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1、国内外铜精矿生产电解铜先进冶炼工艺技术综述材料撰写：技术中心有色研究所铜材室 周灼刚材料搜集整理：科技部项目管理科 付 丽二一年十一月目 录一、炼铜原料概述1二、铜冶金方法概述11、火法冶金22 、湿法冶金43、火法炼铜和湿法炼铜比较5三、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术概述51、熔炼先进技术 （铜精矿冰铜）62、吹炼先进技术 （冰铜粗铜）93、火法精炼先进技术 （粗铜阳极铜）94、电解精炼先进技术 （阳极铜电解铜）13四、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术应用概况151、当代国内铜精矿火法冶金先进技术应用概况152、当代国外铜精矿火法冶金先进技术应用概况17五、当代国内外铜精矿冶金的前沿技术1
2、91、国内铜精矿冶金的前沿技术192、国外铜精矿冶金的前沿技术21附图：铜火法冶金先进技术设备或流程示意图22一、炼铜原料概述世界上生产电解铜（阴极铜）的原料分为铜精矿和废杂铜。用铜精矿和废杂铜生产电解铜的比例大致为7：3，铜精矿依然是当今生产电解铜的主要原料。铜精矿：在自然界中自然铜存量极少，一般多以金属共生矿的形态存在。铜矿石中常伴生有多种重金属和稀有金属，如金、银、砷、锑、铋、硒、铅、碲、钴、镍、钼等。根据铜化合物的性质，铜矿物可分为自然铜、硫化矿和氧化矿三种类型，主要以硫化矿和氧化矿，特别是硫化矿分布最广，目前世界电解铜产量的90左右来自硫化矿。金银等贵金属常和铜共生，一般铜矿都是含有
3、金银等贵金属。铜矿石经采矿和选矿富集获得铜精矿，常见为褐色、灰色、黑褐色、黄绿色，粉状，粒度一般小于0.074mm。含铜量13-30，国内铜精矿标准目前执行YST318-1997铜精矿行业标准的规定，其产品分类和化学成分如表1。 表1铜精矿的化学成分 （YS/T 3181997）品级Cu杂质含量，品级Cu杂质含量，AsPb+ZnMgOBiAsPb+ZnMgOBi一级品300.05210.05三级品200.30840.30二级品250.20530.20四级品130.401250.50二、铜冶金方法概述铜冶金方法是指由铜精矿获取金属铜（精炼铜或电解铜）所采取的工艺技术途径和手段。世界上由铜精矿生产
4、电解铜的冶炼方法分为两大类：火法冶金和湿法冶金。目前世界上精炼铜产量的85以上是用火法冶金从硫化铜精矿和再生铜中回收的，湿法冶金生产的精炼铜只占15左右。 1、火法冶金 火法冶金是指在高温下应用冶金炉把铜精矿中的大量脉石分离开,脱除各种杂质元素，提取纯金属铜的最古老、最常用的方法。火法炼铜通过熔融冶炼和电解精火炼生产出阴极铜，也即电解铜，一般适于高品位的硫化铜精矿。目前全世界的火法炼铜工艺都分为两段，第一段是造锍熔炼，由铜精矿炼成含铜4075%的铜锍（或称冰铜），第二段是将铜锍炼成含铜98以上的粗铜。火法炼铜所采用的步骤有焙烧、熔炼、吹炼、火法精炼和电解精炼。焙烧：分半氧化焙烧和全氧化焙烧（死
5、焙烧），目的是脱除精矿中部分或全部的硫，同时除去部分砷和锑等易挥发的杂质。随着铜冶金技术的进步，现代铜冶炼厂已经能够直接进行生精矿的冶炼，当代绝大多数铜冶炼厂已经取消了焙烧步骤。熔炼：主要是造锍熔炼，目的是使铜精矿或焙烧矿中的部分铁和其他金属杂质氧化，并与脉石和熔剂等造渣除去，产出含铜较高的冰铜。吹炼：目的是进一步脱除冰铜中的硫、铁等杂质，回收精矿中的硫，获取粗铜。 精炼：分火法精炼和电解精炼，火法精炼是利用某些杂质对氧的亲和力大于铜，而其氧化物又不溶于铜液等性质，通过氧化造渣或挥发除去，获得纯度较高阳极铜或火精铜。电解精炼可以使用火法冶金炼出来的阳极铜达到更高的纯度。现代铜精矿火法冶金的通常
6、步骤和工艺流程如下：步骤：铜精矿（含铜1330%）冰铜或铜锍（含铜4070%）粗铜（含铜97%）阳极铜（含铜99%）电解铜（含铜99.95%）工艺流程：铜精矿熔炼冰铜（铜锍）吹炼粗铜火法精炼 阳极铜电解精炼电解铜（阴极铜）传统火法炼铜流程一般是将含铜百分之几或千分之几的原矿石，通过选矿提高到含铜2030作为铜精矿，在密闭鼓风炉、反射炉、和矿热电炉内进行造锍熔炼，产出的熔融铜锍(冰铜)接着送入转炉吹炼成粗铜，粗铜再在固定式精炼反射炉内经过氧化精炼脱杂，铸成阳极板，阳极板最后采用传统法电解精炼，获得品位高达99.95以上的电解铜。在硫化铜精矿冶炼的过程中同时还可以回收和提取硫、金、银、锑、铋、镍、
7、硒等有价元素。 图-1 传统火法炼铜流程图该工艺流程特点是：简短、工艺传统成熟、适应性强，铜的回收率可达95。严重缺点是热效率低、能耗高、环保差、装备自动化程度低，生产效率低下，尤其对矿石中的硫在造锍和吹炼两阶段以二氧化硫废气排出时回收率低，污染大，为典型高能耗高污染工艺。近年来出现了如闪速炉闪速炼铜工艺，白银法、诺兰达法和艾萨发等熔池熔炼工艺，日本的三菱法连续炼铜工艺和永久不锈钢电解法等先进工艺，现代火法炼铜正逐渐向连续化、自动化、高效节能和清洁环保方向发展。 在当代中国从铜精矿中提取金属铜，主要采用火法冶金方法，中国铜冶金的生产流程以从铜精矿至获得粗铜的火法冶炼为主导。火法冶金的中间产物包
8、括冰铜或铜锍粗铜阳极铜，最终产成品为电解铜（阴极铜）。冰铜：冰铜主要由硫化铜和硫化铁互相熔解形成，它的含铜在2070之间，含硫在1525之间。冰铜较重，沉于下层，从熔炼炉的排铜口流出来，熔炼渣则从上部渣层排渣口排出。冰铜主要作为吹炼炉生产粗铜的原料使用，冰铜为各企业自主内定标准。粗铜：是经吹炼炉吹炼后获得的含铜约98左右的铜，其外表粗糙含气孔，由此得名，又称“泡铜”（英文名：Blister Copper）。我国粗铜行业标准（YS/T 7093）：粗铜按化学成分分为3个牌号：Cu99.30C、Cu99.00C、Cu97.50C，化学成分应符合下表的规定。 表2粗铜化学成分% （YS/T 7093
9、）品级牌号Cu不小于杂质含量 不大于AsSbBiPb一号Cu99.30C99.300.060.050.010.08二号Cu99.00C99.000.120.100.020.12三号Cu97.50C97.500.340.290.070.40 阳极铜：是粗铜在阳极炉中精炼火法精炼后的产物，铸成阳极铜板，为各企业自主内定标准。阴极铜：是阳极铜通过电解精炼的获得的产物，目前执行国家标准GB/T467-1997 ： 阴极铜划分为两类标准阴极铜（牌号Cu-CATH-2）和高纯阴极铜（牌号Cu-CATH-1）。两者的化学成分如下表3和表4。表3 GB/T467-1997标准阴极铜(Cu-CATH-2)化学成
10、分 %Cu+Ag不小于杂质含量，不大于 AsSbBiFePbSnNiZnSP99.950.00150.00150.00060.00250.0020.0010.0020.0020.00250.001注:供方需按批测定标准阴色铜中的铜、砷、锑、铋含量，并保证其他杂质符合本标准的规定。表4 GB/T467-1997高纯阴极铜(Cu-CATH-1)化学成分 %元素组杂质元素含量，不大于元素组总含量，不大于1 Se0.000200.003000.0005Fe0.00020Bi0.00020 2Cr- 0.0015Mn-Sb0.0004Cd- As0.0005P-3Pb0.00050.00054S0.00
11、1500.00155Sn-0.0020Ni- Fe0.0010Si-Zn-Co-6Ag0.00250.00252 、湿法冶金由于铜矿石品位不断下降，难处理的复杂矿增加等原因，人们对湿法冶炼越来越重视。湿法冶金过程的主要化学反应是在水溶液中进行的，在许多情况下它需要与火法冶金相配合来完成，生产出的精铜称为电积铜。一般铜矿物预先通过氧化或硫酸化焙烧，转变可溶状态，然后再进行浸出、净化和电积获取电解铜。溶剂萃取电积法(SXEW)提取铜的技术已在美国、智利、赞比亚、秘鲁、澳大利亚和墨西哥等地推广应用，大大提高了铜的回收率并降低了生产成本。现代湿法炼铜技术通常有硫酸化焙烧-浸出-电积（简称RLE法）、浸
12、出-萃取-电积、常压氨浸出法（阿比特法）、高压氨浸出法、细菌浸出法等，通常适用于低品位复杂矿、氧化铜矿、浮选尾矿和含铜废矿石的堆浸槽浸或就地浸出。湿法冶炼的工序可简单地分为三个步骤：浸出、萃取、电解。铜矿湿法冶金的一般工艺流程为：铜矿焙烧浸出净化除杂萃取电积电积铜（阴极铜）湿法冶炼技术正在逐步推广，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低，预计本世纪湿法冶铜占总产量的比例将逐步提高， 在当代中国铜矿物湿法冶金生产流程还不占主导地位。3、火法炼铜和湿法炼铜比较（1）湿法炼铜设备更简单，但杂质含量较高，是火法炼铜的有益补充。（2）湿法炼铜有局限性，受制于矿石的品位及类型。 （3）火法炼铜的成本要比湿法
13、炼铜高。湿法炼铜技术具有相当大的优越性，但其适用范围却有局限性，并不是所有铜矿的冶炼都可采用该种工艺。不过通过技术改良，这几年已经有越来越多的国家，包括美国、智利、加拿大、澳大利亚、墨西哥及秘鲁等，将该工艺应用于更多的铜矿冶炼上。湿法冶炼技术的提高及应用的推广，降低了铜的生产成本，提高了铜矿产能，增加了社会资源供给。湿法炼铜周期长、效率低、产能规模小，而火法炼铜周期短、效率高、产能规模大。三、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术概述当代国内外火法冶金技术正朝着：短流程连续炼铜、高富氧、低能耗、高效率、低碳冶金、清洁生产、自动化、信息化和智能化先进方向发展。当代铜精矿火法冶金获取电解铜需经熔炼、吹炼
14、、火法精炼和电解精炼四大工序，四大工序的现代先进技术归纳如下。1、熔炼先进技术 （铜精矿冰铜）主要任务是对硫化铜精矿熔炼，脱除硫、铁、铅、锌、锡、砷、锑、铋、镍等杂质和精矿中的大量脉石，火法熔炼的主要化学反应是氧化-还原反应，产物为冰铜或铜锍（中间产品）。火法熔炼的同时还可以富集金、银、铂、钯、硒、碲等稀贵有价元素。20世纪70年代以前，传统的火法熔炼方法，包括鼓风炉熔炼、反射炉熔炼和电炉熔炼，这几种工艺的共同和难以克服的缺点是能耗大、硫利用率低、环境污染严重和劳动生产率低等。由于20世纪中叶以来全球性的能源和环境问题突出，能源日趋紧张，环境保护法规日益严格，以及劳动代价逐步上涨，促使铜冶金技术从20世纪80年代起获得飞速发展，迫使传统的火法冶金方法不得不被新的强化熔炼方法来代替，传统的冶炼方法逐渐被淘汰。随之兴起的是以闪速熔炼和熔池熔炼为代表的强化冶炼先进技术，其中最重要的突破是氧气或富氧的广泛应用。经过二三十年的努力，闪速熔炼与熔池熔炼已成为目前取代传统火法冶金最有前途的方法。据统计，目前世界铜产量中，这两类火法炼铜方法所产的粗铜分别占到总产量的1/3。二者之间的区别在于，闪速熔炼主要反应发生在炉膛空间，反应体系连续相是气相(炉气);熔池熔炼主要反应发生熔池内，反应体系连
