冰铜又称铜锍。主要组成为Cu2S和FeS的熔体,是提炼粗铜的中间产物和原料。铜矿石大多为硫化铜(CuS和Cu2S)矿,氧化铜(CuO和Cu2O)矿较少,含铜量均很低(1.0%左右)。铜的冶炼分火法与湿法两种。火法是将铜矿破碎、浮选、烧结、造块成铜精矿,含铜10%~35%,与熔剂一起送入反射炉或鼓风炉中,在高温(1550~1600℃)下进行氧化、脱硫和去除杂质,获得含铜35%~50%的冰铜。也可不经冰铜而直接炼成粗铜。湿法是在常温、常压或高压下用溶剂(稀硫酸)使铜从矿石中浸出,从浸出液中去除杂质,铜便沉淀出来。火法适应性广,而湿法只适于氧化铜矿和自然铜矿。
基本介绍
冰铜也叫铜锍,主要由
硫化亚铜和
硫化亚铁互相
熔解而成的,它的含铜率在20%~70%之间,含硫率在15%~25%之间。冰铜较重,沉于下层,可以从冶金炉(
熔炼炉)的排铜口流出来,熔炼渣则从上部渣层排渣口排出。
主要成分
主要组成为Cu2S和FeS的熔体,是提炼粗铜的中间产物和原料。铜矿石大多为硫化铜(CuS和Cu2S)矿,氧化铜(CuO和Cu2O)矿较少,含铜量均很低(1.0%左右)。铜的冶炼分火法与湿法两种。火法是将铜矿破碎、浮选、烧结、造块成铜精矿,含铜10%~35%,与熔剂一起送入反射炉或鼓风炉中,在高温(1550~1600℃)下进行氧化、脱硫和去除杂质,获得含铜35%~50%的冰铜。也可不经冰铜而直接炼成粗铜。湿法是在常温、常压或高压下用溶剂(稀硫酸)使铜从矿石中浸出,从浸出液中去除杂质,铜便沉淀出来。火法适应性广,而湿法只适于氧化铜矿和自然铜矿。
加工方法
冰铜的加工方法是将粉状或颗粒状铜原料(铜精矿)与
石英沙(石)混合后,加入
熔炼炉进行熔炼,在1084-1300`C的高温下,石英与铜矿中铁、钼、镁、钙、硅等结合,形成炉渣,其余剩下的即为冰铜,以达到
铜渣分离、铜含量提高之目的。
用途
硫化亚铜
硫化亚铜是一种硫化物,分子式为
Cu2S,呈黑色或灰黑色,在自然界中形成
辉铜矿。硫化亚铜只有很窄的化学计量变化范围: Cu1.997S至Cu2.000S。
Cu2S有两种形式,其中一种低温单斜形的结构复杂,称为低
辉铜矿,在一个
晶格中有96个铜原子,有着六边形结构,超过140°C也稳定。在这种结构中,有24个
晶体学上单独的铜原子,而且这种结构近似一个被铜原子和硫原子紧紧挤满的六边形结构。这种结构起初被指定为
斜方晶系,因为其有成对的晶体。
硫化亚铜的另一种形式是一种
非整比化合物:Cu1.96S(范围在 Cu1.934S至Cu1.965S之间),为248个铜原子和128硫原子在一个晶格中组成单斜结构,如
蓝辉铜矿Cu31S16。Cu2S和Cu1.96S在外观上十分相似,以致很难分清彼此。
硬而脆,导电,有毒。对热稳定。不溶于
水、
丙酮、
硫化铵、稀硫酸和稀盐酸。稍溶于
氨水溶于
氰化钾溶液,在
硝酸和热
浓硫酸中分解。跟硝酸反应生成
硝酸铜、硫和
一氧化氮。在隔绝空气下加热生成铜和
硫化铜,在空气存在下生成
氧化铜、
硫酸铜和
二氧化硫。在自然界以
辉铜矿(也称辉铁矿)形式存在。
硫化亚铜常用作制
防污涂料、
固体润滑剂、催化剂、太阳电池等。硫化亚铜中铜呈+1价,硫呈-2价。
硫化亚铁
硫化亚铁的化学式为FeS(含硫量:36%),硫化亚铁为黑褐色六方晶体难溶于水。可由硫和铁在高真空
石英封管内共熔而得,反应方程式为Fe+S→ FeS(条件为加热)。这样制得的硫化亚铁作为
化学试剂成本较高,而
化学纯试剂硫化亚铁含杂质较多。
化学试剂的贮存纵然密封也要和空气接触,在空气中有微量水分存在下,硫化亚铁逐渐氧化成
四氧化三铁和硫,化学方程式如下:3FeS+2O2=3S+Fe3O4。用硫化亚铁与稀盐酸或稀硫酸反应制
硫化氢气体时,由于是在
启普发生器或其简易装置中制备,硫化亚铁固体表面的
氧化层中的硫不与稀盐酸、
稀硫酸反应,阻碍了硫化亚铁与酸液中的
氢离子接触(即硫化亚铁虽然难溶,但毕竟能溶解一点点,溶解的部分完全
电离出
亚铁离子与硫的阴离子。)此时溶液中几乎无硫阴离子,与氢离子结合生成
弱电解质硫化氢就很少。另一方面在
常温下四氧化三铁与
稀盐酸、稀硫酸反应比较慢,溶解四氧化三铁还会消耗较多的氢离子,使氢离子浓度下降,发生反应的
化学方程式Fe(FeO2)2+8H+=Fe2++2Fe3++4H2O。
反应速率慢而又不能加热因此不能制取硫化氢气体,必须对硫化亚铁固体进行预处理以除去表面的氧化层。
对硫化亚铁表面的氧化层溶解可用1∶1的盐酸加热以溶解表面的
四氧化三铁成可溶的铁盐、亚铁盐后,附着在硫化亚铁表面的硫附着力减弱,随着溶液沸腾时因固体的跳动,硫会脱离硫化亚铁表面。然后将硫化亚铁固体取出、冲洗,就可得到较纯的呈凸凹状的硫化亚铁固体。
对已除去氧化层的硫化亚铁放置时间不能太长,以实验前一天处理氧化层后备用。贮存方法:不能放在试剂瓶中,因为它极易氧化;而可以用
聚乙烯塑料薄膜包裹紧,为防薄膜破损可再加一层薄膜包裹,以防其与空气接触而氧化。
在制备
硫化氢气体时,为了符合演示实验要求,可用温热的稀硫酸与硫化亚铁固体在
启普发生器的简易装置中进行反应(用盐酸制备硫化氢时会使硫化氢中混有氯化氢气体),这样收集的硫化氢气体用来做其性质实验,如水溶液的酸性、与硫酸铜溶液的反应、点燃硫化氢等实验时现象才明显。
S为-2价Fe为+2价
注意:硫化亚铁的着火点很低,通常在约在50℃以上可以自燃。在石油炼制塔设备内表面及内填料都会产生硫化亚铁,在停工维修过程中,设备及填料与氧接触,加上光照使其温度上升,很容易造成自燃。这样的生产事故以前常有发生,所以通常一般定期地往停工状态的塔设备注水,就是这个原因。
铁和硫在加热的条件下即可生成硫化亚铁,即: