火法炼铜工艺讲解

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1 概述

铜是人类应用的最古老的金属之一，它有很长的、很光辉的历史。考古学证明，早在一万年前，西亚人已用铜制作装饰品之类的物件。铜和锡可制成韧性合金青铜，考古发现在公元前约3000年，历史已进入了青铜时代。而今铜的化学、物理学和美学性质使它成为广泛应用于家庭、工业和高技术的重要材料。铜具有优良可锻性、耐腐蚀性、韧性，适于加工；铜的导电性仅次于银，而其价格又较便宜，故而被广泛应用于电力；铜的导热性能也颇佳；铜和其他金属如锌、铝、锡、镍形成的合金，具有新的特性，有许多特殊的用途。铜是所有金属中最易再生的金属之一，再生铜约占世界铜供应总量的40%。铜以多种形态在自然环境中存在，它存在于硫化物矿床中（黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、蓝铜矿）、碳酸盐矿床中（蓝铜矿、孔雀石）和硅酸盐矿床中（硅孔雀石、透视石），也以纯铜即所谓“天然铜”的形态存在。铜以硫化矿或氧化矿形式露天开采或地下开采，采出矿石经破碎后，再在球磨机或棒磨机中磨细。矿石含铜一般低于1%。

1.1 国内外铜冶金的发展现状

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。

另外，世界范围内铜冶金工业同样面临铜矿资源短缺的问题，国土资源部信息中心统计资料表明：在世界范围内，铜是仅次于黄金的第2个固体矿产勘查热点，全球固体矿产勘查支出中约20%是找铜的，并且这一比例还有增加的趋势。相应地，铜也是各大势力集团争夺的焦点之一。从全球角度看铜的保证年限只有约29年。铜的主要出口国是拉美发展中国家。

1.2商洛情况

全市已发现各类矿产60种，已探明矿产储量46种，其中大型矿床15处，中型矿床24处。储量居全省首位的有铁、钒、钛、银、锑、铼、水晶、萤石、白云母和钾长石等20种，其中柞水大西沟铁矿储量3.02亿吨，占全省的46%，种。13居全省第二位的有铜、锌、钼、铅等．

铜矿主要分布于丹凤、山阳、柞水和商州，矿床3处，矿（化）点51处，探明储量16.86万吨。成因类型有硅卡岩型、热液型、沉积型和火山岩型，以前三种为主。皇台铜矿，位于蟒岭岩体与前奥陶系大理岩形成的硅卡岩中，矿石矿物有磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿和少量铅锌矿。铜矿品位0.5～1.4％，铁品位可达20％，探明储量40365吨。柞水穆家庄铜矿，位于中泥盆统青石垭组的粉砂质千枚岩、白云岩和白云质粉砂岩中，矿石平均品位1.07％，提交D+E级普查储量3.689

万吨。热液型铜矿区内分布近40处，分布在商州市两水寺、古墓沟，山阳县色河干沟、三十里铺、红铜沟，商南县过风楼等地。伴生铜矿在本区也有分布，主要见于山阳黑沟多金属矿和柞水银洞子银铅矿、大西沟。

2.工艺流程图

熔剂燃料硫化铜精矿

炉熔炉渣贫鼓弃铜锍吹铜熔燃粗炉渣

渣浮选火法精炼鼓风渣精矿尾矿阳极板

反熔炼胆矾电解精炼阳极泥

电解铜

3设计的内容

，主要80%-90%火法炼铜是当今生产铜的主要方法，其产量占铜生产量的

用于处理硫化矿。工艺主要包括四个步骤，即造硫熔炼、铜锍吹炼、粗铜火法精炼和阳极铜电解精炼。主要原料是硫化铜精矿。 3.1焙烧

），分别脱除精矿中部分或全部”死焙烧焙烧分半氧化焙烧和全氧化焙烧（“的硫，同时除去部分砷、锑等易挥发的杂质。此过程为放热反应，通常不需另加还原熔炼采以保持形成冰铜时所需硫量；燃料。造锍熔炼一般采用半氧化焙烧，是把铜转化为可溶性硫酸硫化铜精矿湿法冶金中的焙烧，用全氧化焙烧；此外，盐，称硫酸化焙烧。造硫熔炼 3.2

而铁与氧的亲和力利于铜与硫的亲和力大于铁和一些杂质金属，工艺原理：使铁等杂质金属逐步氧化后进入在高温及控制氧化气氛条件下，大于铜的特性，并逐步得到提纯。炉渣或烟尘被除去，而金属铜则富集在铜锍等各种中间产物中，

氧化物及杂把炉料中全部的铜富集在铜锍相，造锍熔炼其目在于，把脉石、为了然后使铜锍相与熔渣相完全分离，分别产出铜锍和熔渣，质汇集与熔渣相，一是必须使炉料有相当数量的达到这个目的，造锍熔炼过程必须遵循两个原则：硫来形成铜锍；二是使炉渣二氧化硅含量接近饱和，以使铜锍和炉渣不致混溶。造锍熔炼的传统设备3.2.1

新建的现代化大型炼铜厂电炉等，造锍熔炼的传统设备为鼓风炉、反射炉、

多采用闪速炉。闪速熔炼是将硫化铜精矿和熔剂的混合料干燥至含水0.3%以下，与热风（或氧气、或富氧空气）混合，喷入炉内迅速氧化和熔化，生成冰铜和炉渣。其优点是熔炼强度高，可较充分地利用硫化物氧化反应热。降低熔炼过程的能耗。烟气中SO浓度可超过8%。闪速熔炼可在较大范围内调节冰铜品位，一般控制在50%2左右，这样对下一步吹炼有利。但炉渣含铜较高，须进一步处理。

闪速炉有奥托昆普型和国际镍公司型两种。70年代末世界上已有几十个工厂采用奥托昆普型闪速炉，中国贵溪冶炼厂也采用此种炉型。冰铜吹炼利用硫化亚铁比硫化亚铜易于氧化的特点，在卧式转炉中，往熔融的冰铜中鼓入空气，同时部分脱除其他并与加入的石英熔剂造渣除去，使硫化亚铁氧化成氧化亚铁，的99%98%～杂质，而后继续鼓风，使硫化亚铜中的硫氧化进入烟气，得到含铜粗铜，贵金属也进入粗铜中。闪速熔炼原理3.2.2比表面积达，以上小于

0.074mm 入炉的浮选硫化铜精矿粒度很细，一般90%

2液间的传质和传热条件十固或气-/kg,熔炼过程中又处于悬浮状态，因而气-200m 秒即可完成到3分强化。在高温作用下，大部分硫化物颗粒在反应塔内仅停留2并且放出大量的作为熔炼所需要的大部或全部能熔化、造渣等反应，氧化脱硫、量。

分解反应

分解反应包括黄铁矿、黄铜矿、高价硫化物的分解反应

FeS=FeS+1/2S2 2FeS=nFeS+1/2S 2nn+12CuFeS=CuS+2FeS+1/2S2 222CuS=CuS+1/2S2 2氧化反应

氧化反应是闪速熔炼代表反应，主要包括

FeS+3/2O+FeO+SO 223FeS+5O=FeO+SO 22436FeO+O=2FeO 423CuS+3/2O=CuO+SO 2222S+O=2SO2

2高价硫化物直接氧化和造渣反应

2CuFeS5/2O=CuS·FeS+2SO+FeO 222+22FeS+7/2O=FeS+FeO+3SO

2222FeO+SiO=2FeO·SiO 22可见，在强氧化氛围中，铜精矿氧化不可避免地会产生FeO而不完全是43FeO，也有一部分CuS氧化成CuO。另外，强氧化造成硫的大量氧化，为此需22氧化气氛通常用以保证获得适当的铜锍。要通过控制氧化气氛来控制硫的氧化，

氧和硫、铁供给数量的百分比来表示，比值越大，氧化程度越大，铜锍品位越高；反之则越低。通常控制氧和硫、铁的数量比为48%-50%。

相互反应

相互反应在熔池中进行，主要反应如下：

3FeO+FeS=10FeO+SO 2343FeO+FeS+5SiO=5（2FeO·SiO）+SO2

4232CuO+FeS=CuS+FeO 222FeO+SiO=2FeO·SiO2

2反应结果使CuO以CuS形态进入铜锍，同时使部分FeO还原成FeO造渣。4223但是闪速熔炼时FeO的还原条件是很差的，因此炉渣铜含量高。343.2.3炉渣