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1、铜冶炼的现状及其发展状况林程星江西理工大学冶金学院 江西赣州 341000）摘要:目前铜冶金工业仍然是以火法为主。而近年来铜的湿法冶金技术受到了人们的极大关注，越来越广泛的应用于低品位氧化矿的处理、废铜资源的回收等方面。本文主要介绍了铜冶金的火法以及湿法冶炼的工艺和发展状况。关键字:铜冶金湿法冶金火法冶金Present situation and development of copper metallurgyChengxing LinSchool of Nonferrous Metallurgy,Jiangxi University of Science and Technology,Gan
2、zhouJiangxi,341000)Abstract: At present,the copper thermometallurgy is still the main method used in copper metallurgy industry. But in recent years, the copper hydrometallurgy technology , which is more and more widely applied in low grade oxidized ore processing, waste resources recovery etc, has
3、attracted peoples great interest.This paper mainly introduces the process and development of thermometallurgy andhydrometallurgy of copper.Keywords: Copper metallurgy , thermometallurgy, hydrometallurgy铜是国民经济发展的重要原材料，特别是在电气工业方面 应用更是广泛。对于中国铜工业来说，大力发展中国铜工业是 全球经济一体化下的迫切需求。目前，我国是全球铜消费量位 居首位的国家，同时也是铜加工工业
4、大国，受到了社会各界的 高度关注，因此从科学发展观的高度，探索我国铜冶金技术行 业发展的路子非常重要。目前国内外的铜冶炼技术的发展主要还是以火法冶炼为主，湿法为辅。铜的火法生产量占总产量的80%左右。目前，全世界约有110座大型火法炼铜厂。其中，传 统工艺（包括反射炉、鼓风炉、电炉）约占1/3；闪速熔炼（以 奥托昆普炉为主）约占 1/3；熔池熔炼（包括特尼恩特炉、诺 兰达炉、三菱炉、艾萨炉、中国的白银炉、水口山炉等）约占 1/3。下面主要介绍火法和湿法炼铜的现状和发展状况。1、火法冶炼铜的现状及发展目前火法熔炼技术发展迅速并得到广泛的应用,在铜工业 生产中已明确提出清洁生产的目标。环境意识要求
5、清洁的生产 工艺,即工艺过程中极少排放废物,对火法炼铜技术的进一步 完善提出了更高的要求。下面叙述了目前世界火法炼铜的主要 工艺、工业生产实例及进展情况,对现代铜冶金新方法：闪速 熔炼、熔池熔炼以及其它熔炼技术作了较为详细的介绍,并指 出了铜火法冶炼存在的问题及今后的主要技术发展方向。1.1火法炼铜主要工艺火法炼铜主要包括:铜精矿的造锍熔炼，铜锍吹炼成粗铜， 粗铜火法精炼，阳极铜电解精炼。经冶炼产出最终产品-电解铜 （阴极铜）。目前世界铜冶炼厂使用的主要熔炼工艺为闪速熔炼 和熔池熔炼。在熔池熔炼工艺中,精矿被抛到熔体的表面或者被 喷入熔体内,通常向熔池中喷入氧气和氮气使熔池发生剧烈搅 拌,精矿
6、颗粒被液体包围迅速融化,因此 ,使含有氧气的气泡和 包裹硫化铜/铁的溶液发生质量传递。而闪速熔炼中的干精矿是 散布在氧气和氮气的气流中的,精矿中所含的硫和铁发生燃烧, 在熔融颗粒进入反应空间时即产生熔炼和吹炼。当这些颗粒与熔池融为一体时,有些反应还会继续进行,但大部分是在飞行过 程中发生的。吹炼工艺目前仍以PS转炉为主，90年代后连续 吹炼技术成功商业化应用,吹炼工艺实现了质的飞跃。1995 年 闪速吹炼问世并成功应用于美国肯尼柯特冶炼厂 ，将闪速炼铜 整体工艺（闪速熔炼+闪速吹炼）硫的回收率由95%提高到99.9% 以上，其基本流程是各种精矿在闪速炉熔炼产出冰铜，然后将冰 铜水淬，磨粉并干燥
7、，再在另一规格较小的闪速炉中用富氧空气 吹炼成粗铜，产出的粗铜通过溜槽加至阳极炉闪速吹炼具有生 产能力大、工艺技术先进、成熟可靠、环保好、自动化程度高 运行费用低烟气量小、二氧化硫浓度高且稳定等优点，具有良好 的推广应用价值，尤其适合于新建大型铜冶炼厂和对环保要求 非常严格的炼铜厂改造。粗铜火法精炼以回转炉精炼为主，由于 传统固定式精炼炉主要依靠人工操作、劳动强度大、环保效果 差、易跑铜、难控制，已逐步被机械化程度高、炉体密闭易操作 的回转式阳极炉所替代。1.2国内外火法炼铜进展及发展趋势1.2.1.熔池熔炼1.2.1.1 诺兰达连续炼铜法 诺兰达法于1967年在加拿大首次获得专利，是历经30
8、余年 发展起来的自热熔炼技术。世第一个连续熔炼和吹炼的反应炉 于 1973 年在霍恩冶炼厂投产，经过多次工艺改造，目前采用富 氧熔炼，日处理精矿达2000t以上,该法很适于使用氧气。在所 有炼铜方法中，诺兰达法能耗低并随着富氧浓度的增加而减少， 且对原料适应性强，既可处理高硫铜精矿，也可处理低硫含铜物 料。同时具有高的床能力，流程简单，不需要复杂的备料过程， 炉料不需要深度干燥，操作简单，容易掌握。诺兰达炼铜炉既可 以直接生产粗铜，也可以生产高品位冰铜。直接生产粗铜存在粗 铜质量较差、硫及稀散元素等杂质含量较高、渣含铜高、炉子 寿命短（约100d）等不足而生产高品位冰铜炉子寿命较长（超过 1
9、年）。但是，当铜精矿中某些有害元素含量很低时，特别是 Sb 和Bi可利用诺兰达炼铜炉产出用于电解的合格阳极铜。1.2.1.2 瓦纽科夫法瓦纽科夫熔炼法是前苏联发明和发展的一种富氧侧吹熔池熔炼法，是由莫斯科钢铁学院的瓦纽科夫教授于1949年创造出 的熔池熔炼技术，于1979年在诺里尔斯克建造一台20m2工试验 炉，1982年投产，床能力75-100t/m2.日，采用富氧浓度为 68%-70%,烟气S0浓度达40%,烟尘率降低80%-90%,标准燃料单2 耗比反射炉熔炼低71%-75%，粗铜成本下降2.4%。目前，前苏联 共有六台工业生产炉。瓦纽科夫法具有原料适应性强，备料简单， 节能，技术成熟可
10、靠，烟气二氧化硫浓度高，环保，贵金属回收率 高，投资少等特点。因此引起冶金工作者的注意，目前正在分析 研究这种工艺的一些可能和有前景的应用方向。为了进一步完 善和扩大熔池熔炼技术及其使用范围，正在积极推广应用到其 他有色金属生产、炉渣贫化及化工部门的硫酸生产中。1.2.1.3 澳斯麦特熔炼法/艾萨熔炼法澳斯麦特熔炼法/艾萨熔炼法是20世纪70年代由澳大利亚 联邦科学工业研究组织矿业工业部J.M.Floyd博士领导的研究 小组发明的。随后芒特艾萨矿物控股有限公司（简称MIM）和 澳大利亚国家科学院（简称CSIR0）在20世纪80年代联合开发 了艾萨熔炼法,MIM于1987年在铜冶炼厂建起了一座示
11、范工厂， 1996年MIM开发了 Enterprise和ErnentHenry矿，铜精矿产量 增加，于是决定扩建铜冶炼厂， 1997 年经两次提高给料率和提 高氧浓度试验，现熔炼能力已扩建到250kt/a铜。斯特莱特工业 公 司 其 第 一 台 艾 萨 熔 炼 炉 于 1996 年 在 印 度 TamilNaduTuticorin 新建冶炼厂投产，现在铜的年产量超过 150kt。澳斯麦特熔炼法/艾萨铜法具有熔炼强度高,生产能力大; 工艺流程短，结构简单，占地面积小;投资少，一般只有相同规模 闪速熔炼炉的60%-70%左右;原料适应性较强，精矿不需干燥;可 用廉价的煤作为燃料直接随炉料入炉，能耗
12、较低;炉子密封性好， 烟气较稳定， SO 浓度高;采用顶吹喷枪，操作简便;整个冶金过程计算机控制,金属回收率高等优点。但由于喷枪使用 12-15d 要更换其不锈钢管头,所以喷枪寿命还有待进一步提高。在炼铜 技术中,艾萨熔炼法的特点符合现代有色金属冶炼简单、高效的 发展方向,具有广阔的发展前景,逐步得到了有色金属领域的广 泛认可。1.2.2 闪速熔炼法闪速熔炼是50年代冶金领域崛起的一项强化熔炼新技术, 自从1949年第一座芬兰奥托昆普闪速炉诞生和1953年加拿大 国际镍公司因科闪速炉投产至今,闪速熔炼经历了60年的历程, 得到了很大的发展。20世纪70年代,日本对闪速炉技术所作的 改革及当时
13、5 座闪速炉的兴建,对把闪速熔炼技术推向世界起 到了重要作用。美国建成了世界上第一台闪速吹炼炉,与之配套 处理闪速熔炼炉产出并经水淬与磨碎的冰铜。与传统炼铜方法 相比,闪速炼铜具有生产能力大,燃料消耗少,热利用高,硫利用 高,环保好,容易实现自动化等优点,但也存在炉渣需处理及烟 尘率高的问题。闪速炼铜的发展趋势主要有四方面: (1)富氧浓 度的提高。 (2)大型化和计算机控制。 (3)简化流程、提高对 原料适应性。 (4)提高铜锍品位、实现直接炼铜。1.2.3国外其它熔炼方法三菱连续炼铜法是日本三菱金属公司于20世纪60年代开 发的, 1974年在直岛冶炼厂一台旧反射炉基础上建立一套月产 粗铜
14、4000t的三菱法工业设备。1991年直岛冶炼厂完成技术改 造,生产能力达到年产铜23万t。三菱法的技术发展趋势是逐 渐提高喷枪鼓风中的富氧浓度,使熔炼过程达到自热的程度;应 用更有效的冷却方式,进一步提高炉子了的使用寿命。该法的特 点是投资低,约相当反射炉的 60%,操作简单,炉寿命长,无出渣 出铜操作,无需吊罐,电子计算机自动控制,可产冰铜品位 65%, 弃渣含铜0.5%。1.2.4 国内炼铜研究进展为提高中国铜冶炼技术装备水平,治理污染、降低能耗,提 高经济规模,自20世纪80年代以来,贵冶、铜陵、云铜、大冶、 中条山等主要大型铜冶炼企业加大了技术改造力度 ,先后引进 了闪速熔炼、诺兰达
15、熔炼、澳斯麦特顶吹熔炼、艾萨顶吹熔炼 等一批具有当今世界先进水平的铜冶炼工艺技术和装备 ,提升 了中国铜冶炼整体水平。白银法是具有中国特色的熔池熔炼法。1976年白银公司建成44m2白银炉，日处理精矿达400t，经过几 年连续生产,证明新的炼铜法熔炼强度大，燃料消耗低，烟气SO2 浓度高，综合利用好等优点，故于1980年下半年，用100m2白银 炉取代了 210m2反射炉。1991年白银炉进行了富氧自热熔炼工 业试验，并取得了成功，白银炉床能率达到33t/m2.日，出炉SO2 浓度提高到17%，铜熔炼回收率达到了97. 82%。为了使白银法 从整体技术上赶上当今国际炼铜技术的先进水平 ，需要进
16、一步 强化熔炼，提高生产能力;提高鼓风强度，增加鼓风量，提高富氧 浓度;进一步强化炉体的冷却，以此提高熔炼炉强度，和熔炼效 率。1.3火法冶炼存在问题及技术发展1.3.1国外先进炼铜技术尚需完善近20 年来，我国虽引进了国际上一些先进的炼铜新工艺， 如闪速熔炼法、艾萨法、澳斯麦特和诺兰达等，但通过多年的实 践，这些先进技术尚有不足之处。1.3.1.1 双闪速炉熔炼法投资大，专利费昂贵，铜精矿和熔剂要先进行磨细和深度干燥，需消耗部分能源。熔炉产出的铜锍需要水淬再干燥细磨，工 序繁杂。每道工序均难以保证100%回收率，总会产生机械损失; 热态高温铜锍水淬物理热几乎全部损失，水淬后再干燥，再消耗 热能也不尽合理。铜锍水淬需要大量的水冲，增加成本。破碎、 干燥要增加人力和动力的消耗，烟尘率高，这些都是多年来该工 艺没有得到大量推广的重要原因。1.3.1.2 艾萨法和澳斯麦特法顶吹都要建立高层厂房，噪音大、顶吹
