铜冶炼

铜冶炼方法综述摘要：目前世界上从硫化矿中提取铜, 85% ~90%是采用火法冶炼,因为该法与湿法冶炼相比,无论是原料的适应性,还是在生产规模、贵、稀金属富集回收方面都有明显的优势。

因此为了降低能耗,减少火法炼铜的环境污染,闪速熔炼、熔池熔炼以及其它熔炼技术都在不断改进和发展。

关键词：铜冶炼火法炼铜熔池熔炼闪烁熔炼1.前言随着环境保护的日益严格,铜冶金工业面临着严峻挑战。

当今世界铜冶金方法主要有火法和湿法两种,其中火法占主导地位。

火法冶金种类较多,目前国际上存在的主要火法炼铜工艺有闪速炉、反射炉、鼓风炉、诺兰达炉、艾萨炉(奥斯麦特炉)、瓦纽可夫炉、三菱炉、特尼恩特炉、电炉、白银炉等十几种冶炼工艺。

大部分工艺存在能力低、成本高、能耗大、污染严重等问题,严重制约着铜冶金工业的发展。

2.火法炼铜火法炼铜主要包括[1]: (1)铜精矿的造锍熔炼;(2)铜锍吹炼成粗铜; (3)粗铜火法精炼; (4)阳极铜电解精炼。

经冶炼产出最终产品-电解铜(阴极铜)。

2.1熔炼2.1.1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,精矿颗粒被液体包围迅速融化,因此,吹炼反应能够产生维持熔炼作业所需的大部分热量,使含有氧气的气泡和包裹硫化铜/铁的溶液发生质量传递。

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CSIRO)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TamilNadu 的Tuticorin新建冶炼厂投产,现在铜的年产量超过150kt。

莫帕尼铜矿(MCM)于2006年在赞比亚的Mufulira铜冶炼厂投入使用一台年处理精矿850kt的艾萨熔炼炉。

南秘鲁铜业公司(SPCC)于2006年在秘鲁的Ilo铜冶炼厂也使用一台新的年处理1200kt精矿的艾萨熔炼炉。

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,能耗较低;炉子密封性好,烟气较稳定,SO2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。

2.1.2闪烁熔炼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。

闪速炼铜的发展趋势主要有四方面: (1)富氧浓度的提高。

从20世纪70年代起奥托昆普炼铜闪速炉就采用富氧熔炼,而且所用富氧的氧气浓度逐步提高,有的已达到90%;富氧熔炼不仅提高了炉子的生产能力,而且使用高浓度富氧可以使反应塔达到自热熔炼。

(2)大型化和计算机控制。

大型闪速炉每天处理铜精矿在2500t以上,不少闪速炉采用计算机在线控制铜锍品位、铜锍温度和炉渣的铁硅比,以实施优化生产。

(3)简化流程、提高对原料适应性。

在闪速炉沉淀池插电极或增设电热贫化区,把炉渣贫化作业合并到闪速炉内完成;这种闪速炉既简化了生产流程,又可处理含难熔物料较多的原料。

(4)提高铜锍品位、实现直接炼铜。

奥托昆普炼铜闪速炉铜锍品位已从20世纪70年代的45% ~50%提高到20世纪80年代的50% ~65%。

在波兰的格沃古夫炼铜厂和澳大利亚的奥林匹克坝冶炼厂采用闪速炉熔炼低铁高品位铜精矿直接生产粗铜。

2.1.3三菱法炼铜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。

韩国的翁山、印度尼西亚的Gresik和澳大利亚的Kembla港炼铜厂都采用三菱法工艺,并于1998年建成投产。

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%。

2.2吹炼2.2.1 转炉吹炼在转炉操作方面,高品位冰铜(63%)的吹炼以及富氧(25%)吹炼已得到成功应用,大大强化了吹炼过程,使铜产量在不断增加,贵溪冶炼厂的粗铜生产能力已突破30万t,而金隆公司、云南铜业公司等厂也超过15万t,所以要求转炉设备大型化[2]。

在转炉主体设备方面,转炉向大型化发展已成为必需。

葫芦岛有色金属集团有限公司在铜系统改造中,将原有的两台30 t转炉、一台50 t转炉和一台60 t转炉的尺寸全部加大,与之相匹配的余热锅炉系统和制酸系统也将增大能力。

另外,该公司还成功地将转炉D450风机进行了高压变频技术改造,达到了降低电能消耗的目的。

总之,近几年转炉吹炼从设备到操作都有了较大的改善,但间断操作引起烟气量波动、炉口漏风、烟气SO2浓度低、吊车作业频繁、烟气的低空污染等仍然是亟待解决的问题。

2.2.2 连续吹炼炉鼓风炉烟气混合进人制酸系统后,可采用两转两吸工艺制酸,尾气可达标排放。

如浙江的富春江连吹炉的优点是炉体密闭性能好,出炉烟气SO2浓度可达9%~13%,而且烟气量稳定,与密闭冶炼厂、山东的烟台冶炼厂、余姚的舜奇冶炼厂、东北抚顺的红透山冶炼厂,包头冶炼厂等等。

但随着环保要求的日益严格以及规模化、集约化的生产趋势,连续吹炼炉工艺本身存在的缺陷更加明显,最终将被其它工艺取代。

2.3火法精炼粗铜氧化精炼的基本原理在于铜中存在的大多数杂质对氧的亲和力都大于铜对氧的亲和力,且多数杂质的氧化物在铜水中的溶解度很小,当空气通入铜熔体中时,首先是与熔体中的铜发生氧化作用,生成的Cu2O再与其它金属杂质作用使杂质氧化,其氧化机理为:4Cu+O2=2Cu2OCu2O+Me=MeO+Cu式中Me代表金属杂质。

Cu2O立即溶解于熔融铜中,其溶解度随温度升高而增加。

2.4电解精炼国内近几年铜电解生产能力增长较快,2002年底,贵溪冶炼厂的铜电解生产能力已达到40万t/a ,成为我国电解能力最大的工厂。

而云南铜业公司、金隆公司的电解能力也超过了15万t,大冶冶炼厂、金川公司的铜电解能力也超过10万t。

各厂在改扩建时均想方设法提高电解技术装备水平,确保阴极铜的质量。

2.4.1大极板电解大极板电解工艺是采用大跨度厂房、大电解槽,厂房的面积可以减少,在配备了极板连动作业机组、专用吊车及吊车自动定位系统后,机械化、自动化水平大大提高,劳动强度减轻。

贵溪冶炼厂、金隆公司、金川公司第二冶炼厂电解系统和大冶冶炼厂均采用大极板电解工艺。

2.4.2不锈钢阴极电解不锈钢阴极电解工艺是采用不锈钢阴极代替铜始极片,阴极铜产品从不锈钢阴极剥取,不锈钢阴极再返回电解槽中使用。

不锈钢阴极电解工艺无始极片生产系统,简化了生产过程。

由于不锈钢阴极平直,生产过程中短路现象少,不仅提高了产品质量,而且还可以采用较高的电流密度及较小的极距。

贵溪冶炼厂20万t/a的三期工程电解工艺就是选择不锈钢阴极电解工艺中的艾萨法,现已顺利投产,标志着我国在铜电解技术方面已经达到了国际先进水平。

2.4.3电解液的净化近几年,在电解液的净化工艺中比较成功的方法有以下几种:对单一杂质的脱除法、控制杂质浓度法、板式真空蒸发器法。

控制电解液中某一杂质浓度而抑制其它杂质从阳极板中溶出,使杂质大部分进人阳极泥,降低了电解液中杂质的浓度,大大减少了电解液的净化量。

贵溪冶炼厂采用这一技术,在电解产量增加20万t/a后,仍然利用原有20万t/a电解能力的净液系统,稍加改造后即可满足40万t电解能力的需要,大大节约了基建投资和生产成本[3]。

另外,大冶冶炼厂、贵溪冶炼厂和金川公司还成功地应用了板式真空蒸发器法生产硫酸铜工艺,实现了生产的自动化控制。

3结语在经历了近几年快速发展之后,全球的铜冶金必将以更新的面貌进入下一个高技术、高环保的发展纪元,铜价会徘徊在现有水平或略有回升,但作为铜生产者的战略考虑不应该基于这一点。

未来的铜市场的竞争将是低成本、无污染工艺技术的竞争,唯有不断地进行技术更新与改造才能在剧烈的铜市场大战中立于不败之地。

在20世纪80年代末期,由于生产技术的进步,西方国家平均铜生产成本下降速度很快。

参考文献[1] 王建群.强化质量管理,建设现代矿井.煤炭科技, 2008, 3.[2]王中奎.1998年铜市场回顾及1999年展望[J].有色金属工业,1999.1(1):49~52.[3] 吴利生.低成本处理处理硫化铜矿新工艺[J].有色冶炼,1999.1(2):42~45.。