冰銅
冰銅
冰銅又稱銅鋶。主要組成為Cu2S和FeS的熔體,是提煉粗銅的中間產物和原料。銅礦石大多為硫化銅(CuS和Cu2S)礦,氧化銅(CuO和Cu2O)礦較少,含銅量均很低(1.0%左右)。銅的冶鍊分火法與濕法兩種。火法是將銅礦破碎、浮選、燒結、造塊成銅精礦,含銅10%~35%,與熔劑一起送入反射爐或鼓風爐中,在高溫(1550~1600℃)下進行氧化、脫硫和去除雜質,獲得含銅35%~50%的冰銅。也可不經冰銅而直接煉成粗銅。濕法是在常溫、常壓或高壓下用溶劑(稀硫酸)使銅從礦石中浸出,從浸出液中去除雜質,銅便沉澱出來。火法適應性廣,而濕法只適於氧化銅礦和自然銅礦。
冰銅也叫銅鋶,主要由硫化亞銅和硫化亞鐵互相熔解而成的,它的含銅率在20%~70%之間,含硫率在15%~25%之間。冰銅較重,沉於下層,可以從冶金爐(熔煉爐)的排銅口流出來,熔煉渣則從上部渣層排渣口排出。
主要組成為CuS和FeS的熔體,是提煉粗銅的中間產物和原料。銅礦石大多為硫化銅(CuS和CuS)礦,氧化銅(CuO和CuO)礦較少,含銅量均很低(1.0%左右)。銅的冶鍊分火法與濕法兩種。火法是將銅礦破碎、浮選、燒結、造塊成銅精礦,含銅10%~35%,與熔劑一起送入反射爐或鼓風爐中,在高溫(1550~1600℃)下進行氧化、脫硫和去除雜質,獲得含銅35%~50%的冰銅。也可不經冰銅而直接煉成粗銅。濕法是在常溫、常壓或高壓下用溶劑(稀硫酸)使銅從礦石中浸出,從浸出液中去除雜質,銅便沉澱出來。火法適應性廣,而濕法只適於氧化銅礦和自然銅礦。
冰銅的加工方法是將粉狀或顆粒狀銅原料(銅精礦)與石英沙(石)混合后,加入熔煉爐進行熔煉,在1084-1300`C的高溫下,石英與銅礦中鐵、鉬、鎂、鈣、硅等結合,形成爐渣,其餘剩下的即為冰銅,以達到銅渣分離、銅含量提高之目的。
冰銅主要作為吹煉爐生產粗銅的原料使用。
硫化亞銅是一種硫化物,分子式為CuS,呈黑色或灰黑色,在自然界中形成輝銅礦。硫化亞銅只有很窄的化學計量變化範圍: Cu1.997S至Cu2.000S。
CuS有兩種形式,其中一種低溫單斜形的結構複雜,稱為低輝銅礦,在一個晶格中有96個銅原子,有著六邊形結構,超過140°C也穩定。在這種結構中,有24個晶體學上單獨的銅原子,而且這種結構近似一個被銅原子和硫原子緊緊擠滿的六邊形結構。這種結構起初被指定為斜方晶系,因為其有成對的晶體。
硫化亞銅的另一種形式是一種非整比化合物:Cu1.96S(範圍在 Cu1.934S至Cu1.965S之間),為248個銅原子和128硫原子在一個晶格中組成單斜結構,如藍輝銅礦Cu31S16。Cu2S和Cu1.96S在外觀上十分相似,以致很難分清彼此。
硬而脆,導電,有毒。對熱穩定。不溶於水、丙酮、硫化銨、稀硫酸和稀鹽酸。稍溶於氨水溶於氰化鉀溶液,在硝酸和熱濃硫酸中分解。跟硝酸反應生成硝酸銅、硫和一氧化氮。在隔絕空氣下加熱生成銅和硫化銅,在空氣存在下生成氧化銅、硫酸銅和二氧化硫。在自然界以輝銅礦(也稱輝鐵礦)形式存在。
硫化亞銅常用作制防污塗料、固體潤滑劑、催化劑、太陽電池等。硫化亞銅中銅呈+1價,硫呈-2價。
硫化亞鐵的化學式為FeS(含硫量:36%),硫化亞鐵為黑褐色六方晶體難溶於水。可由硫和鐵在高真空石英封管內共熔而得,反應方程式為Fe+S→ FeS(條件為加熱)。這樣製得的硫化亞鐵作為化學試劑成本較高,而化學純試劑硫化亞鐵含雜質較多。
化學試劑的貯存縱然密封也要和空氣接觸,在空氣中有微量水分存在下,硫化亞鐵逐漸氧化成四氧化三鐵和硫,化學方程式如下:3FeS+2O=3S+FeO。用硫化亞鐵與稀鹽酸或稀硫酸反應制硫化氫氣體時,由於是在啟普發生器或其簡易裝置中製備,硫化亞鐵固體表面的氧化層中的硫不與稀鹽酸、稀硫酸反應,阻礙了硫化亞鐵與酸液中的氫離子接觸(即硫化亞鐵雖然難溶,但畢竟能溶解一點點,溶解的部分完全電離出亞鐵離子與硫的陰離子。)此時溶液中幾乎無硫陰離子,與氫離子結合生成弱電解質硫化氫就很少。另一方面在常溫下四氧化三鐵與稀鹽酸、稀硫酸反應比較慢,溶解四氧化三鐵還會消耗較多的氫離子,使氫離子濃度下降,發生反應的化學方程式Fe(FeO)+8H+=Fe++2Fe++4HO。
反應速率慢而又不能加熱因此不能製取硫化氫氣體,必須對硫化亞鐵固體進行預處理以除去表面的氧化層。
對硫化亞鐵表面的氧化層溶解可用1∶1的鹽酸加熱以溶解表面的四氧化三鐵成可溶的鐵鹽、亞鐵鹽后,附著在硫化亞鐵表面的硫附著力減弱,隨著溶液沸騰時因固體的跳動,硫會脫離硫化亞鐵表面。然後將硫化亞鐵固體取出、沖洗,就可得到較純的呈凸凹狀的硫化亞鐵固體。
對已除去氧化層的硫化亞鐵放置時間不能太長,以實驗前一天處理氧化層後備用。貯存方法:不能放在試劑瓶中,因為它極易氧化;而可以用聚乙烯塑料薄膜包裹緊,為防薄膜破損可再加一層薄膜包裹,以防其與空氣接觸而氧化。
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S為-2價Fe為+2價
注意:硫化亞鐵的著火點很低,通常在約在50℃以上可以自燃。在石油煉製塔設備內表面及內填料都會產生硫化亞鐵,在停工維修過程中,設備及填料與氧接觸,加上光照使其溫度上升,很容易造成自燃。這樣的生產事故以前常有發生,所以通常一般定期地往停工狀態的塔設備註水,就是這個原因。
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