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1、冶金原理精品課程 硫化礦熱離解上一章冶金原理精品課程任務(wù)內(nèi)容n一、任務(wù)目標(biāo)n二、解決思路n三、任務(wù)實踐冶金原理精品課程任務(wù)目標(biāo)n一）硫化礦性質(zhì)及處理方法n二）硫化礦高溫下五種反應(yīng)類型n三）硫化礦高溫下穩(wěn)定性冶金原理精品課程一）硫化礦性質(zhì)及處理方法n 大多數(shù)有色金屬礦物都是以硫化物形態(tài)存在于自然界中。因此一般的硫化礦都是金屬復(fù)合礦，具有綜合利用的價值。n例如銅、鉛、鎳、鈷、汞、鉬等礦物多為金屬硫化物。此外，稀散金屬如鍺、銦、鎵、鉈等常與鉛鋅硫化物共生，鉑族金屬又常與鎳鈷共生。冶金原理精品課程一）硫化礦性質(zhì)及處理方法 現(xiàn)代硫化礦的處理主要依靠火法冶金，提取金屬的方法較處理氧化礦復(fù)雜。主要原因是不能

2、直接用碳把硫化物中的金屬還原出來。因此，必須根據(jù)硫化礦物的物理化學(xué)特性及成分來選擇其冶煉途徑。傳統(tǒng)的方法是在提取金屬之前先改變礦物的化學(xué)成分或化合物的形態(tài)。例如方鉛礦（PbS）、閃鋅礦（ZnS）、輝鉬礦（MoS2）、等都要在空氣中進(jìn)行焙燒，使其生成鉛、鋅、鉬的氧化物，而后在下一階段對金屬進(jìn)行還原。而硫化銅礦的的處理則是采用焙燒，熔煉及吹煉的方法獲得粗銅。冶金原理精品課程一）硫化礦性質(zhì)及處理方法 現(xiàn)代冶金工廠所處理的硫化物精礦，不僅粒度細(xì)至0.1mm以下，具有很大的表面活性，而且一般含硫量在1530%之間，具有很大的發(fā)熱量。因此從充分利用硫化精礦本身的熱能來解決冶煉過程的能耗，及從提高硫的回收率

3、以減少對環(huán)境的污染等方面來考慮，直接熔煉硫化物制取金屬的問題，無論在理論上或?qū)嵺`上都將具有現(xiàn)實意義。冶金原理精品課程二）硫化礦高溫下五種反應(yīng)類型 硫化礦的處理過程雖然比較復(fù)雜，但從硫化礦物在高溫下的化學(xué)反應(yīng)來考慮，大致可歸納為以下五種類型：2MeS+3O2=2MeO+2SO2 (1)MeS+O2=Me+SO2 (2)MeS+MeO=MeO+MeS (3)MeS+2MeO=3Me+SO2 (4)MeS+=MeS+Me (5)冶金原理精品課程二）硫化礦高溫下五種反應(yīng)類型 反應(yīng)（1）是各種有色金屬硫化礦氧化焙燒的基礎(chǔ)。反應(yīng)（2）是金屬硫化物直接氧化成金屬的反應(yīng)。這是因為這類金屬對氧的親和力都比較小，

4、因此它們的氧化物和硫化物都容易離解，故在氧化過程中，硫成為穩(wěn)定的二氧化硫氣體，并使金屬得到還原。這類反應(yīng)的實例是硫化汞（辰砂）礦的氧化焙燒反應(yīng)：HgS+O2=Hg+SO2冶金原理精品課程二）硫化礦高溫下五種反應(yīng)類型n 反應(yīng)（3）是造硫熔煉的基本反應(yīng)。硫化亞鐵中的鐵對氧的親和力比較大，使其它金屬的氧化物發(fā)生硫化，形成硫化物的共熔體（锍），從而與礦石中的脈石分離。n 反應(yīng)（4）是金屬硫化物與其氧化物的交互反應(yīng)，結(jié)果是金屬被還原。這類反應(yīng)是火法煉銅中吹煉的基礎(chǔ)。鉛的熔煉也屬此類反應(yīng)。n 反應(yīng)（5）是硫化反應(yīng)。這類反應(yīng)對于某些冶金方法來說是基本反應(yīng)：硫化精煉-用加硫的方法除去金屬中的雜質(zhì)；硫化礦的置換

5、硫化熔煉。冶金原理精品課程三）硫化礦高溫下穩(wěn)定性 n 研究硫化礦高溫下穩(wěn)定性-硫化物的熱離解，可以為硫化礦的火法冶金提供理論依據(jù)及實際操作方法。因此對硫化礦的熱離解必須加以討論。冶金原理精品課程解決思路一）硫化物的熱離解 某些金屬如Fe、Cu、Ni等具有不同價態(tài)的硫化物，其高價金屬硫化物在中性氣氛中受熱到一定溫度（10001500K）即發(fā)生如下的離解反應(yīng)：2MeS=Me2S+1/2S2 產(chǎn)出元素硫和低價金屬硫化物。上列的硫化物熱離解反應(yīng)表明，在高溫下低價金屬硫化物是穩(wěn)定的，因此在火法冶金過程中實際參加反應(yīng)的是低價的金屬硫化物。冶金原理精品課程解決思路 二）金屬硫化物的離解-生成反應(yīng) 在火法冶金

6、的作業(yè)溫度下，二價金屬硫化物的離解-生成反應(yīng)可以用下列通式表示：2Me+S2=2MeS 若Me和MeS各為獨立凝聚相時，則離解壓Ps2與反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp及吉布斯自由能G及溫度T的關(guān)系為：G=-RTlnKp=19.146TlogPs2,J (4-1)同溫度下G 越小、Kp越低的硫化物越穩(wěn)定。冶金原理精品課程任務(wù)實踐 金屬硫化物的離解-生成反應(yīng)：Cu+S2=2CuSFe+S2=2FeS 冶金原理精品課程任務(wù)實踐 由金屬硫化物熱離解產(chǎn)出的硫，在通常的火法冶金溫度下都是氣態(tài)硫（硫的沸點為717.5K）。在不同溫度下，這種氣態(tài)硫中含有多原子的S8、S6、S2和單原子的S。它們各自的含量變化取決于溫度，

7、如表4-1所示。冶金原理精品課程 表4-1所示的數(shù)據(jù)是根據(jù)以下三種平衡反應(yīng)的平衡常數(shù)公式和一個總壓方程計算得到的：3S8 4S6 log S6 3S2 log S2 2S log PS8+PS6+PS2+PS=101325Pa2632677763.5log5.319.146sspTpT 68431213361.75log3.919.146sspTpT 22316352.21.75log19.146sspTpT 冶金原理精品課程 從表4-1可見，在溫度800K以下氣態(tài)硫主要是S8、S6;在高于1500K的溫度時，就必須考慮到單體硫的存在；在火法冶金的作業(yè)溫度范圍內(nèi)（1000K1500K）主要是雙原子的氣態(tài)硫（S2）.任務(wù)實踐冶金原理精品課程任務(wù)實踐 硫化物的熱離解：2CuS=Cu2S+1/2S2 FeS2=FeS+1/2S 2CuFeS2=Cu2S+2FeS+1/2S2 3NiS=Ni3S2+1/2S2 冶金原理精品課程冶金原理精品課程