冰铜
优选冰铜及炉渣性质
2.3.4 炉渣及炉渣与冰铜的相关系
➢ 在冰铜熔炼过程中炉料中的脉石主要是石英石、石灰石 等与物料氧化后产生的FeO等进行反应，形成复杂的铁硅 酸盐炉渣。一般冰铜熔炼所产炉渣量大约为炉料的50～ 100％。
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。
➢ 炉渣与冰Βιβλιοθήκη 的相平衡 冰铜熔炼过程中炉渣是 以 FeO-SiO2 系 、 FeOSiO2-CaO 系 及 FeO-SiO2Al2O3 系 等 为 主 体 的 。 图 2 - 7 为 FeO-SiO2-CaO 系 三 元系相图。图中铁全部认
为 是 FeO， 而 Al2O3、 CaO 及 MgO 等 均 折 合 成 CaO。
➢ 一般SiO2含量为35~42%时,既可保证炉渣与冰铜的良好 分离。这是因为当无SiO2时，FeS与FeO完全互溶，但当 SiO2 存 在 时 ， 反 应 2 FeO＋SiO2＝2FeO·SiO2 很 容 易 进 行 ， 可很好地使FeS与炉渣分离。渣中CaO和Al2O3均降低FeS等 硫化物在渣中的溶解度，所以渣中一定量的CaO和Al2O3可 改善渣与冰铜的分离。但不能过多，否则会增加粘度，冰
4）冰铜的主要成分Cu2S和FeS都是Au和Ag的强有力 的溶解剂。
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 反应产生的H2和H2S与空气中氧反应而引起爆炸。
冰铜水淬安全操作规程
危险源识别及风险评估
高温液态冰铜溅出
可能导致烫伤、火灾等事故，需 采取有效防护措施。
设备故障
如水泵损坏、管道泄漏等，可能 导致水淬过程中断或安全事故， 需定期检查维护设备。
01 02 03 04
水流压力过大或过小
影响水淬效果，可能导致冰铜颗 粒质量不合格，需合理控制水流 压力。
操作不当
如未按照规程操作、擅自离开岗 位等，可能导致安全事故发生， 需加强操作培训和管理。
使用符合规定的加热设备，确 保加热均匀，防止设备故障引
发安全事故。
熔化过程中要随时观察铜水液 面变化，及时调整加热功率， 保持液面稳定。
操作人员必须穿戴防护服和护 目镜等个人防护措施，减少热 辐射和飞溅伤害。
搅拌、除渣环节安全防范措施
搅拌前需确认搅拌器具完好无损，搅拌过程中要保持稳 定速度，避免铜水溅出。
废气来源及成分
冰铜水淬过程中产生的废 气主要包括二氧化硫、烟 尘等有害物质。
治理措施
采用高效除尘器、脱硫脱 硝设备等对废气进行治理 ，确保排放达标。
排放监测与监管
建立完善的排放监测体系 ，对废气排放进行实时监 测和监管，确保达标排放 。
废水处理及回用途径探讨
废水来源及水质
冰铜水淬过程中产生的废水主要 包括冷却水、冲洗水等，含有一
后续处理
收集固化后的冰铜，进行 破碎、筛分等处理，得到 符合要求的冰铜颗粒。
涉及主要设备与工具
提供水淬所需的水流 动力。
监测冰铜温度，确保 水淬效果。
水淬槽
用于承载液态冰铜并 进行水淬操作的设备 。
水泵
管道与阀门
测温仪表
安全防护用品
用于输送和调节水流 。
如防护服、手套、眼 镜等，保护操作人员 安全。
精铜-冰铜--电解铜
1.精铜粉如何加工成冰铜？答:吹炼2.冰铜如何加工成粗铜？答:熔炼,氧化还原3.粗铜如何加工成电解铜？答:用硫酸铜做电解质,纯捅做的始极片为阴极.品位在就99%以上的铜板为阳极.通直流电,电解.铜离子将在阴极析出.即成为电解铜。
4.电解铜中粗铜为什么作阳极,精铜作阴极？答：电解是阳极被氧化，金属做阳极将被溶解。
所以将粗铜置于阳极，比铜活泼的杂质金属与铜将一起溶解为离子，而金、铂、银等不如铜活泼的金属将直接沉淀为阳极泥。
而在阴极形成的金属阳离子将得到电子变成金属析出，此时，由于铜离子氧化能力强将先析出而杂质离子留在溶液中，这样就精炼了。
5.以粗铜作阳极，精铜作阴极，硫酸铜溶液作电解质溶液电解精炼铜时，溶液中铜离子的浓度基本保持不变，为什么？答：溶液时不带电的，即硫酸根的量和铜的量是相等的，阳极的铜溶解使液中浓度增加，那么阴极就析出等量的铜以保持溶液不带电的特性。
这个是电子转移的问题，溶液不带电，阳极上失去电子的量和阴极得到的量相同，这是电荷守恒的原理。
那么失去电子的铜和得到电子的铜，两者量是相同的，即溶液中铜离子量不变。
阳极上夺取电子，使铜变铜离子，材料是粗铜。
阴极上给电子，使铜离子变单质，材料是纯铜。
6.可以直接把铜原料（90+%）压成阳极板去生产电解铜吗？电解精练铜是为了得到99%以上的纯铜、粗铜版做阳极，纯铜版做阴极，放到硫酸铜溶液里通直流电就可以了。
(Cu做阳极，失电子为Cu2+，到阴极得电子析出)。
阳极板中，金属可导电，比铜活泼的失电子成离子，比铜不活泼的就沉降下来成阳极泥，而不导电的非金属杂质就直接沉降下来，不过粗铜板是已经经过冶炼的，所以几乎全是金属，所以本身导电性是很好的，所以不存在导电性高低的问题。
7.如果有氧化膜该怎么办？可以用酸洗掉吗？我试过用硫酸洗，洗的时候没问题，但是洗完之后在晾干的时候就变色了，会不会是残留的酸+空气+铜反应生成硫酸铜？如果表面是硫酸铜的膜会影响导电吗？Cu都有90%+了导电性还会差吗...只要表面没氧化膜就可以了。
冰铜吹炼流程
冰铜吹炼流程《冰铜吹炼流程：一场奇妙的金属“变身”之旅》说起冰铜吹炼流程，就像是目睹一场神奇的金属魔法秀，只不过这魔法背后藏着满满的工业智慧。
首先，冰铜这家伙，看起来黑乎乎、沉甸甸的，但是在吹炼流程里，它可有大使命。
这个吹炼就像是一场对冰铜的超级大改造。
当吹炼开始的时候，那画面就像是一场热烈的“金属派对”。
各种设备像是派对上的工作人员，各司其职，忙得不亦乐乎。
我就想象着那些管路像是运输物资的小轨道，把必要的空气或者其他媒介准确无误地送往冰铜所在的“舞台”——吹炼炉。
这炉子可不得了，像是一个巨大的魔法锅，冰铜就在里面翻滚着等待变身。
风呼呼地吹进去，就像在给冰铜打气，让它打起精神来迎接改变。
这个过程可没有想象中的那么顺利。
就好比你想让一个调皮的小孩突然变得规规矩矩一样，冰铜也会时不时地捣点乱。
有时候温度没有控制好，它就好像在抗议：“哎呀，你这样我可没法好好变身啦！”但经验丰富的工程师们就像智慧的家长，根据痕迹和数据调整着反应的各项参数。
比如说，稍微调整下风量、加入一点添加剂，就把冰铜的“脾气”给安抚下来。
在冰铜逐渐脱去杂质，开始向粗铜转变的过程中，那真像是一场蜕变。
从最初那种带着些杂质的粗糙模样，慢慢开始显现出铜的那种质朴又光亮的本质。
每次看这个流程的演示或者资料的时候，我都感觉像是看一个丑小鸭慢慢变成白天鹅的过程，虽然这个天鹅是铜做的，但也充满了惊喜。
从商业角度看，这个流程要是能高效运作，那就像找到了一座会下金蛋的鹅。
因为粗铜是很重要的工业原料，经过吹炼流程高质量产出的粗铜就等同于财富的源头。
它的纯度提高一点，后续精炼等工序的成本和服度就可能会大大改变。
不过，这个冰铜吹炼流程也不是一直充满乐趣的。
对于那些操作人员来说，还要时刻盯着各种仪表和设备状态，小心翼翼的状态就像捧着易碎的花瓶。
任何一个小失误都可能前功尽弃。
但也就是在这种小心翼翼又充满挑战的过程中，冰铜吹炼流程的魅力才更加凸显出来。
它是人类智慧驾驭自然材料的一个典型，像是一部编写着工业传奇的大剧本，不断地上演着精彩和挑战并存的故事，而且这个故事千变万化，因为每一批冰铜可能都会给操作人员带来新的惊喜或者考验，就像生活中那些充满未知又令人兴奋的冒险旅程呢。
年产15万吨冰铜的转炉车间设计
转炉车间是冶炼冰铜的核心工作区域，其设计需要考虑到生产能力、工艺流程、设备配置以及安全环保等因素。
下面我将就这些方面逐一进行说明设计，以确保车间的高效运转和安全生产。
首先，转炉车间的生产能力是设计中必须要考虑的重要因素。
根据要求年产15万吨冰铜，需要确定车间的产能和工艺流程。
一般来说，转炉的产能与转炉的规格有关，需要根据每天的生产时间、工艺参数等因素来确定转炉的数量和容量。
同时，也需要考虑到原料的供应情况和尾气处理的能力。
其次，工艺流程是转炉车间设计中的重点。
冰铜的冶炼过程包括炼铜原料的预处理、转炉熔炼、炼铜渣处理等环节。
在车间设计中，要确保各个环节之间的流程畅通、协调，以便降低物料和能量的浪费，并提高生产效率。
需要为每个环节配置相应的设备，例如原料预处理设备、转炉、渣处理设备等等。
对于设备配置，需要根据工艺流程的需要进行合理的布局。
设备的合理配置能够提高车间的生产效率和工作安全。
转炉车间一般包括转炉、炉床、进料系统、喷雾系统、热风系统、渣处理系统等。
其中，转炉是最核心的设备，需要选择合适的类型和规格。
此外，还需要配备灭火和排烟设备以及其他辅助设备，以确保车间的安全运行。
在安全环保方面，转炉车间设计必须要符合相关的标准和法规，确保员工的安全和环境的保护。
需要对车间进行防火、防爆、防毒等安全设计，配置相应的安全设备和防护措施。
在环保方面，要考虑尾气处理和废渣处理设备的设置，以减少对环境的污染。
此外，在转炉车间设计中，还需要考虑到工人的作业条件，包括通风、照明、工作区域的布局等。
合理的布局和设施能够提高工人的工作效率和工作舒适度。
总而言之，年产15万吨冰铜的转炉车间设计需要综合考虑生产能力、工艺流程、设备配置和安全环保等因素。
只有在充分考虑这些因素的基础上，才能设计出高效、安全、环保的车间，实现冰铜的高产高质量生产。
冰铜吹炼
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
•
吹炼步骤及主要化学反应
•
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
1、熔融硫化物氧化 MS+0.5O2=MO+SO2 2、金属硫化物与其它金属氧化物的反应 FeS+MO=MeS+FeO 3、同一金属硫化物与氧化物的交互反应 MS+2MO=3M+SO2
不同金属硫化物的优先氧化
转炉正常操作温度：1150-1300℃
1765K
•
FeS最容易被氧化
•
FeS+MeO->MeS+FeO最容易进行
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
总反应：
2FeS(l)+3O2(g)+SiO2(s)=2FeO ∙SiO2(l)+2SO2(g)
△H=-1029.6 MJ/mol •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 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
重金属
铜冶金：1、冰铜：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、贵金属、铂族金属、Se、Te、Bi等元素及微量脉石成分的多元系混合物。
2、铜的提取方法：火法和湿法两类湿法炼铜通常用于处理氧化铜矿、低品位废矿、坑内残矿和难选复合矿；火法炼铜用于处理硫化铜矿的各种铜精矿、废杂铜。
3、造锍熔炼：物理化学变化过程：水分蒸发，高价硫化物分解，硫化物直接氧化，造锍反应：FeS + Cu2O = FeO + Cu2S，造渣反应：2FeO + SiO2 = （2FeO·SiO2），3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2。
4、冰铜的性质：比重：4.4～4.7，远高于炉渣比重；粘度：η＝2.4×10-3Pa·s，比炉渣粘度低很多；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；冰铜的主要成分Cu2S和FeS都是Au和Ag的强有力的溶解剂。
液态冰铜遇水爆炸5、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：Fe3O4的熔点高（1597℃），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，比重增大，恶化了渣与锍的沉清分离。
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。
采取的措施：尽量提高熔炼温度；适当增加炉渣中SiO2含量，一般为35％以上；控制适当的冰铜品位（含Cu40~50%）,以保持足够的FeS 量；创造Fe3O4与FeS和SiO2的良好接触条件。
6、造锍熔炼过程中对炉渣有什么基本要求？答：要与冰铜互不相溶；对Cu2S 的溶解度要低；要有良好的流动性和低的密度。
冰铜铁成分问题回答
冰铜铁成分
冰铜铁成分是指由铜、铁和锌组成的一种合金。
这种合金具有优异的耐腐蚀性、强度和导电性能，广泛应用于制造化学设备、电力设备、建筑材料等领域。
铜是冰铜铁合金中主要的元素之一，其含量通常在60-90%之间。
铜具有良好的导电性和热传递性能，使得冰铜铁合金可以广泛应用于电力设备和化学设备等领域。
此外，铜还具有良好的耐腐蚀性能，可以在各种恶劣环境下长期使用。
除了铜之外，冰铜铁合金中还含有大量的铁元素。
通常情况下，其含量在5-40%之间。
由于其良好的强度和韧性，使得冰铜铁合金可以用于制造建筑材料、汽车零部件等领域。
最后一个元素是锌。
锌通常占据了冰铜铁合金中约1-4%的比例。
锌可以提高合金的耐腐蚀性能，并且可以增加其硬度和强度。
总体而言，冰铜铁合金是一种优秀的材料，具有良好的耐腐蚀性、强度和导电性能。
由于其广泛的应用领域和优异的性能，冰铜铁成分也逐渐成为了材料科学研究的热门话题之一。
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由铜精矿熔炼生成冰铜的简单介绍
铜精矿一般含有Cu、Fe、S元素及脉石（成分：SiO2、CaO、MgO及Al2O3等，其对造渣反应有很大意义。
）还有一定量的对炼铜不利的Zn、Pb、As等元素。
部分铜精矿中还含有Au、Ag等希贵金属元素。
由铜精矿熔炼生成冰铜是针对火法冶炼而言：把铜精矿和按一定比例配入的熔剂和产热物质（焦炭、富氧热风、重油等），按一定顺序或速率加入熔炼炉（鼓风炉、反射炉、侧吹炉、底吹炉、闪速炉等）内。
在高温、强氧化性气氛下，进行半自热或自热熔炼，将硫化铜精矿熔化生成MeS（金属硫化物）的共熔体，即造锍熔炼。
金属硫化物在熔炼过程中被氧化的难易程度，主要觉得于该金属对氧和硫的亲和力。
由于在熔炼条件下，铜对硫的亲和力大于铁对硫的亲和力，而铁对氧的亲和力大于铜对氧的亲和力，即铜的硫化物（Cu2S）比铁的硫化物（FeS）更稳定，铁的氧化物（FeO）比铜的氧化物（Cu2O）更稳定。
所以将产生如下反应：
Cu2O+ FeS= Cu2S+ FeO
此反应是冰铜熔炼的基础反应，在1300℃、K p=7300时，反应进行得非常彻底。
该反应可将精矿中的主要伴生硫化物——铁的硫化物更多的氧化，并进入渣相中，而主金属——铜的硫化物则不氧化或极少氧化，以稳定的低价硫化物（Cu2S）状态富集于冰铜中。
冰铜和炉渣由于性质差别极大，可澄清分离，从而能提出冰铜进入吹炼流程，进而生成产出粗铜。
主要反应是硫化物（主要是FeS）的氧化，其氧化产物随即与炉料中的SiO2造渣。
此外，在SO2存在的条件下，入炉转炉渣中的Fe3O4和预备区形成的Fe3O4成为FeS的固体氧化剂，
硫化物的脱硫及硫的氧化：（以铜矿物中的最主要的伴生硫化物——Fe的硫化物为例——造渣反应）
3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2
2FeS+3O2+SiO2=2FeO·SiO2+25680cal (2)
在有SiO2存在时，Fe3O4对FeS起固体氧化剂作用：
Fe3O4+ FeS+5SiO2→5（2FeO·SiO2）+ SO2-4760cal Cu+O2=Cu2O。