铜矿床种类及铜的冶炼方法

铜矿床种类及铜的冶炼方法

最主要的铜矿床有两种：一为原生的斑岩铜矿床,约占全部铜资源的66％,美国、智利、秘多;一为水成岩中次生的层状铜矿床,约占全部铜资源的25％，著名的赞比亚－扎伊尔铜矿带即属发现的铜矿物约160多种。原生硫化矿中以黄铜矿(CuFeS2)最多，其次为斑铜矿(Cu5FeS4),次生主要有孔雀石[CuCO3·Cu(OH)2]、蓝铜矿[2CuCO3·Cu(OH)2]等。

70年代末全世界具有开采价值的铜矿金属储量约5亿吨,海底锰结核的铜储量估计约1979年世界各国（中国除外）为了充分利用资源，各国都非常重视杂铜的回收。1980年工业发达包括苏联）的杂铜回收量约占总产铜量的15％。同年美国回收杂铜58万吨，占全国铜消费量的中国铜矿分布较广，已探明的铜矿床多为斑岩铜矿、含铜黄铁矿、矽卡岩铜矿.铜是优良的导体，仅次于银。常温下铜的电导率为银的94％，热导率为银的73.2％。铜在干燥空气中不氧化，氧化碳的湿空气中表面形成一层铜绿；与碱溶液反应很慢，但易与氨形成络合物。铜的标准电极+0.337伏，铜不能置换酸溶液中的氢，但溶于有氧化作用的酸中。二价铜的电化当量为0.0003294克铜和铜合金如青铜、黄铜、白铜等，广泛用于制造电工器材、机械、建筑材料和运输工具等铜有多种化合物，主要用于化工、医药、农药等方面。与金属铜的用量相比，用于化合物的只占铜消费量的1％左右。

美国1979年铜消费量的比例为：电气工业58％，建筑工业18％,机械制造业9％,运输工具9％伦敦市场铜的平均价格为：1978年67美分/磅,1979年93美分/磅（1磅=0.4536公斤）。

炼铜原料以硫化矿为主，品位一般为1％左右,坑内采矿的边界品位为0.4％，露天采矿可降采出的矿石须先经选矿得到含铜20～30％的精矿，再行冶炼。炼铜的方法分火法和湿法，以火法法生产的铜占世界总产铜量80％以上。

火法炼铜

主要原料是硫化铜精矿，一般包括焙烧、熔炼、吹炼、精炼等工序

焙烧分半氧化焙烧和全氧化焙烧（“死焙烧”），分别脱除精矿中部分或全部的硫，同时除去锑等易挥发的杂质。此过程为放热反应，通常不需另加燃料。造锍熔炼一般采用半氧化焙烧，以冰铜时所需硫量；还原熔炼采用全氧化焙烧；此外，硫化铜精矿湿法冶金中的焙烧,是把铜转化为酸盐,称硫酸化焙烧。焙烧用的流态化焙烧炉（沸腾炉）[IMG]熔炼主要是造锍熔炼，其目的是或焙烧矿中的部分铁氧化，并与脉石、熔剂等造渣除去，产出含铜较高的冰铜(x Cu2S·yFeS)。铁、硫的总量常占80～90％，炉料中的贵金属，几乎全部进入冰铜。

冰铜含量取决于精矿品位和焙烧熔炼过程的脱硫率，世界冰铜品位一般含铜40～55％。生冰铜,可更多地利用硫化物反应热，还可缩短下一工序的吹炼时间。熔炼炉渣含铜与冰铜品位有关含铜一般在0.4～0.5％。熔炼过程主要反应为：

2CuFeS2─→Cu2S＋2FeS＋S

Cu2O＋FeS─→Cu2S＋FeO

2FeS＋3O2＋SiO2─→2FeO·SiO2＋2SO2

2FeO＋SiO2─→2FeO·SiO2

造锍熔炼的传统设备为鼓风炉、反射炉、电炉等，新建的现代化大型炼铜厂多采用闪速炉鼓风炉熔炼鼓风炉是竖式炉，中国很早就用它直接炼铜。传统的方法为烧结块鼓风炉熔炼精矿先经烧结焙烧脱去部分硫，制成烧结块，与熔剂、焦炭等按批料呈层状加入炉内，熔炼产出渣，此法烟气含SO2低，不易经济地回收硫。为消除烟害,回收精矿中的硫，20世纪50年代,发展风炉熔炼法,即将硫化铜精矿混捏成膏状，再配以部分块料、熔剂、焦炭等分批从炉顶中心加料口形成料封，减少漏气,提高SO2浓度。混捏料在炉内经热烟气干燥、焙烧形成烧结料柱，块状物料环绕在烧结料柱的周围，以保持透气性，使熔炼作业正常进行。中国沈阳冶炼厂、富春江冶炼厂法。

反射炉熔炼适于处理浮选的粉状精矿。反射炉熔炼过程脱硫率低，仅20～30％，适于处理较高的精矿。如原料含铜低、含硫高，熔炼前要先进行焙烧。反射炉生产规模可大型化,对原料、应性强,长期来一直是炼铜的主要设备，至80年代初，全世界保有的反射炉能力仍居炼铜设备的反射炉烟气量大，且含SO2仅1％左右，回收困难。反射炉的热效率仅25～30％，熔炼过程的反较少，所需热量主要靠外加燃料供给。70年代以来，世界各国都在研究改进反射炉熔炼，有的采撒装置将精矿喷入炉内，加强密封,以提高SO2浓度。中国白银公司第一冶炼厂将铜精矿加到反射体内，鼓风熔炼，提高了熔炼强度，烟气可用于制取硫酸。

反射炉为长方形，用优质耐火材料砌筑。燃烧器设在炉头部，烟气从炉尾排出，炉料由炉顶部加入,冰铜从侧墙底部的冰铜口放出,炉渣从侧墙或端墙下的放渣口排出。炉头温度1500～1550度1250～1300℃，出炉烟气1200℃左右。熔炼焙烧矿时，燃料率10～15％，床能率3～6吨/（米铜精矿直接入炉,燃料率16～25％,床能率为2～4吨/(米2·日)，称生精矿熔炼。中国大冶冶炼厂平方米反射炉熔炼生精矿。

电炉熔炼炼铜采用电阻电弧炉即矿热电炉，对物料的适应性非常广泛，一般多用于电价低和处理含难熔脉石较多的精矿。电炉熔炼的烟气量较少，若控制适当，烟气中SO2浓度可达5％左于硫的回收。

铜熔炼电炉多为长方形，少数为圆形。大型电炉一般长30～35米，宽8～10米，高4～5米直径为1.2～1.8米的自焙电极，由三台单相变压器供电。电炉视在功率3000～50000千伏安，单积功率100千瓦/米2左右，床能率3～6吨/(米2·日),炉料电耗400～500千瓦·时/吨,电极糊3公斤/吨。中国云南冶炼厂采用30000千伏安电炉熔炼含镁高的铜精矿。

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降低熔炼过程的能耗。烟气中SO2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（Outokumpu）型和国际镍公司(International Nickel Co.）型两种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硫化亚铁氧化成氧化亚铁,并与加入的石英熔剂造渣除去,同时部分脱除其他杂质，而后继续鼓风亚铜中的硫氧化进入烟气，得到含铜98～99％的粗铜，贵金属也进入粗铜中。

一个吹炼周期分为两个阶段：第一阶段,将FeS氧化成FeO，造渣除去,得到白冰铜(Cu2S)。1150～1250℃。主要反应是：

2FeS＋3O2─→2FeO＋2SO2

2FeO＋SiO2─→2FeO·SiO2