铜冶金

储量—地壳中含Cu量为0.01%，但Cu能形成较富集的矿物，用于炼铜的矿石，含Cu量≥0.4%，一些大型铜矿将≥0.2%的矿石也利用了。

铜矿床中，大部分为硫化矿物和氧化矿物，少量为自然Cu
硫化矿物：黄铜矿CuFeS2、斑铜矿Cu3FeS3、辉铜矿Cu2S、铜蓝CuS；氧化矿物：孔雀石CuCO3 Cu(OH)2、硅孔雀石CuSiO3 2H2O、
蓝铜矿2CuCO3 Cu(OH)2、赤铜矿Cu2O等；
铜产量中，90%为硫化矿物、氧化矿物约为10%、少量自然铜；
铜冶炼的基本方法：
火法炼铜－约占铜产量的90%，主要处理硫化矿物；
湿法炼铜－约占10%，主要处理氧化矿物；
铜冶炼的基本过程：
矿石→选矿→富集成10～30%Cu，粒度0.07mm铜精矿→
(闪速炉)冶炼→冰铜→(吹炼)粗铜→(电解)纯铜
二、火法炼铜
基本原理－高温并有足够的S时，
Cu－S的亲和力＞Fe－S亲和力、
而Cu－O亲和力＜Fe－O亲和力；
1、铜精矿的闪速熔炼
－原料：硫化矿物
－产物：冰铜；
冰铜－Cu2S和FeS组成的合金，含Cu量30～50%；
冰铜是贵金属的良好的捕集剂，
1吨冰铜可溶解50～70kg黄金；
铜精矿＋氧气、或(经预热)空气、或二者混合→
－吹入高温反应器(闪速炉1400～1500℃)→
－发生化学反应→放出热量；
分解反应：
FeS2=FeS+1/2S2
Fe n S n+1=nFeS+1/2S2
2CuFeS2=Cu2S+2FeS+1/2S2
2CuS=Cu2S+1/2S2
氧化反应：
FeS+3/2O2=FeO+SO2
3FeS+5O2=Fe3O4+3SO2
Cu2O+FeS=Cu2S+FeO
造渣反应：
2FeO+SiO2=2FeO SiO2
氧气熔炼时：氧化反应放出的热量，足够熔炼之用，不需补充燃料；空气(预热)熔炼时：需要补充燃料；2、冰铜的吹炼：
原料：Cu2S＋FeS，含Cu量30～50%
原理：在1200～1250℃时
第一周期：
利用氧气(或空气中)～液态FeS→FeO＋SiO2→熔渣
2FeS+3O2+SiO2=2FeO SiO2+2SO2――造渣期
剩下的Cu2S－叫做白冰铜；
第二周期：
Cu2S氧化→Cu2O＋Cu2S→粗铜，
贵金属富集在粗铜中；
造渣后期，进行如下反应，
2Cu2S＋3O2＝2Cu2O＋2SO2
Cu2S＋2Cu2O＝6Cu＋SO2
均为放热反应，不需补充燃料；
3、铜的电解精炼
阳极－火法熔炼的铜；在硫酸铜＋硫酸电解液，通入直流电，
阴极－电解铜，
阳极反应：
Cu－2e＝Cu2＋标准电极电位＝0.34V
Me－2e＝Me2＋标准电极电位＜0.34V
标准极电位比Cu低的(＜0.34V)的金属，失去电子，
变为离子，进入溶液，定期抽出一部分进行净化；
标准极电位比Cu高的(＞0.34V)的金属(多为贵金属)，
则不溶解，沉淀于电解槽的底部，成为阳极泥；
阴极反应：
Cu2＋＋2e＝Cu 标准电极电位＝0.34V
Me2＋＋2e＝Me 标准电极电位＞0.34V
只有电位高的金属离子能够优先进行还原，但它在阳极时不溶解，所以，只有Cu离子还原，这是阴极的主要反应；
技术指标：
电耗230～260kwh/吨铜；
直接回收率85%；
电解总回收率99.9%
硫酸消耗4～5kg/吨铜；
二、湿法炼铜
－是利用低品位矿石、尾矿的有效途径；
利用溶液浸出矿石中的Cu，使Cu进入溶液，从溶液中回收Cu；
1、硫酸浸出：
氧化状态的铜＋1～5%硫酸＝反应
CuO＋H2SO4＝CuSO4＋H2O
CuCO3 Cu(OH)2＋2H2SO4＝2CuSO4＋CO2+3H2O
(CuCO3)2 Cu(OH)2＋3H2SO4＝3CuSO4＋2CO2+4H2O
CuSiO3 2H2O＋H2SO4＝CuSO4＋SiO2+3H2O
可在常温下进行；2、氨浸出：
氨溶液在有CO2存在时，能够溶解所有的Cu氧化物和自然Cu；
CuO+2NH4OH+(NH4)2CO3=Cu(NH3)4CO3+3H2O
Cu(NH3)4CO3+Cu= Cu2(NH3)4CO3
可在常温下进行，但不能浸出硫化矿物；
3、高价硫酸铁浸出：可处理Cu的硫化矿物；
Cu2S＋2Fe2(SO4)3＝2CuSO4＋4FeSO4＋S
CuS＋Fe2(SO4)3＝CuSO4＋2FeSO4＋S
此反应在低温时进行速度很慢，加热到35℃以上才能正常进行；
生产中，不单纯使用高价硫酸铁作为溶剂，常用硫酸＋高价硫酸铁；
因为：Fe2(SO4)3＋H2O＝Fe2(OH)2(SO4)＋H2SO4
此反应是可逆的，浸出时加入硫酸，可转变为高价硫酸铁；
4、细菌浸出
黄铜矿CuFeS2的浸出速度非常慢，利用细菌可以加速浸出，
常用：氧化硫杆菌、氧化铁硫杆菌
在硫酸和氧在细菌的作用下：CuFeS2＋4O2＝CuSO4＋FeSO4
细菌使Fe＋＋转变为Fe3＋离子：2FeSO4＋2H2SO4＋1/2O2=Fe2(SO4)3＋H2O 高价硫酸铁溶解硫化矿物
CuFeS2＋2Fe2(SO4)3＋3O2＋2H2O＝5FeSO4＋CuSO4＋2H2SO4
细菌实际上起着催化作用，例如：黄铜矿浸出时，没有细菌，一年的浸出率不到20%, 在细菌参与时，20天就可以达到20%，一年的浸出率60%以上；
5、浸出方法
就地浸出、废矿堆浸、矿石堆浸、搅拌槽浸出；
6、铜的回收
电积法：在阴极~阳极之间通人直流电压，
总反应：CuSO4＋H2O＝Cu＋H2SO4＋1/2O2。