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火法冶金的熔炼方法有哪些?

来源:长江有色金属网 发布人:yangxf

熔炼是指炉料在高温(1300-1600K)炉内发生一定的物理、化学变化,产出粗金属或金属富集物和炉渣的冶金过程。

熔炼实质上可以分为氧化熔炼和还原熔炼。此外还有其他的熔炼方法,如还原硫化熔炼、挥发熔炼、沉淀和反应熔炼,由于种种原因已不多用。

1、氧化熔炼是以氧化反应为主的熔炼过程,如硫化铜、镍矿物原料的造锍熔炼、锍的吹炼、硫化锑精矿鼓风炉熔炼等。熔炼过程中发生的主要反应是:
MeS(s,l)+O2(g)====Me(l)+SO2(g)
MeS(s,l)+1.5O2(g)====MeO(s,l,g)+SO2(g)
[Me′S](l)+(MeO)(l)====[MeS](l)+[Me′O](l)
式中的Me、Me'代表金属,[ ]代表主金属熔体,()代表熔渣。
氧化熔炼是一个富集和分离过程,如铜、镍硫化精矿,在熔炼时将Cu、Ni富集到锍中,同时被氧化后与杂质金属(如Fe)与脉石一道造渣除去而分离。

2、还原熔炼是一种金属氧化物料在高温熔炼炉还原气氛下被还原成熔体金属的熔炼方法。
还原熔炼采用碳质还原剂,如煤、焦炭。在高温条件碳质还原剂与金属氧化物发生的主要反应有:
MeO+C====Me十CO
MeO+CO====Me+CO2
CO2+C====2CO
由于MeO和C的反应为固相接触,受接触面的限制,反应不可能很好进行,CO气体还原剂对金属氧化物的还原起主要作用。为此必须加过量还原剂,以保证MeO和CO反应产生的CO2在高温下被过剩碳还原为CO。这样循环着不断地为氧化物还原提供足够的气体还原剂。
冶炼物料中除主金属氧化物外往往还含有多种次要的金属氧化物,在还原熔炼过程中也还原成金属,并且熔于主金属中,所以还原熔炼得到的金属是含有多种杂质的粗金属。如鼓风炉熔炼铅、反射炉熔炼锡、铋和锑等。为得到纯金属还需进一步精炼。
除了金属氧化物外,还原熔炼正常与否与高铁氧化物的还原和造渣密切相关。物料中的高价铁氧化物被还原成低价铁氧化物(FeO),然后与物料中的SiO2、CaO等组分反应造渣。还原条件必须控制得当,否则生成Fe3O4或Fe都将影响还原熔炼过程的进行。因此控制好高价铁的还原反应是确定技术条件的主要因素。
以上技术条件除根据其氧化标准生成自由能变化来判断其还原次序及程度外,也常用反应MeO+CO====CO2+Me的平衡常数logKp=PCO2:PCO来进行比较确定。

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