重有色冶金习题

铜冶金主要步骤：造锍熔炼、铜硫吹炼、火法精炼、电解精炼。

1.何谓造锍熔炼？造锍熔炼的目的是什么？定义：在1150-1250℃的高温下，是硫化铜精矿和溶剂在熔炼炉进行熔炼，炉料中的铜、硫与硫化亚铁形成液态的铜硫。

目的：将铜精矿中铜及其他有价金属（Ni、Co、Pb、Zn和贵金属）富集于冰铜中从而达到与脉石、部分硫铁的分离。

2.造锍熔炼时铜在渣中的损失有哪几种形式？并说明原因及降低渣含铜的可采取的措施。

损失形式：机械夹带、溶解两种形式。

原因：机械夹带损失是由于细颗粒冰铜未能沉降到锍层而夹带于炉渣中而引起的损失；溶解损失是由于铜的硫化物（Cu2S)及氧化物(Cu2O)溶于FeO炉渣中造成的损失，又分别为物理损失、化学损失。

措施:为降低渣含铜，实践中采取的主要措施是控制冰铜品位不要太高，渣中要有足够的二氧化硅以及良好的沉清条件和足够的沉清时间。

3.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？危害：1、Fe3O4的熔点高在渣中以Fe－O复杂离子状态存在。

当其量较多时，会使炉渣熔点升高，粘度增大，比重增大，恶化了渣与锍的沉清分离。

2、当熔体温度下降时，Fe3O4会析出沉于炉底及某些部位形成炉结，还会在冰铜与炉渣界面上形成一层粘渣隔膜层，危害正常操作。

有效措施：1.尽量提高熔炼温度；2.适当增加炉渣中SiO2含量；3.降低冰铜品位，控制适当的冰铜品位, 以保持足够的FeS量；4.创造Fe3O4与FeS和SiO2的良好接触条件。

3Fe3O4+FeS=10FeO+SO24.在吹炼过程中Fe3O4有何危害？怎样抑制其形成？危害：使炉渣熔点升高、粘度密度增大，转炉渣中Fe3O4含量较高时，会导致渣含铜显著增高，喷溅严重，风口操作困难。

在转炉渣回炉处理的情况下，还会给熔炼过程带来诸多问题。

抑制其形成：适当提高吹炼温度，勤放渣。

5.冰铜吹炼的目的？冰铜吹炼分哪两个阶段？并写出各阶段的主要方程式。

目的：1）除去铜硫中铁、硫及其他杂质；2）产粗铜；3）产粗铜时，将金银及铂族元素富集于粗铜中。

第一阶段是造渣期，主要反应：MeS+3/2O2=MeO+SO2；MeO+SiO2=MeO·SiO2第二阶段是造铜期，主要反应：Cu2S+3/2O2=Cu2O+SO2;2Cu2S+Cu2O=6Cu+SO2 6.酸性炉渣和碱性炉渣各有何特点？碱性炉渣温度―粘度曲线变化急剧，有明显的转折；酸性渣的曲线则平缓，无转折。

后者是因为当温度升高后，复杂硅氧络阴离子离解为尺寸小、结构简单的离子过程是逐渐进行的；而碱性渣在熔化后便立即离解为各种R2＋和半径小的阴离子，所以随温度增加，粘度下降很快。

7.铜的火法精炼的目的是什么？每个周期包括哪几个阶段？火法精炼目的：1、部分除去粗铜中对氧亲和力较大的杂质；2、为电解精炼提供合乎要求的阳极铜，并浇铸成表面平整、厚度均匀、致密的阳极板；3、以保证电解铜的质量和降低电解精炼的成本。

每个周期包括加料熔化、氧化、还原和出铜浇铸四个基本阶段。

8.粗铜火法精炼的基本原理是什么？第一，氧化过程：铜中有害物质的除去，基本原理在以杂志对氧气的亲和力大于铜对氧气的亲和力，但是铜较多，首先氧化的是铜，4[Cu]+O2=2[Cu2O],杂质与Cu2O接触后把Cu2O中氧气夺走，[Cu2O]+[MeO]+2[Cu],Cu2O起到氧传递作用。

第二，还原过程：铜中氧的排除，利用重油、天然气、石油气等作还原剂，其反应有：Cu 2O+H 2=2Cu+H 2O;Cu 2O+CO=2Cu+CO2;4Cu 2O+CH4=8Cu+CO2+2H 2O9.电解精炼目的：1、把火法精炼铜中的有害物质进一步除去；2、回收金、银、硒、碲等有价金属。

阳极上杂质的行为：1正电性金属和以化合物形态存在的元素落入槽底组成阳极泥2铅锡形成不溶化合物3铁和锌含量极微，电解时溶入电解液中；镍可溶解，但也会形成一些不溶化合物，会在阳极表面形成不溶性薄膜砷锑铋电位与铜相近，会在阴极析出，生成絮状物漂浮在电解液中，机械黏附在阴极上。

10.请论述电解提铜和电积提铜有哪些相同点、不同点？相同点：1）都是在电能的作用下在溶液中提取金属铜的方法，在阴极发生的是Cu2+获得电子析出金属铜的反应Cu2++2e=Cu ；2）使用的设备电解槽构造、电积连结、电路系统、电解液循环系统及生产实践基本相同。

不同点：1）阳极材料不同，电解提铜的阳极用的是经过吹炼、火法精炼后浇铸的阳极板主要成分是铜，而电积提铜阳极用的是不溶阳极材料，主要成分是铅为主的合金材料。

2）在阳极发生的反应不同：电解提铜的主要阳极反应为：Cu-2e=Cu2+；电积提铜的主要阳极反应：H2O-2e=1/2O2+2H+；3）生产实践中的一些重要指标不同，比如槽电压、电耗、电流效率等。

11粗铜电解过程中，电流密度与电流效率是什么？电流密度：表示每平方米阴极表面通过的电流安培数:Dk=I/S,单位为安/米； 电流效率：通常指的是阴极电流效率，是实际在阴极沉积的铜量与理论沉积的铜量之比:%100)/(⨯=τηqI wCu K12.铜阳极泥中稀贵金属回收常规工艺流程：1、预处理除铜和硒；2、还原熔炼产出贵铅合金；3、贵铅合金精炼为金银合金，即银阳极板；4、银电解；5、银阳极板进行某些处理后，进行金电解精炼，铂族金属大都是从金电解母液中进行富集回收。

13.湿法炼铜有哪些主要方法？适合用于处理哪些物料？1、焙烧—浸出净化—电积法；用于处理硫化铜精矿。

2、硫酸浸出—萃取—电积法；适合处理氧化矿、尾矿、含铜废石、复合石。

3、氨浸—萃取—电积法；用于处理高钙、镁氧化铜矿或硫化矿的氧化砂。

14.细菌在浸出时作用是什么？影响细菌生活的条件有那些？1.细菌的直接作用：氧化铁硫杆菌为取得维持生命的能源而将矿石中的低价铁和硫氧化成高价，氧化过程中破坏了矿石的晶格，使矿石中的硫化物变为硫酸盐而转入溶液中。

CuFeS 2+4O 2=CuSO 4+FeSO 4，Cu 2S+H 2SO 4+5/2O 2=2CuSO 4+H 2O 。

2.细菌的间接催化作用：细菌在有氧和硫酸存在的条件下起催化作用，将Fe 2+氧化成Fe 3+ ：2FeSO 4+O 2+H 2SO 4=Fe 2(SO 4)3+H 2OCu 2S + Fe 2(SO 4)3 +2O 2=2CuSO 4+ 2FeSO 4Cu 2O+H 2SO 4+ Fe 2(SO 4)3 =2CuSO 4 + 2FeSO 4 +H 2O影响细菌生活的条件：1）pH 值1.3～3.0；2）温度25～40℃，在35℃时细菌有最大活力，3）氧气充足; 4)避光，溶液不要暴露在日光下15..砷、锑、杂质在电解过程中有哪些危害？1、砷、锑、铋在电解液中可会在阴极上析出，生成溶解度很小的砷酸盐化合物，2、不易沉降，在电解液中漂浮，并吸附其他化合物或胶体物质而形成 “漂浮阳极泥”，3、它们会机械地粘附于阴极表面或夹杂于铜晶粒之间，降低阴极铜的质量，4、还会造成循环管道结壳。

锌冶金火法炼锌：焙烧、还原蒸馏、精炼湿法炼锌：焙烧、浸出、净化、电积、制酸火法炼锌主要有：密闭鼓风炉炼锌，锌焙烧矿闪速还原，鼓风炉炼锌、竖罐炼锌、平罐炼锌、电热法炼锌1.密闭鼓风炉炼锌有哪些优缺点？优点：1）对原料的适应性强，适合处理难选的铅锌混合矿；2）可综合利用原矿中的有价金属：3）生产能力大，燃料利用率高，有利于实现机械化和自动化；4）基建投资费用少。

缺点：1）需要消耗较多质量好、价格高的冶金焦炭；2）技术条件要求高，特别是烧结矿的含硫量要低于1%；3）炉和冷凝器不可避免地产生炉结，需要定期清理，劳动强度大。

2.简述硫化锌精矿焙烧的目的：2ZnS+3O2=2ZnO+2SO21、定义：硫化锌精矿焙烧过程是在高温下借助于空气中的氧进行氧化焙烧过程。

2、火法炼锌（蒸馏法）：1）在焙烧是实行死焙烧（氧化焙烧）；2）尽可能得除去全部硫；3)尽可能完全使铅、镉、砷、锑挥发除去；4）得到主要由金属氧化物组成的焙砂；5）产出浓度足够大的SO2烟气以供生产硫酸。

3、鼓风炉炼锌：1）通过烧结机进行烧结焙烧2）得到具有一定强度的烧结矿；3）既要脱硫、结块，又要控制铅的挥发；4）精矿中含铜较高时，要适当残留一部分硫，以便在熔炼中制造冰铜。

4、湿法炼锌：1）实行部分硫酸盐化焙烧，使焙砂中形成少量硫酸盐以补偿电解与浸出循环系统中硫酸的损失；2）使砷与锑氧化并以挥发物状态从精矿中除去；3）在焙烧时尽可能少地得到铁酸锌；4）得到SO2浓度大的焙烧炉气以制造硫酸；5）得到细小粒子状的焙烧矿以利于浸出的进行。

3.硫化锌精矿焙烧的过程中，硅酸盐和铁酸锌的生成对后续过程有什么影响？在焙烧过程中如何避免硅酸盐和铁酸锌的生成?铁酸锌的影响：铁酸锌不溶于稀硫酸，留在残渣中造成锌的损失。

避免铁酸锌的生成的方法：1、加速焙烧作业，缩短反应时间；2、增大炉料的粒度、减小ZnO与Fe2O3颗粒的接触表面；3、升高焙烧温度并对焙砂进行快速冷却；4、进行还原沸腾焙烧以破坏铁酸锌的结构而将ZnO析出。

3（ZnO·Fe2O3)+CO=3ZnO+2Fe3O4+CO2硅酸锌的影响：硅酸锌与其他硅酸盐易溶解，但生成的SiO2在湿法浸出是成胶体状态，对澄清和过滤不利。

为了避免硅酸盐的形成，对入炉精矿中的铅、硅含量要严格控制。

硅酸盐的形成对火法炼锌的影响不大。

4.在硫酸锌溶液中的杂质Cu、Cd、Co、Ni、As、Sb、F、Cl在电积过程中有什么危害？如何将他们出去？危害：1）Cu、Cd、Co、Ni、As、Sb可在阴极析出，降低阴极锌的品质和电流效率；2）促使在阴极上形成Zn—H微电池，加速H＋放电和阴极锌反溶而造成烧板现象；3）氯离子会腐蚀阳极，缩短阳极寿命增加溶液的含铅量，使阴极锌的含铅量增加而降低锌的品质；4）氟离子能破坏阴极表面的氧化铝膜，使析出的锌与铝板发生粘结而使阴极锌难于剥离。

去除方法：1）加锌粉置换除铜、镉；2）砷盐净化法、锑盐净化法和合金锌粉净化法除钴、镍；3）在去除钴、镍的同时除去微量杂质砷、锑；4）氯离子可以采用硫酸银、铜渣及离子交换法除去；5）氟离子可采用加入石灰乳使其形成难容的化合物CaF2的方法和火法焙烧法除去。

5.简述粗锌火法精馏精炼的基本原理和过程。

原理：粗锌精馏精炼的基本原理是利用锌与各杂质的蒸汽压与沸点的差异，在高温下使它们与锌分离。

过程：6、简述锌粉置换除铜镉的原理及影响锌粉置换反应的因素。

1、原理：是用较负电性的锌从硫酸锌溶液还原较正电性的铜、镉、钴等金属离子，气反应为：Zn+Me2+=Zn2++Me2、因素：锌粉质量、搅拌强度、置换温度、中性浸出液的成分、添加剂。

7.说明锌焙烧矿中性浸出过程中和水解法除杂原理，并写出中性浸出的主要反应。