1、1,有色金屬冶金學(xué)Non-ferrous Metallurgy,嘎 嘎 。 。 山 東 工 業(yè) 職 業(yè) 學(xué) 院,Heavy Metals Metallurgy重金屬冶金,主要任務(wù),緒 論,銅冶金概述,0,1.1,緒 論,0,1. 有色金屬的分類(lèi),2. 礦物、礦石和精礦,3. 冶金的方法,0 緒 論,有色金屬：是指鐵、鉻、錳以外的金屬,重金屬一般指比重大于5.0的金屬，包括銅、鉛、鋅、鎳、錫等十多種金屬,5,1.有色金屬的分類(lèi) 輕金屬(Light Metals)： 鋁、鎂、鈣、鉀、鈉、鋇等，比重小于5 重金屬(Heavy Metals)： 銅、鎳、鈷、鉛、鋅、錫等，比重7-11 貴金屬(Nobl

2、e Metals)： 金、銀、鉑以及鉑族元素，在空氣中不能氧化，價(jià)值比一般金屬貴 稀有金屬(Rare Metals)：不是根據(jù)金屬在地殼中的含量來(lái)定，而是指那些發(fā)現(xiàn)較晚、在工業(yè)上應(yīng)用較遲、在自然界分布較分散以及在提取方法上比較復(fù)雜的金屬。如鎢、鉬、鋯、鉿、鈮、鉭及稀土等。,6,2.礦物、礦石和精礦 礦物：地殼中具有固定化學(xué)組成和物理性質(zhì)的天然化 合物或自然元素 有用礦物：能夠?yàn)槿藗兯玫牡V物 礦石：含有礦物的集合體 精礦：經(jīng)過(guò)選礦處理而獲得的高品位礦石,7,3.冶金的方法 火法冶金、濕法冶金、電冶金 濕法冶金：溫度不高一般低于100，現(xiàn)代高溫高壓過(guò)程溫度不過(guò)200左右，極個(gè)別可達(dá)300。（浸

3、出、凈化、制備金屬） 電冶金：電熱冶金、電化冶金,1.1 .1 世界銅生產(chǎn)概況,銅冶金概述,1.1,1.1.3 銅的主要化合物及其性質(zhì),1.1.2 銅的性質(zhì),1.1.4 銅及化合物的用途,1.1.5 煉銅原料,1.1.6 銅的生產(chǎn)方法,1 銅 冶 金,1.1 概述,1.1 .1 世界銅生產(chǎn)概況 人類(lèi)最早發(fā)現(xiàn)和使用的金屬之一 中國(guó)是世界上最早使用銅器的國(guó)家之一 中世紀(jì)銅礦的開(kāi)采主要是在歐洲的西班牙，日耳曼、英國(guó)、俄羅斯。 目前粗銅產(chǎn)量順序?yàn)椋褐抢?、美?guó)、日本、秘魯、中國(guó)。,目前探明的有儲(chǔ)量的礦區(qū)915處，截至1997年累計(jì)探明儲(chǔ)量（以金屬量計(jì)）為7372.53萬(wàn)噸，分布于29個(gè)?。▍^(qū)市）。排居前

4、5位的?。▍^(qū)）依次為： 江西 ：1265.59萬(wàn)噸；占全國(guó)銅總量的20 西藏 ：952.49萬(wàn)噸； 占全國(guó)銅總量的15.1 云南 ：692.76萬(wàn)噸； 占全國(guó)銅總量的11 甘肅 ：402.55萬(wàn)噸； 占全國(guó)銅總量的6.4 安徽 ：346.14萬(wàn)噸； 占全國(guó)銅總量的5.5,我國(guó)的銅礦儲(chǔ)量及分布：,11,1.1.2 銅的性質(zhì) （1）物理性質(zhì) 玫瑰紅色；延展性好；導(dǎo)電導(dǎo)熱性?xún)H次于銀，居金屬的第二位。密度8.96g/cm3，熔點(diǎn)1083.4, 沸點(diǎn)2310 。 液態(tài)銅能溶解多種氣體，鑄錠前需脫氣處理。 （2）化學(xué)性質(zhì) 1）在干燥空氣或水中不起變化，但在含CO2的潮濕空氣中會(huì)氧化成堿式碳酸銅(銅綠) 不

5、溶于稀硫酸和鹽酸，溶于硝酸、王水和熱的濃硫酸,12,2）銅在空氣中加熱到185時(shí)開(kāi)始氧化，表面生成暗紅色Cu2O，當(dāng)溫度高于350時(shí)，表面生成黑色的CuO 3）銅不溶于鹽酸和沒(méi)有溶解氧的硫酸中。 4）銅可溶于王水、氰化物、氯化鐵、氯化銅、硫酸鐵以及氨水中。 5）銅能與氧、硫、鹵素等元素直接化合。 6)銅能與鋅、錫、鎳互熔，黃銅（延展性）青銅（耐磨性）白銅（耐磨和抗腐蝕性）,1.1.2 銅的性質(zhì),CuO 呈黑色無(wú)光澤，在自然界以黑銅礦形態(tài)存在，比重6.3左右，熔點(diǎn)1447；CuO不穩(wěn)定，1060 加熱時(shí)離解： 4CuO 2Cu2O O2 CuO不溶于水，但能溶于硫酸、鹽酸等酸中，還能溶于FeCl

6、3、Fe2(SO4)3、NH4OH和(NH4)2CO3等溶液中。 CuO易被CO、C、CxHy、H2還原成金屬銅。 Cu2O 粉末呈洋紅色，致密的呈纓紅色，有光澤，在自然界以赤銅礦形態(tài)存在，比重5.76.1，熔點(diǎn)1235；加熱到2200 以上時(shí)才離解： 2Cu2O 4Cu O2,1.1.3 銅的主要化合物及其性質(zhì),Cu2O與FeS及可按下式反應(yīng)： Cu2O FeS = Cu2S FeO（銅锍熔煉基本反應(yīng)） 2Cu2O Cu2S = 6Cu SO2 （銅锍吹煉粗銅理論基礎(chǔ)） 這兩個(gè)反應(yīng)在銅的火法冶金中具有重要意義。 Cu2O不溶于水，但能溶于硫酸、鹽酸、FeCl3、Fe2(SO4)3、FeCl2

7、和NH4OH等溶液中。 Cu2O易被H2、CO、C及CxHy還原成金屬銅，也可被Fe、Zn金屬還原成金屬銅。 CuSO4 硫酸銅在自然界中以膽礬(CuSO45H2O)的形態(tài)存在。純膽礬為天藍(lán)色，失去結(jié)晶水后為白色粉末。硫酸銅加熱時(shí)分解： 2CuSO4 = CuOCuSO4 + SO3(或SO2 + 1/2O2) CuOCuSO4 =2CuO + SO3(或SO2 + 1/2O2) 硫酸銅易溶于水，可用Fe、Zn等比銅負(fù)電性的元素從硫酸銅水溶液中置換出金屬銅。,CuS 呈黑綠色或棕色，自然界中以銅藍(lán)礦物形態(tài)存在，比重4.66，熔點(diǎn)1110 ；中性或還原性氣氛中加熱分解： 4CuS 2Cu2S S

8、2 Cu2S 呈藍(lán)黑色，自然界中呈輝銅礦礦物存在，比重5.785，熔點(diǎn)1135 ；常溫下很穩(wěn)定，加熱到200300 時(shí)，可氧化成CuO和CuSO4，加熱到330 以上時(shí)就氧化成Cu2O。在高溫下（1150 ），有氧條件下強(qiáng)烈氧化： Cu2S O2 2Cu SO2 Cu2S與FeS及其他金屬硫化物共熔形成锍。 Cu2S不溶于水，幾乎不溶于弱酸，能溶于硝酸。Cu2S與濃鹽酸作用時(shí)，逐漸溶解時(shí)放出H2S。Cu2S能很好地溶于FeCl3、Fe2(SO4)3、CuCl2和HCN（需氧）。,1.1.3 銅的主要化合物及其性質(zhì),銅的硅酸鹽 在自然界中，銅的硅酸鹽呈硅孔雀石(CuSiO33H2O)和透視石(C

9、uSiO3H2O)的礦物形態(tài)存在。這兩種礦物在高溫下形成穩(wěn)定的硅酸亞銅(2Cu2OSiO2)。硅酸亞銅在1100 1200下熔化。硅酸亞銅易被H2、CO及C還原，也容易被較強(qiáng)的堿性氧化物（如FeO、CaO）及硫化物（如FeS、Cu2S）分解。 2Cu2OSiO2 2FeS 2FeO SiO2 2Cu2S 工業(yè)上往往向含銅的熔渣中加黃鐵礦（FeS2）回收銅，正是基于此反應(yīng)。硅酸亞銅可溶于濃硝酸及乙酸中，易溶于鹽酸，微溶于硫酸。 銅的碳酸鹽 在自然界中呈孔雀石CuCO3Cu(OH)2和藍(lán)銅礦2CuCO3 Cu(OH)2的礦物形態(tài)存在。這兩種化合物在220已上時(shí)完全分解為CuO，CO2和H2O。,1

10、.1.3 銅的主要化合物及其性質(zhì),銅的鐵酸鹽 銅的鐵酸鹽有兩種：鐵酸銅(CuOFe2O3)和鐵酸亞銅(Cu2OFe2O3)。銅的鐵酸鹽不溶于水、氨水及一般溶劑，易被強(qiáng)堿性氧化物或硫化物所分解，也已被SO2還原。 Cu2OFe2O3 + CaO = CaOFe2O3 + Cu2O 5Cu2OFe2O3 + 2FeS = 10Cu + 4Fe3O4 + 2SO2 銅的氯化物 銅的氯化物有兩種：CuCl2和CuCl(或Cu2Cl2)。 CuCl2無(wú)天然礦物，人造CuCl2為褐色粉末，熔點(diǎn)為489，易溶于水。加熱至340分解，生成白色的氯化亞銅粉末。 CuCl2 Cu2Cl2 + Cl2 Cu2Cl2

11、熔點(diǎn)為420440，比重為3.53，是易揮發(fā)化合物。這一特點(diǎn)在氯化冶金中得到應(yīng)用。Cu2Cl2的食鹽溶液可使Pb、Zn、Cd、Fe、Co、Bi和Sn等金屬硫化物分解，形成相應(yīng)的金屬氯化物和CuS?？捎肍e將Cu2Cl2熔液中的銅置換沉淀出來(lái)。,銅在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)有著廣泛的用途,特別是在電氣工業(yè)應(yīng)用更為廣泛。,1.1.4 銅及化合物的用途,表1-1 銅在各部門(mén)應(yīng)用中所占的百分比（）,19,1.1.4 銅及其主要化合物的性質(zhì)與用途,20,黃銅：銅鋅合金。耐磨性好（獎(jiǎng)?wù)拢?白銅：銅鎳合金。良好的機(jī)械性、耐蝕性、熱電性（刀具、電器儀表飾品等等）,青銅：銅錫合金等(除了鋅鎳外，加入其他元素的合金均稱(chēng)青銅

12、)。硬度大、可塑性強(qiáng)、耐磨耐蝕、色澤光亮（酒器、樂(lè)器、兵器）,60%Cu 40%Zn,80%Cu 15%Sn 5%Zn,50-70%Cu 13-15%Zn 18-20%Ni,銅在地球中的含量比較少，地殼中含量0.01%，其相對(duì)豐度僅為710-5，遠(yuǎn)低于鋁、鐵和鎂等金屬，甚至比鈦還低。目前自然界中含銅礦物有250多種，其中常見(jiàn)的約有3040種，而有工業(yè)開(kāi)采價(jià)值的銅礦僅10余種。 銅礦物可分為自然銅、硫化礦和氧化礦三種類(lèi)型。自然銅在自然界中很少，主要是硫化礦和氧化礦。特別是硫化礦分布最廣，是當(dāng)今煉銅的主要原料。目前工業(yè)開(kāi)采的銅礦石最低品位為0.4%0.5%。開(kāi)采出來(lái)的低品位礦石，經(jīng)過(guò)選礦富集，使銅

13、的品位提高到10% 30。 表1-2為 銅的主要礦物。,1.1.5 煉銅原料,表1-2為 銅的主要礦物,23,分布最廣的銅氧化物礦,25,國(guó)內(nèi)一些煉銅廠(chǎng)混合精礦成分(%)：,銅的生產(chǎn)方法概括起來(lái)有火法和濕法兩大類(lèi)。 火法煉銅是當(dāng)今生產(chǎn)銅的主要方法，世界上80左右的銅是用火法煉銅方法生產(chǎn)的。圖1-1為火法生產(chǎn)銅的原則流程圖。,1.1.6 銅的生產(chǎn)方法,干燥,密閉鼓風(fēng)爐,干燥,電爐,干燥,反射爐,硫化銅精礦,干燥,閃速爐,干燥,熔池熔煉爐,連續(xù)煉銅爐,冰銅,轉(zhuǎn)爐或連續(xù)吹煉爐,粗銅,火法精煉爐,陽(yáng)極銅,電解精煉,電銅,(99.95%99.99% Cu),(99.5% Cu),(98.5%Cu),(30-55%Cu),(20-30%Cu),1)火法 火法煉銅的原則流程為： 銅礦石（0.42%Cu）浮選銅精礦(1530%Cu)造锍熔煉冰 銅（銅锍2570%Cu）吹煉粗銅（9899%Cu）火法精煉陽(yáng)極銅（99%Cu）電解精煉電銅(99.95-99.98%Cu)(GB466-82,GB/T1385-92),濕