1、1,有色金属冶金学 Non-ferrous Metallurgy,嘎 嘎 。 。 山 东 工 业 职 业 学 院,Heavy Metals Metallurgy 重金属冶金,主要任务,绪 论,铜冶金概述,0,1.1,绪 论,0,1. 有色金属的分类,2. 矿物、矿石和精矿,3. 冶金的方法,0 绪 论,有色金属：是指铁、铬、锰以外的金属,重金属一般指比重大于5.0的金属，包括铜、铅、锌、镍、锡等十多种金属,5,1.有色金属的分类 轻金属(Light Metals)：铝、镁、钙、钾、钠、钡等，比重小于5 重金属(Heavy Metals)：铜、镍、钴、铅、锌、锡等，比重7-11 贵金属(Nobl
2、e Metals)：金、银、铂以及铂族元素，在空气中不能氧化，价值比一般金属贵 稀有金属(Rare Metals)：不是根据金属在地壳中的含量来定，而是指那些发现较晚、在工业上应用较迟、在自然界分布较分散以及在提取方法上比较复杂的金属。如钨、钼、锆、铪、铌、钽及稀土等。,6,2.矿物、矿石和精矿矿物：地壳中具有固定化学组成和物理性质的天然化 合物或自然元素 有用矿物：能够为人们所利用的矿物 矿石：含有矿物的集合体 精矿：经过选矿处理而获得的高品位矿石,7,3.冶金的方法火法冶金、湿法冶金、电冶金 湿法冶金：温度不高一般低于100，现代高温高压过程温度不过200左右，极个别可达300。（浸出、净
3、化、制备金属） 电冶金：电热冶金、电化冶金,1.1 .1 世界铜生产概况,铜冶金概述,1.1,1.1.3 铜的主要化合物及其性质,1.1.2 铜的性质,1.1.4 铜及化合物的用途,1.1.5 炼铜原料,1.1.6 铜的生产方法,1 铜 冶 金,1.1 概述,1.1 .1 世界铜生产概况 人类最早发现和使用的金属之一 中国是世界上最早使用铜器的国家之一 中世纪铜矿的开采主要是在欧洲的西班牙，日耳曼、英国、俄罗斯。目前粗铜产量顺序为：智利、美国、日本、秘鲁、中国。,目前探明的有储量的矿区915处，截至1997年累计探明储量（以金属量计）为7372.53万吨，分布于29个省（区市）。排居前5位的省
4、（区）依次为： 江西 ：1265.59万吨；占全国铜总量的20西藏 ：952.49万吨； 占全国铜总量的15.1云南 ：692.76万吨； 占全国铜总量的11甘肃 ：402.55万吨； 占全国铜总量的6.4安徽 ：346.14万吨； 占全国铜总量的5.5,我国的铜矿储量及分布：,11,1.1.2 铜的性质（1）物理性质玫瑰红色；延展性好；导电导热性仅次于银，居金属的第二位。密度8.96g/cm3，熔点1083.4, 沸点2310 。液态铜能溶解多种气体，铸锭前需脱气处理。（2）化学性质1）在干燥空气或水中不起变化，但在含CO2的潮湿空气中会氧化成碱式碳酸铜(铜绿)不溶于稀硫酸和盐酸，溶于硝酸、
5、王水和热的浓硫酸,12,2）铜在空气中加热到185时开始氧化，表面生成暗红色Cu2O，当温度高于350时，表面生成黑色的CuO 3）铜不溶于盐酸和没有溶解氧的硫酸中。 4）铜可溶于王水、氰化物、氯化铁、氯化铜、硫酸铁以及氨水中。 5）铜能与氧、硫、卤素等元素直接化合。 6)铜能与锌、锡、镍互熔，黄铜（延展性）青铜（耐磨性）白铜（耐磨和抗腐蚀性）,1.1.2 铜的性质,CuO呈黑色无光泽，在自然界以黑铜矿形态存在，比重6.3左右，熔点1447；CuO不稳定，1060 加热时离解： 4CuO 2Cu2O O2CuO不溶于水，但能溶于硫酸、盐酸等酸中，还能溶于FeCl3、Fe2(SO4)3、NH4O
6、H和(NH4)2CO3等溶液中。 CuO易被CO、C、CxHy、H2还原成金属铜。Cu2O粉末呈洋红色，致密的呈缨红色，有光泽，在自然界以赤铜矿形态存在，比重5.76.1，熔点1235；加热到2200 以上时才离解： 2Cu2O 4Cu O2,1.1.3 铜的主要化合物及其性质,Cu2O与FeS及可按下式反应： Cu2O FeS = Cu2S FeO（铜锍熔炼基本反应） 2Cu2O Cu2S = 6Cu SO2 （铜锍吹炼粗铜理论基础） 这两个反应在铜的火法冶金中具有重要意义。Cu2O不溶于水，但能溶于硫酸、盐酸、FeCl3、Fe2(SO4)3、FeCl2和NH4OH等溶液中。 Cu2O易被H
7、2、CO、C及CxHy还原成金属铜，也可被Fe、Zn金属还原成金属铜。CuSO4硫酸铜在自然界中以胆矾(CuSO45H2O)的形态存在。纯胆矾为天蓝色，失去结晶水后为白色粉末。硫酸铜加热时分解： 2CuSO4 = CuOCuSO4 + SO3(或SO2 + 1/2O2) CuOCuSO4 =2CuO + SO3(或SO2 + 1/2O2) 硫酸铜易溶于水，可用Fe、Zn等比铜负电性的元素从硫酸铜水溶液中置换出金属铜。,CuS呈黑绿色或棕色，自然界中以铜蓝矿物形态存在，比重4.66，熔点1110 ；中性或还原性气氛中加热分解： 4CuS 2Cu2S S2Cu2S呈蓝黑色，自然界中呈辉铜矿矿物存在
8、，比重5.785，熔点1135 ；常温下很稳定，加热到200300 时，可氧化成CuO和CuSO4，加热到330 以上时就氧化成Cu2O。在高温下（1150 ），有氧条件下强烈氧化： Cu2S O2 2Cu SO2 Cu2S与FeS及其他金属硫化物共熔形成锍。 Cu2S不溶于水，几乎不溶于弱酸，能溶于硝酸。Cu2S与浓盐酸作用时，逐渐溶解时放出H2S。Cu2S能很好地溶于FeCl3、Fe2(SO4)3、CuCl2和HCN（需氧）。,1.1.3 铜的主要化合物及其性质,铜的硅酸盐在自然界中，铜的硅酸盐呈硅孔雀石(CuSiO33H2O)和透视石(CuSiO3H2O)的矿物形态存在。这两种矿物在高温
9、下形成稳定的硅酸亚铜(2Cu2OSiO2)。硅酸亚铜在1100 1200下熔化。硅酸亚铜易被H2、CO及C还原，也容易被较强的碱性氧化物（如FeO、CaO）及硫化物（如FeS、Cu2S）分解。 2Cu2OSiO2 2FeS 2FeO SiO2 2Cu2S工业上往往向含铜的熔渣中加黄铁矿（FeS2）回收铜，正是基于此反应。硅酸亚铜可溶于浓硝酸及乙酸中，易溶于盐酸，微溶于硫酸。铜的碳酸盐在自然界中呈孔雀石CuCO3Cu(OH)2和蓝铜矿2CuCO3 Cu(OH)2的矿物形态存在。这两种化合物在220已上时完全分解为CuO，CO2和H2O。,1.1.3 铜的主要化合物及其性质,铜的铁酸盐铜的铁酸盐有
10、两种：铁酸铜(CuOFe2O3)和铁酸亚铜(Cu2OFe2O3)。铜的铁酸盐不溶于水、氨水及一般溶剂，易被强碱性氧化物或硫化物所分解，也已被SO2还原。 Cu2OFe2O3 + CaO = CaOFe2O3 + Cu2O 5Cu2OFe2O3 + 2FeS = 10Cu + 4Fe3O4 + 2SO2铜的氯化物铜的氯化物有两种：CuCl2和CuCl(或Cu2Cl2)。 CuCl2无天然矿物，人造CuCl2为褐色粉末，熔点为489，易溶于水。加热至340分解，生成白色的氯化亚铜粉末。 CuCl2 Cu2Cl2 + Cl2 Cu2Cl2熔点为420440，比重为3.53，是易挥发化合物。这一特点在
11、氯化冶金中得到应用。Cu2Cl2的食盐溶液可使Pb、Zn、Cd、Fe、Co、Bi和Sn等金属硫化物分解，形成相应的金属氯化物和CuS。可用Fe将Cu2Cl2熔液中的铜置换沉淀出来。,铜在国民经济各部门有着广泛的用途,特别是在电气工业应用更为广泛。,1.1.4 铜及化合物的用途,表1-1 铜在各部门应用中所占的百分比（）,19,1.1.4 铜及其主要化合物的性质与用途,20,黄铜：铜锌合金。耐磨性好（奖章）,白铜：铜镍合金。良好的机械性、耐蚀性、热电性（刀具、电器仪表饰品等等）,青铜：铜锡合金等(除了锌镍外，加入其他元素的合金均称青铜)。硬度大、可塑性强、耐磨耐蚀、色泽光亮（酒器、乐器、兵器）,
12、60%Cu 40%Zn,80%Cu 15%Sn 5%Zn,50-70%Cu 13-15%Zn 18-20%Ni,铜在地球中的含量比较少，地壳中含量0.01%，其相对丰度仅为710-5，远低于铝、铁和镁等金属，甚至比钛还低。目前自然界中含铜矿物有250多种，其中常见的约有3040种，而有工业开采价值的铜矿仅10余种。铜矿物可分为自然铜、硫化矿和氧化矿三种类型。自然铜在自然界中很少，主要是硫化矿和氧化矿。特别是硫化矿分布最广，是当今炼铜的主要原料。目前工业开采的铜矿石最低品位为0.4%0.5%。开采出来的低品位矿石，经过选矿富集，使铜的品位提高到10% 30。表1-2为 铜的主要矿物。,1.1.5
13、 炼铜原料,表1-2为 铜的主要矿物,23,分布最广的铜氧化物矿,25,国内一些炼铜厂混合精矿成分(%)：,铜的生产方法概括起来有火法和湿法两大类。火法炼铜是当今生产铜的主要方法，世界上80左右的铜是用火法炼铜方法生产的。图1-1为火法生产铜的原则流程图。,1.1.6 铜的生产方法,干燥,密闭鼓风炉,干燥,电炉,干燥,反射炉,硫化铜精矿,干燥,闪速炉,干燥,熔池熔炼炉,连续炼铜炉,冰铜,转炉或连续吹炼炉,粗铜,火法精炼炉,阳极铜,电解精炼,电铜,(99.95%99.99% Cu),(99.5% Cu),(98.5%Cu),(30-55%Cu),(20-30%Cu),1)火法火法炼铜的原则流程为
14、：铜矿石（0.42%Cu）浮选铜精矿(1530%Cu)造锍熔炼冰 铜（铜锍2570%Cu）吹炼粗铜（9899%Cu）火法精炼阳极铜（99%Cu）电解精炼电铜(99.95-99.98%Cu)(GB466-82,GB/T1385-92),湿法炼铜是在常压或高压下，用溶剂浸出矿石或焙烧矿中的铜，经净液使铜与杂质分离，而后用电积或置换等方法，将溶液中的铜提取出来。对氧化矿，大多数工厂用溶剂直接浸出；对硫化矿，一般先经焙烧然后浸出焙烧矿。湿法炼铜的原则流程如图1-2所示。,图1-2 湿法生产铜的原则流程,1. 有色金属分为哪几类？ 2. 对于冶金的定义如何理解？ 3. 铜还有哪些用途？ 4. 列举出我国的主要铜冶炼企业和冶炼方法？,思考题,Thank you !,
