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炼铋炉料各组分在粗炼时的行为

2019-03-04   
炼铋炉猜中铋、铅、铁、硫、砷、锑、铜、银的存在状况和它们在冶金进程的行为,在产品中的分配如下:
一、铋的行为
因为铁的硫化物的自由焓远远小于铋的硫化物的自由焓,所以硫化铋能适当完全地被铁屑置换;因为的自由焓远远小于氧化铋的自由焓,所以氧化铋被完全复原。实践中只需炉料配料恰当,炉况正常,置换与复原反响就能完全进行。
依据对铋的行为分析和出产实践证明:
(一)97.5%以上的铋进入粗铋。
(二)0.2%以下的铋入渣,渣中的铋主要以机械夹藏的金属铋微粒形状存在,以铋的硅酸盐状况入渣的可能性极小。
(三)0.5%以下的铋入冰铜,冰铜中的铋为悬浮的金属铋微粒及少数未被置换的硫化铋,还有少数铋组成Pb-Bi合金溶解到FeS中,而进入冰铜。
(四)1%~2%的铋入烟尘,烟尘中的铋主要为铋蒸气与硫化铋的蒸发物。
二、铅的行为
铅在铋精矿中主要以硫化铅状况存在,氧化铋渣中铅以氧化铅状况存在。
依据对反响PbO+CO=Pb+CO2的平衡常数和平衡气相组成的研讨标明,在冶炼高温下,氧化铅能被敏捷而完全地复原。(见表1)
表1  反响PbO+CO=Pb+CO2的平衡常数及平衡气相组成(%)

从表1可见,氧化铅用复原时只需求CO2+CO的混合气体中的体积百分数到达5.1%就行了,所以,在所生成的氧化铅未构成硅酸盐与铁酸盐之前,绝大部分已被复原为金属铅,这阐明炉渣中存在氧化铅量是很少的,渣中铅主要是因为金属铅微粒来不及沉降而夹杂在炉渣中所造成的。
而硫化铅少部分直接进入冰铜,大部分被铁屑置换。产出的金属铅能被金属硫化物溶解,而硫化亚铁溶解金属铅的才能特别大,所以,金属铅一部分进入粗铋,一部分溶于冰铜。
出产实践证明:
(一)1%~5%的铅以金属铅微粒或铅的硅酸盐、铁酸盐状况入渣。
(二)25%~40%的铅以硫化铅或金属铅状况入冰铜。
(三)50%~70%的铅以金属铅状况入粗铋。
(四)约5%的铅以铅蒸气或硫化铅与氧化铅的蒸发物入炉气。
三、铁的行为
铋精矿中的铁主要以黄铁矿、毒砂等状况存在,氧化铋渣中含铁极低。在熔炼高温下,黄铁矿与毒砂发生热离解:

参加的金属铁屑用以置换部分杂质硫化物:

生成的FeS是组成冰铜的主要成分。
在冶金炉内复原气氛中,还存在下述反响:

生成的磁性氧化铁是发生炉结的重要因素。
炉猜中的氧化铁,被复原为FeO入渣。前已述及,Fe2O3被CO复原是分阶段进行的,即:

图1制作了铁的氧化物甩CO复原的平衡图。

图1  铁的氧化物用CO复原平衡图
图中曲线(1)以下为Fe2O3安稳区;曲线(1)、(2)、(4)间为Fe3O4安稳区;曲线(2)、(3)之间为FeO安稳区;曲线(3)、(4)以上为金属铁安稳区。
在铋的火法粗炼中,期望将复原操控在FeO安稳区,使FeO造渣别离。由图可见当炉温1200℃左右时,CO的体积百分数在10%~70%间。
冰铜的基体是硫化亚铁,渣中铁的含量也动摇在15%~20%之间。依据图2Bi-Fe系状况图可见,铁与铋不管在固态或液态都互不溶解,所以冰铜与渣中古铁量的动摇,不会直接影响冰铜含铋与渣含铋。只有当炉况不正常,在熔池内发生很多炉结时,渣与冰铜含铋量才会大幅度进步。此刻炉结中的铋,是机械央带的金属铋,而粗铋中杂质铁的别离,能够选用熔析法。

图2  Bi-Fe系状况图
当炉况正常,不发生炉结时,铁在熔炼产品中的分配为:
(一)70%以上的铁以硫化亚铁状况入冰铜。
(二)30%以下的铁以氧化亚铁状况与二氧化硅等造渣。
四、硫的行为
铋精矿中的硫主要以辉铋矿、黄铁矿、毒砂、元素硫以及其它金属硫化物状况存在。在冶金炉熔炼高温下,绝大部分硫与参加之铁屑效果,生成硫化物构成冰铜。当铁屑参加量不足以置换一切硫化物时,则部分硫化物与硫化亚铁一道构成冰铜。在出产实践中,操控参加之铁屑量(包括炉料内含铁量)与炉猜中所含硫量构成硫化亚铁,使其它杂质金属不被硫化而进入粗铋,以利于归纳收回。但实践阐明,冰铜虽主要由硫化亚铁组成,但其依然包括部分其它金属的硫化物。这是因为在熔炼高温下,部分金属如锰、锌、铜等,对硫的亲和力大于铁对硫的亲和力,所以它们的硫化物进入冰铜比硫化亚铁更安稳。
当炉况正常时,硫在产品中的分配为:
(一)90%以上的硫以硫化物状况组成冰铜,其主要组成是FeS。
(二)5%~10%的硫蒸发入炉气,其间一部分进入烟尘,一部分以SO2、SO3状况入烟气。
(三)1%以下的硫进入粗铋,精粹时将进入熔化渣与陈砷锑渣。
(四)1%以下的硫进入炉渣,主要是渣中心带硫化物所造成的。
五、砷、锑的行为
铋精矿中的砷以毒砂及硫化砷状况存在,氧化铋渣中砷以As2O5状况存在。
毒砂在中性气氛中加热离解,被离解的砷部分被纯碱氧化成氧化砷蒸发入炉气:

生成的氧化砷一部分进一步被纯碱氧化成,而以盐状况入渣:

硫化砷一部分直接进入冰铜,一部分被纯碱氧化入炉气:

一部分硫化砷被铁屑置换:

当炉内复原性气氛强时,单体砷与金属铁是组成黄渣的主要成分。
铋精矿中的锑主要为辉锑矿,氧化铋渣中的锑主要以Sb2O5状况存在。硫化锑一部分直接进入冰铜,一部分被铁屑置换入粗铋:

一部分被纯碱氧化入炉气:

一部分被碳、直接复原:

五氧化锑是化合物,与纯碱结组成安稳的锑酸盐入渣。反响如下:

出产实践证明:
(一)70%以上的砷进入粗铋。
(二)5%~10%的砷以硫化砷状况入冰铜。
(三)10%~15%的砷被纯碱氧化以组成盐入渣。
(四)5%~10%的砷以氧化砷状况入烟尘。
(五)在强复原性气氛中,砷与铁是组成黄渣(砷冰铜)的主要成分。
还证明:
(一)80%以上的锑入粗铋。
(二)10%~15%的锑以硫化锑状况直接入冰铜。
(三)5%以下的锑以锑酸盐状况入渣。
(四)5%以下的锑以三氧化锑状况蒸发入炉气。
六、铜、银的行为
铋精矿中铜主要以黄锕矿(CuFeS2)及铜铋矿[3(Cu2Ag2Pb)S·4Bi2S3]形状存在;氧化铋渣中铜以氧化亚铜状况存在。
黄铜矿在中性或复原性气氛中,于550℃离解:

大部分硫化亚铜入冰铜,少数硫化亚铜在纯碱效果下以金属铜状况入粗铋:

很少数硫化亚铜在纯碱效果下,与二氧化硅造渣:

对铜的行为分析与出产实践证明:
(一)大约5%的铜入粗铋。
(二)90%以上的铜以硫化亚铜状况入冰铜。
(三)1%~3%的铜以铜的硅酸盐状况入渣。
(四)1%~2%的铜进入烟尘。
铋精矿中的银以辉银矿(Ag2S)状况存在,也有少数以天然银和与硒、碲方式复合矿床呈现;氧化铋渣中银主要为熔渣夹藏的微粒金属银。
在熔炼进程中,天然银进入粗铋,或溶入硫化亚铁组成的球铜中;硫化银部分进入冰铜,部分被铁屑置换为金属银入粗铋。
银在粗炼产品中之分配为:
(一)50%~70%的银入粗铋。
(二)25%~40%的银以硫化银状况进入冰铜,或以金属银状况与铅一道溶入以硫化亚铁为主体的冰铜。

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