粗銅氧化精煉的熱力學(xué)分析

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1、粗銅氧化精煉的熱力學(xué)分析　　粗銅氧化精煉的原料為轉(zhuǎn)爐吹煉所得的粗銅，下面是小編搜集整理的一篇探究粗銅氧化精煉的熱力學(xué)分析的論文范文，供大家閱讀查看?！　≌簩Υ帚~氧化精煉過程中發(fā)生的五個(gè)基本化學(xué)反應(yīng)的自由焓進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算，并對自由焓-溫度圖進(jìn)行了熱力學(xué)分析.得出了雜質(zhì)氧化的順序及可除去的程度，從而得出了粗銅經(jīng)氧化精煉后產(chǎn)出的陽極銅的合理成分.結(jié)合工廠實(shí)例，求得該廠粗銅中各種雜質(zhì)在火法精煉中可除去的程度.　　關(guān)鍵詞：火法精煉;熱力學(xué);粗銅;雜質(zhì);氧化　　前言　　粗銅氧化精煉的原料為轉(zhuǎn)爐吹煉所得的粗銅，一般銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.500%～99.500%，雜質(zhì)的質(zhì)

2、量分?jǐn)?shù)為0.500%～1.500%.粗銅中一般含有Fe、Ni、S、O等雜質(zhì)以及Se、Te、Ag等有價(jià)元素.因此，熔融粗銅是一個(gè)多組元溶液，溶劑是金屬銅，溶質(zhì)是粗銅中含有的雜質(zhì)元素.　　雜質(zhì)S的危害是增加銅液中SO2的含量，在銅液凝固時(shí)造成氣孔，多孔的銅陽極對電解精煉是非常不利的.雜質(zhì)Fe的危害是化學(xué)溶解進(jìn)入溶液，當(dāng)溶液中含有Fe2+時(shí)，在陽極上將會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)：Fe2+-e→Fe3+;Fe3+在陰極又被還原：Fe3++e→Fe2+.這樣，F(xiàn)e離子在陰極和陽極之間來回拉鋸，降低了電流效率，無意義地消耗了電能.按年產(chǎn)4.5萬t電解銅計(jì)算(取銅

3、電解回收率為99.930%)，每年多進(jìn)入溶液的Fe量為5400kg，將多消耗H2SO4約9500kg.因此，在粗銅氧化精煉的生產(chǎn)中，最被關(guān)心的問題是：粗銅中的雜質(zhì)哪些能氧化，哪些不能氧化，可能氧化的雜質(zhì)的氧化順序及其被除去的程度.本文將通過熱力學(xué)計(jì)算解決這些問題.　　1基本化學(xué)反應(yīng)　　表1為某廠2012年6月份粗銅的化學(xué)成分.　　表1粗銅成分　　Tab.1Thepositionofthecrudecopper　　生產(chǎn)中，氧化段操作時(shí)，空氣經(jīng)空壓機(jī)后的壓力為0.20～0.25MPa，壓縮空氣經(jīng)插在銅液中的鐵管鼓入熔體，用來氧化雜質(zhì).本計(jì)算中取壓縮空氣的壓力為0

4、.20MPa，則與熔體相遇的O2的分壓PO2=0.042MPa[1].　　熔銅中的雜質(zhì)M′按下列公式氧化成M′O：　　Cu2O+M′=2Cu+M′O　　(a)　　反應(yīng)式(a)由以下反應(yīng)綜合而成：　　4Cu+O2=2Cu2O　　(b)　　2M′+O2=2M′O　　(c)　　M′為Fe、Ni、S、Ag等，M′O可能進(jìn)入爐渣或進(jìn)入氣相[2].為了對反應(yīng)(a)進(jìn)行熱力學(xué)分析，本文基于1molO2分別計(jì)算反應(yīng)(b)和(c)的自由焓ΔG.　　在1400～1500K

5、的氧化精煉溫度范圍內(nèi)，根據(jù)各氧化物生成反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由焓ΔG0與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系數(shù)據(jù)表和有關(guān)Cu-S-O系的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將有關(guān)各元素氧化反應(yīng)的自由焓ΔG與T的關(guān)系式列在如下各ΔG的計(jì)算式中[3]：　　4Cu+O2=2Cu2O　　(1)　　ΔG1=-361740+156.25T+　　19.16Tlg[γ2Cu2OX2Cu2O][γ4CuX4Cu]PO2　　2Fe+O2=2FeO　　(2)　　ΔG2=-529210+129.54T+　　19.16Tlg[γ2FeOX2F

6、eO][γ2FeX2Fe]PO2　　2[Ni]+O2=2(NiO)　　(3)　　ΔG3=-529210+129.54T+　　19.16Tlg[γ2NiOX2NiO][γ2NiX2Ni]PO2　　4Ag+O2=2AgO　　(4)　　ΔG4=-361740+156.25T+　　19.16Tlg[γ2AgOX2AgO][γ4AgX4Ag]PO2　　S+O2=SO2　　(5)　　ΔG5=-361740+156.25T+　　19.16TlgPSO2[γ&prim

7、e;SX′S]PO2　　式中，γ為活度系數(shù)，X為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù).γ與X的乘積為活度a.式(1)中aCu和aCuO及式(2)～(4)中的aM′和aM′O的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是純物質(zhì)，式(5)中aS的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是含S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的溶液[4].　　通過式(1)～(5)對Cu的氧化精煉過程進(jìn)行熱力學(xué)分析，即可判斷氧化反應(yīng)發(fā)生的順序和計(jì)算各種雜質(zhì)氧化除去的程度.　　2反應(yīng)的自由焓計(jì)算　　以表1中粗銅成分為研究對象，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)自由焓ΔG0計(jì)算.　　式(1)中，溶劑Cu在溶液中的含量很高，故可認(rèn)為γC

8、u=1.由于溶解在Cu中的Cu2O始終處于飽和狀態(tài)，