国内外铜精矿先进铜冶炼工艺技术综述

国内外铜精矿生产电解铜先进冶炼

工艺技术综述

材料撰写：技术中心有色研究所铜材室周灼刚

材料搜集整理：科技部项目管理科付丽

二〇一〇年十一月

目录

一、炼铜原料概述 (1)

二、铜冶金方法概述 (1)

1、火法冶金 (2)

2 、湿法冶金 (4)

3、火法炼铜和湿法炼铜比较 (5)

三、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术概述 (5)

1、熔炼先进技术（铜精矿→冰铜） (6)

2、吹炼先进技术（冰铜→粗铜） (9)

3、火法精炼先进技术（粗铜→阳极铜） (9)

4、电解精炼先进技术（阳极铜→电解铜） (13)

四、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术应用概况 (15)

1、当代国内铜精矿火法冶金先进技术应用概况 (15)

2、当代国外铜精矿火法冶金先进技术应用概况 (17)

五、当代国内外铜精矿冶金的前沿技术 (19)

1、国内铜精矿冶金的前沿技术 (19)

2、国外铜精矿冶金的前沿技术 (21)

附图：铜火法冶金先进技术设备或流程示意图 (23)

一、炼铜原料概述

世界上生产电解铜（阴极铜）的原料分为铜精矿和废杂铜。用铜精矿和废杂铜生产电解铜的比例大致为7：3，铜精矿依然是当今生产电解铜的主要原料。

铜精矿：在自然界中自然铜存量极少，一般多以金属共生矿的形态存在。铜矿石中常伴生有多种重金属和稀有金属，如金、银、砷、锑、铋、硒、铅、碲、钴、镍、钼等。根据铜化合物的性质，铜矿物可分为自然铜、硫化矿和氧化矿三种类型，主要以硫化矿和氧化矿，特别是硫化矿分布最广，目前世界电解铜产量的90％左右来自硫化矿。金银等贵金属常和铜共生，一般铜矿都是含有金银等贵金属。铜矿石经采矿和选矿富集获得铜精矿，常见为褐色、灰色、黑褐色、黄绿色，粉状，粒度一般小于0.074mm。含铜量13-30％，国内铜精矿标准目前执行YS／T318-1997《铜精矿》行业标准的规定，其产品分类和化学成分如表1。

表1 铜精矿的化学成分％（YS/T 318—1997）

二、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、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。

现代铜精矿火法冶金的通常步骤和工艺流程如下：

步骤：铜精矿（含铜13～30%）→冰铜或铜锍（含铜40～70%）→粗铜（含铜≥97%）→阳极铜（含铜≥99%）→电解铜（含铜≥99.95%）

工艺流程：铜精矿→熔炼→冰铜（铜锍）→吹炼→粗铜→火法精炼→阳极铜→电解精炼→电解铜（阴极铜）

传统火法炼铜流程一般是将含铜百分之几或千分之几的原矿石，通过选矿提高到含铜20～30％作为铜精矿，在密闭鼓风炉、反射炉、和矿热电炉内进行造锍熔炼，产出的熔融铜锍(冰铜)接着送入转炉吹炼成粗铜，粗铜再在固定式精炼反射炉内经过氧化精炼脱杂，铸成阳极板，阳极板最后采用传统法电解精炼，获得品位高达99.95％以上的电解铜。在硫化铜精矿冶炼的过程中同时还可以回收和提取硫、金、银、锑、铋、镍、硒等有价元素。

图-1 传统火法炼铜流程图

该工艺流程特点是：简短、工艺传统成熟、适应性强，铜的回收率可达95％。严重缺点是热效率低、能耗高、环保差、装备自动化程度低，生产效率低下，尤其对矿石中的硫在造锍和吹炼两阶段以二氧化硫废气排出时回收率低，污染大，为典型高能耗高污染工艺。近年来出现了如闪速炉闪速炼铜工艺，白银法、诺兰达法和艾萨发等熔池熔炼工艺，日本的三菱法连续炼铜工艺和永久不锈钢电解法等先进工艺，现代火法炼铜正逐渐向连续化、自动化、高效节能和清洁环保方向发展。在当代中国从铜精矿中提取金属铜，主要采用火法冶金方法，中国铜冶金的生产流程以从铜精矿至获得粗铜的火法冶炼为主导。

火法冶金的中间产物包括冰铜或铜锍粗铜阳极铜，最终产成品为电解铜（阴极铜）。冰铜：冰铜主要由硫化铜和硫化铁互相熔解形成，它的含铜在20％～70％之间，含硫在15％～25％之间。冰铜较重，沉于下层，从熔炼炉的排铜口流出来，熔炼渣则从上部渣层排渣口排出。冰铜主要作为吹炼炉生产粗铜的原料使用，冰铜为各企业自主内定标准。粗铜：是经吹炼炉吹炼后获得的含铜约98％左右的铜，其外表粗糙含气孔，由此得名，又称“泡铜”（英文名：Blister Copper）。我国粗铜行业标准（YS/T 70—93）：粗铜按化学成分分为3个牌号：Cu99.30C、Cu99.00C、Cu97.50C，化学成分应符合下表的规定。

表2粗铜化学成分% （YS/T 70—93）

品级牌号Cu不小于

杂质含量不大于

As Sb Bi Pb

一号Cu99.30C 99.30 0.06 0.05 0.01 0.08

二号Cu99.00C 99.00 0.12 0.10 0.02 0.12

三号Cu97.50C 97.50 0.34 0.29 0.07 0.40

阳极铜：是粗铜在阳极炉中精炼火法精炼后的产物，铸成阳极铜板，为各企业自主内定标准。

阴极铜：是阳极铜通过电解精炼的获得的产物，目前执行国家标准GB/T467-1997 ：阴极铜划分为两类标准阴极铜（牌号Cu-CATH-2）和高纯阴