基本介紹
- 中文名：鋶
- 外文名：matte
- 別稱：冰銅
- 主要成分：硫化亞銅，硫化亞鐵
- 性質：金屬硫化物的互溶體
- 領域：有色冶金
通識,物理化學性質,鋶的比重,鋶的導電性,典型類型,銅鋶,粗鋶,精鋶,鋶的吹煉,銅鋶吹煉,鎳鋶吹煉,
通識
硫化亞鐵FeS與重金屬硫化物(Cu2S、Ni3S2、PbS、Sb2S3、Ag2S)互熔在一起的熔合物，為重金屬硫化礦造鋶熔煉的產物。從FeS-MeS二元系的液相線(圖)可看出，高溫下FeS與MeS在熔融狀態是完全互熔的均相。這種MeS共熔體與氧化物爐渣幾乎完全不互熔，從而形成火法冶金過程的鋶相。在各種重金屬冶金中這種鋶相應被稱為銅鋶、鎳鋶、銅鎳鋶、鉛銅鋶、銻鋶等。
由於處理的原料不同，熔煉條件各異，產出的鋶相組成差別很大，幾種鋶的組成舉例列於表。鋶能很好地溶解貴金屬，可以將原料中含量很少的金、銀、鉑族元素捕集起來，然後從鋶的後續冶煉過程中提取貴金屬。
鋶是熔煉的一種中間產物，一般需經吹煉才能得到粗金屬，並綜合回收其他有價組分。
物理化學性質
鋶的比重
關於液態鋶，現尚缺乏可靠的測定數據。對固態鋶，其比重為各組分必中的平均數，例如，硫化亞銅比重為5.55，硫化亞鐵比重為4.6，而理論上組成銅鋶的比重應介於5.55到4.6之間。又銅的比重（8.89）較鐵（7.86）大，因此銅鋶含銅越多，其比重越大。應該指出，冰銅中含有磁性氧化鐵會使冰銅比重增大。
鋶的導電性
鋶有很大的導電性，這在銅精礦的的電爐熔煉中已得到利用。在熔礦電爐內，插入熔融爐渣的碳精電極上內有一部分電流是靠其下的液態鋶傳導的，這對於保持熔池底部溫度起著重要的作用。熔融的金屬硫化物都具有一定的比電導。對於熔融硫化亞鐵來說，其比電導達1400每（歐姆*厘米），已經接近於金屬的比電導。
熔融硫化物（Cu2S，Sb2S3）比電導隨溫度增加而略有增加，及其比電導的溫度係數大於0，這類鋶化物屬於半導體性質；而熔融硫化物（FeS，PbS和Ag2S）的比電導則隨溫度的增高而減少，其比電導則隨溫度增高而略有減少，其比電導係數小於0，這類硫化物屬於金屬導體性質。
典型類型
銅冶煉得到的鋶稱為銅鋶（或冰銅），屬於Cu2S-FeS系。冰銅吹煉造渣期終獲得的含FeS較低的鋶俗稱白鈹（或白冰銅）。硫化鎳精礦電爐或閃速爐熔煉可得到 Cu2S-Ni3S2-FeS系的銅鎳鋶 (或銅鎳冰銅）。有些工廠添加硫化劑(石膏、黃鐵礦)和還原劑處理氧化鎳礦石，進行所謂還原硫化熔煉,獲得一種屬於Ni3S2-FeS系的鎳鋶（或冰鎳）的中間產物。在含銅高的鉛燒結塊還原熔煉中，為了分離和回收伴生的銅，常常在粗鉛和爐渣之間造成一層組成為Cu2S-FeS-PbS系的鉛冰銅。
銅鋶
又稱“冰銅”。將銅礦石或銅精礦進行部分氧化焙燒，然後進行造鋶 熔煉或直接用生精礦進行熔煉，可得一定組成的銅鋶。其熔煉溫度在 1200℃—1300℃左右。其成鋶過程為：爐料中的高價硫化物在升溫過程中首先 發生下列熱離解反應：
約550℃時：4CuFeS2(s)=2Cu2S(s)+FeS(s)+S2(g)
約800℃時：2CuFeS2(s)=Cu2S(s)+2FeS(s)+S(g)
約680℃時：FeS2(s)=FeS(s)+S(g)
紅亮溫度時：2CuS(s)=Cu2S(s)+S(g)
反應產生的元素硫遇氧即氧化為SO2(g)隨爐氣逸出，所剩Cu2S和FeS等低 價硫化物通過造鋶熔鍊形成銅鋶。爐料中的脈石及其它雜質在成鋶過程中形 成液態爐渣。爐料中銅的氧化物在造鋶熔煉溫度下與FeS發生反應：
Cu2O+FeS=Cu2S+FeO
所產生的Cu2S進入銅鋶中，從而使爐料中的銅絕大部分富集於鋶中。其主要 成分為Cu、Fe和S，工業銅鋶中三者之和達90—99%;其次要成分是以Fe3O4形態存在的氧、其它金屬(Pb、Zn、Ni等)硫化物以及貴金屬(Au和Ag)等;一 般含銅在20—40%，含硫在22—30%，含氧2—4%。其密度隨組成而變化，含 銅愈高，其密度愈大，工業銅鋶的密度波動在(4800~5300)kg/m之間；其平均熔點為1000℃，含30~40%Cu的銅鋶的熔點900℃~1050℃;在冶煉溫 度下的粘度為0.01 Pa·s;具有良好的導電性，在熔煉溫度下的電導率為300 Ω·cm~1000Ω·cm，系半導體型的非離子型導體，其中Fe、Cu的原子與S原子系共價鍵結合;其顏色和斷口形狀依含銅量和冷卻速度而異，含 20%Cu時為暗淡玫瑰色，含銅量增加顏色變紅並在內部呈現晶體結構，含 50~60%Cu時呈藍色，含70~78%時呈鋼灰色。呈鋼灰色的銅鋶一般稱白銅鋶(白冰銅)或純銅鋶(純冰銅)。
粗鋶
煉鎳粗鋶又稱“低鎳鋶”、“低冰鎳”或“鎳鋶”。是煉鎳過程中的中間 產品。主要由鎳、銅、鐵的硫化物共熔體構成。主要成分為Ni3S2、Cu2S和FeS。 我國某廠產出低鎳鋶的成分為：13—17%Ni，7—6%Cu、0.6—0.66%Co、47— 49%Fe、24—25%S。固體低鎳鋶的密度約為4.0 g/cm—5.0 g/cm，熔點在 1000℃—1050℃之間波動，比電阻50 Ω· cm。經預先焙燒的鎳礦石或精礦 在熔煉爐中熔化和反應，矽酸與氧化物反應構成爐渣。而鎳、銅、鐵的硫化物互 熔體聚集成粗鋶，即低鎳鋶。煉銅過程中產出的Cu2S和FeS組成的粗鋶稱為 銅鋶或冰銅。
精鋶
煉鎳精鋶稱為“高鎳鋶”或“高冰鎳”，含銅的高鎳鋶也被稱為“銅鎳 高鋶”。是低鎳鋶經轉爐吹煉得到的產物。主要由Ni3S2、Cu2S和Cu、Ni合金構 成。低鎳鋶在吹煉時，主要將FeS氧化成FeO和SO2，FeO與加入的熔劑SiO2造成矽酸鐵渣，產生的SO2進入煙氣。低鎳鋶中的Ni3S2和Cu2S也有部分被 氧化，生成NiO和Cu2O。二者又與Ni3S2和Cu2S按下列反應生成金屬Ni和 Cu
Cu2S+2Cu2O→6Cu+SO2
4Cu+Ni3S2→3Ni+2Cu2S
Ni3S2+4NiO→7Ni+2SO2
吹煉的結果，未被氧化的Ni3S2、Cu2S與生成的少量Ni、Cu合金構成精鋶，即 高鎳鋶。後者的成分多在下列範圍波動：Ni 40—48%，Cu 24—30%，Fe 2— 14%，S>20%。
鋶的吹煉
銅鋶吹煉
熔融銅鋶經氧化造渣脫除硫和鐵產出粗銅的火法煉銅過程。通常在轉爐內完成。吹煉所需熱量全靠熔鋶中硫、鐵的氧化和造渣反應所放出的熱量供給，為強自熱過程。吹煉是周期性的間歇作業，熔融銅鋶分批裝入轉爐內，要經歷由裝料、吹煉、排渣等操作組成的幾個循環，直至產出粗銅才算完成一個完整的吹煉過程。然後重新加入銅鋶開始下爐吹煉。一次吹煉作業分為造渣期和造銅期。造渣期主要是除去熔鋶中全部鐵以及與鐵化合的硫。氧化產生的FeO與加入的石英熔劑發生造渣反應而被除去。造銅區繼續向造渣期產出的Cu2S熔體鼓風，進一步氧化脫除殘存的硫生產金屬銅的過程。鼓入空氣中的氧首先與Cu2S熔體進行氣、液反應生成Cu2O。Cu2O在液相中與Cu2S進行互動反應而得到粗銅。
鎳鋶吹煉
將鎳鋶吹煉成高鎳鋶或粗鎳的過程，為從含鎳物料生產金屬鎳流程的組成部分。鎳鋶吹煉主要有低鎳鋶轉爐吹煉和鎳鋶旋轉轉爐氧氣頂吹吹煉兩種方法。
鎳鋶吹煉是把空氣鼓入加有石灰石等熔劑的熔融低鎳鋶中，使低鎳鋶中的硫化亞鐵氧化成氧化亞鐵與熔劑造渣除去，產出由二硫化三鎳和氧化亞銅組成的高鎳鋶。高鎳鋶一般含(鎳+銅)70%～75%、硫20%～25%。根據吹煉製度的不同，高鎳鋶含鐵量為0.5%～3%，如鐵含量更低時，低鎳鋶中的鈷在吹煉後期大部分轉入轉爐渣，此轉爐渣是回收鈷的原料。有的工廠寧肯在高鎳鋶中殘留較多的鐵，以便有更多的鈷保留在高鎳鋶中，再從淨化電解液所產鈷渣中回收鈷。
