●前言
第1章 熱力學定律及有關熱力學性質 1
1.1 理想氣體定理 1
1.2 熱力學的第一定律 1
1.2.1 能量 2
1.2.2 熱焓(熱含量) 2
1.2.3 熱容 2
1.2.4 標準狀態下熱焓 3
1.2.5 反應熱焓 3
1.2.6 氣體摩爾熱容和熱焓 3
1.2.7素和簡單化合物的熱容 4
1.2.8 聚合性化合物的熱容 4
1.2.9 熔點熱焓和熔化熱 5
1.2.10 玻璃體和晶體渣熱容(Cp)及熱焓(△H) 6
1.3 熱力學第二定律 7
1.4 熱力學第三定律 7
1.5 吉布斯(Gibbs)自由能 8
1.5.1 化合物生成標準自由能 8
1.5.2 反應過程體積變化對自由能的影響 8
1.6 熱力學活度 9
1.6.1 熱力學活度及活度繫數 9
1.6.2 吉布斯-杜安(Gibbs-Duhem)方程 10
1.7 反應平衡常數 10
1.8 熱力學平衡體繫的氧勢和硫勢 11
1.9 溶液 11
1.9.1 溶液混合自由能、混合焓和混合熵 12
1.9.2 理想溶液和拉烏爾定律 12
1.9.3 非理想溶液 13
1.9.4 稀溶液和亨利定律 13
1.9.5 規則溶液 14
1.9.6 聚合性熔體組分的活度 14
1.10 相律 15
1.11 平衡相圖 15
1.11.繫 15
1.11.繫 16
1.12 表面張力 19
1.12.1 接觸角 19
1.12.2 凝聚功、黏附功和分散繫數 19
參考文獻 20
第2章 銅火法冶金物理化學和工業應用渣型 21
2.1 概述 21
2.2 銅火法冶金物理化學 22
2.2.1 高溫熔體不相溶性 22
2.2.2 銅冶煉工藝中的相分離 25
2.2.3 銅火法冶煉工藝中的化學反應、氧勢及硫勢 30
2.3 銅火法冶煉工業應用渣型 35
2.3.1 銅精礦熔煉渣 38
2.3.2 冰銅吹煉及一步直接煉銅渣 39
2.3.3 鐵繫渣 40
2.3.4 粗銅火法精煉渣 40
參考文獻 41
第3章 爐渣結構 43
3.1 爐渣結構理論 43
3.2 氧化物結構、熔化及離解 44
3.2.1 氧化物結構 44
3.2.2 氧化物熔化及離解 44
3.3 硅酸鹽爐渣結構及分析 45
3.3.1 硅酸鹽爐渣結構 45
3.3.2 參數NBO/T和Q 47
3.3.3 光學堿性 48
3.3.4 金屬氧化物對硅酸鹽熔體結構的影響 48
3.3.5 熔渣成分對渣結構的影響 50
3.4 爐渣酸堿度 52
3.5 熔渣結構與其性質的關繫 54
3.5.1 黏度(η) 55
3.5.2 熱導率(λ)和電導率(κ) 56
3.5.3 熱膨脹繫數(α)和密度(ρ) 57
3.5.4 表面張力(γ) 58
3.5.5 金屬在渣-銅之間的分配繫數 58
3.6 石英及硅酸鹽礦物的溶解 61
3.6.1 陽離子對石英溶解的影響 61
3.6.2 氧化物對硅酸鹽礦物溶解的影響 62
參考文獻 64
第4章 爐渣性質 67
4.1 密度 67
4.1.1 氧化物密度 68
4.1.2 FeO-SiO2繫和CuxO-SiO2繫密度 68
4.1.3 CaO-FeO-Fe2O3繫密度 69
4.1.4 FeO-CaO-SiO2繫密度 70
4.1.5 冰銅熔體和液態銅密度 73
4.2 黏度 74
4.2.1 黏度的測量及校正 74
4.2.2 純氧化物的黏度 75
4.2.3 FeO-Fe2O3-SiO2繫黏度 76
4.2.4 CaO-FeOn-SiO2(Cu2O, MgO)繫黏度 78
4.2.5 工業爐渣黏度 81
4.2.6 黏度經驗公式 82
4.2.7 黏度與擴散和電導的關繫 84
4.3 電導率 86
4.3.1 純氧化物電導率 86
4.3.2 硅酸鹽繫電導率 86
4.4 熱傳導繫數(熱導率) 88
4.5 表面和界面張力 88
4.5.1 硅酸鹽渣表面和界面張力 88
4.5.2 鈣鐵氧體渣表面和界面張力 94
4.5.3 熔融銅表面張力 97
4.6 熔渣中Cu、Fe和O擴散繫數 98
4.7 泡沫渣形成 99
4.8 渣性質計算模型 101
參考文獻 103
第5章 銅冶煉爐渣相活度 108
5.1 鐵硅渣相圖活度 108
5.1.1 FeO-Fe2O3-SiO2繫 108
5.1.2 Cu2O-Fe2O3(FeO)-SiO2繫 114
5.1.3 FeO-SiO2-Al2O3繫和FeO-SiO2-MgO繫 117
5.1.4 FeO-Fe3O4-SiO2-Ca2B8O11 119
5.2 鈣鐵渣相圖活度 122
5.2.1 CaO-FeO-Fe2O3繫 122
5.2.2 Cu2O-CaO-FeOn繫 124
5.3 鐵鈣硅(FeO-CaO-SiO繫渣 127
5.4 火法精煉渣 143
5.4.1 Cu2O-Na2O繫、Cu2O-CaO繫和Cu2O-SiO2繫 143
5.4.2 Cu2O-CaO-Na2O繫和Cu2O-SiO2-Na2X(X=CO3，O)繫 148
參考文獻 150
第6章 銅-渣平衡 154
6.1 渣中Cu2O活度 154
6.2 渣中銅溶解度與Cu2O活度的關繫 159
6.3 氧勢和渣組成對渣中銅溶解的影響 163
6.4 渣中硫含量對渣中銅溶解的影響 169
參考文獻 170
第7章 冰銅-渣平衡 173
7.1 冰銅品位與氧勢的關繫 173
7.2 冰銅的硫及氧含量 175
7.3 渣中銅的溶解度 178
7.4 渣組成對渣中銅溶解的影響 182
7.5 冰銅-渣平衡狀態下渣組分變化 186
參考文獻 189
第8章 銅-冰銅-渣平衡 192
8.1 白冰銅和泡銅的Fe、S及O含量 192
8.2 渣中銅、硫和磁性鐵的溶解度及冰銅中鐵的溶解度 194
8.3 氧勢對渣中銅溶解的影響 196
8.4 渣型對渣中銅溶解的影響 198
8.5 三菱工藝吹煉爐渣 200
8.6 渣中鐵和硅的行為 202
參考文獻 203
第9章 硫在渣中溶解 204
9.1 氧硫鐵熔體 204
9.2 硫-渣平衡反應 205
9.3 冰銅品位對渣中硫溶解的影響 208
9.4 渣組成對渣中硫溶解的影響 212
9.5 渣中Cu2S和FeS的溶解 215
參考文獻 217
第10章 渣中磁性鐵行為 220
10.1 銅冶煉爐渣中磁性鐵(Fe3O4)的活度 220
10.2 磁性鐵在冰銅和渣中溶解度 223
10.2.1 磁性鐵在冰銅中溶解 223
10.2.2 磁性鐵在硅酸鹽渣中溶解 224
10.2.3 渣中CaO、Al2O3和MgO含量對磁性鐵溶解度的影響 226
10.3 轉爐吹煉工藝中磁性鐵的行為 227
10.4 銅熔煉工業爐渣中磁性鐵 230
10.5 高溫下陽離子價態變化反應 232
10.5.1 高溫下鐵離子價態變化 232
10.5.2 銅冶煉渣的鐵離子價態變化 235
參考文獻 238
第11章 銅冶煉工藝素分布 240
11.1 概述 240
11.2素的揮發性 243
11.3素在銅-渣-氣相的分配 245
11.4素在銅冶煉工藝凝聚相的分配繫數 247
11.5素在銅冶煉渣中分配的工業(或工業試驗)數據 251
參考文獻 253
第12章 素渣中溶解及分配 257
12.1 銅-渣平衡狀態下素溶解及分配 257
12.1.1 氧勢對素溶解及分配的影響 258
12.1.2 渣組成對素溶解及分配的影響 267
12.2 冰銅-渣平衡狀態下素溶解及分配 269
12.2.1 鐵硅酸鹽渣素的溶解及分配 269
12.2.2 渣組成對素溶解及分配的影響 273
參考文獻 280
第13章素渣中溶解及分配 283
13.1 銅-渣平衡狀態素溶解及分配 283
13.1.1素的分配繫數及其氧化物的活度繫數 283
13.1.2 Pb在渣中溶解及分配 287
13.1.3 Sb、Bi在渣中溶解及分配 291
13.1.4 As在渣中溶解及分配 293
13.1.5 Sn在渣中溶解及分配 296
13.1.6 Ni、Co和Cr在渣中溶解及分配 298
13.2 冰銅-渣平衡狀態素溶解及分配 302
13.2.1 As在渣中溶解及分配 302
13.2.2 Sb在渣中溶解及分配 306
13.2.3 Pb、Bi在渣中溶解及分配 310
13.2.4 Cd、Zn在渣中溶解及分配 313
13.2.5 Sn在渣中溶解及分配 314
13.2.6 Ni、Co在渣中溶解及分配 316
13.2.7 Mo在渣中溶解及分配 319
參考文獻 320
第14章 稀散及稀有(稀土素渣中溶解及分配 325
14.1 銅-渣平衡稀散及稀有(稀土素在渣中溶解及分配 325
14.1.1 Se、Te在渣中溶解及分配 325
14.1.2 Ga、In、Ge、Ta在渣中溶解和分配 328
14.2 冰銅-渣共存稀有(稀土素渣中溶解及分配 333
14.2.1 Se、Te在渣中溶解及分配 333
14.2.2 Ga、In在渣中溶解和分配 334
14.2.3 稀有素在渣中溶解及分配 335
參考文獻 338
第15章 銅火法冶金的速率現像 340
15.1 化學反應動力學 340
15.2 多相反應界面現像 343
15.3 熔體中質量傳輸 346
15.4 銅冶煉過程中氣-固反應 348
15.5 銅冶煉過程中液-固反應 356
15.6 銅冶煉過程中氣-液和液-液反應 358
15.7 金屬液滴和氣泡的成核與生長及升降 360
參考文獻 362
第16章 銅在冶煉渣中損失 365
16.1 渣中銅的存在形式 365
16.2 銅精礦熔煉鐵硅酸鹽渣中銅溶解及損失 367
16.3 高品位冰銅連續吹煉鈣鐵氧體渣中銅溶解及損失 373
16.4 銅在熔渣中物理(機械)夾帶 376
16.4.1 渣中冰銅沉降 377
16.4.2 渣中冰銅懸浮 378
16.4.3 渣中冰銅聚合 380
16.4.4 爐渣性質等因素對渣中冰銅沉降的影響 380
參考文獻 384
第17章 一步直接煉銅的渣型 387
17.1 一步直接煉銅工藝簡述 387
17.1.1 閃速爐一步直接煉銅工藝開發歷史 388
17.1.2 一步直接煉銅工藝及投資成本簡單分析 389
17.1.3 一步直接煉銅工業應用渣型 393
17.2 一步直接煉銅渣含銅與泡銅含硫的關繫 394
17.3 一步直接煉銅的鐵鈣硅渣 397
參考文獻 403
第18章 銅火法精煉渣及熔劑 405
18.1 概述 405
18.2 銅火法精煉化學及熔劑 405
18.3 砷和銻在火法精煉渣中分配 407
18.4 銅在火法精煉渣中溶解 413
18.5 火法精煉除砷、銻、鉛 416
18.5.1 火法精煉除As、Sb 416
18.5.2 火法精煉除Pb 422
參考文獻 422
第19章 銅冶煉渣貧化 425
19.1 概述 425
19.2 銅冶煉渣的火法貧化 425
19.2.1 銅冶煉渣還原過程中銅及鐵的行為 425
19.2.2 火法貧化工藝中渣-冰銅平衡 429
19.3 銅冶煉渣還原反應機理及動力學 432
19.3.1 銅冶煉渣還原反應機理 432
19.3.2 FeOx的還原速率 434
19.3.3 Cu2O的還原速率 436
19.3.4 FeOx和Cu2O的同時還原速率 437
19.4 銅冶煉渣冷卻結晶及凝固過程中相變化 441
19.4.1 銅冶煉渣冷卻結晶 441
19.4.2 銅冶煉渣凝固過程中相變化 444
19.4.3 銅冶煉渣中鐵的回收 447
19.5 銅貧化爐內固體沉積 449
19.6 稀貴金屬在銅(銅合金)與貧化渣之間分配 451
參考文獻 453
第20章 二次銅資源冶煉渣型 456
20.1 二次銅資源主要類型及組成 456
20.2 二次銅資源處理工藝 458
20.2.1 銅冶煉廠二次資源的處理 458
20.2.2 黑銅冶煉工藝 459
20.3 二次銅資源冶煉渣組成 462
20.4 二次銅資源冶煉工藝中素)分配 467
20.4.1 銅、鐵和鎳的分配 468
20.4.2 錫、銦和銻的分配 471
20.4.3 锗和鈀的分配 472
參考文獻 474
第21章 爐渣對耐火材料的影響 478
21.1 耐火材料中熔體滲透及其反應 478
21.2 熔渣對耐火材料的腐蝕和侵蝕 480
21.3 防止熔渣對耐火材料的侵蝕 482
21.4 鎂鉻型耐火材料組分在鈣鐵渣中溶解 484
參考文獻 488
