铜冶炼知识

湖北大冶铜绿山矿附近的古矿冶遗址距(炼 铜竖炉)今已达2500—2700年。 铜陵地区的古矿规模更大，年代跨度又长， 从商周到唐宋一直是采铜、冶铜的中心。铜陵的 古代矿冶遗址，经碳14检测标本，认定年代距今 3000年左右， 清朝乾隆、嘉庆年间，云南省每年的产铜量 可达一万吨以上。 全国六大铜矿都是在古人开采的基础上扩大 开采的 。
硫酸铜 Cu2SO4 五水合物为天蓝色晶体，在自然界中以胆矾矿物形态存 o 在；加热风化，190 C变为无水物，650分解为SO3和 CuO；
氯化亚铜 Cu2Cl 白色，390oC时显著挥发，1367oC蒸汽压101.3kPa； 硅酸铜 CuSiO3 自然界中以胆矾硅孔雀石和透视石矿物形态存在，高温 分解为稳定的硅酸亚铜 2CuO.SiO2 ，易被C、CO和H2 还原；
铁酸亚铜 Cu2O.Fe2O3 高温稳定，铜精矿焙烧时容易形成，高温下易被硫化物 还原和CaO分解。
3.铜冶炼的原料和方法
铜冶炼的原料主要是铜矿石，其次是工业和 生活中的废杂铜（二次铜资源）。 自然界中的含铜矿物240多种，具有工业价 值的只10多中。以自然铜、硫化铜、氧化铜三种 形式存在。开采最低含量已降到0.4—0.5%。 硫化铜矿石含铜一般很低，不宜进行直接冶 炼，而先经过选矿处理得到含铜较高的精矿。
特尼恩特法（TMC特尼恩特改良转炉）
澳斯麦特 连续吹炼
冰铜的吹炼
P-S转炉吹炼
Hale Waihona Puke Baidu
闪速吹炼 1增加铜锍水淬、干燥、细磨设施，减少吊运、钢包和转炉 2连续作用，易实现自动化控制 3全硫捕集率达99.9%，SO2逸散率低
粗杂铜的精炼
回转式阳极炉精炼
倾动炉精炼
电解精炼
铜电解精炼原理图
永久性阴极电解
(2)加强国内湿法炼铜配套技术的开发研究工作：a.萃 取剂不能长期依靠进口，b.大型萃取、返萃技术设备的 研究开发与引进吸收； (3)开发湿法炼铜技术，必须同时注意其环境工程的配 套研究开发。污酸、污水渗漏、排放对地下水、地表水 污染的防治。
4.铜冶炼的发展
20世纪50年代初期用带式烧结机代替了烧结锅，用转炉 代替了真吹炉； 20世纪60年代初建成了电炉、反射炉炼铜厂； 20世纪70年代研究成功了处理氧化矿的离析法工艺； 20世纪80年代创造了“白银炼铜法”，引进国外先进的闪 速炼铜法； 20世纪90年代引进诺兰达法和氧气顶吹浸没熔炼法； 创造了水口山炼铜法，开发了浸出一萃取一电积湿法工 艺处理贫铜矿。 目前,中国已引进的世界先进铜熔炼新工艺有:闪速 炉熔炼、诺兰达熔池熔炼、艾萨熔炼、奥斯麦特熔炼等。 自主创新的有：白银法侧吹熔炼、金川合成炉熔炼、氧 气底吹熔炼,具有自主知识产权。我国大型炼铜厂冶炼 技术接近国际先进水平。
高MgO精矿、高As精矿、氧化矿、复杂铜 矿的处理方法不同。
三类冶炼方法：火法、湿法、电冶金。 目前世界上原生铜产量中80%用火法冶炼生 产，约20％用湿法冶炼生产。 火法炼铜用于处理硫化铜矿的各种铜精矿、 废杂铜。 湿法炼铜用于处理氧化铜矿、低品位废矿、 坑内残矿和难选复合矿。
火法处理铜精矿大致分三步，造锍熔炼—吹 炼—火法精炼，再电解精炼。 湿法处理氧化矿主要有两个过程，铜的浸出 和溶液电积或置换提取铜。
贝塞麦特转炉
1865年欧洲发明了铜电解精炼，对铜冶炼技术 进步意义重大。 19世纪末到20世纪20年代(敞开)鼓风炉熔炼一直 占相当重要的地位。 20世纪50年代产生了密闭 鼓风炉熔炼，即百田法。 20世纪20年代到70年代反射炉熔炼占据重要地 位。 60年代以来，炼铜技术发生了重大变革，以闪速 炉为代表的一批强化冶炼新工艺，逐渐取得了反 射炉熔炼。世界铜冶炼工业朝着绿色冶金的方向 不断在发展。（两型企业3/16）
两河流域大约在公元前3500年左右开始进入 青铜器时代， 欧洲的炼铜技术是从西亚经爱琴海 和高加索地区传入，年代在公元前3000年中到前 2000年初。 到14—15世纪，欧洲普遍采用“德国法”炼铜， 此法是将硫化铜矿氧化成氧化铜，然后再竖炉内还 原为粗铜。1698年英国开始采用反射炉冶炼富铜 矿（焙烧—熔炼—吹炼） 。 19世纪后期，1880年出现的转炉(贝塞麦特炉)吹 炼铜锍，极大缩短了冶炼周期，使炼铜工业进入到 一个新的时期。
熔剂和原料先进行磨 细再进行深度干燥 辅助设备多，投资大, 专利费昂贵
印科INCO闪速炉
顶吹浸没熔炼
熔炼速度快，生产 率高，床能率最高 原料适应性强，无 需特别准备 炉子尺寸紧凑，整 体设备简单，投资 相对较低 喷枪寿命短、噪音 大、保温用柴油费 用高 炉寿命较短
瓦纽科夫熔池熔炼 备料简单，炉料 适应性强 可处理块料，烟 尘率低 隔墙分区，渣含 铜较低，无需贫 化 强化熔炼，炉子 的处理能力大
铜的最普用途在于制造用于各种电缆和导线，占一半 左右；这是因为它的导电性和导热性都仅次于银，但却比 银便宜得多。在建筑工业中，用做各种管道、管道配件、 装饰器件等。 铜的重要合金有以下几种：
黄铜是铜与锌的合金。黄铜的机械性能和耐磨性能都 很好，可用于制造精密仪器、船舶的零件、枪炮的弹壳等。 锣、钹、铃、号等乐器也是用黄铜制做的。
三段法是杂铜先经鼓风炉熔炼产出黑铜，再经转炉 吹炼成次粗铜，然后用反射炉精炼为阳极铜。 其他方法：氯化离析、区域熔炼、电子束熔炼和卡 尔多炉处理废杂铜 。
卡尔多炉处理废杂铜
硫化铜矿基本是采用火法处理，其优点是适应性强， 冶炼速度快，能充分利用硫化矿中的硫，能耗低和有利 于资源的综合回收，也适用于处理富氧化矿。 目前湿法炼铜仅占我国产铜量的2.5％,远落后于世 界平均20%水准，处于前不如古人后不如洋人的状况。 (1)需要充分研究资源特点，加强国内湿法炼铜的基础 研究工作：a.黄铜矿细菌浸出，b.堆浸催化剂寻找；
永久性阴极电解铜技术
最早是由澳大利亚芒特艾萨公司汤斯维尔精炼厂于1978 年研制成功投入生产的，称为艾萨（ISA）电解法； 目前用ISA法生产的电解铜占全世界产量的1/3.我国最 早引进该技术的是江铜贵溪冶炼厂。 1986年加拿大鹰桥公司Kidd Creek冶炼厂也开发出了另 一种不锈钢阴极生产工艺，称为Kidd法。我国铜陵的金 隆公司采用的就是此工艺。 OT法是芬兰奥托昆普公司近年来开发的另一种不锈钢 阴极生产工艺，我国的山东阳谷祥光铜业公司采用的就 是此工艺。 ISA剥片采用传统机械技术； Kidd剥片采用机器人系统； OT剥片采用传统机械技术。
1.2中国铜冶炼历史
中国约在公元前2000年左右的夏代就已经开 始使用红铜（纯度达99％以上的紫红色自然铜）， 已进入了青铜时代。商、周是青铜文化的鼎盛时 期， ，青铜冶炼、熔铸和造型技术都处于当时 世界的最高水平。
湿法炼铜更是源于我国，古称“胆水浸铜法”， 西汉《怀南万毕术》中就有用铁从硫酸铜(胆水) 溶液中置换铜的记载。在唐、宋主要集中在江西 铅山、德兴和广东岭水，年产量最高近2000吨。
1949年以后，新中国整个工业水平迅速提高，新建 了铜陵、白银、大冶和云南等大型炼铜厂。近30年来， 几乎世界上各种先进的铜冶炼工艺都在我国得到了应用， 我国的铜产量和质量已跃居世界前列。
2.1 铜及重要合金
2.铜及其化合物
铜的原子序数是29，相对原子质量63.55，属第四 周期第一副族(IB )，是一种过渡金属。 铜呈紫红色光 泽的金属，密度8.92克/立方厘米。熔点1083℃，沸点 2567℃。 铜在冶炼温度下，几乎不挥发；铜液可以溶解H2、 O2、SO2、H2O很多气体，铜在干燥空气中不氧化，在 含CO2的潮湿空气中生成铜绿（有毒），能阻止其继续 腐蚀。 铜在空气中加热至185 ℃以上开始氧化，生成暗红 色氧化物，高于350 ℃时变为黑色。铜不溶于盐酸，能 溶于硝酸、热的浓硫酸、有氧化剂的硫酸和氨水。
冶金技术的进步主要表现在： 传统冶炼工艺正迅速被强化冶炼工艺取代， 氧气的利用更为广泛，富氧浓度大大提高， 装备水平和自动化程度有较大提高， 计算机DCS集散控制已广泛采用， 冶金工艺参数的测定手段更为先进， 有价金属的综合回收率进一步提高， 湿法炼铜工艺有了更大发展。
造锍熔炼
密闭鼓风炉熔炼 优点是热效率和 床能率比较高 原料适应性比较 大 总的投资费用较 低 脱硫率低，消耗 大量冶金焦 SO2浓度低，不利 于制酸和环保
航海黄铜 铜与锌、锡的合金，抗海水侵蚀，可用来 制作船的零件、平衡器。
青铜 铜与锡的合金叫青铜。青铜一般具有较好的耐 腐蚀性、耐磨性、铸造性和优良的机械性能。用于制造精 密轴承、高压轴承、船舶上抗海水腐蚀的机械零件。青铜 还有一个反常的特性——“热缩冷胀”，用来铸造塑像，冷 却后膨胀，使造型更加清晰。 磷青铜 铜与锡、磷的合金，坚硬，可制弹簧。 白铜 白铜是铜与镍的合金，其色泽和银一样， 不 易生锈。常用于制造硬币、电器、仪表和装饰品。 18K金 6/24的铜与18/24的金的合金。红黄色，硬 度大，可用来制作首饰、装饰品。
我国第一个近代铜矿冶炼厂是20世纪30年代沈阳 的奉天金制炼所（沈阳冶炼厂前身），使用的工艺流程 是烧结锅烧结－敞开鼓风炉熔炼－真吹炉吹炼电解精 炼。 近代炼我国铜工业处于落后的地位，直到1949年 前，全国只剩沈阳冶炼厂、上海冶炼厂、昆明冶炼厂和 重庆冶炼厂4家工厂维持少量生产，产量不足3000吨。
我国铜冶炼企业要适应未来激烈市场和越来 越严格的环保要求，保持可持续发展，必须要坚 持走五化之路： 规模扩大化、 资源全球化、 生产自动化、 装备国产化、 生产清洁化。
冶炼工艺的选择面临以下四个主要课题 1.能源节约 2.环境保护 3.综合利用 4.机械化、自动化 火法炼铜和湿法炼铜的工艺流程如图。
图1火法炼铜流程
图2硫化铜精矿的湿法处理流程
图3铜氧化矿和低品位矿的湿法冶炼流程
用经预处理的废杂铜生产阳极铜一般采用火法，主 要工艺有三种：一段法、二段法、三段法。 一段法是将经过分选的紫杂铜和黄杂铜直接加入反 射炉/回转炉或倾动炉进行精炼，一步产出阳极铜。 二段法是先将废杂铜加入鼓风炉还原熔炼或投入转 炉吹炼，产出粗铜；再经其他精炼炉产出阳极铜。
反射炉熔炼 省去焙烧工序，能 直接处理生精矿和 使用各种燃料 渣含铜低，炉子寿 命长，易实现机械 化和自动化 热效率和生产率较 低，能耗高 烟气量大， SO2浓 度低。
闪速炉熔炼
充分利于物料的活性 表面积，强化了熔炼 过程，生产速度快 能耗低，只有反射炉 熔炼的1/3 烟气量小，环境保护 好，自动化程度高 四高操作是闪速熔炼 的发展趋势
2.2 铜的主要化合物 硫化铜 CuS 墨绿色，以铜蓝矿形态存于自然界，为不稳定的化 合物，加热分解为Cu2S和S2 ； 硫化亚铜 Cu2S 蓝黑色物质，以辉铜矿形态存于自然界，加热氧化 为CuO和SO2 ，高温（1150oC）生成Cu和SO2 ； 氧化铜 CuO 黑色，在自然界以黑铜矿形态存在，加热分解 为Cu2O 和O2 ； 氧化亚铜 Cu2O 洋红色，在自然界以赤铜矿形态存在，高温稳定， 易被C、CO和H2还原为金属；
铜冶炼基本知识
1.铜的生产历史 2.铜及其化合物 3.铜冶炼的原料和方法 4.铜冶炼的发展
1.铜的生产历史
1.1世界铜冶炼历史 铜是史前金属，早在原始社会就被人类发现 和应用。由于铜的出现，石器时代随之消亡，人 类逐渐迈入青铜器时期。 根据现有的考古发现，西亚是世界上最早应 用铜并掌握炼铜技术的地区。在伊朗西部发现的 铜针、铜锥距今有9000年以上的历史。