冰銅和爐渣的形成及二者的分離2.3.1 冰銅和爐渣的形成過程 經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)形成的低價(jià)氧化物和硫化物在爐內(nèi)一定區(qū)域被熔化。熔化過程是從形成低熔點(diǎn)共晶物和硅酸鹽開始發(fā)生的。因?yàn)閱为?dú)的硫化物和氧化物都具有比冰銅和爐渣高的熔點(diǎn)，如表2.2所示。銅冶金學(xué)第2章化合物Cu2SFeSCu2S- FeSFeS-FeOFeOSiO2Fe3O4熔點(diǎn)（）11351195995940137117231597化合物2FeOSiO2FeOCaO2 SiO22FeOCaO2 SiO2熔點(diǎn)（）12029801178表2.2 一些硫化物氧化物及其共晶物和硅酸鹽的熔點(diǎn)銅冶金學(xué)第2章 熔

13、化的共晶物和硅酸鹽便是初锍和初渣，它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)過程中繼續(xù)被加熱升溫，同時(shí)又溶解了其它的難熔物。 在進(jìn)入熔池時(shí)，完全形成了爐渣和冰銅，由于兩者結(jié)構(gòu)不同，不相互溶解，且比重又有差異，較重的冰銅顆粒穿過渣層沉于熔池底部形成冰銅層，實(shí)現(xiàn)了與渣的分離。銅冶金學(xué)第2章2.3.2 爐渣和冰銅分離的條件及其影響因素 1）爐渣和冰銅互不相容的機(jī)理 由氧化物形成的爐渣能夠與由硫化物組成的冰銅分離開的根本原因是它們本身的結(jié)構(gòu)不同。結(jié)構(gòu)又是由成份決定的。組成不同的氧化物和硫化物，相互的溶解能力是不同的。 不含SiO2的FeOFeS體系在液態(tài)下是完全互溶地，呈均勻的單相，不會(huì)分層。當(dāng)加入SiO2后，形成FeOFeSSiO

14、2體系，單一的情形就會(huì)改變。從圖2.1看出當(dāng)SiO21時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)分層（ABC曲線）。銅冶金學(xué)第2章圖21 FeO-FeS-SiO2體系局部液相線平衡圖(1200)銅冶金學(xué)第2章Cu2SFeSFeO體系在無SiO2等脈石氧化物存在的情況下，也是一個(gè)單一相。如狀態(tài)圖2.2所示，是一個(gè)三元共晶。高溫液相下氧化亞鐵與硫化物互相溶解，無分層。圖2.2 Cu2SFeSFeO體 系狀態(tài)圖銅冶金學(xué)第2章 爐渣與冰銅的互不相溶性可以從結(jié)構(gòu)上得到解釋：在無SiO2時(shí)，氧化物和硫化物結(jié)合形成一種共價(jià)鍵的、半導(dǎo)體的CuFeOS相。當(dāng)SiO2存在時(shí)，它便與氧化物化合而生成強(qiáng)力結(jié)合的硅酸鹽陰離子聚合體團(tuán)，如： 2FeO

15、+3 SiO2=2Fe+ Si3O8 （222） 這種陰離子團(tuán)形成渣相。而硫化物卻不具有形成陰離子團(tuán)的傾向，仍然保留為明顯得共價(jià)鍵的冰銅相，迥然不同于硅酸鹽爐渣，這樣就形成互不相溶地兩層熔體。氧化鋁的行為類似于氧化硅。CaO則是與FeO生成鐵酸鈣離子團(tuán)。銅冶金學(xué)第2章2）渣與锍分離的條件及影響因素 渣與冰銅互不相溶性是能夠分層的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)分離過程還應(yīng)該具有各種必要的物理?xiàng)l件。冰銅是以顆粒的形式從渣中沉落匯集到下面的冰銅層中。顆粒的沉降速度可由下式?jīng)Q定： （223） 式中 冰銅顆粒在渣中的沉降速度； 冰銅顆粒的半徑； 重力加速度； 、 冰銅和熔渣的密度； 、 冰銅和熔渣的粘度。銅冶金學(xué)第2章 通

16、過控制（223）式中的各種因素，可以獲得最快的沉降速度。 對(duì)冰銅顆粒半徑的影響因素是多方面的。如冰銅與渣間的界面張力；微小锍粒相互碰撞的幾率等。前者值越大，表明锍微粒與渣在它們相界面上的相互吸引能力就越小。從而，微粒在可能碰撞時(shí)聚集成大尺寸顆粒的趨向就越大。 合理的爐渣成份是保證良好分離效果的重要因素。銅冶金學(xué)第2章2. 4 熔煉產(chǎn)物2.4.1 銅锍的組成 锍主要是由Cu2S和FeS組成，還溶解有其它硫化物，如Ni3S2、Co3S2、PbS、ZnS等。锍也是貴金屬（Au、Ag和Pt族金屬）的極好溶劑，9599的這些金屬于As、Sb、Se及Te一道進(jìn)入锍。锍還含有24的溶解氧。一般CuFeS占了

17、總量的9095%。 銅冶金學(xué)第2章2.4.2 CuFeS體系 由于銅、鐵和硫三者占了總和的90以上，因此可以用CuFeS三元系（圖2.3）來說明锍的主要組成及其性質(zhì)變化規(guī)律。銅冶金學(xué)第2章 圖2.3 Cu-Fe-S三元系及其二元系相圖E1 1067;E2 985;E3 920;E 915 ;P11094;d,f1105;D,F1090;Cu 1084;Fe 1539;FeS 119036.4%S(重量);CuS1130;79.8%(重量)銅冶金學(xué)第2章 在圖2.3中，對(duì)熔煉過程有意義的部分是CuFeSCu2S所組成的四邊形。 此四邊形（圖2.4）中有一廣闊的液體分層區(qū)。 上層以Cu2SFeS為

18、主，含有少量的CuFe； 下層為CuFe合金溶解少量的Cu2SFeS。 熔煉硫化銅礦時(shí)，一般爐料中都有過量的硫，只會(huì)產(chǎn)出上層熔體，而不會(huì)有下層合金相出現(xiàn)。 銅冶金學(xué)第2章圖2.4 Cu-Fe-S三元系相圖銅冶金學(xué)第2章1)锍中的硫和氧 锍的含硫量不會(huì)超過Cu2SFeS連接線。 在三角形Cu2SFeSS體系內(nèi)，高價(jià)硫化物（CuS、FeS等）在熔煉溫度下不穩(wěn)定，分解成Cu2SFeS。 理論上，锍的成分可以從純Cu2S變到FeS，即相當(dāng)于含銅從79.8變到零，含硫從20變到36.4。 工廠锍的含硫量少于理論值，在2225間變動(dòng)。 銅冶金學(xué)第2章2）銅锍中溶解的鐵 當(dāng)爐料含硫不足，而又配入一定還原劑時(shí)

19、，熔煉產(chǎn)出的锍通常含有金屬鐵。在鎳銅礦電爐熔煉時(shí)，锍中的金屬鐵達(dá)812，被稱為金屬化锍。銅冶金學(xué)第2章2.4.3 銅锍的斷面組織、熔點(diǎn)、比重、及熱焓等性質(zhì) 隨著锍品位的變化，锍的斷面組織、顏色、光澤、和硬度等也有所改變。如表2.3所示。 液體銅锍的比重比上述數(shù)值要小。工廠實(shí)踐中，液態(tài)銅锍的比重為4.134.8 。 銅冶金學(xué)第2章銅硫品位 （Cu%）顏色組織光澤硬度25暗灰色堅(jiān)實(shí)無光澤硬3040淡紅色粒狀無光澤稍硬4050青黃色粒柱狀無光澤5070淡青色柱狀無光澤70以上青白色貝殼狀金屬光澤表2.3 銅锍的斷面組織、熔點(diǎn)、比重、及熱焓等性質(zhì)銅冶金學(xué)第2章 如果忽略不計(jì)其它雜質(zhì)的影響，銅锍的熔點(diǎn)可

20、以概略地從CuFeS三元相圖的等溫線上確定。 工廠銅锍的熔點(diǎn)一般在9501050范圍內(nèi)波動(dòng)，在熱平衡計(jì)算時(shí)，取1000 是適當(dāng)?shù)?。銅锍中的Fe3O4和ZnS會(huì)使熔點(diǎn)升高，PbS則會(huì)降低熔點(diǎn)。 銅锍的比熱為0.5860.628千焦/克度。銅锍的熔化熱為125.58千焦/克。銅锍熱焓一般都取為1046.50千焦/公斤銅冶金學(xué)第2章 銅锍是金、銀和鉑族金屬的良好捕集劑。 在銅锍熔煉時(shí)，精礦中含量極少（十萬分之幾到百萬分之幾）的貴金屬幾乎完全地（回收率可達(dá)99）被捕集于銅锍中。 銅锍中金的含量為3050克/噸，銀為0.10.2%。 銅冶金學(xué)第2章2.5 爐渣 在火法冶金中，爐渣是一個(gè)起著重要作用的冶煉

21、產(chǎn)物。 能使精礦和熔劑中的脈石、燃料中的灰份集中到一起， 是化學(xué)反應(yīng)、傳熱、傳質(zhì)，甚至是產(chǎn)生熱（礦熱電爐冶煉）的介質(zhì)。 爐渣產(chǎn)出率 一般為4590 。 爐渣成分和性質(zhì)對(duì)冶煉過程影響很大 。銅冶金學(xué)第2章爐渣應(yīng)該具有滿足下列過程的物理化學(xué)性質(zhì)：1）能促進(jìn)銅锍顆粒從渣中較快的沉降（如公式（2-17）中各種因素）；2）能減少爐渣中銅锍的的溶解；3）能順利地進(jìn)行放渣和放锍作業(yè)；4）減少過程的燃料消耗和電能耗；5）在滿足以上要求的同時(shí)，所加入的溶劑最少。 爐渣的物理化學(xué)性質(zhì)是由爐渣的成分所決定的。銅精礦中含有大量的鐵和SiO2。 熔煉爐渣的絕大部分組成是FeO和SiO2，其余少量成分是CaO、Al2O3

22、和MgO等。銅冶金學(xué)第2章2.5.1 爐渣的熔點(diǎn)1) FeOSiO2體系 FeOSiO2是了解銅熔煉爐渣的最基本體系。圖2.5為FeOSiO2二元系狀態(tài)圖。 圖2.5 FeO-SiO2二元系銅冶金學(xué)第2章 由浮士體和SiO2組成的二元系中，液相下Fe2O3的含量是隨SiO2的含量而變化的，如圖2.5的頂部虛曲線所示。 FeOSiO2體系中的化合物和共晶物的熔點(diǎn)如表2.4所示。銅冶金學(xué)第2章表2.4 FeOSiO2體系中化合物與共晶物的熔點(diǎn)10001710白硅石38611178鯪石英+鐵橄欖石29.570.51250鐵橄欖石24701177浮士體+鐵橄欖石共晶01001360FeOSiO2%Fe

23、O%熔點(diǎn)化合物及共晶物10001710白硅石38611178鯪石英+鐵橄欖石29.570.51250鐵橄欖石24701177浮士體+鐵橄欖石共晶01001360FeOSiO2%FeO%熔點(diǎn)化合物及共晶物銅冶金學(xué)第2章 由圖2.5及表27看出，在2FeOSiO2（鐵橄欖石附近），熔化溫度最低，滿足爐渣的要求。 在此成分下，F(xiàn)eO含量高達(dá)70。 從對(duì)硫化物的溶解和比重兩方面看，都將會(huì)造成渣锍分離不好，金屬損失增加， 還需要在FeOSiO2系基礎(chǔ)上加入CaO以改善爐渣的上述性質(zhì)。 精礦中也含有一定量的CaO，進(jìn)入爐渣。銅冶金學(xué)第2章2）FeOSiO2CaO三元系 FeOSiO2CaO三元系相圖有不同

24、的表達(dá)形式，常見的有詳細(xì)描述化合物和共晶物形成的狀態(tài)圖。圖2.6所示的是另外一種形式。由于把渣中全部鐵當(dāng)作“FeO”，合并CaO、MgO為總“CaO”，使該圖的應(yīng)用大為方便。 圖中劃出了在1150，1200 和1250 下完全液相區(qū)的界限。銅冶金學(xué)第2章圖2.6CaO-FeO-SiO2平衡相圖銅冶金學(xué)第2章 最低的熔點(diǎn)區(qū)域的大約范圍是： SiO23040，CaO1020，F(xiàn)eO4560。在一般熔煉爐的爐溫（1300 ）下，完全液相區(qū)的范圍還會(huì)擴(kuò)大，F(xiàn)eO大約降到30，CaO升高到30，SiO2也增加到了50。 電爐熔煉時(shí)，會(huì)遇到這類高鈣（鎂）或高硅型的爐渣。 在過熱溫度下，酸性渣的粘度比堿性渣

25、的粘度高。 無論是堿性渣還是酸性渣，當(dāng)過熱溫度提高時(shí)，粘度都是下降的。這種關(guān)系如圖2.7銅冶金學(xué)第2章圖2.7 酸性渣(1)與堿性渣圖(2)粘度與溫度關(guān)系銅冶金學(xué)第2章 可以看出，堿性爐渣溫度粘度曲線變化急劇，有明顯的轉(zhuǎn)折； 酸性渣的曲線則平緩，無轉(zhuǎn)折。后者是因?yàn)楫?dāng)溫度升高后，復(fù)雜硅氧絡(luò)陰離子離解為尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的離子過程是逐漸進(jìn)行的；而堿性渣在熔化后便立即離解為各種R2和半徑小的陰離子，所以隨溫度增加，粘度下降很快。銅冶金學(xué)第2章 圖2.8為FeOCaOSiO2系爐渣在1350時(shí)的等粘度曲線。由于粘度僅能在均一液相內(nèi)測(cè)定，故等粘度曲線圖僅占有濃度三角形的局部（給定的等熔化溫度曲線以內(nèi)的液相

26、區(qū)）。 低熔點(diǎn)的爐渣在過熱到1300時(shí)，不一定粘度也低。FeOCaOSiO2三元系中的低熔點(diǎn)區(qū)在1300不是最低粘度區(qū)。FeOCaOSiO2體系的爐渣粘度圖2.8 1300下 CaO-FeO-SiO2 系爐渣的等粘度曲線圖銅冶金學(xué)第2章2.5.3 爐渣的比重 爐渣的比重大小影響到銅锍與渣的沉清分離效果（式220）。組成爐渣各氧化物單獨(dú)存在時(shí)固態(tài)的比重如下所示： 氧化物 SiO2 CaO FeO 比重 2.6 2.33 5 液態(tài)爐渣的比重比固態(tài)爐渣的比重約低0.40.5（克/厘米3)。表2.5列出了1250時(shí)反射爐渣比重與組成成分的關(guān)系。 高硅和高鈣渣具有最輕的比重。銅冶金學(xué)第2章表2.5 12

27、50時(shí)，反射爐渣比重與組成成分的關(guān)系爐渣成分比重克/厘米32.9081221.547.92.987.915.32543.33.326.211.7127.540.63.34.810.62.838.137373.53.83.1947.333.63.72.94.21048.730.6Al2O3CaOFe3O4FeOSiO2比重gcm3爐渣成分%2.9081221.547.92.987.915.32543.33.326.211.7127.540.63.34.810.62.838.137373.53.83.1947.333.63.72.94.21048.730.6Al2O3CaOFe3O4FeOSiO2

28、比重gcm3爐渣成分%銅冶金學(xué)第2章2.5.2 爐渣的熱含 爐渣的熱含值直接影響到爐渣帶走的熱量， 單位重量的爐渣由25加熱到指定溫度時(shí)所吸收的熱量為爐渣的熱含量，理論上由下式計(jì)算： （224）式中 爐渣T0K時(shí)的熱含量，千焦公斤1； 、 爐渣分別在固體和液體下的比熱，千焦公斤1度1； 爐渣熔化熱，千焦公斤1； TM、T分別為爐渣熔點(diǎn)和加熱到的指定溫度。 銅冶金學(xué)第2章圖2.9 為FeOCaOSiO2系爐渣組一一等熱含圖銅冶金學(xué)第2章2.5.5 爐渣的電導(dǎo) 爐渣的電導(dǎo)率對(duì)電爐熔煉法有極為重要的意義，爐渣導(dǎo)電屬離子導(dǎo)電，堿性爐渣的電導(dǎo)率比酸性渣的高得多。工廠熔渣的比電導(dǎo)與溫度及渣含氧化亞鐵的關(guān)系

29、見圖2.10所示。在13501400時(shí)，銅鎳硫化礦電爐熔煉爐渣的比電導(dǎo)約為0.20.5（歐姆厘米） 銅冶金學(xué)第2章圖2.10 爐渣比電導(dǎo)與FeO的關(guān)系銅冶金學(xué)第2章2.5.6 爐渣的表面性質(zhì) 冶煉過程中耐火材料的腐蝕，锍的匯集和長(zhǎng)大，锍和爐渣的分離，以及在相界面上進(jìn)行的反應(yīng)等皆受到熔渣和锍表面性質(zhì)的影響。對(duì)熔煉過程有直接意義的表面性質(zhì)是熔渣與熔融锍間的界面張力。界面張力與其他性質(zhì)一樣，也是隨熔渣的成分和溫度而變化。 對(duì)某一成分和溫度下的爐渣界面張力，需要由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。 銅冶金學(xué)第2章2.6 爐渣中的Fe3O4 正常的熔煉作業(yè)中，要求固體磁性氧化鐵（Fe3O4）不從爐渣中析出。但在某些情況下，比如

30、，爐襯耐火材料需要保護(hù)以及當(dāng)漏爐事故發(fā)生或者存在著漏爐的危險(xiǎn)性時(shí)，卻又希望Fe3O4以單獨(dú)的相析出，并沉積于爐底。因此渣中Fe3O4的溶解與析出在生產(chǎn)上是一個(gè)相當(dāng)重要的問題。銅冶金學(xué)第2章 在以FeO和SiO2為主要組成的硅酸鹽爐渣中，F(xiàn)e3O4的溶解和析出時(shí)受溫度、氣相中氧分壓和渣組成的影響。這可以從圖2.11 FeOFe3O4SiO2體系的相圖看出。圖中，粗實(shí)線是相邊界線，細(xì)實(shí)線（上標(biāo)有1300、1400等數(shù)字）是液相等溫線，點(diǎn)劃線是等氧分壓線。銅冶金學(xué)第2章圖2.11 FeO-Fe3O4-SiO2 體系狀態(tài)圖銅冶金學(xué)第2章 從圖2.11上可以找出在一般熔煉溫度（1300）下完全熔化的爐渣

31、成分范圍ABCD。在銅熔煉中，AB線固體Fe飽和區(qū)和BC線浮士體（FeO）飽和區(qū)是不會(huì)遇到的。因?yàn)闋t內(nèi)氧分壓大于AB線的氧分壓（Po2大約為10111012）；爐渣中有高于BC線上的SiO2含量。AD表明了使?fàn)t渣飽和SiO2的量，渣中必需有3540的SiO2才能使SiO2飽和。在接近SiO2飽和的條件下，能獲得锍與爐渣的最佳分離。銅冶金學(xué)第2章 CD線是熔煉過程中最有意義的一條線。它是熔煉溫度（1300）下磁性氧化鐵的飽和線。當(dāng)爐氣的氧分壓超過大約108大氣壓（CD）或106大氣壓（D點(diǎn)，SiO2飽和）時(shí)，固體磁性氧化鐵就會(huì)析出與液相成平衡。在大多數(shù)熔煉爐內(nèi)，氣氛中含有大約10的氧（即Po2大

32、約為102大氣壓），具備了在渣氣界面上析出固體Fe3O4的條件（最終結(jié)果還取決于Fe3O4被FeS還原的趨勢(shì)）。銅冶金學(xué)第2章 將渣中的SiO2換成CaO時(shí)，體系改變?yōu)镕eOFe3O4CaO，爐渣中接受氧的能力就會(huì)提高。 在圖2.12上同時(shí)繪出了FeOFe3O4SiO2與FeOFe3O4CaO兩個(gè)體系均相區(qū)上的等氧勢(shì)線。 從圖可見，在FeOFe3O4SiO2體系中，為維持Fe3O4在渣中不被析出，允許的氧分壓Po2不大于108106大氣壓，這個(gè)允許范圍較小。銅冶金學(xué)第2章 而在FeOFe3O4CaO體系中，氧分壓Po2由1011到一個(gè)大氣壓的廣闊范圍內(nèi)，都存在著均相區(qū)。換言之，用CaO代替Si

33、O2時(shí)，在一般熔煉溫度和爐子任何氧勢(shì)下，不必?fù)?dān)心Fe3O4從渣中析出的麻煩。銅冶金學(xué)第2章圖2.12 1300時(shí)FeO-Fe3O4-CaO(實(shí)線)及FeO-Fe3O4-SiO2 (虛線)等氧勢(shì)圖銅冶金學(xué)第2章圖2.13 1300下FeO-Fe3O4-CaO系在20%CaO條件下的熔化區(qū)銅冶金學(xué)第2章 圖2.13表示出了當(dāng)CaO含量為20時(shí)FeOFe3O4SiO2CaO體系在1300下的熔化區(qū)（實(shí)斜剖線）。 圖中同時(shí)會(huì)出了不加CaO的FeOFe3O4SiO2體系在同樣溫度下的熔化區(qū)（虛線ABCD）。 當(dāng)加入20的CaO后，在低硅高鐵部分（SiO2大約為45、Fe2O3約為2050、FeO約為25

34、60）多出了一條均相帶。原來的均相區(qū)擴(kuò)大了。 采用高鈣渣，即使在氧分壓大的情況下也不會(huì)出現(xiàn)磁性氧化鐵的析出。銅冶金學(xué)第2章2.6 渣中銅損失 锍熔煉的產(chǎn)渣量是很大的。視精礦和脈石成分的高低，一噸的爐渣量大約是2.5 7噸或更多些。一般熔煉爐渣含銅為0.20.7?，F(xiàn)代強(qiáng)化熔煉（閃爍爐和熔池熔煉）的爐渣需要經(jīng)過貧化處理，傳統(tǒng)銅锍熔的爐渣一般則不再處理而直接廢棄。因此，要求盡可能地降低渣中的銅損失。 減少銅在渣中的損失包括兩方面的內(nèi)容：一是減少爐渣出量；二是降低渣中銅的含量。銅冶金學(xué)第2章渣中的銅損失包括機(jī)械夾帶和溶解兩類形式。 1）機(jī)械夾帶損失 這是細(xì)顆粒锍未能沉降到锍層而夾帶于爐渣中引起的銅損失

35、除了前述的公式（220）中指出的各種因素外，還會(huì)有熔煉過程產(chǎn)生的存在于爐渣中的氣泡浮帶時(shí)用造成锍粒的夾帶。而且這些因素又被爐渣成分和熔煉條件所控制。當(dāng)具備了較好的沉降條件時(shí)，還需要有足夠的顆粒沉降時(shí)間才能保證渣中這類損失最少。銅冶金學(xué)第2章 (2-26) 決定； 、 、 及 為系數(shù)，它們與爐渣成分有關(guān)； 為锍的品位。可見，影響渣中硫化態(tài)銅溶解的因素有锍的組成、溫度和爐渣成分。 銅冶金學(xué)第2章 2）硫化物的溶解損失 Cu2S能夠溶解于FeO渣中。硫化態(tài)銅溶解于飽和SiO2鐵質(zhì)爐渣中的量可由下式表示： 為硫化物形態(tài)溶解在爐渣中的量；A為系數(shù)； 為锍中CuS0.5的活度；（S）為渣中溶解的硫量。（2-25）銅冶金學(xué)第2章3)Cu2O的溶解損失 Cu2O來自于不完全的硫化反應(yīng)。在低氧勢(shì)下熔煉，且锍品位不高時(shí)，這部分損失所占比例很?。幌喾丛诟哐鮿?shì)（如閃爍爐、諾蘭大達(dá)爐）下