铜火法冶金炉渣化学及其应用

目录 前言 第1章 热力学定律及有关热力学性质 1 1.1 理想气体定理 1 1.2 热力学的**定律 1 1.2.1 能量 2 1.2.2 热焓(热含量) 2 1.2.3 热容 2 1.2.4 标准状态下热焓 3 1.2.5 反应热焓 3 1.2.6 气体摩尔热容和热焓 3 1.2.7 固体元素和简单化合物的热容 4 1.2.8 聚合性化合物的热容 4 1.2.9 熔点热焓和熔化热 5 1.2.10 玻璃体和晶体渣热容(Cp)及热焓(?H?) 6 1.3 热力学第二定律 7 1.4 热力学第三定律 7 1.5 吉布斯(Gibbs)自由能 8 1.5.1 化合物生成标准自由能 8 1.5.2 反应过程体积变化对自由能的影响 8 1.6 热力学活度 9 1.6.1 热力学活度及活度系数 9 1.6.2 吉布斯-杜安(Gibbs-Duhem)方程 10 1.7 反应平衡常数 10 1.8 热力学平衡体系的氧势和硫势 11 1.9 溶液 11 1.9.1 溶液混合自由能、混合焓和混合熵 12 1.9.2 理想溶液和拉乌尔定律 12 1.9.3 非理想溶液 13 1.9.4 稀溶液和亨利定律 13 1.9.5 规则溶液 14 1.9.6 聚合性熔体组分的活度 14 1.10 相律 15 1.11 平衡相图 15 1.11.1 二元系 15 1.11.2 三元系 16 1.12 表面张力 19 1.12.1 接触角 19 1.12.2 凝聚功、黏附功和分散系数 19 参考文献 20 第2章 铜火法冶金物理化学和工业应用渣型 21 2.1 概述 21 2.2 铜火法冶金物理化学 22 2.2.1 高温熔体不相溶性 22 2.2.2 铜冶炼工艺中的相分离 25 2.2.3 铜火法冶炼工艺中的化学反应、氧势及硫势 30 2.3 铜火法冶炼工业应用渣型 35 2.3.1 铜精矿熔炼渣 38 2.3.2 冰铜吹炼及一步直接炼铜渣 39 2.3.3 铁钙硅三元系渣 40 2.3.4 粗铜火法精炼渣 40 参考文献 41 第3章 炉渣结构 43 3.1 炉渣结构理论 43 3.2 氧化物结构、熔化及离解 44 3.2.1 氧化物结构 44 3.2.2 氧化物熔化及离解 44 3.3 硅酸盐炉渣结构及分析 45 3.3.1 硅酸盐炉渣结构 45 3.3.2 参数NBO/T和Q 47 3.3.3 光学碱性 48 3.3.4 金属氧化物对硅酸盐熔体结构的影响 48 3.3.5 熔渣成分对渣结构的影响 50 3.4 炉渣酸碱度 52 3.5 熔渣结构与其性质的关系 54 3.5.1 黏度(η) 55 3.5.2 热导率(?)和电导率(κ) 56 3.5.3 热膨胀系数(?)和密度(ρ) 57 3.5.4 表面张力(γ) 58 3.5.5 金属在渣-铜之间的分配系数 58 3.6 石英及硅酸盐矿物的溶解 61 3.6.1 阳离子对石英溶解的影响 61 3.6.2 氧化物对硅酸盐矿物溶解的影响 62 参考文献 64 第4章 炉渣性质 67 4.1 密度 67 4.1.1 氧化物密度 68 4.1.2 FeO-SiO2系和CuxO-SiO2系密度 68 4.1.3 CaO-FeO-Fe2O3系密度 69 4.1.4 FeO-CaO-SiO2系密度 70 4.1.5 冰铜熔体和液态铜密度 73 4.2 黏度 74 4.2.1 黏度的测量及校正 74 4.2.2 纯氧化物的黏度 75 4.2.3 FeO-Fe2O3-SiO2系黏度 76 4.2.4 CaO-FeOn-SiO2(Cu2O， MgO)系黏度 78 4.2.5 工业炉渣黏度 81 4.2.6 黏度经验公式 82 4.2.7 黏度与扩散和电导的关系 84 4.3 电导率 86 4.3.1 纯氧化物电导率 86 4.3.2 硅酸盐系电导率 86 4.4 热传导系数(热导率) 88 4.5 表面和界面张力 88 4.5.1 硅酸盐渣表面和界面张力 88 4.5.2 钙铁氧体渣表面和界面张力 94 4.5.3 熔融铜表面张力 97 4.6 熔渣中Cu、Fe和O扩散系数 98 4.7 泡沫渣形成 99 4.8 渣性质计算模型 101 参考文献 103 第5章 铜冶炼炉渣相图及组元活度 108 5.1 铁硅渣相图及其组元活度 108 5.1.1 FeO-Fe2O3-SiO2系 108 5.1.2 Cu2O-Fe2O3(FeO)-SiO2系 114 5.1.3 FeO-SiO2-Al2O3系和FeO-SiO2-MgO系 117 5.1.4 FeO-Fe3O4-SiO2-Ca2B8O11 119 5.2 钙铁渣相图及其组元活度 122 5.2.1 CaO-FeO-Fe2O3系 122 5.2.2 Cu2O-CaO-FeOn系 124 5.3 铁钙硅(FeO-CaO-SiO2)三元系渣 127 5.4 火法精炼渣 143 5.4.1 Cu2O-Na2O系、Cu2O-CaO系和Cu2O-SiO2系 143 5.4.2 Cu2O-CaO-Na2O系和Cu2O-SiO2-Na2X(X=CO3，O)系 148 参考文献 150 第6章 铜-渣平衡 154 6.1 渣中Cu2O活度 154 6.2 渣中铜溶解度与Cu2O活度的关系 159 6.3 氧势和渣组成对渣中铜溶解的影响 163 6.4 渣中硫含量对渣中铜溶解的影响 169 参考文献 170 第7章 冰铜-渣平衡 173 7.1 冰铜品位与氧势的关系 173 7.2 冰铜的硫及氧含量 175 7.3 渣中铜的溶解度 178 7.4 渣组成对渣中铜溶解的影响 182 7.5 冰铜-渣平衡状态下渣组分变化 186 参考文献 189 第8章 铜-冰铜-渣平衡 192 8.1 白冰铜和泡铜的Fe、S及O含量 192 8.2 渣中铜、硫和磁性铁的溶解度及冰铜中铁的溶解度 194 8.3 氧势对渣中铜溶解的影响 196 8.4 渣型对渣中铜溶解的影响 198 8.5 三菱工艺吹炼炉渣 200 8.6 渣中铁和硅的行为 202 参考文献 203 第9章 硫在渣中溶解 204 9.1 氧硫铁熔体 204 9.2 硫-渣平衡反应 205 9.3 冰铜品位对渣中硫溶解的影响 208 9.4 渣组成对渣中硫溶解的影响 212 9.5 渣中Cu2S和FeS的溶解 215 参考文献 217 第10章 渣中磁性铁行为 220 10.1 铜冶炼炉渣中磁性铁(Fe3O4)的活度 220 10.2 磁性铁在冰铜和渣中溶解度 223 10.2.1 磁性铁在冰铜中溶解 223 10.2.2 磁性铁在硅酸盐渣中溶解 224 10.2.3 渣中CaO、Al2O3和MgO含量对磁性铁溶解度的影响 226 10.3 转炉吹炼工艺中磁性铁的行为 227 10.4 铜熔炼工业炉渣中磁性铁 230 10.5 高温下阳离子价态变化反应 232 10.5.1 高温下铁离子价态变化 232 10.5.2 铜冶炼渣的铁离子价态变化 235 参考文献 238 第11章 铜冶炼工艺中微量元素分布 240 11.1 概述 240 11.2 杂质元素的挥发性 243 11.3 微量元素在铜-渣-气相的分配 245 11.4 微量元素在铜冶炼工艺凝聚相的分配系数 247 11.5 微量元素在铜冶炼渣中分配的工业(或工业试验)数据 251 参考文献 253 第12章 贵金属元素渣中溶解及分配 257 12.1 铜-渣平衡状态下贵金属元素溶解及分配 257 12.1.1 氧势对贵金属元素溶解及分配的影响 258 12.1.2 渣组成对贵金属元素溶解及分配的影响 267 12.2 冰铜-渣平衡状态下贵金属元素溶解及分配 269 12.2.1 铁硅酸盐渣贵金属元素的溶解及分配 269 12.2.2 渣组成对贵金属元素溶解及分配的影响 273 参考文献 280 第13章 杂质元素渣中溶解及分配 283 13.1 铜-渣平衡状态下杂质元素溶解及分配 283 13.1.1 杂质元素的分配系数及其氧化物的活度系数 283 13.1.2 Pb在渣中溶解及分配 287 13.1.3 Sb、Bi在渣中溶解及分配 291 13.1.4 As在渣中溶解及分配 293 13.1.5 Sn在渣中溶解及分配 296 13.1.6 Ni、Co和Cr在渣中溶解及分配 298 13.2 冰铜-渣平衡状态下杂质元素溶解及分配 302 13.2.1 As在渣中溶解及分配 302 13.2.2 Sb在渣中溶解及分配 306 13.2.3 Pb、Bi在渣中溶解及分配 310 13.2.4 Cd、Zn在渣中溶解及分配 313 13.2.5 Sn在渣中溶解及分配 314 13.2.6 Ni、Co在渣中溶解及分配 316 13.2.7 Mo在渣中溶解及分配 319 参考文献 320 第14章 稀散及稀有(稀土)金属元素渣中溶解及分配 325 14.1 铜-渣平衡稀散及稀有(稀土)金属元素在渣中溶解及分配 325 14.1.1 Se、Te在渣中溶解及分配 325 14.1.2 Ga、In、Ge、Ta在渣中溶解和分配 328 14.2 冰铜-渣共存稀有(稀土)金属元素渣中溶解及分配 333 14.2.1 Se、Te在渣中溶解及分配 333 14.2.2 Ga、In在渣中溶解和分配 334 14.2.3 稀有及稀土元素在渣中溶解及分配 335 参考文献 338 第15章 铜火法冶金的速率现象 340 15.1 化学反应动力学 340 15.2 多相反应界面现象 343 15.3 熔体中质量传输 346 15.4 铜冶炼过程中气-固反应 348 15.5 铜冶炼过程中液-固反应 356 15.6 铜冶炼过程中气-液和液-液反应 358 15.7 金属液滴和气泡的成核与生长及升降 360 参考文献 362 第16章 铜在冶炼渣中损失 365 16.1 渣中铜的存在形式 365 16.2 铜精矿熔炼铁硅酸盐渣中铜溶解及损失 367 16.3 高品位冰铜连续吹炼钙铁氧体渣中铜溶解及损失 373 16.4 铜在熔渣中物理(机械)夹带 376 16.4.1 渣中冰铜沉降 377 16.4.2 渣中冰铜悬浮 378 16.4.3 渣中冰铜聚合 380 16.4.4 炉渣性质等因素对渣中冰铜沉降的影响 380 参考文献 384 第17章 一步直接炼铜的渣型 387 17.1 一步直接炼铜工艺简述 387 17.1.1 闪速炉一步直接炼铜工艺开发历史 388 17.1.2 一步直接炼铜工艺及投资成本简单分析 389 17.1.3 一步直接炼铜工业应用渣型 393 17.2 一步直接炼铜渣含铜与泡铜含硫的关系 394 17.3 一步直接炼铜的铁钙硅渣 397 参考文献 403 第18章 铜火法精炼渣及熔剂 405 18.1 概述 405 18.2 铜火法精炼化学及熔剂 405 18.3 砷和锑在火法精炼渣中分配 407 18.4 铜在火法精炼渣中溶解 413 18.5 火法精炼除砷、锑、铅 416 18.5.1 火法精炼除As、Sb 416 18.5.2 火法精炼除Pb 422 参考文献 422 第19章 铜冶炼渣贫化 425 19.1 概述 425 19.2 铜冶炼渣的火法贫化 425 19.2.1 铜冶炼渣还原过程中铜及铁的行为 425 19.2.2 火法贫化工艺中渣-冰铜平衡 429 19.3 铜冶炼渣还原反应机理及动力学 432 19.3.1 铜冶炼渣还原反应机理 432 19.3.2 FeOx的还原速率 434 19.3.3 Cu2O的还原速率 436 19.3.4 FeOx和Cu2O的同时还原速率 437 19.4 铜冶炼渣冷却结晶及凝固过程中相变化 441 19.4.1 铜冶炼渣冷却结晶 441 19.4.2 铜冶炼渣凝固过程中相变化 444 19.4.3 铜冶炼渣中铁的回收 447 19.5 铜贫化炉内固体沉积 449 19.6 稀贵金属在铜(铜合金)与贫化渣之间分配 451 参考文献 4