铜冶金学第7章粗铜火法精炼.ppt

第七章粗铜火法精炼7.1概述为了满足铜的各种用途要求需要将粗铜精炼提纯。精炼有两个目的：除去铜中的的杂质提高纯度使铜含量在99.95%以上；从铜中分离回收有价元素提高资源综合利用率从铜精炼的副产品中回收金、银是贵金属的重要生产途径。目前使用的精炼方法有两类：(1)粗铜火法精炼直接生产含铜99.5%以上的精铜。该法仅适用于金、银和杂质含量较低的粗铜所产精铜仅用于对纯度要求不高的场合。(2)粗铜先经过火法精炼除去部分杂质浇铸成阳极再进行电解精炼。产出含铜99.95%以上杂质含量达到标准的精铜。这是铜生产的主要流程。阳极板属于中间产品由于原料与工艺的差异它的化学成分标准是由工厂各自制定。Cu品位一般为98.5%～99.8%其它杂质成分如下表7.1所示：阳极铜含氧量一般控制在0.2%以内阳极板在浇铸时会产生外形缺陷给电解作业带来不利。为此近代炼铜厂都装备了阳极的平板、整形、校耳和铣耳生产线以改善阳极板的外形质量。少数工厂还采用了哈列兹特双带连铸生产线将浇铸与整形合成一道工序。粗铜的火法精炼过程:包括氧化、还原和浇铸三个工序。在1150℃~1200℃的温度下首先将空气压入熔融铜中进行杂质的氧化脱出而后再用碳氢物质除去铜液中的氧最后进行浇铸。7.2火法精炼的理论基础当空气鼓入熔池中时作为主体金属的铜首先吸收氧并进行氧化反应。这个过程是氧化精炼的开始和必需条件。氧在铜液中的溶解和形态可以由Cu-O体系说明。从Cu—O体系状态图上看出精炼过程在1100~1200℃的温度下氧含量为0.45~1.39%或Cu2O为3.58~12.43%。精炼实践中铜液中含氧一般超过了1.39%(即Cu2O>12.43%)。显然有过剩的固体Cu2O(s)存在从而使Cu2O(s)保持饱和状态。当温度高于1200℃时出现分层Cu溶解于Cu2O的一液相层和Cu2O溶解于Cu的另一液相层。铜液中溶解的Cu2O是由下面的反应产生的:4[Cu]+O2=2Cu2O(s)Cu2O(s)溶解于铜液中：2Cu2O(s)=2[Cu2O](l)总的反应为:4[Cu]+O2=2[Cu2O](l)(7.1)该反应的平衡氧势与温度的关系由反应的标准自由焓变值求出如下式表示lnPo2=－6858/T+2.14+2lnaCu2O式中aCu2O为铜液中Cu2O的活度Po2为(7.1)式的平衡分压。当铜液为Cu2O(s)所饱和时aCu2O为常数。于是铜液氧化反应平衡时的氧势仅随温度而变化。提高温度饱和含氧量增加氧势随之升高。铜液中Cu2O和相应的氧量O2%与熔体温度的关系如下表7.2所示。表7.2不同温度下铜液中Cu2O和相应的氧含量在实际生产中当温度为1150～1180℃时杂质已经充分氧化。因此铜液中的含氧量应该根据杂质的含量来进行合理的控制以避免因含氧过高延长后来的还原时间增加还原剂的消耗对生产反而不利。深氧化浅氧化氧化精炼时熔池内氧的溶解速率由下式给出：式中[O%]/dτ为铜液中氧浓度随时间τ的变化率ηox为氧在熔池中的溶解率Mo为氧的原子量mCu为铜的质量Qair为鼓入空气是体积流量mCu为铜的质量Vair为鼓入空气的摩尔体积。该公式中氧溶解率很高实验室试验的测定值为95%生产测定值为85%可以视为常数。因此熔池中铜的氧化速度仅取决于鼓入的空气量。7.2.2杂质在铜液中的氧化式中aCu为铜的活度aCu2O为Cu2O的活度aMeO为杂质氧化物MeO的活度aMe为杂质Me的活度。熔体中铜是主体在精炼过程中浓度的变化不会有多大故可以将其活度视为1。于是铜液中的杂质活度为：（7-3）表7.2已经指出了铜液中Cu2O的浓度在5%以上所以它的活度应是其摩尔分数NCu2O与活度系数γCu2O之积：aCu2O=γCu2ONCu2O（7-4）设Cu2O在铜液中的饱和浓度为NCu2O(st)其活度为aCuO并以纯Cu2O为标准状态γCu2O即可由下式求得：aCu2O(st)=γCu2ONCu2O(st)=1γCu2O=1/NCu2O(st)(7-5)将式（7-4）代入式（7