冰铜吹炼
冰铜熔炼的基本原理
冰铜熔炼的基本原理冰铜熔炼是在高温和氧化气氛条件下将硫化铜精矿熔化生成MeS共融体的方法，又称造锍熔炼。
冰铜熔炼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熔剂造渣。
冰铜和炉渣由于性质差别极大而分离。
根据炉料受热方式、热源、炉料所处状态、气氛氧化程度，冰铜熔炼有鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼、闪速炉熔炼、白银炉熔炼及一步炼铜等。
尽管设备不同，冶炼过程的实质是相同的，都属于氧化熔炼。
精矿首先熔炼获得冰铜，然后将冰铜吹炼成粗铜，要获得纯度较高的精铜，将粗铜进行精炼，即火法精炼和电解精炼，这些过程都包括了氧化过程。
熔炼的基本原理：冰铜熔炼所用炉料主要是硫化铜精矿和含铜的返料，出含有Cu、Fe、S等元素外，还含有一定量的脉石。
如用一般冶炼方法如反射处理，S/Cu比值较高的精矿，得到的冰铜品位低。
此时，要先进行氧化焙烧，脱去部分S然后熔炼，才能获得要求品位的冰铜。
如采用闪速炉或一步炼铜法测不受S/Cu比限制。
硫含量大，自热能力好。
炉料中的化合物有如下几种：1、硫化物熔炼生成精矿以CuS、FeS2、FeS为主；焙砂以Cu2S、FeS为主，还有少量ZnS、NiS、PbS等。
2、氧化物Fe2O3、Fe3O4、Cu2O、CuO、ZnO、MeO。
如炉料为焙砂氧化物较多，生生精矿中氧化物较少。
3、脉石CaCO3、MgCO3、SiO2、Al2O3等。
其中硫化物和氧化物数量占80%以上。
熔炼过程实质上是铁和铜的化合物及脉石在高温和氧化气氛条件下进行的一系列化学反应，并生成MeS相和MeO相，即冰铜和炉渣，二者因性质和密度的不同而分离。
熔炼炉料还包括加入的熔剂如石英、石灰石等，与精矿中部分铁盒脉石形成炉渣。
一、熔炼过程的化学反应1、热分解反应（1）、高价硫化物的热分解FeS2= FeS + 1/2 S2反应573K开始，833K激烈进行。
2CuFe S2= Cu2S + 2FeS +1/2 S2反应823K开始分解。
冰铜熔炼的理论基础
二、 冰铜的概念及其组成
冰铜是在熔炼过程中产生的重金属硫化物为 主的共熔体，是熔炼过程的主要产物之一，是以 Cu2S-FeS系为主并溶解少量其它金属硫化物（如 Ni3S2 、 Co3S2 、 PbS 、 ZnS 等 ） 、 贵 金 属 （ Au 、 Ag）、铂族金属、Se、Te、As、Sb、Bi等元素及 微量脉石成分的多元系混合物。
3）表面张力：与铁橄榄石（2FeO ·SiO2）熔体 间的界面张力约为20～60N/m，其值很小，由此 可判断冰铜容易悬浮在熔渣中。
4）冰铜的主要成分Cu2S和FeS都是Au和Ag的 强有力的溶解剂。
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5）液态冰铜遇水爆炸，其原因如下： Cu2S + 2H2O = 2Cu + 2H2 + SO2 FeS + H2O = FeO + H2S 3FeS + 4H2O = Fe3O4 + 3H2S + H2
此四边形中有一广阔的液体分层区。
上层以Cu2S－FeS为主，含有少量的Cu—Fe； 下层为Cu—Fe合金溶解少量的Cu2S－FeS。 熔炼硫化铜矿时，一般炉料中都有过量的硫，
只会产出上层熔体，而不会有下层合金相出现。
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锍中的硫和氧
锍的含硫量不会超过Cu2S－FeS连接线。 理论上，锍的成分可以从纯Cu2S变到FeS， 即相当于含铜从79.8％变到零，含硫从20％变到 36.4％。 工厂锍的含硫量少于理论值，在22－25％间 变动。
熔炼过程中对炉渣有以下基本要求： 1）要与冰铜互不相溶； 2）对Cu2S的溶解度要低； 3）要有良好的流动性和低的密度。
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炉渣的分类常以炉渣的酸度或碱度来划分。过去常以酸 度（硅酸度）来对炉渣进行分类，现在许多冶金学家大都 以碱度来分类。
冰铜冶炼
可以用Cu-Cu2S-Cu2O体系状态图8.4说明。
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L1： 溶解有少量 Cu2S的铜相 L2： 溶解有少量 铜的Cu2S相，
图8.4 Cu-Cu2S-Cu2O 系状态图
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Cu2S
Cu2S + Cu
Cu + Cu2S
过吹
Cu含 Cu2O
Cu
Cu2S+Cu
Cu+ Cu2S
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4、Fe3O4 的生成与破坏
第八节 冰铜的吹炼
一、概述
硫化铜精矿经过造锍熔炼产出了铜锍。 铜锍是金属硫化物的共熔体。主要成分除了Cu、 Fe、S外，还含有少量Ni，Co，Pb，Zn，Sb，Bi， Au，Ag，Se等及微量SiO2，此外还含有2% ～4%的 氧，铜锍中的Cu，Pb，Zn，Ni等重有色金属一般 是以硫化物的形态存在，铁的物相主要是FeS，也 有少量以FeO、Fe3O4形态存在。 吹炼目的：除去铜锍中的铁和硫以及其它杂质， 获得粗铜。 铜锍是贵金属的良好捕集剂。 在吹炼过程中，金、银及铂族元素等贵金属几 乎全部富集于粗铜中。
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1）Ni3S2在吹炼过程中的变化
Ni3S2是高温下稳定的镍的硫化物。当熔体 中有FeS存在时，NiO能被FeS 硫化成Ni3S2：
3NiO(s) + 3FeS(l) + O2 = Ni3S2 (l) +3FeO(l) +SO2
只有在FeS浓度降低到很小时，Ni3S2才按下式 被氧化：
Ni3S2+3.5O2=3NiO+2SO2 +1186kJ
2PbO + SiO2 = 2PbO· 2 SiO
由于PbS沸点较低（1280℃），在吹炼温度下， 有相当数量的PbS直接从熔体中挥发出来进入炉气 中。
冰铜熔炼实验报告
冰铜熔炼实验报告熔炼车间是冶炼厂的主要生产车间，车间的主要任务是生产铜阳极板。
熔炼车间处理的铜精矿均为外购铜精矿，利用电炉和合成炉生产冰铜。
电炉主要是由矿热电炉处理焙烧车间生产的焙砂，合成炉主要处理经蒸汽干燥机干燥后的干精矿，电炉、合成炉产出的冰铜搭配进入转炉进行吹炼，转炉产出的粗铜进入阳极炉精炼，最后由双园盘浇铸系统产出合格的铜阳极板送精炼厂。
在实习期间主要了解了以下几点，现简单介绍如下。
1.冰铜熔炼铜精矿首先熔炼获得冰铜，然后将冰铜吹炼成粗铜。
冰铜熔炼是在高温和氧化气氛条件下将硫化铜精矿熔化生产MeS共熔体的方法，又称造锍熔炼。
冰铜熔炼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熔剂造渣。
冰铜与炉渣由于性质差别极大而分离。
冰铜熔炼分为鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼、电炉熔炼、闪速熔炼及一步炼铜等。
尽管设备不同，冶炼过程的实质是相同的，都属于氧化熔炼。
高温下，炉料受热后形成低价稳定的化合物，随着形成低熔点共晶组分熔化析出，即形成初冰铜和初渣。
其最终成分的形成是在熔池中完成。
熔炼的主产物冰铜是由Cu2S、Fe S组成的合量，其中还溶解了一定数量铁的氧化物和其它硫化物，如Ni3S2、CoS、PbS、ZnS等。
一般Cu+Fe+S占冰铜总量的80%~90%。
炉料中的金银及铂族元素在熔炼过程中几乎全部进入冰铜中。
Se、Te、As、Sb、Bi等元素也部分地溶解在冰铜中。
冰铜品位的选择取决于下列因素：炉料的性质和成分、熔炼特性、经济条件等。
熔炼生精矿时，冰铜品位不能在大范围内变动，但可用预先焙烧来调整，焙烧程度愈大，熔炼时冰铜品位愈高，反之亦然。
冰铜品位越低，吹炼所需时间愈长，吹炼时能耗愈大，炉衬消耗愈快。
实践证明，选择冰铜品位为37~42%较为合理。
但冰铜品位太高也存在一些问题。
(1)冰铜品位高，铜在炉渣中的损失增多。
(2)产生高品位冰铜，需延长精矿的焙烧时间，降低了焙烧的生产率，并增加烟尘产出量。
冰铜吹炼和火法精炼76页PPT
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
冰铜吹炼和火法精炼
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
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冰铜的主要成分及用途
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冰铜的主要成分及用途
冰铜又称铜锍。
主要组成为Cu2S和FeS的熔体，是提炼粗铜的中间产物和原料。
铜矿石大多为硫化铜(CuS和Cu2S)矿，氧化铜(CuO和Cu2O)矿较少，含铜量均很低(1.0%左右)。
下面小编带大家了解下冰铜。
一、冰铜的用途
冰铜主要作为吹炼炉生产粗铜的原料使用。
二、冰铜的成分
主要组成为Cu2S和FeS的熔体，是提炼粗铜的中间产物和原料。
铜矿石大多为硫化铜(CuS和Cu2S)矿，氧化铜(CuO和Cu2O)
矿较少，含铜量均很低(1.0%左右)。
铜的冶炼分火法与湿法两种。
火法是将铜矿破碎、浮选、烧结、造块成铜精矿，含铜10%～35%，与熔剂一起送入反射炉或鼓风炉中，在高温(1550～1600℃)下进行氧化、脱硫和去除杂质，获得含铜35%～50%的冰铜。
也可不经冰铜而直接炼成粗铜。
湿法是在常温、常压或高压下用溶剂(稀硫酸)使铜从矿石中浸出，从浸出液中去除杂质，铜便沉淀出来。
火法适应性广，而湿法只适于氧化铜矿和自然铜矿。
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冰铜介绍
产品介绍冰铜主要由硫化铜和硫化铁互相溶解形成的，它的含铜率在20％～50％之间，含硫率在23％～27％之间。
冰铜较重，沉于下层，可以从高炉的出料口流出来，废矿渣则从上部排出。
冰铜( COPPER MATTES , 商品归类编码为:7401 0000),是炼铜的原料,其外观呈黑色、棕色小颗粒或块状，规格为30mmX45mm,主要成份：铜：11-15%、铁0.1-4%、锌6-8%、铅2-4%、砷0.002-0.01%、硫1.5-5%。
它的加工方法：是将粉状或颗粒状铜原料（铜矿）与造渣剂、石灰石、石英石混合后，加入鼓风炉进行熔炼，在1000-1100`C的高温下，造渣剂与铜矿中铁、钼、镁、钙、硅等结合，形成炉渣，其余剩下的即为冰铜，以达到铜渣分离、铜含量提高之目的。
冰铜是铜与硫的化合物，有白冰铜(Cu2S含铜80%左右)、高冰铜(含铜60%左右)、低冰铜(含铜40%以下)之分。
含铜含硫的炉料在火法冶炼中很容易生成硫化铜，如果炉料中含有铁并且含硫富裕则会同时生成硫化铁，一般得到的冰铜都是硫化铜和硫化铁的混溶物，且基本属于低冰铜。
与硫容易亲和、且它们的硫化物能够与硫化铜互溶的元素(例如镍、金等)容易进入冰铜而得到富集，因此造锍熔炼(熔炼产出冰铜)是富集这些元素的有效手段。
冰铜主要由硫化铜和硫化铁互相溶解形成的，它的含铜率在20％～50％之间，含硫率在23％～27％之间.处理冰铜，可采用斜吹卧式转炉，特点是不需要燃料，依靠铜水中铁和硫的氧化反应放出热量提供全部热，而水排带动风箱不停的吹入足够的空气。
冰铜经过这种吹炼，能够生成含铜品位高于98%的粗铜，熔化的铜汁倒入模具，就成了黄澄澄、金灿灿的铜锭。
这种新式斜吹卧式转炉热容量大、作业周期内温度变化小、生产率高；采用的新型炉衬寿命长，节约维护时间；采用独特的新型支承装置，有效降低炉身高度；炉体封头采用球形封头，强度大、变形小；增加平衡装置，运转吹炼平稳。
在工艺上，原来竖炉炼铜是间歇式，加一次料，冶炼一次，不仅产量小，而且十分浪费矿石燃料。
冰铜的吹炼技术的发展与现状
目录第一章：摘要 (3)第二章：绪论 (4)第三章：粗铜的吹炼技术的发展与现状 (4)3.1、吹炼粗铜的工艺操作 (4)3.1.1、卧式转炉（又称P－S或皮尔斯－史密斯转炉） (5)3.1.2、三菱法熔炼炉 (5)3.1.3、虹吸式（霍博肯）转炉 (6)3.1.4、闪速吹炼 (6)3.2、现阶段铜的新的吹炼方法“氧气底吹连续炼铜” (7)3.3、“氧气底吹连续炼铜”方法的新的特点 (7)3.3.1、采用底吹炉吹炼 (7)3.3.2、采用高品位铜锍(铜68%~70%)吹炼 (7)3.3.3、根据精矿成分确定吹炼渣型 (7)3.3.4、底吹吹炼炉 (7)3.3.5、底吹炉连续吹炼 (7)3.3.6、熔炼炉至吹炼炉设置铜锍溜槽 (7)第四章：研究结果的建议及结论： (8)4.1、建议 (8)4.2、结论 (8)4.3、致谢 (8)第五章：参考文献 (9)第一章：摘要【摘要】吹炼是火法炼铜的重要过程,主要任务是将冰铜吹炼成粗铜,在吹炼过程中,冰铜中的铁被氧化进入炉渣,硫以二氧化硫的形态进入烟气。
本文基于冰铜吹炼技术发展的基础，结合现在世界上一些新颖的冰铜技术的介绍，讨论了冰铜吹炼的吹炼技术以后的发展方向。
关键词：冰铜吹炼；火法炼铜；闪速吹炼Abstract:Blowing the chain is the important process of the fire method chain copper, the main task is to blow an ice copper the chain become a thick Fe3O4 copper, in the process of blowing in, iron in the ice copper is oxidized into a heat of residue, the sulphur gets into smoke spirit by the appearance of sulphur dioxide.This text blows the foundation of chain technique development according to the ice copper and combine now in the world some novel ice copper technical introduction, discussed that the ice copper blows a blowing of chain a chain technique later of development direction.Keywords: The ice copper blows a chain; The fire method chain copper; The Shan soon blows a chain第二章：绪论绪论：在铜的加工工艺中吹炼过程是火法冶炼生产粗铜的最后一道工序，由图1可以看出其重要性[1]。
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不同金属硫化物的优先氧化
转炉正常操作温度：1150-1300℃
1765K
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FeS最容易被氧化
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FeS+MeO->MeS+FeO最容易进行
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教材：134页
3 冰铜中各组分在吹炼中的行为 FeS
1.
氧化后以铁橄榄石造渣为主要反应 有部分生成 Fe3O4. 无SiO2时， Fe3O4很难被FeS 还原，而SiO2存在时，很容易反应生成铁橄榄石 炉渣。
2
如何控制Fe3O4的生成与析出？如何利用Fe3O4高熔点性质？
Cu2S
造渣期： 由于FeS的存在，Cu2S基本不氧化 造铜期： 氧化生成Cu2O后，Cu2O与Cu2S反应生成 金属铜
吹炼任务：利用空气中的氧，将液态冰铜中的铁和硫 几乎全部氧化除去，同时除去部分杂质，以得到粗铜
原料 液态冰铜； 空气（O2）； 熔剂（SiO2） 产物 粗铜、炉渣、烟气、烟尘
PS 卧 式 转 炉
操作：冰铜吹炼为周期性作业
吹炼步骤
第一阶段：造渣期
加冰铜、熔剂-鼓风-排渣+加冰铜、熔剂-鼓风-排渣……=>白冰铜 加入熔剂，鼓风；排出炉渣，产出SO2烟气 产物：白冰铜（White metal/matte）Cu2S
PbS
Bi2S3
Bi2S3 在吹炼过程中大部分被氧化为Bi2O3 ，生 成的Bi2O3 与Bi2S3 反应生成金属铋。铋大部分进入 烟气中，少量留在冰铜中。
As与Sb
这 两 种 元 素 的 硫 化 物 大 部 分 氧 化 成 As2O3 和
Sb2O3，少量被氧化成As2O5 和Sb2O5进入炉渣。只有
筛炉：最后一次加入熔剂、鼓风，排渣
第二阶段：造铜期
只鼓风，产出SO2烟气；不加熔剂，也无炉渣 产物：粗铜（Blister copper）Cu
二、冰铜吹炼的基本原理
•
两个阶段划分的热力学原因（优先氧化）
•
吹炼各步骤主要化学反应
冰铜中各成分在吹炼中的行为
•
1 冰铜吹炼分两个阶段的热力学依据
冰铜吹炼氧化反应的分类
思考题
从热力学原理来说，区分熔炼与吹炼有无 必要？ 吹炼的两个阶段中烟气成份的变化？ 吹炼操作时过早或者过晚进入造铜期的危 害？（筛炉时熔剂的加入量不合适）
谢谢大家 欢迎提出宝贵意见！
二、冰铜吹炼的基本原理
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吹炼步骤及主要化学反应
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两个阶段划分的热力学原因（优先氧化）
冰铜中各成分在吹炼中的行为
魏寿昆.冶金过程热力学.上海科学技术出版社，1980
ZnS
造渣期：ZnS被O2或FeO氧化成ZnO，然后与SiO2造 渣。这一部分的锌占冰铜锌总量的70~80%。 15~20%的Zn按下列反应生成锌蒸气进入炉气。 2ZnO + ZnS = 3Zn(g) + SO2(g) ZnS + 2Cu = Cu2S + Zn(g)
造渣期：部分氧化生成的PbO容易与SiO2造渣。部分 PbS被炉气带走，有一部分PbS与PbO反应生成金属 铅。生成的Pb一部分进入烟气中，大部分留在Cu2S 中，到造铜期才被氧化。
Copper sulfide ore - Concentrate 0.2-1% 10-30% Matte - Blister copper – Cathode copper 30-70% 98.5-99.5% 99.5-99.98%
冰铜的主要成分：Cu2S-FeS，少量其它金属硫化物（如
Ni3S2、Co3S2、PbS、ZnS等）、贵金属（Au、Ag）、铂族金属、 微量的Se、Te、As、Sb、Bi等元素。
魏寿昆：《冶金过程热力学》，上海科学技术出版社，1980年
冰铜吹炼分两个阶段的热力学依据
FeS(l) + Cu2O(l) = Cu2S(l) + FeO(l)
ΔG0= -105437-85.48T (J/mol)
实际体系的真实溶液中
[Cu2 S ] 3416 lg 1.72 [ FeS ] T
为什么不能在P-S转炉中直接吹炼获得粗镍？
P-S转炉：鼓风时是转炉静止；一般鼓入空气；操作温度为1150-1300℃
NiO熔点为1984℃，以固态存在
Ni3S2(l)与Ni(l)完全互溶， 固相NiO容易漂浮在液 相表面，生成Ni(l)交互反应动力学上难以进行
生成Ni(l)的交互反应能进行的温度高达17001800℃
三、冰铜吹炼的生产实践
P-S转炉 生产操作
主要工艺参数
Fe3O4既可以由FeS被氧化所生成，也可以由FeO被氧化所生成；Fe3O4生 成后只有在SiO2存在时才可能被FeS还原； 3Fe3O4(s)+FeS(l)+5SiO2(s)=5(2FeO∙SiO2) (l)+SO2 (固-液-固反应)
只有当FeS完全氧化除去后，Cu2S和Cu2O的相互反 应才能进行。也就是说造渣没有完成前，不可能造铜。
2 吹炼步骤及其主要化学反应
第一阶段：造渣期(White metal stage)
除去熔锍中的全部铁和与之结合的硫：Cu2S-FeS 2FeS(l)+3O2(g)=2FeO(l)+2SO2(g) △G0=-225.9 kJ/mol 2FeO(l)+SiO2(s)=2FeO∙SiO2(l) △G0=-135.6 kJ/mol
Ni3S2
造渣期：主要以Ni3S2存在； 造铜期：自身的交互反应不能完成，会与 Cu或Cu2O反应生成少量Ni。
CoS
CoS是在冰铜FeS含量非常低时才被氧化。当冰铜 中含铁量低于10％时，CoS开始强烈氧化造渣。也就 是说造渣期末期开始才开始氧化。因此工业上把转炉 渣作为提钴的原料（0.4-0.5%）。
冰铜吹炼基本原理
冶金与生态工程学院 有色系
曹战民
冰铜吹炼(Converting of Matte)
一、任务 二、基本原理 FeS优先氧化（重点） 吹炼步骤及其主要化学反应 冰铜中各成分在吹炼中的行为 三、生产实践 P-S转炉 生产操作 主要工艺参数
一、冰铜吹炼的任务
火法炼铜的基本过程铜的富集过程
总反应：
2FeS(l)+3O2(g)+SiO2(s)=2FeO ∙SiO2(l)+2SO2(g)
△H=-1029.6 MJห้องสมุดไป่ตู้mol •产物白冰铜：成分接近Cu2S •强烈放热：105 MJ/kg O2
第二阶段 造铜期(Blister copper stage)
除去白冰铜中剩余的S： Cu2S
2Cu2S(l)+3O2=2Cu2O(l)+2SO2 △G0=-148.6 kJ/mol Cu2S(l)+2Cu2O(l)=6Cu(l)+SO2 △G0=-50.7 kJ/mol 总反应： Cu2S(l)+O2=2Cu(l)+SO2 △H=-217.4 MJ/mol
•放热反应，6MJ/kg O2
Converting process: Autogenous
a->b：含硫不足的白冰铜 (S>19.4%) b->c：液相分层：白冰铜和 粗铜 c->d：单一的金属粗铜相 (S<1.0%)
终点：含S可达0.003%
白冰铜 粗铜
造铜期熔体成分和物相 的变化
小结
1、冰铜吹炼的任务及两个阶段 2、冰铜吹炼过程中的优先氧化（吹炼分为两 阶段进行的热力学依据） 3、两个阶段的主要化学反应
少量铜的砷化物和锑化物留在粗铜中。
贵金属
在吹炼过程中，冰铜中的Au、Ag以金属形 态留在粗铜中。 电解精炼时，贵金属富集于阳极泥。
三、冰铜吹炼的生产实践
P-S转炉
生产操作
主要工艺参数
冰铜吹炼 Converting of Matte
一、冰铜吹炼的任务
二、冰铜吹炼的基本原理
优先氧化 吹炼步骤及其主要化学反应 吹炼过程中冰铜成分的变化