铜冶金介绍讲述

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1、v铜冶金 v一、铜冶炼方法 v1、铜冶炼分类 v 用铜矿石或铜精矿生产铜的方法较多，概括起 来有火法和湿法两大类。 v 火法冶金是生产铜的主要方法，目前世界上 80的铜是用火法冶金生产的。特别是硫化铜矿， 基本上全是用火法处理。火法处理硫化铜矿的主要 优点是适应性强，冶炼速度快，能充分利用硫化矿 中的硫，能耗低，特别适于处理硫化铜和富氧化矿 。同时，世界上20左右的铜是用湿法提取的。该 法是在常温常压或高压下，用溶剂浸出矿石或焙烧 矿中的铜，经过净液，使铜和杂质分离，而后用萃 取一电积法，将溶液中的铜提取出来。对氧化矿和 自然铜矿大多数工厂用溶剂直接浸出；对硫化矿 ，一般先经焙烧，而后浸出。

2、v2.近20年来铜工业的发展 v 自20世纪60年代以来，世界铜冶金技术有了长足 的进展，主要表现是：（1）传统的冶炼工艺正迅速 被新的强化冶炼工艺所取代，到目前为止世界上约有 110座大型炼铜厂，其中采用传统工艺的工厂仅剩下 13，其余23的工厂已采用新的强化工艺进行铜 的生产。现在，奥托昆普闪速熔炼和各种熔池熔炼工 艺（奥斯迈特艾萨法、诺兰达法、特尼恩特法、瓦 纽柯夫法等）已成为主流炼铜工艺；（2）氧气的利 用更为广泛，富氧浓度已大大提高；（3）各炼铜厂 的装备水平和自动化程度都有较大的提高；（4）以 计算机为基础的DCS集散控制系统已为更多的炼铜 厂采用，使冶炼工艺的控制更为精确；（5）

3、冶金工 艺参数（如温度、加料量等）的测定手段更为先进， 测得的数据也更为可靠；（6）有价金属的综合回收 率进一步提高，综合能耗进一步降低，劳动生产率进 一步提高，冶金环境进一步改善；（7）湿法炼铜工 艺有了更大的发展，现在世界上已有20的铜用湿 法生产。 二、各种铜熔炼炉型简介二、各种铜熔炼炉型简介 v1、闪速炉 v1.1闪速熔炼的基本介绍 v将精矿和熔剂用工业氧或富氧空气或预热空气喷入 专门设计的闪速炉中，使硫化精矿悬浮在氧化气氛 中，通过精矿中部分硫和铁的氧化以实现闪速熔炼 ，其方式与粉煤的燃烧十分相似，用硫铁的闪速燃 烧获得熔炼温度，精矿在闪速燃烧过程中完成焙烧 与熔炼反应。 v获得工业

4、应用的闪速炉有加拿大国家镍公司的因科 （氧化）闪速炉和芬兰奥托昆普公司的奥托昆普闪 速炉。 v奥托昆普闪速炉，是一种直立的U型炉，包括垂直 的反应塔、水平的沉淀池和垂直的上升烟道，如上 图。干燥的铜精矿和石英熔剂与精矿喷嘴内的富氧 空气或预热空气混合并从上向下喷入炉内，使炉料 悬浮并充满于整个反应塔中，当达到操作温度时， 立即着火燃烧。 v精矿中的铁和硫与空气中的氧的放热反 应提供熔炼所需的全部热量（当热量不 足时喷油补充）。精矿中的有色金属硫化 物熔化生产铜锍，氧化亚铁和石英熔剂反应 生产炉渣。燃烧气体中的熔融颗粒在气体从 反应塔中以90度角拐入水平的沉淀池炉膛时 从烟气中分离出来落入沉淀池

5、内，进而完成 造锍和造渣反应，并澄清分层，铜锍和炉渣 分别由放锍口和放渣口排出，烟气通过上升 烟道排出。放出的铜锍由溜槽流入冰铜包子 并由吊车转入转炉吹炼，炉渣通过溜槽进入 贫化炉处理，或经磨浮法处理以回收渣中的 大部分铜。 v12物料要求及准备 v闪速熔炼要求在反应塔内以极短的时间(12s)基本 完成熔炼过程的主要反应，因此炉料必须事先干燥 使其水分小于0.3。干燥时不应使硫化物氧化和颗 粒粘结。 v 配料干燥系统是闪速熔炼的准备工序。可采用仓 式配料法和气流三段式干燥或蒸汽干燥。 v 干燥的工艺过程是配料仓按配料单指定的矿种， 加入经预干燥水分小于10的铜精矿和熔剂，仓内 各种不同的铜精矿

6、按指定的比例同步从各矿仓排出 并计量。熔剂比率根据计划的冰铜品位、目标硅铁 比、混合矿成分、石英熔剂比率反馈修正值等由计 算机计算出来并自动设定到熔剂仓调节计上，进 行白动控制。 v 从配料仓给出的混合炉料、通过输送皮带、 经过电磁铁除去铁质杂质和振动筛除去块状 v物料等杂物后。送到干燥系统进行三段气流 干燥或蒸汽干燥。 v三段气流干燥的工艺流程是炉料首先用回转 干燥窑进行干燥，其次通过鼠笼破碎机把由 于附着水分结成块状物的炉料进行破碎，同 时被干燥，再由气流输送到气流干燥管内， 将水分干燥到0.3以下。三段气流干燥的干 燥率大致为：回转干燥窑2030，鼠笼 破碎机5060，气流干燥管2030

7、 ，炉料水分由10降至0.3以下。 v 蒸汽干燥机是由一个多盘管机组构成的转子(或 固定)，及一个固定(转动)的壳体组成的，干燥机由 设置在一侧的一台大功率马达驱动，另一侧是蒸汽 进、出口的连接器蒸汽从转子的中心管进人穿 过辐射状的联箱，然后分配给盘管所有环路加热 盘管后，由盘管外壁与精矿接触，将热量传递给精 矿，使精矿干燥。蒸汽中的冷凝水在转子离心力的 作用下，流向每组盘管的最低点，当冷凝水到达最 低点时，汇集进人中心集水管冷凝水通过虹吸管 及疏水阀排出回收利用。干矿温度一般控制在120 度。炉料水分由10降至0.3以下。炉料经过加料 阀进入干燥机内进行蒸汽干燥，干燥后的炉料经过 出料阀储存

8、于中间仓内。干燥机内炉料蒸发的含尘 水蒸气经过顶部布袋收尘器由排气风机排至大气。 中间仓内的干炉料经两套交替运行的正压输送系统 ，将干炉料输送至干矿仓内，输送空气经布袋收尘 器由排风机排放大气。 v13闪速炉反应塔内的传输现象和主要氧化反应 v闪速熔炼过程的化学反应与传统工艺没有实质的区 别，只是通过熔炼设备与冶金工艺上的改进来强化 熔炼过程。闪速熔炼用富氧空气或热风，将干燥的 精矿、石英熔剂(一定的比例)通过反应塔顶部的精 矿喷嘴，以很大的速度(80120ms)喷入闪速炉 的反应塔空间，使炉料颗粒悬浮在高温氧化性气流 中迅速氧化和熔化。反应塔内平均气流速度为1.4 4.7m/s时，相应的气体

9、在塔内停留时间为1.44.7s 。悬浮在气流中的细粒精矿流经反应塔的速度与在 塔内的停留时间几乎与气流同步，由于反应塔内精 矿颗粒与气流之间的传热和传质条件优越，使硫化 矿物的氧化反应闪速进行，并放出大量的反应热。 熔炼铜精矿一般发生的主要氧化反应有： vCuFeS2+3/2O2=1/2(Cu2S.FeS)+1/2FeO+SO2 vFeS+3/2O2=FeO+SO2 v2FeO+SiO2=2FeO.SiO2 v这些反应放出大量的热以加热、熔化和过热炉料。 反比一般在离喷嘴1.5M以内迅速进行。 v由于硫化物粒子的氧化反应非常迅速，有一部分 FeS氧化为FeO后可进一步氧化为Fe2O3和Fe3O

10、4 ，不可避免地有一部分铜要被氧化为Cu2O。氧化 产物中Fe3O4、Fe2O3和Cu2O的数量。取决于冰 铜品位与原料SiO2的含量。生成的Fe2O3在有硫化 物存在时容易转化为磁性氧化铁： v10Fe2O3+FeS=7Fe3O4+SO2 v16Fe2O3+FeS2=11Fe3O4+2SO2 v在温度达13001500度的反应塔内，Fe3O4很快被 SiO2和FeS分解： v3Fe3O4FeS5SiO25（2FeO.SIO2）SO2 v在反应塔内由于氧化反应强烈，炉料在炉内停留的 时间很短，各组分之间的接触不良Fe3O4不能完全 被还原，而溶解于炉渣和铜锍中，一同进入沉淀池 。 v少量的硫化

11、亚铜下列反应氧化： v 2Cu2S十3O22Cu2O十2SO2 v当有足量的FeS存在时，Cu2O会与FeS反应生成 Cu2S进入铜锍。由上述反应可看出，炉料中的FeS 的存在能阻止铜进入炉渣，但正如向前述的Fe3O4 一样，由于反应塔内氧化反应强烈，因此，仍有少 量的Cu2O熔于炉渣。由反应塔降落到沉淀池表面 的产物是铜锍与炉渣的混合物，在沉淀池内进行澄 清和分离，在分离过程中铜锍中的硫化物与炉渣中 的金属氧化物还进行如下反应，从而完成造铜锍和 造渣过程。 v Cu2OFeSCu2SFeO v 2FeOSiO22FeO.SiO2 v 3Fe3O4FeS5SiO25（2FeO.SiO2） SO

12、2 v闪速炉炉渣中含铜高的原因是由于： v（1）反应塔内氧势较高，熔炼脱硫率高，产出的 铜锍品位高，铜锍品位越高，渣含铜也越高。 v（2）闪速熔炼，原料多为高硫高铁精矿，而配加 的石英熔剂少，渣中铁硅比高，这种炉渣密度较大 且对硫化物有较大的溶解能力。 v（3）闪速炉烟尘率高，熔池表面难免有烟尘夹带 ，这无疑也会增加渣中含铜量。 v14闪速炉炉体各部位的结构 v（1）反应塔顶 v反应塔顶有拱顶和平吊挂顶两种结构，拱顶又有球 拱顶(如汉堡冶炼厂、韦尔瓦冶炼厂等)和平斜结合 顶(金隆公司、贵冶等)。拱顶密封性好，漏风小， 但砖体维修困难，一般寿命为35年；吊挂顶密封 性较差，但可以在炉子热态下更换

13、部分砖体；随着 富氧浓度、干矿装入量和反应塔热负荷的提高越 来越多的冶炼厂采用吊挂顶改造供顶。 v（2）反应塔壁 v反应塔壁经受带之高温烟气和高温熔体的冲刷，几 乎没有任何的耐火材料能够承受反应塔内的苛刻条 件。为提高炉寿命，各冶炼厂不断地改进反应塔的 结构，使用优质耐火材料，并采用水冷却系统，冷 却强度不断提高，形成了各自不同的反应塔结构特 征。 v反应塔冷却装置有喷淋冷却和立体冷却两种 ，喷淋冷却结构简单，它通过外壁淋水冷却 和内侧挂磁铁渣，使炉衬得到保护而不被继 续腐蚀。这种结构便于反应塔检修，炉寿命 可达8年左右，但是，干矿装入量和富氧浓度 提高后，喷淋冷却方式冷却强度不够。通过 反应

14、塔壁的热损失大，操作费用高。立体冷 却系统由铜水套和水冷铜管组成。反应塔壁 被铜水套分成若干段，水套之间砌砖，在砖 外侧安装有水冷铜管，形成对耐火材料的三 面冷却。 这种结构冷却强度大，能适应富氧 浓度、熔炼能力和热负荷提高后对反应塔冷 却的要求，而且热损失小、操作费用低(反应 塔燃油量降低)，炉寿命长(可达10年左右)。 v（3）沉淀池 v冰铜和炉渣在沉淀池中储存并澄清分离；夹带烟尘的 高温烟气(达1400度左右)经沉淀池进入上升烟道，因 此沉淀池的结构必须能够防止熔体渗漏，同时有利于 保护炉衬。 v沉淀池顶般为平吊挂顶或拱吊挂顶。沉淀池顶的冷 却有H梁冷却和垂直水套冷却。H梁安设在砌体中。

15、 耐火砖被圈定而不致发生变形，并能防止砖的脱落。 为防止漏水，H梁中的铜管必须是整根的，不得用数 根短管焊接起来。 v沉淀池位于反应塔正下方部位的侧墙，可以看作是反 应塔的延长，这一部位热负荷较高，而且沿着砖的表 面往下流的高温熔体量很大。因此，这一部位很容易 被侵蚀。目前，一般在砖体内插人水平铜水套冷却， 有的冶炼厂水套与铜管并用，构成立体冷却。 v沉淀池渣线区域易被熔体侵蚀，受熔体 冲刷较大，这一区域沿沉淀池一周设垂直 铜水套或倾斜水套冷却。 v（4）上升烟道 v上升烟道是闪速炉中夹带渣粒、烟尘高温烟 气的排除通道。对上升烟道结构上的要求是 ：防止熔体粘附而堵塞烟气通道；尽量减少 沉淀地的

16、辐射热损失。 v上升烟道有垂直圆形、椭圆形和断面为长方 形的倾斜形，上升烟道以一般不设冷却。 v15闪速熔炼的主要技术经济指标 v（1）干矿水分 v在生产中常把干矿的水分控制在0.3%以下。 v（2）冰铜品位 v一般冶炼厂闪速炉冰铜品位控制在5065之间， v某一特定熔炼作业条件下的冰铜品位，可根据以下要 求来确定： v最大限度的利用Fe和S在炉内氧化所放出的热量。 v冶炼厂要最大限度地回收SO2 v下道工序转炉作业要求冰铜品位保留足够的燃料Fe 、S v避免生产过多的Cu2O和高熔点Fe3O4炉渣。 v（3）炉渣含铜 v闪速炉炉渣是金属氧化物和硅酸盐的熔体，含有少部分 硫化物、硫酸盐，主要成分有Fe和SiO2，Fe/SiO2一般 为1.15-1.25，渣中含CuO0.8-1.5，须贫化处理后可 废弃。 v2、诺兰达熔池熔炼 v21简要介绍： v诺兰达熔炼工艺是加拿大诺兰达矿业公司所发明，诺 兰达反比炉类似于铜锍吹