铜冶金的生产工艺和关键技术..docVIP

铜冶金和铜制品的生产工艺和关键技术 概述 铜 （元素符号Cu），是元素周期表中第4周期ⅠB族元素，原子序数29，相对原子质量63.546。铜是一种重要的有色金属，在常温下为固体，新口断面呈紫红色。铜的晶体结构为面心立方晶格。固态纯铜具有很好的延展性、导电性和导热性，其导电和导热能力在金属中仅次于银。铜主要有+1和+2两种价态。常温下铜的氧化态以+2价为主，高温时低价化合物稳定。 由于铜具有许多优异性能，在各个工业部门中均得到广泛应用。直到20世纪60年代铜的重要性和消费量仅次于钢铁。铜在电力、机械制造、金属制品、交通运输、电子、有色金属、仪器仪表等方面具有重要用途。铜也是国防工业的重要材料，用于制造各种弹壳及飞机和舰艇零部件。 铜能与锌、锡、铝、镍等形成多种重要合金。黄铜（铜锌合金）、青铜（铜锡合金）用于制造轴承、活塞、开关、油管、换热器等。铝青铜（铜铝合金）抗震能力很强，可用以制造需要强度和韧性的铸件。铜镍合金中的蒙奈尔合金以抗蚀性著称，多用于制造阀、泵和高压蒸汽设备。铍青铜（含铍铜合金）的力学性能超过高级优质钢，广泛用于制造各种机械部件、工具和无线电设备。 铜的化合物是农药、医药、杀虫剂、颜料、电镀液、原电池、染料和触媒的重要原料。 铜的火法冶金工艺流程 火法冶金是生产铜的主要方法，目前世界上80%的铜是用火法冶金生产的。特别是硫化铜矿，基本上全是用火法处理。 火法处理硫化铜优点是适应性强、冶炼速度快、能充分利用硫化矿中的硫、能耗低，特别适于处理硫化铜矿和富氧铜矿。 其工艺流程主要包括四个步骤：冰铜熔炼、冰铜吹炼、粗铜的火法精炼和铜的电解精炼。 工艺流程图： 2．1选矿 铜矿石的选矿是将矿石中的铜矿物分离出来得到富铜精矿(wCu=10~30%)。具体步骤如下： (1)破碎并把矿石磨到要求尺寸，将铜矿颗粒与非铜矿颗粒分离； (2)采用气泡浮选法将铜矿颗粒与非铜矿颗粒分离得到富铜精矿。 2．2冰铜熔炼 目的：将精矿中的铜富集于冰铜中，而大部分铁的氧化物与加入的溶剂造渣。冰铜是熔炼的主要产物(wCu=30~70%)，由Cu2S、FeS组成，其中还溶解了一定数量铁的氧化物和其他硫化物。 原理： 利用铜对硫的亲和力大于铁和一些杂质金属，而铁对氧的亲和力大于铜的特性，在高温及控制氧化气氛下，使铁等杂质金属逐步氧化后进入炉渣或烟尘而被除去，而金属铜则富集在各种产物中，并逐步得到提纯（上层为渣相，下层为冰铜相）。 冰铜熔炼主要包括两个过程，即造渣和造冰铜过程，其主要反应如下： FeS氧化：2FeS(l)+3O2(g)→2FeO(l)+2SO2(g) 造渣反应：2FeO(l)+SiO2(s)→2FeO·SiO2(l) SiO2含量增加，渣的黏度增加，使冰铜颗粒通过渣层的沉降速率减小，铜易滞留在渣中，造成铜损失增加。因此，渣中FeO和SiO2含量需要遵循一个平衡关系。 造冰铜反应：xFeS(l)+yCu2S(l)→yCu2S·xFeS(l) 设备及其技术经济指标： 密闭鼓风炉： 反射炉：熔炼焙砂时的床能力一般为4~7.5t/(m2·d)，熔炼生精矿的床能力为2.5~4.5t/(m2·d)；以粉煤作燃料熔炼生精矿时，燃料率一般为14~20%；含铜20%左右的炉料回收率一般在98%左右，渣含铜损失占60~70%。 电炉： 闪速炉 2．3冰铜吹炼 目的： 除去冰铜中铁和硫及部分其他有害物质，以便获得粗通。 原理： 第一阶段（造渣期）主要是除去冰铜中全部铁以及与铁化合的硫，主要反应包括FeS的氧化反应和FeO的造渣反应，即： 2FeS+3O2→2FeO+2SO2 2FeO+SiO2→2FeO·SiO2 会有一部分Cu2S不可避免地被氧化成Cu2O，但只要有FeS存在，它们都可以再硫化成Cu2S，因此第一阶段产品主要是白冰铜。 第二阶段（造铜期）是继续向造渣期产出的Cu2S熔体鼓风，进一步氧化脱出残存的硫，产生金属铜的过程。鼓入空气中的氧首先将Cu2S氧化成Cu2O，生成的Cu2O在液相中与Cu2S进行相互而得到粗铜(wCu=98.5~99%)，即： 2Cu2S+3O2→Cu2O+2SO2 Cu2S+2Cu2O→6Cu+SO2 设备及其技术经济指标： 卧式碱性转炉 2．4粗铜的火法精炼 目的： 除去粗铜中的Zn、Fe、Pb、Sn、As、Sb、Ni等杂质，利用杂质对氧的亲和力大于铜对氧的亲和力以及杂质氧化物在铜中溶解度的特性来除去杂质，为电解精炼提供合格的阳极板。 原理： 氧化精炼时，空气鼓入粗铜熔体中，按质量作用定律，优先反应的是铜的大量氧化，即： 4Cu+O2→2Cu2O 在操作温度1373~1473K条件下，Cu2O在铜熔体中的溶解度为5%~12.4%，铜熔体中的杂质金属（Me）与Cu2O发生反应： Cu2O+Me→2Cu+MeO 还原精