铜冶金工业现状与发展展望

铜冶金工业现状与发展展望

摘要：简述介绍了铜的发现，性质和主要作用用途。分析了国内外铜冶金技术的发展现状，介绍了铜火法冶铜和湿法冶铜技术方面的进步和发展，阐述了铜冶金技术发展方向。指出未来铜市场的竞争是新技术研究与开发的竞争。工厂技术改造的思考应该跳出常规的圈子，以仔细地分析各生产环节制造成本为基础，从未来知识经济发展的要求，铜生产工艺降低成本外，应该做到最大限度利用资源，最小限度产生废度物，产品多样性。

冶金，就是从矿石中提取金属或金属化合物，用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的过程和工艺。人类很早就学会了如何从大自然获取自身需要的物质。从石器时代到随后的青铜器时代，再到近代钢铁冶炼的大规模发展。人类发展的历史就融合了冶金的发展。随着物理化学在冶金中成功应用，冶金从工艺走向科学，于是有了大学里的冶金工程专业。

冶金工业可以分黑色冶金工业和有色冶金工业，黑色冶金主要指包括生铁、钢和铁合金(如辂铁、猛铁等)的生产，有色冶金指后者包括其余所有各种金属的生产。冶金技术有可以分成火法冶金、湿法冶金、电冶金。火法冶金是在高温条件下进行的冶金过程。湿法冶金是在溶液中进行的冶金过程。电冶金是利用电能提取金属的方法。其中铜的冶金主要是有火法冶金和湿法冶金。

铜是古代就已经知道的金属之一。一般认为人类知道的第一种金属是金，其次就是铜。铜在自然界储量非常丰富，并且加工方便。铜是人类用于生产的第一种金属，最初人们使用的只是存在于自然界中的天然单质铜，用石斧把它砍下来，便可以锤打成多种器物。随着生产的发展，只是使用天然铜制造的生产工具就不敷应用了，生产的发展促使人们找到了从铜矿中取得铜的方法。含铜的矿物比较多见，大多具有鲜艳而引人注LI的颜色，例如：金黄色的黄铜矿CuFeS：,鲜绿色的孔雀石CuC03・Cu(0H)::或者C U:(0H):C03,深蓝色的石青2C U CO3C U(OH)3等，把这些矿石在空气中焙烧后形成氧化铜CuO,再用碳还原，就得到金属铜。纯铜制成的器物太软，易弯曲。人们发现把锡掺到铜里去，可以制成铜锡合金一青铜。铜，COPPER, 源自Cuprum,是以产铜闻名的塞浦路斯岛的古名，早为人类所熟知。它和金是仅有的两种带有除灰白黑以外颜色的金属。铜与金的合金，可制成各种饰物和器具。加入锌则为黃铜；加进锡即成青铜。

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。

铜在电气、电子工业中应用最广、用量最大，占总消费量一半以上。用于各种电缆和导线，电机和变压器的绕阻，开关以及印刷线路板等。

在机械和运输车辆制造中，用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。

在化学工业中广泛应用于制造真空器、蒸镭锅、酿造锅等。

在国防工业中用以制造子弹、炮弹、枪炮零件等，每生产100万发子弹，需用铜13—14吨。

在建筑工业中，用做各种管道、管道配件、装饰器件等。

以下是各行业铜消费占铜总消费量的比例：行业铜消费量占总消费量的比例电子（包括通讯）48%建筑24%—般工程12%交通7%其他9%o

铜离子还可以消毒杀菌、卫生防疫。例如：可以杀灭易于在水中滋生的大肠杆菌和痢疾等病菌，清除水中传播血吸虫病的姑輸和螺等软体动物，以及传播疟疾的蚊子幼虫等疾病携带体。它还可以应用在游泳池内，防止绿藻污染和通过地板传染足癣等等。

对于人类来说铜是一种非常重要的金属，所以对于铜的冶金也是非常重要的。

工业上使用的铜有电解铜（含铜99.9%〜99.95%）和精铜（含铜99.0%〜99. 7% ）两种。前者用于电器工业上，用于制造特种合金、金属丝及电线。后者用于制造其他合金、铜管、铜板、轴等。

炼铜的原料是铜矿石。铜矿石可分为三类：

（1）硫化矿，如黄铜矿（CuFeS2）、斑铜矿（Cu5FeS4）和辉铜矿（Cu2S）等。

（2 ）氧化矿，如赤铜矿（Cu20）、孔雀石［Cu2（OH）2CO3］、蓝铜矿［2CuCO3 ・ Cu（0H）2］、硅孔雀石（CuSiO3 ・ 2H20）等。

（3）自然铜。铜矿石中铜的含量在1%左右（0.5%〜3%）的便有开采价值，因为采用浮选法可以把矿石中一部分脉石等杂质除去，而得到含铜量较高（8%〜35%）的精矿砂。

从铜矿石冶炼铜的过程比较复杂。以黃铜矿为例，首先把精矿砂、熔剂

（石灰石、砂等）和燃料（焦炭、木炭或无烟煤）混合，投入“密闭”鼓风炉中，在1000°C左右进行熔炼。于是矿石中一部分硫成为S02 （用于制硫酸），大部分的碑、锤等杂质成为AS2O3、Sb203等挥发性物质而被除去：2CuFeS2 + 02二Cu2S + 2FeS + SO2 f。一部分铁的硫化物转变为氧化物：2FeS + 302二2Fe0 + 2S02仁Cu2S跟剰余的FeS等便熔融在一起而形成“冰铜”

（主要由Cu2S和FeS互相溶解形成的，它的含铜率在20%〜50%之间，含硫率在23%〜27%之间），FeO跟Si02形成熔渣：FeO + SiO2二FeSiO3。熔渣浮在熔融冰铜的上面，容易分离，借以除去一部分朵质。然后把冰铜移入转炉中，加入熔剂（石英砂）后鼓入空气进行吹炼（1100〜1300C）。由于铁比铜对氧有较大的亲和力，而铜比铁对硫有较大的亲和力，因此冰铜中的FeS先转变为FeO,跟熔剂结合成渣，而后Cu2S 才转变为Cu20, Cu20 跟Cu2S反应生成粗铜（含铜量约为98. 5% ）o 2Cu2S + 3O2二2Cu2O + 2SO2 t , 2Cu20+Cu2S二6Cu+SO2 f ,再把粗铜移入反射炉，加入熔剂（石英

砂），通入空气，使粗铜中的杂质氧化，跟熔剂形成炉渣而除去。在朵质除到一定程度后，再喷入重油，由重油燃烧产生的一氧化碳等还原性气体使氧化亚铜在高温下还原为铜。得到的精铜约含铜99.7%。

铜冶金技术的发展经历了漫长的过程，但至今铜的冶炼仍以火法治炼为主，其产量约占世界铜总产量的83%,现代湿法冶炼的技术正在逐步推广，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。火法冶炼与湿法冶炼

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矿。火法冶炼一般是先将含铜百分之儿或千分之儿的原矿石，通过选矿提高到20 —30%,作为铜精矿，在密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉进行造毓熔炼，产出的熔铳（冰铜）接着送入转炉进行吹炼成粗铜，再在另一种反射炉内经过氧化精炼脱杂，或铸成阳极板进行电解，获得品位高达99.9%的电解铜。该流程简短、适应性强，铜的回收率可达95%,但因矿石中的硫在造毓和吹炼两阶段作为二氧化硫废气排出，不易回收，易造成污染。近年来出现如口银法、诺兰达法等熔池熔炼以及日本的三菱法等、火法冶炼逐渐向连续化、自动化发展。

湿法炼铜：一船适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。现代湿法冶炼有硫酸化焙烧一浸出一电积，浸出一萃取一电积，细菌浸出等法，适于低品位复杂矿、氧化铜矿、含铜废矿石的堆浸、槽浸选用或就地浸出。湿法冶炼技术正在逐步推广，预计本世纪末可达总产量的20%,湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。

可见，湿法冶炼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，这儿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，短期内增加了社会资源供给，造成社会总供给的相对过剩，对价格有拉动作用。

世界上铜的冶炼厂主要分布在非洲，亚洲中国白银金川甘肃大冶；贵溪；葫芦岛；金昌；上海；天津；云南；印度；杜蒂戈林；伊朗；日本。欧洲：奥地利；霍博肯；意大利；波兰；俄罗斯基洛夫格拉德（卡拉塔）；西班牙；瑞典伦岛；英国沃尔索尔；南斯拉夫博尔。

但工业污染也是非常重要的，我国有大量矿渣被作为废弃物，不仅污染环境，荒废土地，而且还浪费了大量资源。如硫铁矿渣中就有很多可以回收利用的资源，铜就是其中之一。当矿渣中的含铜量超过3%。时，便有回收的价值。用相对密度为8波美度的稀硫酸将矿渣浸泡2-3小时，把生成的铜溶液用泵送到反应柱中，加入

铁屑与之反应成海绵铜。将海绵铜烘干成球状后，与碎玻璃、焦炭和石灰石按一定比例混合，送入炼铜炉中冶炼，可得到含80%左右的粗铜锭。

但目前，我国的铜矿资源相对缺乏，质量差；大兴矿少，中型矿多，贫矿多，富矿少；复杂矿多，单一矿少；地下矿多，露天矿少，选矿难度大。在这种情况