銅冶金學(xué)第2章

第2章造锍熔煉的實(shí)際根底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)展熔煉。爐料中的銅、硫與未氧化的鐵構(gòu)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一同構(gòu)成液態(tài)爐渣。爐渣是以2FeO·SiO2(鐵橄欖石〕為主的氧化物熔體。銅锍與爐渣互不相溶，且密度各異從而分別。2.2造锍熔煉過程的根本反響

2.2.1造锍熔煉過程的主要化學(xué)反響類型

熔煉爐料中主要的化合物是硫化物、氧化物和碳酸鹽。能夠的硫化物組成成分有：CuFeS2、CuS、Cu2S、FeS2、FeS、ZnS、PbS、NiS等。氧化物有：Fe2O3、Fe3O4、Cu2O、CuO、ZnO、NiO、MeO·Fe2O3、SiO2、Al2O3、CaO和MgO;CaO和MgO是由碳酸鹽分解而來的。1.高價(jià)硫化物的熱分解

熔煉未經(jīng)焙燒或燒結(jié)處置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，主要反響有：

2FeS2(s)→2FeS(s)+S2(g)(2-1)

300℃開場，560℃猛烈進(jìn)展，在680℃時(shí)，分解壓Ps2=69.06千帕

2CuFeS2(s)→Cu2S(s)+2FeS(s)+1/2S2(2-2)550℃開場。2CuS(s)＝Cu2S(s)+1/2S2(2-3)400℃開場，600℃猛烈反響。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〔1300－1500℃〕是不分解的。另一類熱分解反響是碳酸鹽的分解：

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)硫化物除發(fā)生離解反響外，還會(huì)被直接氧化。主要的氧化反響有：

高價(jià)硫化物的直接氧化2CuFeS2+5/2O2=(Cu2S·FeS)+FeO+2SO2(2-7)

2FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2(2-8)

3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2(2-9)

2CuS+O2=Cu2S+SO2(2-10)低價(jià)的化合物的氧化反響

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)

其它有色金屬硫化物〔NiS、PbS、ZnS等〕也會(huì)被氧化成相應(yīng)的氧化物。

在強(qiáng)氧化氣氛下，還會(huì)發(fā)生以下反響時(shí)，F(xiàn)e3O4生成量較多。3FeO(l)+1/2O2=Fe3O4(S)(2-14)

鐵硫化物生成Fe3O4的趨勢是不可防止的，只是隨爐型，程度不同。在強(qiáng)氧勢及良好的氣固接觸3.交互反響

冰銅熔煉中另一類反響是硫化物與氧化物的交互反響，它是最重要的一類反響。由于這類反響決議著銅與其它有價(jià)金屬在冰銅中的回收程度，決議著Fe3O4復(fù)原造渣的順利和完全程度。來自于熱分解和氧化反響生成的Fe3O4、FeS、FeO、Cu2S、Cu2O以及爐料中的SiO2在高溫相互接觸條件下將進(jìn)展交互反響。這類反響又可以分成兩種類型：一是Fe3O4與FeS的反響；二是不同金屬硫化物與氧化物之間MeO－FeS，以及一樣金屬硫化物與氧化物之間MeS－MeO的反響。2.2.2復(fù)原造渣反響Fe3O4－FeS體系

經(jīng)過氧化反響，爐料中鐵的一部分構(gòu)成Fe3O4，F(xiàn)e3O4的熔點(diǎn)高〔1597℃〕在渣中以Fe－O復(fù)雜離子形狀存在。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別。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構(gòu)成爐結(jié)，還會(huì)在冰銅于爐渣界面上構(gòu)成一層粘渣隔膜層，危害正常操作。

在復(fù)原熔煉中，F(xiàn)e3O4是靠復(fù)原氣氛(Pco2/Pco之比)來使之復(fù)原造渣的。而在氧化氣氛的造锍熔煉中，只能依托與FeS的作用來復(fù)原，即

3Fe3O4(s)+[FeS]=10(FeO)+SO2(g)ΔGo=761329－455T焦(2-15)

式中〔〕為渣相，[]為冰銅相。表2.1Fe3O4－FeS系和Fe3O4－FeS－SiO2系反響吉布斯自在能變化和平衡常數(shù)與溫度關(guān)系平衡常數(shù)Kp和ΔG0與溫度的關(guān)系如表2.1所示。

反響要在1400℃以上才干向右進(jìn)展，而且Kp值很小。參與SiO2后，體系變成Fe3O4－FeS－SiO2系，反響為：

FeS(l)+3Fe3O4(s)+5SiO2(s)=5(2FeO·SiO2)(l)+SO2(g)

ΔG0=625.28－0.44T千焦(T>1205)〔2-16〕

反響的ΔG0和Kp值與溫度的關(guān)系如表2－1〔右半欄〕所示

由于SiO2的存在，F(xiàn)e3O4的破壞變得容易了，在1100℃下就能進(jìn)展造渣反響。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破壞的其它要素分析如下：〔2-17〕式〔2-17〕指出了對(duì)Fe3O4復(fù)原有影響的要素是爐渣成份〔〕、溫度〔〕、氣氛〔〕、和冰銅檔次〔〕。由反響式〔2-15〕，可得影響Fe3O4破壞的主要緣由是渣成份和溫度，其次為锍檔次與爐氣成份。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)添加爐渣中SiO2含量，普通為35％以上；

3.控制適當(dāng)?shù)谋~檔次〔含Cu40~50%〕,以堅(jiān)持足夠的FeS

量；

4.發(fā)明Fe3O4與FeS和SiO2的良好接觸條件。2.2.3氧化物硫化反響FeS－MeO體系

有色金屬氧化物MeO與FeS之間的反響是造锍過程中有價(jià)元素富集于冰銅的根本反響。依托硫化反響，以Cu2O方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〕

ΔG0=-144750+13.05T焦

〔2-19〕當(dāng)t=1300℃時(shí)，ΔG0=.93千焦，Kp＝，平衡常數(shù)值很大，闡明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方式的損失值。由〔2-19〕式得：

〔2-20〕

假設(shè)＝0.4，＝1，那么＝4.2×10-5，相當(dāng)于Cu為0.12～0.15%?？梢?，反響平衡時(shí)，以Cu2O方式進(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，堅(jiān)持渣中較低的值，也即有足夠的SiO2存在，較低的冰銅檔次，有利于降低渣中的Cu2O。2.2.4一樣金屬氧化物與硫化物之間的反響Cu2S與Cu2O的反響如下：

2Cu2O(l)+Cu2S(l)=6Cu(l)+SO2(g)(2-21)

ΔG0=35982－58.87T焦

當(dāng)t=1300℃時(shí)，ΔG0=-56.62千焦，Kp＝76。從熱力學(xué)上來看，在冶煉溫度下，該反響很容易進(jìn)展。傳統(tǒng)熔煉體系中，由于FeS的存在，反響〔2－18〕的吉布斯自在能變化〔ΔG0=-120千焦〕比反響〔2－21〕大得多，因此反響〔2－21〕不會(huì)發(fā)生。只需在延續(xù)熔銅和氧氣自熱熔煉消費(fèi)高檔次冰銅時(shí)，上述反響才會(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)反響的結(jié)果，構(gòu)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構(gòu)成爐渣。硫化物構(gòu)成冰銅，F(xiàn)e3O4那么分配于渣與冰銅中。2.3冰銅和爐渣的構(gòu)成及二者的分別

2.3.1冰銅和爐渣的構(gòu)成過程

經(jīng)過一系列化學(xué)反響構(gòu)成的低價(jià)氧化物和硫化物在爐內(nèi)一定區(qū)域被熔化。熔化過程是從構(gòu)成低熔點(diǎn)共晶物和硅酸鹽開場發(fā)生的。由于單獨(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?；衔顲u2SFeSCu2S-FeSFeS-FeOFeOSiO2Fe3O4熔點(diǎn)（℃）11351195995940137117231597化合物2FeO·SiO2FeO·CaO·2SiO22FeO·CaO·2SiO2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)熔化的共晶物和硅酸鹽便是初锍和初渣，它們在運(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)，完全構(gòu)成了爐渣和冰銅，由于兩者構(gòu)造不同，不相互溶解，且比重又有差別，較重的冰銅顆粒穿過渣層沉于熔池底部構(gòu)成冰銅層，實(shí)現(xiàn)了與渣的分別。2.3.2爐渣和冰銅分別的條件及其影響要素

1〕爐渣和冰銅互不相容的機(jī)理

由氧化物構(gòu)成的爐渣可以與由硫化物組成的冰銅別分開的根本緣由是它們本身的構(gòu)造不同。構(gòu)造又是由成份決議的。組成不同的氧化物和硫化物，相互的溶解才干是不同的。

不含SiO2的FeO－FeS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)參與SiO2后，構(gòu)成FeO－FeS－SiO2體系，單一的情形就會(huì)改動(dòng)。從圖2.1看出當(dāng)SiO2>1％時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)分層〔ABC曲線〕。圖2－1FeO-FeS-SiO2體系部分液相線平衡圖(1200℃)Cu2S－FeS－FeO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。如形狀圖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相互溶解，無分層。圖2.2Cu2S－FeS－FeO體系形狀圖爐渣與冰銅的互不相溶性可以從構(gòu)造上得到解釋：在無SiO2時(shí)，氧化物和硫化物結(jié)合構(gòu)成一種共價(jià)鍵的、半導(dǎo)體的Cu－Fe－O－S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+3SiO2=2Fe++Si3O8〔2－22〕

這種陰離子團(tuán)構(gòu)成渣相。而硫化物卻不具有構(gòu)成陰離子團(tuán)的傾向，依然保管為明顯得共價(jià)鍵的冰銅相，迥然不同于硅酸鹽爐渣，這樣就構(gòu)成互不相溶地兩層熔體。氧化鋁的行為類似于氧化硅。CaO那么是與FeO生成鐵酸鈣離子團(tuán)。2〕渣與锍分別的條件及影響要素

渣與冰銅互不相溶性是可以分層的根底，實(shí)現(xiàn)分別過程還應(yīng)該具有各種必要的物理?xiàng)l件。冰銅是以顆粒的方式從渣中沉落聚集到下面的冰銅層中。顆粒的沉降速度可由下式?jīng)Q議：

〔2－23〕

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。經(jīng)過控制〔2－23〕式中的各種要素，可以獲得最快的沉降速度。

對(duì)冰銅顆粒半徑的影響要素是多方面的。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，闡明锍微粒與渣在它們相界面上的相互吸引才干就越小。從而，微粒在能夠碰撞時(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別效果的重要要素。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，95～99％的這些金屬于As、Sb、Se及Te一道進(jìn)入锍。锍還含有2～4％的溶解氧。普通Cu＋Fe＋S占了總量的90～95%。2.4.2Cu－Fe－S體系

由于銅、鐵和硫三者占了總和的90％以上，因此可以用Cu－Fe－S三元系〔圖2.3〕來闡明锍的主要組成及其性量變化規(guī)律。圖2.3Cu-Fe-S三元系及其二元系相圖E11067℃;E2985℃;E3920℃;E915℃;P11094℃;d,f1105℃;D,F1090℃;Cu1084℃;Fe1539℃;FeS1190℃36.4%S(分量);CuS1130℃;79.8%(分量)在圖2.3中，對(duì)熔煉過程有意義的部分是Cu－Fe－S－Cu2S所組成的四邊形。

此四邊形〔圖2.4〕中有一寬廣的液體分層區(qū)。

上層以Cu2S－FeS為主，含有少量的Cu—Fe；

下層為Cu—Fe合金溶解少量的Cu2S－FeS。

熔煉硫化銅礦時(shí)，普通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)。圖2.4Cu-Fe-S三元系相圖1)锍中的硫和氧

锍的含硫量不會(huì)超越Cu2S－FeS銜接線。

在三角形Cu2S－FeS－S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Cu2S－FeS。

實(shí)際上，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實(shí)際值，在22～25％間變動(dòng)。2〕銅锍中溶解的鐵

當(dāng)爐料含硫缺乏，而又配入一定復(fù)原劑時(shí)，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)8～12％，被稱為金屬化锍。2.4.3銅锍的斷面組織、熔點(diǎn)、比重、及熱焓等性質(zhì)

隨著锍檔次的變化，锍的斷面組織、顏色、光澤、和硬度等也有所改動(dòng)。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)際中，液態(tài)銅锍的比重為4.13～4.8。

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30～40淡紅色粒狀無光澤稍硬40～50青黃色粒柱狀無光澤—50～70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)

假設(shè)忽略不計(jì)其它雜質(zhì)的影響，銅锍的熔點(diǎn)可以概略地從Cu－Fe－S三元相圖的等溫線上確定。

工廠銅锍的熔點(diǎn)普通在950～1050℃范圍內(nèi)動(dòng)搖，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那么會(huì)降低熔點(diǎn)。

銅锍的比熱為0.586～0.628千焦/克·度。銅锍的熔化熱為125.58千焦/克。銅锍熱焓普通都取為1046.50千焦/公斤銅锍是金、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30～50克/噸，銀為0.1～0.2%。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產(chǎn)物。

能使精礦和熔劑中的脈石、燃料中的灰份集中到一同，

是化學(xué)反響、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)出率普通為45～90％。

爐渣成分和性質(zhì)對(duì)冶煉過程影響很大。

爐渣應(yīng)該具有滿足以下過程的物理化學(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〕中各種要素〕；

2〕能減少爐渣中銅锍的的溶解；

3〕能順利地進(jìn)展放渣和放锍作業(yè)；

4〕減少過程的燃料耗費(fèi)和電能耗；

5〕在滿足以上要求的同時(shí)，所參與的溶劑最少。

爐渣的物理化學(xué)性質(zhì)是由爐渣的成分所決議的。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，其他少量成分是CaO、Al2O3和MgO等。2.5.1爐渣的熔點(diǎn)

1)FeO－SiO2體系

FeO－SiO2是了解銅熔煉爐渣的最根本體系。

圖2.5為FeO－SiO2二元系形狀圖。圖2.5FeO-SiO2二元系由浮士體和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。

FeO－SiO2體系中的化合物和共晶物的熔點(diǎn)如表2.4所示。表2.4FeO－SiO2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01000FeOSiO2%FeO%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01000FeOSiO2%FeO%熔點(diǎn)℃化合物及共晶物由圖2.5及表2－7看出，在2FeO·SiO2〔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)呵斥渣锍分別不好，金屬損失添加，

還需求在FeO－SiO2系根底上參與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。2〕FeO－SiO2－CaO三元系

FeO－SiO2－CaO三元系相圖有不同的表達(dá)方式，常見的有詳細(xì)描畫化合物和共晶物構(gòu)成的形狀圖。圖2.6所示的是另外一種方式。由于把渣中全部鐵當(dāng)作“FeO〞，合并CaO、MgO為總“CaO〞，使該圖的運(yùn)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。圖2.6CaO-FeO-SiO2平衡相圖最低的熔點(diǎn)區(qū)域的大約范圍是：SiO230～40％，CaO10～20％，F(xiàn)eO45～60％。在普通熔煉爐的爐溫〔>1300℃〕下，完全液相區(qū)的范圍還會(huì)擴(kuò)展，F(xiàn)eO大約降到30％，CaO升高到30％，SiO2也添加到了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圖2.7酸性渣(1)與堿性渣圖(2)粘度與溫度關(guān)系可以看出，堿性爐渣溫度――粘度曲線變化急劇，有明顯的轉(zhuǎn)機(jī)；

酸性渣的曲線那么平緩，無轉(zhuǎn)機(jī)。后者是由于當(dāng)溫度升高后，復(fù)雜硅氧絡(luò)陰離子離解為尺寸小、構(gòu)造簡單的離子過程是逐漸進(jìn)展的；而堿性渣在熔化后便立刻離解為各種R2＋和半徑小的陰離子，所以隨溫度添加，粘度下降很快。

圖2.8為FeO－CaO－SiO2系爐渣在0℃時(shí)的等粘度曲線。由于粘度僅能在均一液相內(nèi)測定，故等粘度曲線圖僅占有濃度三角形的部分〔給定的等熔化溫度曲線以內(nèi)的液相區(qū)〕。

低熔點(diǎn)的爐渣在過熱到1300℃時(shí)，不一定粘度也低。FeO－CaO－SiO2三元系中的低熔點(diǎn)區(qū)在1300℃不是最低粘度區(qū)。FeO－CaO－SiO2體系的爐渣粘度圖2.81300℃下CaO-FeO-SiO2系爐渣的等粘度曲線圖

2.5.3爐渣的比重

爐渣的比艱苦小影響到銅锍與渣的沉清分別效果〔式2－20〕。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SiO2CaOFeO

比重2.62.335

液態(tài)爐渣的比重比固態(tài)爐渣的比重約低0.4～0.5〔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。

表2.51250℃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32.90812—21.547.92.987.915.3—2543.33.326.211.7127.540.63.34.810.62.838.137373.53.83.1947.333.63.72.94.21048.730.6Al2O3CaOFe3O4FeOSiO2比重g·cm3爐渣成分%2.90812—21.547.92.987.915.3—2543.33.326.211.7127.540.63.34.810.62.838.137373.53.83.1947.333.63.72.94.21048.730.6Al2O3CaOFe3O4FeOSiO2比重g·cm3爐渣成分%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，

單位分量的爐渣由25℃加熱到指定溫度時(shí)所吸收的熱量為爐渣的熱含量，實(shí)際上由下式計(jì)算：

〔2－24〕

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。

圖2.9為FeO－CaO－SiO2系爐渣組一一等熱含圖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)系見圖2.10所示。在0～1400℃時(shí)，銅鎳硫化礦電爐熔煉爐渣的比電導(dǎo)約為0.2～0.5〔歐姆·厘米〕圖2.10爐渣比電導(dǎo)與FeO的關(guān)系2.5.6爐渣的外表性質(zhì)

冶煉過程中耐火資料的腐蝕，锍的聚集和長大，锍和爐渣的分別，以及在相界面上進(jìn)展的反響等皆遭到熔渣和锍外表性質(zhì)的影響。對(duì)熔煉過程有直接意義的外表性質(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，需求由實(shí)驗(yàn)測定。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，爐襯耐火資料需求維護(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，并堆積于爐底。因此渣中Fe3O4的溶解與析出在消費(fèi)上是一個(gè)相當(dāng)重要的問題。

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2.11FeO－Fe3O4－SiO2體系的相圖看出。圖中，粗實(shí)線是相邊境限，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。圖2.11FeO-Fe3O4-SiO2體系形狀圖從圖2.11上可以找出在普通熔煉溫度〔1300℃〕下完全熔化的爐渣成分范圍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。由于爐內(nèi)氧分壓大于AB線的氧分壓〔Po2大約為10－11～10－12〕；爐渣中有高于BC線上的SiO2含量。AD闡明了使?fàn)t渣飽和SiO2的量，渣中必需有35～40％的SiO2才干使SiO2飽和。在接近SiO2飽和的條件下，能獲得锍與爐渣的最正確分別。

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)爐氣的氧分壓超越大約10－8大氣壓〔CD〕或10－6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大約為10－2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復(fù)原的趨勢〕。將渣中的SiO2換成CaO時(shí)，體系改動(dòng)為FeO－Fe3O4－CaO，爐渣中接受氧的才干就會(huì)提高。

在圖2.12上同時(shí)繪出了FeO－Fe3O4－SiO2與FeO－Fe3O4－CaO兩個(gè)體系均相區(qū)上的等氧勢線。從圖可見，在FeO－Fe3O4－SiO2體系中，為維持Fe3O4在渣中不被析出，允許的氧分壓Po2不大于

10－8～10－6大氣壓，這個(gè)允許范圍較小。而在FeO－Fe3O4－CaO體系中，氧分壓Po2由10－11到一個(gè)大氣壓的寬廣范圍內(nèi)，都存在著均相區(qū)。換言之，用CaO替代SiO2時(shí)，在普通熔煉溫度和爐子任何氧勢下，不用擔(dān)憂Fe3O4從渣中析出的費(fèi)事。圖2.121300℃時(shí)FeO-Fe3O4-CaO(實(shí)線)及FeO-Fe3O4-SiO2(虛線)等氧勢圖圖2.131300℃下FeO-Fe3O4-CaO系在20%CaO條件下的熔化區(qū)圖2.13表示出了當(dāng)CaO含量為20％時(shí)FeO－Fe3O4－SiO2－CaO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FeO－Fe3O4－SiO2體系在同樣溫度下的熔化區(qū)〔虛線ABCD〕。

當(dāng)參與20％的CaO后，在低硅高鐵部分〔SiO2大約為4－5％、Fe2O3約為20－50％、FeO約為25－60％〕多出了一條均相帶。原來的均相區(qū)擴(kuò)展了。

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。

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。普通熔煉爐渣含銅為0.2～0.7％?，F(xiàn)代強(qiáng)化熔煉〔閃爍爐和熔池熔煉〕的爐渣需求經(jīng)過貧化處置，傳統(tǒng)銅锍熔的爐渣普通那么不再處置而直接廢棄。因此，要求盡能夠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。渣中的銅損失

包括機(jī)械夾帶和溶解兩類方式。

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除了前述的公式〔2－20〕中指出的各種要素外，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)用呵斥锍粒的夾帶。而且這些要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)，還需求有足夠的顆粒沉降時(shí)間才干保證渣中這類損失最少。

(2-26)決議；、、及為系數(shù)，它們與爐渣成分有關(guān)；為锍的檔次?？梢?，影響渣中硫化態(tài)銅溶解的要素有锍的組成、溫度和爐渣成分。2〕硫化物的溶解損失

Cu2S可以溶解于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：

為硫化物形狀溶解在爐渣中的量；A為系數(shù)；為锍中CuS0.5的活度；〔S％〕為渣中溶解的硫量?！?-25〕3)Cu2O的溶解損失