Phase transformation and multiphase reaction properties of complex copper ore system under melting conditions

ABSTRACT

Copper pyrometallurgical production relies heavily on copper sulphide concentrate as a raw material. The thermal behaviour of key components in complex copper sulphide during heating was investigated in this work. The findings reveal that under a nitrogen atmosphere, the thermal behaviour of natural chalcocite is split into three stages: crystal transformation, loss of water of crystallization, and disintegration of a minor number of components represented by carbonate minerals. In addition to the foregoing thermal behaviour of copper concentrate, S₂ is disproportionated at high sulphur partial pressure to form Cu₂O in the reaction system where Cu₂S, CaO, and S₂ coexist. As both are programmed in an oxygen atmosphere, their thermal behaviour is nearly identical. Cu and S combine with O to generate sulphate at temperatures between 400 and 700°C. This sulphate decomposes as an intermediate product as the temperature rises. The paths of primary constituents in the reaction system in the later stages of heating are as follows: S→SO₂; Cu₂S→CuSO₄→CuO·CuSO₄→Cu₂O→Cu→Cu₂O; FeS→Fe₃O₄→CuFeO₂.

La production pyrométallurgique du cuivre dépend fortement du concentré de sulfure de cuivre comme matière première. Dans ce travail, on a étudié le comportement thermique des composantes clés du sulfure de cuivre complexe pendant le chauffage. Les résultats ont indiqué que sous une atmosphère d’azote, le comportement thermique de la chalcocite naturelle se divise en trois étapes: transformation cristalline, perte de l’eau de cristallisation et désintégration d’un nombre mineur de composantes représentées par les minéraux carbonatés. En plus du comportement thermique précédent du concentré de cuivre, S₂ est disproportionné à une pression partielle élevée du soufre pour former Cu₂O dans le système de réaction où Cu₂S, CaO et S₂ coexistent. Comme les deux sont programmés dans une atmosphère d’oxygène, leur comportement thermique est presque identique. Cu et S se combinent avec O pour générer du sulfate à des températures comprises entre 400°C et 700°C. Ce sulfate se décompose en un produit intermédiaire à mesure que la température monte. Les voies des constituants primaires dans le système de réaction dans les étapes ultérieures du chauffage sont les suivantes: S→SO₂; Cu₂S→CuSO₄→CuO·CuSO₄→Cu₂O→Cu→Cu₂O; FeS→Fe₃O₄→CuFeO₂.

KEYWORDS:

• Sulphide minerals
• phase transformation
• copper smelting
• high-temperature reaction

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Additional information

Funding

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51974142).