Tài liệu Giới thiệu : Công nghệ luyện kim SX Đồng

Giới thiệu : Công nghệ luyện kim SX Đồng Đồng là phổ biến nhất hiện diện trong vỏ trái đất như đồng sunfua sắt và khoáng chất sulfide đồng, ví dụ như chalcopyrit (CuFeS2), bornite (CusFeS4)chalcocite (Cu2S). Nồng độ của các khoáng chất trong một cơ thể quặng thấp.Quặng đồng điển hình có chứa từ 0,5% Cu (mỏ lộ thiên) để 1 hoặc 2% Cu (mỏ dưới lòng đất). Đồng kim loại tinh khiết được sản xuất từ các quặng tập trung, luyện và tinh chế, hình. 1.1. Đồng cũng xảy ra trong khoáng chất oxy hóa (cacbonat, oxit, hydroxycilicat,sunfat), nhưng đến một mức độ thấp hơn. Đồng kim loại thường được sản xuất từ các khoáng sản bằng phương pháp thủy luyện, hình. 1.2. Hydrometallurgy cũng được sử dụng sản xuất kim loại đồng từ chalcocite, Cu2S. Một nguồn tin quan trọng thứ ba của đồng phế liệu đồng và hợp kim đồng. sản xuất đồng từ các objccts tái chế sử dụng là 10 hoặc 15% sản lượng khai thác. Ngoài ra,có đáng kể tái tinh chế meltinghe-phế liệu phát sinh trong quá trình chế tạo và sản xuất.Chương này giới thiệu các quy trình chủ yếu mà đồng được chiết xuất từ quặng và phế liệu. Nó cũng cho thấy công nghiệp có tầm quan trọng tương đối của mỗi. 1,2 Trích xuất đồng Quặng đồng-sắt-Sulfide Khoảng 80% của thế giới đồng quặng từ nguồn gốc trong quặng Cu-Fe-S. Cu-Fe-S khoáng sản không dễ dàng hòa tan dung dịch nước, do đó, phần lớn các đồng chiết xuất từ các khoáng chất là hỏa. Việc khai thác Khai khoáng Luyện kim của đồng (A) cô lập của một quặng Cu-Fe-S (và Cu-S) các hạt khoáng sản tập trung vào làm một bọt nổi (B) luyện này tập trung nóng chảy cao-Cu mờ (C) chuyển đổi matte nóng chảy không tinh khiết đồng nóng chảy (D) cháy và electrorefining này đồng bất tịnh siêu tinh khiết đồng. 1.2. Tôi tập trung tuyển nổi bọt (Chương 3) Đồng của quặng được khai thác vào năm 2002 là quá nạc đồng (0,5 - 2% Cu) được nấu chảy trực tiếp. Sưởi ấm và làm tan chảy số lượng rất lớn của họ về đá thải (ví dụ như đá granit) sẽ đòi hỏi một lượng ngăn cấm nhiên liệu hydrocacbon. May mắn thay,Cu-Fe-S và khoáng chất trong quặng Cu-S có thể được cô lập bằng các phương tiện vật lý vào -Cu cao 'tập trung' mà có thể được nấu chảy kinh tế. Phương pháp hiệu quả nhất để cô lập các khoáng Cu là nổi bọt. Điều này quá trình gây ra các khoáng chất Cu trở nên chọn lọc kèm theo bong bóng khí tăng thông qua một hỗn hợp mịn quặng đất nước, hình. 1.3. Chọn lọc của tuyển nổi được tạo ra bằng cách sử dụng các thuốc thử mà làm cho các khoáng chất Cu không thấm nước trong khi các khoáng chất thải 'ướt'. Những thuốc thử gây ra Cu Bọt. tập trung khoáng sản đồng Thuốc thử Ngoài ra Quặng sulfur nước hỗn hợp Hệ thống phân tán bong bóng không khí Hình 1.3. Xem sơ đồ mạch của tế bào nổi. Hoá chất gây Cu-Fe sulfide và sulfide Cu khoáng chất trong quặng để đính kèm vào bong bóng không khí tăng cao, sau đó được thu thập trong một thời gian ngắn bọt. Chất thải chưa lưu hành qua thông qua một số tế bào trước khi bị vứt bỏ như một trận chung kết đuôi. Nhiều loại và kích cỡ (lên 100 m3) của ccll được sử dụng, Chương 3. Froth Đây là de-tưới nước để trở thành tập trung. Tổng quan 5 khoáng sản 'nổi' trên bong bóng tăng cao, trong khi các khoáng sản khác vẫn còn unfloated. 'Thả nổi' Cu-khoáng sản hạt tràn các tế bào nổi trong một bọt để trở thành tập trung Cu% -30. Tuyển nổi là trước bởi nghiền và nghiền quặng đồng thành tiền phạt. Sử dụng của nó có dẫn đến việc áp dụng các quy trình nấu chảy có hiệu quả điều trị mịn mặt vật chất. 1.2.2 Matte nấu chảy (Chương 4). Matte luyện oxy hóa và tan chảy tập trung nổi trong một lớn, nóng (1250 ° C) lò, hình 1.1. Mục tiêu nấu chảy để oxy hoá S và Fe từ Cu-Fe-S tập trung để sản xuất một giai đoạn Cu-làm giàu sulfide nóng chảy (matte). Oxy hóa là hầu như luôn luôn không khí giàu oxy. Phản ứng Ví dụ: 2 2CuFeS2 +TO2 - + Cu2S.-FeS +-FeO +-SO2 trong mờ oxy nóng chảy không khí giàu 1220 ° C MI5,,, = -450 MJkgmolCuFeSz 2Fe0 + Si02 - + 2FeO.SiO2 thông lượng silica nóng chảy xỉ 1250 ° C AH,,, = - 20 MJkgmolFeO. Các sản phẩm nấu chảy là (i) nóng chảy sulfide matte (45-75% Cu) chứa hầu hết Cu-in-tập trung và (ii) xỉ oxit nóng chảy như là miễn phí Cu có thể. Matte nóng chảy được sau đó chuyển đổi (oxy hóa) trong một chuyển đổi lò để hình thành bất tịnh đồng nóng chảy. Xỉ được điều trị phục hồi Cu sau đó bán hoặc thải bỏ, Chương 1 1.S02 mang offgas (10 đến 60% SOz) cũng được tạo ra. SO2 là có hại đến môi trường nên nó phải được loại bỏ trước khi các offgas được phát hành ra bầu khí quyển. Điều này hầu như luôn luôn được thực hiện bằng cách bắt SO2 như axit sulfuric, Chương 14.Một mục tiêu quan trọng của mờ nấu chảy để sản xuất một xỉ, trong đó có như Cu ít càng tốt. Điều này được thực hiện bởi: Tổng quan (A) bao gồm cả thông lượng SiOz phí lò để thúc đẩy mờ xỉ immiscibility (B) giữ lò nóng để xỉ nóng chảy và chất lỏng.Matte luyện thường được thực hiện trong flash và ngập nước ống bể lò (Hình Tôi .4 và 1.5). Nó được thực hiện đến một mức độ thấp hơn trong đầu lò lance (Mitsubishi,Isasmelt, Ausnielt), lò nung trục, lò reverberatory, và lò điện. Trong hai trường hợp, tập trung được đèn flash nung chảy trực tiếp đến đồng nóng chảy, Chương 12. 1.2.3 Chuyển đổi (Chương 9 và IO) Đồng chuyển đổi nhanh là oxy làm giàu không khí hoặc không khí quá trình oxy hóa của matte nóng chảy luyện kim. Nó loại bỏ Fe và S từ mờ để sản xuất dầu thô (99% Cu) nóng chảy đồng. Đồng này sau đó được gửi đến electrorefining cháy. Chuyển đổi chủ yếu là thực hiện chuyển đổi các Peirce-Smith hình trụ, hình. 1,6. Chất lỏng mờ (1200 ° C) được chuyển từ lò nấu chảy trong muôi lớn và đổ vào chuyển đổi thông qua một cửa trung tâm lớn, hình. 1.6b. Các oxy hóa 'nổ' sau đó bắt đầu và chuyển đổi quay đi - buộc oxy làm giàu không khí hoặc không khí vào mờ thông qua một dòng tuyeres dọc theo chiều dài của tàu. Nhiệt sinh ra trong chuyển đổi bởi quá trình oxy hóa Fe và S là đủ để hãy quá trình autothermal. Chuyển đổi diễn ra theo hai giai đoạn tuần tự: (A) việc loại bỏ FeS hoặc xỉ tạo thành giai đoạn: 2FeS + 30,+ SO2 + 2FeO.SiO2 + 2S0, + nhiệt mờ 'nổ' offgas nóng chảy trong xỉ nóng chảy tuôn ra trong (B) đồng vỉ hình thành giai đoạn: Cu2S + O2 + 2Cu "+ 2S02 + nhiệt chất lỏng nóng chảy trong (1,4). offgas đồng mờ 'nổ' Coppemaking (b) không xảy ra cho đến khi mờ chứa ít hơn 1% Fe để hầu hết của Fe có thể được gỡ bỏ từ chuyển đổi (như xỉ) trước khi đồng bắt đầu sản xuất. Tương tự như vậy, đáng kể quá trình oxy hóa đồng không xảy ra cho đến khi hàm lượng lưu huỳnh đồng giảm xuống dưới -0,02%. Thổi chấm dứt gần điểm này cuối cùng lưu huỳnh. Nóng chảy kết quả 'vỉ' đồng (1200 ° C) được gửi để tinh chế. Tổng quan Bởi vì điều kiện trong chuyển đổi mạnh mẽ oxy hóa và kích động,chuyển đổi xỉ chắc chắn chứa 4 đến 8% Cu. Cu này được phục hồi bằng cách giải quyết hoặc solidificationifroth nổi sau đó được bán hoặc thải bỏ, Chương 1 1.8 đến 12 khối lượng% trong offgas chuyển đổi, SOz, là một sản phẩm phụ của cả hai chuyển đổiphản ứng, Nó được kết hợp với khí lò nấu chảy và bị bắt như sulfuricacid. Có đó, tuy nhiên, một số rò rỉSO2vào không khí trong suốtsạc và đổ, hình 1.6b. Vấn đề này được khuyến khích phát triểnquá trình chuyển đổi liên tục, chương 10. 1.2.4 Direct-to-đồng nấu chảy (Chương 12) Nấu chảy và chuyển đổi nhanh các bước riêng biệt trong oxy hóa Cu-Fe-S tập trung đểkim loại đồng. Nó sẽ có vẻ tự nhiên nên được kết hợp hai bướcđể sản xuất đồng trực tiếp trong một lò. Nó cũng sẽ có vẻ tự nhiên nàycần được thực hiện liên tục chứ không phải là bằng cách chuyển đổi Peirce-Smith batchwise. Năm 2002, đồng được thực hiện trong một lò duy nhất tại chỉ có hai nơi; Glogow, Ba Lanvà Olympic Dam, Úc - cả hai bằng cách sử dụng một lò flash.Các điều kiện oxy hóa mạnh mẽ trong lò nung trực tiếp-to-đồng cho 14 đến 24%oxy hóa Cu trong xỉ. Chi phí của việc giảm này trở lại Cu đồng kim loạicho đến nay đã hạn chế quá trình tập trung sản xuất xỉ ít. Smeltingiconverting liên tục, thậm chí trong nhiều hơn một lò, năng lượng, SO2thu thập và lợi thế chi phí. Mitsubishi lance, Outokumpu đèn flash và Norandangập nước ống bể smeltingiconverting sử dụng tất cả các phương pháp này, các chương 10 và 13. 1.2.5 cháy tinh chế và electrorefining đồng vỉ (Chương 15 và 16)Đồng từ việc xử lý trên electrochemically tinh chế để độ tinh khiết caođồng cathode. Điều này đồng cuối cùng chứa ít hơn 20 phần PCR triệu (ppm)không mong muốn các tạp chất. Nó phù hợp cho điện và tất cả các sử dụng khác. Electrorefining yêu cầu mạnh mẽ, cực dương bằng phẳng mỏng interleave với cathodes tronglọc tế bào, hình 1.7. Những cực dương được sản xuất bằng cách loại bỏ S và 0đồng nóng chảy vỉ 'chuyển đổi' sau đó đúc đồng kết quả "ngọn lửa tinh chế 'mở, anode hình dạng khuôn mẫu (đôi khi trong một caster dải liên tục). Đồng electrorefining đòi hỏi:(A) electrochemically giải thể đồng từ cực dương không tinh khiết vào CuSO4-H2SO4-Hz0 điện (B) electrochemically đồng mạ tinh khiết (không có các tạp chất anode)điện lên tấm thép không rỉ hoặc đồng. Đồng được lắng đọng trên các cathodes cho 7 đến 14 ngày. Các cathodes sau đó ra khỏi tế bào. Của họ đồng được rửa sạch và bán hoặc nấu chảy và đúc thành các sản phẩm hữu ích, Chương 22. Điện là một dung dịch nước của HlS04 (150 đến 200 kg/m3) và CuSO4 (40-50 kg Cu/m3). Nó cũng chứa các tạp chất và một lượng nhỏ clo và các Ngoài ra các đại lý 'hữu cơ. Nhiều tạp chất anode không hòa tan trong chất điện phân này (Au, Pb, Pt kim loại, Sn). Họ không can thiệp với electrorefining. Chúng được thu thập như 'slimes và điều trị Cu và phục hồi sản phẩm phụ. Các tạp chất khác như As, Bi, Fe, Ni và Sb là một phần hoặc hoàn toàn hòa tan. May mắn thay, họ không tấm đồng ở điện áp thấp của electrorefining tế bào (-0,3 volt). Tuy nhiên, họ phải được giữ tích lũy trong chất điện phân để tránh ô nhiễm vật lý của đồng cathode. Đây là được thực hiện bằng cách liên tục chảy máu một phần của các chất điện thông qua một thanh lọc mạch. Tổng quan1,3 Khai thác thủy luyện của đồng Khoảng 80% quặng đồng từ thu được, tuyển nổi bằng cách nấu chảy và tinh chế. 20% còn lại thu được hydrometallurgically. Thủy luyện khai thác đòi hỏi: (A) rửa trôi axit sulfuric Cu từ quặng đã vỡ hoặc nghiền để sản xuất bất tịnh Cumang dạng dung dịch nước (B) chuyển giao Cu từ giải pháp này không tinh khiết để điện phân tinh khiết, caoCu, qua chiết dung môi (C) điện đồng cathode tinh khiết từ điện tinh khiết. Các quặng thường được điều trị theo cách này là: (A) oxit 'đồng khoáng chất, ví dụ như cacbonat, hydroxy-silicat, sunfat, (B) chalcocite, Cu2S. hydroxy-clorua Rửa trôi là chủ yếu được thực hiện bằng cách rắc acid sulfuric loãng trên đống đã vỡ hoặc nghiền quặng (-0,5% Cu) và cho phép các axit vào chảy qua bộ sưu tập ao, hình 1.2. Một vài tháng rửa trôi được yêu cầu cho hiệu quả Cu khai thác. Khoáng chất oxy hóa được nhanh chóng hòa tan bởi acid sulfuric bởi các phản ứng như: CuO + H2S04 - + CUF + + SO4 - + H2O (1,5). Khoáng chất sulfua, mặt khác, yêu cầu oxy hóa, biểu đồ: Cu2S + + O2 + H2SO4 - + 2Cu + + + 2SO4 + H2O ở vi khuẩn không khí (1,6).enzyme chất xúc tác Như được thể hiện, thẩm thấu sulfide là rất lớn đẩy mạnh bởi hành động của vi khuẩn, Chương 17. Rò rỉ đôi khi áp dụng cho nổi Cu chứa chất thải, các chất thải của tôi,cũ mỏ và các thân quặng bị gãy. Rò rỉ đống quặng, tuy nhiên, cho đến nay là quan trọng nhất quá trình. 1.3. Dung môi chiết (Chương 18) Các giải pháp từ đống rửa trôi có chứa 1 đến 6 kg Cu/m3 và 0,5 đến 5 kg 12 Khai khoáng Luyện kim của đồng H2S04/m3 cộng với các tạp chất, ví dụ như Fe và Mn. Những giải pháp này quá loãng ở Củ và quá bất tịnh cho mạ điện trực tiếp của kim loại đồng nguyên chất. Cu của họ phải chuyển giao cho điện phân tinh khiết, Cu, cao. Việc chuyển nhượng được thực hiện bằng cách: (A) chiết xuất Cu từ một giải pháp không trong sạch ngấm vào một hữu cơ Cu-cụ thể extractant (B) tách extractant Cu-tải từ các giải pháp ngấm Cu-cạn kiệt (C) Cu tước từ extractant nạp vào 185 điện H2S04/m3 kg. Hình 1,8. Schematic điểm của chiết dung môi mixerkttler cho chiết xuất củ từ mang thai ngấm dung dịch vào extractant hữu cơ. Các giai đoạn hữu cơ được nạp Cu-đi mong muốn khác mixerisetter ('vũ nữ thoát y') Cu được tước từ hữu cơ vào tinh khiết, axit mạnh, cao-Cu điện cho electrowinning. Quá trình tách chiết dung môi được đại diện bởi phản ứng: Cu + + + 2RH + R2Cu + 2Hextractantextractantdung dịch nước hữu cơ trong dung dịch nước hữu cơ (1,7). Nó cho thấy rằng một dung dịch nước pha axit thấp gây ra các extractant hữu cơ để 'tải'với Cu (là R2Cu). Nó cũng cho thấy rằng một giải pháp axit cao gây ra hữu cơ đểdỡ bỏ (dải). Tổng quan Vì vậy, extractant hữu cơ khi được liên lạc với axit ngấm yếu mang thaigiải pháp [bước (a) ở trên], Cu được nạp vào pha hữu cơ. Sau đó, khipha hữu cơ được sau đó được đưa vào tiếp xúc với chất điện phân axit cao [bước (c)trên], Cu được tước từ hữu cơ thành chất điện phân tại CU cao "tập trung, thích hợp cho electrowinning. Các extractants hấp thụ Cu đáng kể nhưng các tạp chất hầu như không có. Họ cung cấp chođiện rất mạnh ở Củ nhưng pha loãng trong tạp chất. 1.3.2 Electrowinning (Chương Cu trong chất điện phân trên được phổ phục hồi bằng điện tinh khiếtkim loại cathode đồng. Electrowinning Đây là tương tự như elcctrorcfining trừanode là một hợp kim chì trơ. Phản ứng cực âm là: CU + + + 2e-+ CU "trong điện phân kim loại tiền gửitrên cathode Phản ứng anode là: H, O + io2 + 2H '+ 2e-khí tiến hóatrên anode(1,9). Khoảng 2 volt được yêu cầu. Tinh khiết kim loại đồng (ít hơn 20 ppm tạp chất không mong muốn) được sản xuất tại nhàcathode và khíO2tại anode. 1,4 nóng chảy và đồng Cathode Casting Các bước đầu tiên trong việc đưa ra các sản phẩm từ đồng electrorefined và electrowonnóng chảy và đúc. Nhiệt độ nóng chảy là chủ yếu được thực hiện trong lò trục dọctấm cathode giảm dần tan chảy bằng cách tăng dần khí đốt nóng. Nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp ngăn chặn đón lưu huỳnh. Giảm lửa ngăn chặn quá mứcoxy pickup. Đồng nóng chảy được đúc trong các máy đúc liên tục hoặc bán liên tụctừ nơi mà nó đi đùn, cán và sản xuất. Một đặc biệt làsự kết hợp quan trọng là liên tục thanh castinghod cán, Chương 22. Cácsản phẩm của quá trình này là đường kính 1 cm thanh cho các bản vẽ để dây. 4,1 Tại sao luyện? Làm giàu quặng đồng sản xuất tập trung bao gồm chủ yếu là sulfide khoáng sản,với một lượng nhỏ của các oxit gangue (AI2O3, CaO, MgO, Si02).Về mặt lý thuyết, vật liệu này có thể được phản ứng trực tiếp để sản xuất Cu kim loại bằng cáchoxy hóa các sulfua đồng nguyên tố và oxit kim loại màu: CuFeS2 + LôA2 + Cu "+ FeO + 2S02 FeS, +$ 0,+ FeO + 2S02 cu2s +0,+ 2CU "+ như vậy, (4,2) Những phản ứng này tỏa nhiệt, điều đó có nghĩa là họ tạo ra nhiệt. Như một kết quả,luyện kim của đồng tập trung sẽ tạo ra (i) đồng nóng chảy và (ii) nóng chảyxỉ có chứa oxit tuôn ra, gangue oxit và FeO. Tuy nhiên, theo oxy hóađiều kiện, Cu có xu hướng để tạo thành oxit Cu cũng như các kim loại: cu2s + 40, + cu * o + SO2 (4.4). Khi điều này xảy ra, CuzO tan trong xỉ tạo ra trong quácoppermaking. Số lượng lớn của sắt trong đồng nhất tập trung có nghĩa làmột số lượng lớn xỉ sẽ được tạo ra. Xem thêm xỉ có nghĩa là Cu hơn mất. Là mộtKết quả, loại bỏ một số sắt từ tập trung trước khi thứccoppermaking là một ý tưởng tốt. Hình 4,1 minh họa những gì sẽ xảy ra khi được đun nóng một hỗn hợp của FeO, FeS và SiG2đến 1200 ° C. Cạnh trái của sơ đồ đại diện cho một giải pháp chỉ có duy nhấtFeS và FeO. Silica-tan với FeS nồng độ cao hơn -3% khối lượng 1,chất lỏng oxysulfide duy nhất được hình thành. Tuy nhiên, khi được bổ sung silica, một chất lỏng nhà nước 58 Khai khoáng Luyện kim của đồng trộn lẫn khoảng cách xuất hiện. Khoảng cách này trở nên lớn hơn khi silica mới được thêm vào. Dònga, b,cvà dđại diện cho các thành phần cân bằng của hai chất lỏng.Được biết đến như sự tan chảy sulfua giàumatte. Được biết đến như sự tan chảy oxit giàuxỉ.Nóng một tập trung sulfide nhiệt độ này và oxy hóa Fe của nótạo ra một matte nóng chảy và xỉ,tức là: (4.5) CuFeS2 +O2+ Si02 + Cu-Fe-S + Fe0.Si02 + SO2mờ xỉ1200 ° C Rắn Si02\, + Chất lỏng duy nhất \, '.Rắn Si02+ Hai chất lỏngMột Rắn SiOl+ Đơn chất lỏngV V10 20 30 40Mass% Si02 Hình 4.1. Đơn giản hóa một phần giai đoạn sơ đồ cho hệ Fe-OS-Si02 hiển thị chất lỏngchất lỏng (xỉ-matte) immiscibility gây ra bởi SiOz (Yazawa và Kameda, 1953). Cácnặng mũi tên cho thấy thêm SiOz một chất lỏng oxy-sulfide gây ra nó để chia thành FeSgiàu mờ và FeS nạc xỉ. Các chế phẩm của các điểm A và B (SOz bão hòa) vàhành vi Cu được trình bày chi tiết trong Bảng 4.1.được biết đến nhưmatte luyện kim.Nó hoàn thành việc loại bỏ một phần của Fe cần thiết đểlàm cho successfblcoppermaking thức. Matte nấu chảy được thực hiện trêngần như tất cả Cu-Fe-S và Cu-S tập trung. Chương này giới thiệu Matte luyện nguyên tắc cơ bản 59nguyên tắc cơ bản của mờ nấu chảy và ảnh hưởng của biến quá trình. Chương sau đây mô tả công nghệ luyện kim hiện tại.4,2 Matte và Xỉ4.2. I. xỉ Xỉ là một giải pháp của các oxit nóng chảy. Những oxit bao gồm FeO từ Fequá trình oxy hóa, Si02 từ thông lượng và tạp chất oxit tập trung. Oxitthường được tìm thấy trong xỉ bao gồm oxit kim loại màu (FeO), sắt oxit (Fe2O3),silica (SO2), nhôm (AI2O3), calcia (CaO) và magiê (MgO). Như hình. 4,1cho thấy, một số lượng nhỏ của sulfide cũng có thể được hòa tan trong FeO-Si02 xỉ. Một lượng nhỏ calcia và nhôm trong xỉ giảm này hòa tan sulfide,Bảng 4. I.Cấu trúc phân tử của xỉ nóng chảy được mô tả bằng cách chia oxit của nó vàoba nhóm - có tính axit, cơ bản và trung tính. Nổi tiếng nhất oxit có tính axit là silicavà alumina. Khi các oxit tan chảy, họ polymerize, tạo thành polyions dàichẳng hạn như những người được hiển thị trong hình. 4.2. Những polyions cho xỉ có tính axit caođộ nhớt, làm cho chúng khó khăn để làm việc với. Xỉ axít cũng có thấpsolubilities cho ô xít khác có tính axit. Điều này có thể gây khó khăn trong việc coppermakingbởi vì các tạp chất tạo thành oxit có tính axit (ví dụ, As2O3, Bi203, Sb203) sẽ khôngđược gỡ bỏ trong xỉ, nghĩa là, họ sẽ vẫn trong mờ hoặc đồng. Thêm oxit cơ bản như calcia và Magie có tính axit xỉ phá vỡ-polyion vào các đơn vị cấu trúc nhỏ hơn. Kết quả là, xỉ cơ bản có độ nhớt thấp4,1 Bảng, Các chế phẩm chất lỏng không thể trô ̣nlô ̣n trong Si02 bão hòa Fe-0-Shệ thống, 1200 ° C (Yazawa và Kameda, 1953). Điểm A (xỉ) và B (matte) tương ứngA và B trong hình. 4.1. Cu2S thêm vào (phía dưới tập hợp dữ liệu) mở rộng khoảng cách trộn lẫn. CácCu2S báo cáo gần như hoàn toàn vào giai đoạn mờ. Thành phần (% khối lượng) ~ ~ ~Hệ thống giai đoạn FeOFeSSiOlCaO A1203 cu2SFeS-FeO-SiO2 "A" xỉ 54,82 17,90 27,28 "B" Matte 27,42 72,42 0. I6FeS-FeO-SiO: + CaO xỉ 46,72 8,84 37,80 6,64 Matte 28,46 69,39 2,15FeS-FeO-Si02 + A120i xỉ 50,05 7,66 36,35 5,94CuzSFeSFeO-SiOz xỉ 57,73 7,59 33,83 0,85Matte 27,54 72,15 0,31Matte 14,92 54,69 0,25 30,14 và cao solubilitiesôxít có tính axit. Đến một giới hạn nhất định, thêm oxit cơ bản cũng làm giảm điểm nóng chảy của xỉ một. Xỉ Coppennaking thường chứa lượng nhỏ của các oxit cơ bản. Oxit trung tính như FeO và CuzO phản ứng mạnh mẽ với polyions trong một nóng chảy xỉ. Tuy nhiên, họ có nhiều tác dụng tương tự. FeO và Cu20 có điểm nóng chảy thấp, do đó, họ có xu hướng hạ thấp điểm nóng chảy và độ nhớt của xỉ. Các xỉ được sản xuất trong công nghiệp mờ luyện bao gồm chủ yếu của FeO, Fe203 và SO2, với một lượng nhỏ của A1203, CaO và MgO, Bảng 4.2. Hình 4,3 cho thấy các giới hạn thành phần cho chất lỏng khu vực trong FE0 Fez03-SiO2 hệ thống ở 1200 ° C và 1250 ° C. Dọc theo đường hàng đầu, xỉ được bão hòa với rắn silica. Dọc theo đường ranh giới phía dưới, xỉ được bão hòa với rắn FeO. Ranh giới đúng như mức tác phẩm mà ở đó hòa tan FeO và Fez03 phản ứng để tạo thành magnetit rắn: FeO + Fe203 + Fe304 (s) (4.6). Mở rộng quá trình oxy hóa và nhiệt độ nấu chảy thấp hơn khuyến khích sự hình thành của Fez03 trong xỉ. Tránh những điều kiện tối thiểu hóa lượng mưa magnetite. Dọc theo ranh giới bên trái, xỉ là bão hòa hoặc với kim loại sắt hoặc rắn fayalite (Fe2Si04). Theo các điều kiện oxy hóa đồng công nghiệp nấu chảy, điều này không bao giờ xảy ra. Bảng 4.2 liệt kê các sáng tác của một số nhà máy luyện xỉ, bao gồm các nội dung Cu của họ. Kiểm soát số lượng Cu hòa tan trong luyện xỉ là một phần quan trọng của chiến lược nhà máy luyện, Chương 11. Nhiều người đã được thực hiện các phép đo của độ nhớt của xỉ nóng chảy. Những đã được sử dụng để phát triển một mô hình tính toán độ nhớt như một chức năng của nhiệt độ và thành phần (Utigard và Warczok, 1995). Mô hình này dựa trên tính toán của một tỷ lệ độ nhớt (VR). VR là tỷ lệ A,% khối lượng tương đương trong xỉ của các oxit có tính axit, B,% khối lượng tương đương của các oxit cơ bản: Một VR = - B A4atte luyện cơ bản A = (% Si02) + 1.5 (% Cr20,) + 1,2 (% Zr02) + l.8 (A120%,) (4,8) B= 1,2 (% FeO) + 0,5 (% Fe203 +% PbO) + 0,8 (% Mg0) + 0,7 (% Ca0) (4,9),2,3 (% Na20 +% K20) + 0,7 (% Cu20) + l.6 (% CaF2) Utigard và Warczok liên quan VR độ nhớt bằng cách phân tích hồi quy đối với họ hiện tại cơ sở dữ liệu, có: -3660 12.080 JVR (4,10), LogP (kg / ms) = 0,49-5.lE + T (K) Hình 4,4 cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ và thành phần THC trên độ nhớt của FeO, Fez03, Si02 xỉ. Trọng lượng riêng của luyện xỉ khoảng giữa 3,3 và 3,7. Nó làm giảm với tăng Fe203 và nội dung Si02 (Utigard, 1994) và tăng nhẹ với nhiệt độ ngày càng tăng. Xỉ dẫn điện là mạnh mẽ phụ thuộc vào nhiệt độ, khác nhau ở nấu chảy và nhiệt độ chuyển đổi từ 5 đến 20 ohm-LCM-'(Ziolek và Bogacz, 1987; Hejja et al., 1994). Nó làm tăng với Cu và nội dung oxit sắt Độ kiềm. 1250 OC 1300 OC 0 10 20 Hình 4.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thành phần độ nhớt của FeO, Fez03, SO2 xỉ, g / m.s (Vartiainen, 1998). Độ nhớt được nhìn thấy để tăng với SiOz% tăng. Đối với độ nhớt kg / m.s, chia 1000. Sức căng bề mặt nấu chảy xỉ là 0,35-0,45 N / m (Nakamura et al.,1988). Giảm với Độ kiềm ngày càng tăng, nhưng không ảnh hưởng mạnh bởi nhiệt độ. Khai khoáng Luyện kim của đồng 4.2.2 Matte Như hình. 4,1 cho thấy, immiscibility của mờ và tăng xỉ với sự gia tăng silica nội dung (Yazawa, 1956). Một tỷ lệ sulfudiron cao cũng làm tăng đầy đủ của chia ly cũng như calcia và alumina, Bảng 4.1. Có một số silica và độ hòa tan oxy trong mờ, nhưng Li và Rankin (1994) chứng minh rằng tăng CuzS trong mờ làm giảm những solubilities "Đáng kể". Kết quả là, matte công nghiệp điển hình có chứa chỉ khoảng một % oxy, Bảng 4.2. Mattes không bao gồm polyions như những người trong xỉ. Thay vào đó, chúng xuất hiện để được biểu diễn như là muối nóng chảy (Shimpo et al.,1986). Trọng lượng riêng của họ là cao hơn so với của xỉ và do đó, chúng tạo thành lớp dưới cùng trong lò luyện kim. Như hình. 4,5 cho thấy, điểm nóng chảy thấp hơn 1200 ° C của xỉ nhất Độ nhớt của họ cũng thấp - 0,003 kg / ms so với 0,2-1 kg / ms điển hình xỉ. Tuy nhiên, các lò nấu chảy được vận hành khoảng 125OoC, để đảm bảo một A4atte luyện nguyên tắc cơ bản 65 nóng chảy xỉ và mờ quá nhiệt. Điều này đảm bảo rằng mờ và xỉ ở nóng chảy trong quá trình khai thác và chuyển giao. Sức căng bề mặt của Cu2S-FeS sten khoảng từ 0.33-0.45 N / m, tăng với Cu2S nội dung. Nhiệt độ có ảnh hưởng rất nhỏ (Nakamura et al.,Năm 1988; Kucharski et al., Tỷ trọng khoảng tuyến tính từ 3,9 cho FeS tinh khiết đến 5,2 Cu2S tinh khiết. Nó giảm nhẹ với nhiệt độ ngày càng tăng. Nhân những cụ thể gravities độ nhớt động học đo bằng Nikiforov et al. (1976), năng suất độ nhớt kg 0,003 about / ms cho Cu2S tinh khiết ở nhiệt độ 1250 ° C, rơi xuống khoảng 0,002 kg / m.s cho sten với 35% khối lượng FeS. Giá trị sau đó tăng lên nhanh chóng với tăng FeS. Nó làm giảm từ từ với nhiệt độ ngày càng tăng. Các phép đo căng thẳng tiếp giáp giữa nóng chảy sten và xỉ xem xét bởi Nakamura và Toguri (1 99 1). Tăng căng thẳng tiếp giáp từ gần bằng không trong sten-Cu thấp khoảng 0,20 N / m cao-Cu sten (-70 khối lượng% Cu * S). Độ dẫn điện Matte cụ thể là 200 đến 1000 ohm-cm (Bảng et al.,Năm 1955, Liu et al.,1980). 4.3 Phản ứng Trong Matte luyện Mục đích chính của matte luyện là để biến các khoáng chất sulfide ở dạng rắn đồng tập trung vào ba sản phẩm: matte nóng chảy, xỉ nóng chảy và offgas. Điều này được thực hiện bằng cách phản ứng với 02. Oxy được hầu như luôn luôn ăn như không khí giàu oxy. Phản ứng ban đầu có dạng: CuFeS2 + O2 + Cu-Fe-S + FeO + SO2 (4,1).mờ Stoichiometry khác nhau, tùy thuộc vào mức độ chalcopyrit và Cu- Fe sulfide khoáng sản ở tập trung và mức độ của quá trình oxy hóa của Fe. Chúng ta sẽ thấy, chiến lược luyện liên quan đến một loạt các thương mại-off. Nhất sig- nificant là giữa mờ lớp (khối lượng% Cu) và phục hồi. Nhập một lớn số lượng O2 sẽ ôxi hóa của Fe trong tập trung, do đó, ít Fe sulfide kết thúc trong mờ. Điều này tạo ra một lớp mờ cao hơn. Mặt khác,bằng cách sử dụng oxy quá nhiều khuyến khích quá trình oxy hóa của Cu, như trước đây: cu, s + +02 - + cu20 + SO2 Các oxit Cu tạo ra bởi phản ứng này tan trong xỉ, đó là không mong muốn. Kết quả là, thêm số lượng chính xác O2 cần thiết để sản xuất một lớp mờ chấp nhận được mà không tạo ra một xỉ quá cao ở Củ là một phần quan trọng của nhà máy luyện chiến lược. Một tập thứ hai của phản ứng quan trọng trong hoạt động nhà máy luyện liên quan đến các FeO nội dung của xỉ. Nếu hoạt động của FeO trong xỉ là quá cao, nó sẽ phản ứng với Cu2S trong mờ các: (4.12). FeO + Cu2S + FeS + Cu20 xỉ mờ mờ trong xỉ Phản ứng này được không nhiệt động ưa chuộng (K,,-1O4 ở 1200 ° C). Tuy nhiên,một hoạt động cao của FeO trong xỉ và là một hoạt động thấp của FeS tạo ra mờ cao hơn các hoạt động của CuzO trong xỉ. (Điều này xảy ra nếu quá nhiều sắt trong tập trung bị oxy hóa) Điều này một lần nữa cho Cu quá nhiều trong xỉ. Ngoài ra,FeO phản ứng với 02 để tạo thành magnetit rắn nếu hoạt động của nó là quá cao: 3Fe0 + 02 - + Fe304 (s) (4.13). Kết quả là, làm giảm hoạt động của FeO trong xỉ là quan trọng. Nó được thực hiện bằng thêm silica như một dòng: (4.14). FeO + Si02 - + Fe0.Si02 nóng chảy xỉ Tuy nhiên, một lần nữa là một thương mại-off. Chi phí Flux tiền và năng lượng cần thiết để nóng và làm tan chảy nó cũng chi phí nhiều hơn như silica được sử dụng nhiều hơn. Ngoài ra, như hình. 4,4 cho thấy, độ nhớt tăng luyện xỉ là cấp silica tăng lên. Điều này làm cho xỉ xử lý khó khăn hơn, và cũng có thể làm giảm tỷ lệ mà tại đó mờ hạt giải quyết thông qua các lớp xỉ. Nếu các hạt mờ không thể giải quyết một cách nhanh chóng đủ, họ sẽ vẫn bị cuốn theo trong xỉ khi nó được khai thác. Điều này làm tăng Cu tổn thất. Kết quả là, mức độ chính xác của FeO và Si02 trong xỉ yêu cầu một hành động cân bằng khác. 4,4 Smelting Quy trình: Xem xét Trong khi công nghiệp thiết bị nấu chảy mờ và các thủ tục khác nhau, tất cả luyện quá trình có một trình tự phổ biến của các sự kiện. Trình tự bao gồm: (A) Liên hệ với các hạt andjlux tập trung với một khí Orcontaining một hotfurnace. Điều này gây ra các khoáng chất sulfide trong các hạt để nhanh chóng Matte Snielting nguyên tắc cơ bản 67 oxy hóa, eqn. (4.11). Các phản ứng này tỏa, và năng lượng mà họ tạo ra nóng và làm tan chảy các sản phẩm. Thời gian tiếp xúc giữa các hạt tập trung khí ngắn (một vài giây), do đó đảm bảo động học phản ứng tốt là điều cần thiết. Gần như tất cả các nhà máy luyện thực hiện điều này bằng cách trộn tập trung với khí trước khi tiêm chích nó vào lò luyện kim. Việc sử dụng oxy + nriched khí thay vì không khí cũng cải thiện động học phản ứng, và ngày càng phổ biến. Sử dụng không khí giàu oxy hoặc oxy cũng làm cho quá trình autothermal.Vìnitơ ít hơn được đưa vào lò, ít nhiệt được lấy ra trong offgas. Điều này có nghĩa là nhiệt sinh ra bởi các phản ứng đi vào các matte và xỉ. Kết quả là, lcss (hoặc không có) đốt cháy nhiên liệu hydrocarbon được yêu cầu đảm bảo xỉ thích hợp cuối cùng và nhiệt độ mờ, -1250 ° C. Một phương pháp mới đã liên hệ với tập trung và O2 đang được sử dụng trong ngập nước ống bể nấu chảy lò. Trong các lò này, tập trung được thổi vào một hỗn hợp matte nóng chảy và xỉ, và quá trình oxy hóa diễn ra gián tiếp. Điều này được thảo luận trong Chương 7 và 8. (B) cho phép các matte giải quyết thông qua các luyer dag vào lớp mờ bên dưới xỉ. Hầu hết các lò luyện cung cấp một khu vực giải quyết yên tĩnh cho việc này mục đích. Trong quá trình giải quyết, FeS trong mờ các phản ứng với CuzO hòa tan trong xỉ bằng đảo ngược của phản ứng (4.12): (4.15). FeS + CuzO + FeO + Cu2S mờ xỉ trong xỉ trong mờ Điều này làm giảm số lượng của Cu trong xỉ. Tầm quan trọng của xỉ thấp độ nhớt khuyến khích trong việc giải quyết đã được đề cập. Giữ xỉ lớp mà vẫn được cũng giúp. Một trade-off là tại nơi làm việc ở đây, quá. Cao hơn mờ và xỉ nhiệt độ khuyến khích phản ứng (4.15) để hoàn thành và giảm độ nhớt, nhưng họ chi phí về năng lượng và vật liệu chịu lửa mặc. (C) Định kỳ khai thác mờ và xỉ qua các lỗ vòi nước riêng biệt. Nạp thức ăn của lò nấu chảy và thu hồi của offgas là liên tục.Loại bỏ mờ và xỉ, tuy nhiên, thực hiện liên tục, khi lớp hai chất lỏng đã phát triển đủ sâu. Các vị trí của vòi lỗ được thiết kế để giảm thiểu khai thác matte với xỉ. 4,5 Smelting Sản phẩm: Matte, xỉ và Offgas 4,5. Tôi Matte Trong Ngoài sáng tác xỉ, Bảng 4.2 cho thấy các thành phần của sten 68 Khai khoáng Luyện kim của đồng khai thác từ các lò nung. Đặc điểm quan trọng nhất của một matte là lớp (khối lượng% Cu), thường dao động giữa 45 và 75% Cu (56-94%Cu2S tương đương). Ở cấp độ cao hơn, hoạt động của CuzS trong mờ tăng lên nhanh chóng,và điều này đẩy phản ứng (4.12) ở bên phải. Hình 4,6 cho thấy những gì xảy ra như là một kết quả. Nồng độ gia tăng nhanh chóng của Cu xỉ khi lớp mờ tăng trên 60% là một tính năng vận hành nhà máy luyện nhiều người thích để tránh. Tuy nhiên,sản xuất cấp cao hơn sten làm tăng sinh nhiệt, giảm chi phí nhiên liệu. Nó cũng làm giảm lượng lưu huỳnh phải được loại bỏ trong quá trình chuyển đổi nhanh tiếp theo (Giảm yêu cầu chuyển đổi), và tăng SOz tập trung trong các offgas (giảm chi phí xử lý khí). Ngoài ra, hầu như tất cả các đồng sản xuất bây giờ phục hồi Cu từ nấu chảy và xỉ chuyển đổi, Chương 11. Như một kết quả,sản xuất của cấp cao hơn sten đã trở nên phổ biến hơn. Hầu hết các phần còn lại của các matte bao gồm sunfua sắt (FeS). Bảng 4.3 cho thấy phân phối của các yếu tố khác trong đồng tập trung giữa mờ, xỉ và offgas. Các kim loại quý báo cáo gần như hoàn toàn các matte, làm hầu hết Ni, Se và Te. 4.5.2 xỉ Như Bảng 4.2 cho thấy, xỉ khai thác từ lò bao gồm chủ yếu là FeO vàSO2, với một lượng nhỏ của oxit sắt. Một lượng nhỏ các AI2O3, CaO vàMgO cũng hiện diện, như là một tỷ lệ phần trăm nhỏ của lưu huỳnh hòa tan (thường íthơn một phần trăm). Cu nội dung từ dưới 1 cao nhất là 7%. Cấp độ cao hơn Cu là chấp nhận được nếu cơ sở có sẵn cho việc khôi phục củ từnhà máy luyện xỉ. Si02/Fe tỷ lệ đại chúng thường 0,7-0,8.4.5.3 Offgas Các offgas từ nấu chảy chứa SOz được tạo ra bởi các phản ứng luyện kim, N2từ không khí được sử dụng để oxy hóa tập trung và một lượng nhỏ COz, H20và các hợp chất bay hơi tạp chất. Sức mạnh của offgas thường là 1060% SOz. Sức mạnh phụ thuộc vào loại của O2 - Xem thêm -