简述国内铜冶金的前沿技术

简述国内铜冶金的前沿技术

摘要：铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。成为国计民生和国防工业乃至高新技术领域中不可缺少的基础材料和战略物资。随着铜冶炼技术的不断发展，本文就当代我国铜精矿火法冶金发展的前沿技术归结如下。

关键词：铜冶金方法清洁冶金生物技术

1.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。

1.1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40～75%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。

1.2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(SX―EW)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。

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。

2.国内铜冶金的前沿技术

2.1短流程连续炼铜清洁冶金技术

缩短铜冶炼工艺流程是解决冶炼低空污染和节能的重要途径。国外在铜连续冶炼方面获得成功的有三菱法和“双闪”工艺。但这两种连续炼铜工艺，虽然解决了吹炼作业的环保问题，但也存在如投资较高或运行成本高或不能处理粗铜冷料等问题。同时，这两种工艺均须引进国外的技术，不仅费用高，而且技术上受制于人。我国除了侯马冶炼厂采用Ausmelt吹炼和阳谷祥光铜业采用闪速吹炼工艺之外，其他冶炼厂全部是采用PS转炉吹炼，或者是单系列生产规模在3万吨以下的已被国家列为淘汰的鼓风炉+连吹炉工艺。因PS转炉间断操作，存在烟气量波动大、炉口漏风率高、二氧化硫烟气泄漏等问题。采用连续炼铜技术，缩短冶炼工艺流程或取消PS转炉吹炼，是未来解决冶炼低空污染的重要途径。由于铜冶炼工艺流程长、不连续，“熔炼—吹炼”2个阶段，需在2个独立的炉子中

进行，造成铜冶炼工艺流程长、能耗高、投资大等一系列问题。流程工业重大节能减排效果的取得，必须在流程上有重大创新。为解决该技术难题，国内正在研究的有两种工艺技术路线，一是氧气底吹炉连续炼铜技术；二是闪速炉短流程一步炼铜技术。

（1）氧气底吹连续炼铜工艺技术

氧气底吹铜熔炼技术国内已经成熟，借鉴氧气底吹熔炼和其他连续吹炼的成功经验，开发底吹连续炼铜技术已经具备工业化试验基础。氧气底吹连续炼铜技术开发的核心是铜锍连续吹炼。工业化试验开发的内容主要包括：连续炼铜工艺技术，含工艺条件、工艺参数和过程控制等；包括喷枪、炉体在内的连续吹炼炉规格和结构的选择开发；熔炼炉与连吹炉相配套的成套装置的研究开发。

（2）闪速炉短流程一步炼铜工艺技术

本技术采用技术集成及优化方法，将白银炉、闪速炉及粗铜连吹炉进行工程性结合，达到取消节能排放瓶颈—PS转炉吹炼工序，创造出一种具有我国自主知识产权的“连续炼铜”短流程新工艺，可实现重大的节能效果。技术指标：冰铜品位70%；粗铜品位98%；粗铜综合能耗 260kgce/t-cu；硫控制率99.7%；初期产业化规模100-200 kt/a粗铜。

2.2难冶炼复杂铜资源复合型冶炼新工艺与成套装置

我国自上世纪末以来已陆续引进了闪速熔炼的芬兰奥托昆普技术以及熔池熔炼的澳大利亚奥斯麦特/艾萨炼铜技术、加拿大诺兰达炼铜法等。闪速熔炼和奥斯麦特熔炼在原料适应性方面各有长处和短处，针对全球铜资源不断向难冶炼与复杂性的发展趋势，凭借我国已同时充分掌握上述两方面技术的优势，依托国内相关“产、学、研”科技力量，通过消化吸收与集成创新，自主开具有自主知识产权的复合型铜冶炼新工艺与成套装置，实现难冶炼复杂矿的高效、节能、环保冶金具有重大意义。

主要开展低品位难冶炼铜原料闪速熔炼工艺技术与装置，复杂铜原料奥斯麦特熔炼工艺技术与装置，复杂铜资源伴生元素的污染控制与资源化，复杂铜资源粗铜质量控制和“闪速熔炼—闪速吹炼”技术创新研究。在原料铜品位 15～35 %条件下，粗铜综合能耗300 kgce /t-Cu；硫捕集率99.7 %。

2.3生物技术提取金属

采用生物技术处理传统选冶工艺不能经济回收的大量低品位、难处理的矿产