重金属冶金习题一答案

一、请用框图形式画出火法炼铜的原理流程图，并说明目前世界上铜冶炼的主要方法有哪些？

答：

炼铜方法主要分为火法和湿法两种。火法炼铜主要有闪速熔炼和熔池熔炼两种，其中闪速熔炼包括奥托昆普和印柯两种，熔池熔炼包括反射炉熔炼法、电炉熔炼法、诺兰达法、白银法、三菱法、瓦纽柯夫法等。

火法炼铜的原理图见教科书P7中图1-3。

目前世界上的精铜主要是用火法熔炼方法生产的。

二、利用以下相图，分析常规造锍熔炼的特点及其合理性，并说明连续连铜的原理、存在困难及克服困难的措施。

答：

（1）在普通空气下进行铜熔炼时，烟气中SO2分压约为10.1KPa，图中用ABCD直线来表示造锍熔炼-铜锍吹炼-粗铜精炼的全程路径。

A点：表示造锍熔炼刚开始（品位为零），体系氧势较低，约为lgPO2=-3.4Pa，硫势较高，约为3.2Pa。

B点：随体系氧势的升高，体系的硫势降低，锍的品位升高，到了B点处，lgPO2=-2.8Pa，lgPS2=2.3Pa，品位达70%Cu。

C点：lgPO2=-1.5Pa，lgPS2=0.7Pa，相当于铜锍吹炼第二周期（造铜期）开始，此时，Cu、锍、炉渣、炉气四相平衡共存，自由度为零，稍稍超过C点，则渣相和Cu2S相消失。

C点以后，继续升高氧势从C到D时，铜液中残存的硫继续氧化，相当于进入粗铜精炼阶段，直到产出阳极铜。

（2）AB段相当于造锍熔炼阶段，体系的氧势升高幅度不大，但体系氧势升高幅度很大。品位在0～70%左右，体系中PSO2一定，PO2、PS2、αFe3O4和αCu2O的值变化都不太大，αFe3O4<0.1，αCu2O<10-3。

BC段相当于铜锍吹炼阶段，锍品位升高幅度不大，但体系氧势升高副大很大（约100倍），特别是当锍变到白锍（Cu2S）的C点附近时，αFe3O4趋近于1，αCu2O急剧升到10-1左右，即渣中Cu2O的数量大大增高。但当αFeO<0.35（T=1573K）时，还不会析出Fe3O4，不会造成困难。

但由于st线随αFeO增大和T减小而下移，故应加溶剂造渣使αFeO下降

总之，在常规的造锍熔炼条件（AB线段）下，即冰铜品位低于70%，αFe3O4（0.1～0.3）和αCu2O（10-3）较低时，终止熔炼过程的继续进行，分别放出冰铜和炉渣，就可避免大量Fe3O4和Cu2O的产出所造成的问题,是合理的。

（3）连续炼铜原理：使焙烧、熔炼、吹炼在一炉内进行，从而得到产物粗铜。理论上相当于图中的C点。

连续炼铜困难：①为防Fe3O4析出，温度应大于1300℃，αFeO<0.37或PO2<0.1atm，但难实现；②当品位>70%时，渣含铜急剧上升。

克服困难措施：①在高氧位下与金属Cu相接触的渣量不多的情况下进行，如三菱法；②在一台炉中进行时，炉中分为不同的氧位区，冰铜-金属相流向高氧位区，而渣相逆向流向低氧位区。

三、造锍熔炼过程中Fe3O4有何危害？生产实践中采用哪些有效措施抑制Fe3O4的形成？答：

造锍熔炼Fe3O4的危害：

(1)使炉渣的性质恶化(渣熔点升高、比重增大、粘度增加)，渣含Cu升高；

(2)产生底结或中间层，给生产造成困难。

措施抑制：

1) 提高炉温,以促进以下反应:

3Fe3O4+FeS=10FeO+SO2

2) 当SiO2不足时可加入SiO2促进以下反应：

3Fe3O4(固)+FeS(液)+SiO2(固)=5(2FeO·SiO2)+SO2

3) 加铁球、黄铁矿或硅铁合金，促进Fe3O4被还原：

Fe3O4+Fe4FeO

2Fe3O4+Si=6FeO+SiO2

4) 炉料中掺少量煤，使Fe3O4还原：

Fe3O4+C=3Fe+CO

5) 铜锍品位不宜过高，铜锍品位超过70%时，炉渣中Fe3O4显著升高。