金属行业干货！铜冶炼工艺

世界上由铜精矿生产电解铜的冶炼方法分为两大类：火法冶炼和湿法冶炼。目前精炼铜产量的80％以上是用火法冶炼生产的，湿法冶炼生产的精炼铜占20％左右，详细情况如下。

 

一、火法冶炼

 

　　火法炼铜是当今生产铜的主要方法，占铜产量的80%～90%，主要是处理硫化矿。火法炼铜的优点是原料适应性强，能耗低，效率高，金属回收率高。火法炼铜可分两类：一是传统工艺：如鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼。二是现代强化工艺：如闪速炉熔炼、熔池熔炼。

 

　　由于20世纪中叶以来全球性的能源和环境问题突出，能源日趋紧张，环境保护法规日益严格，劳动成本逐步上涨，促使铜冶炼技术从20世纪80年代起获得飞速发展，迫使传统的方法不得不被新的强化方法来代替，传统冶炼方法逐渐被淘汰。随之兴起的是以闪速熔炼和熔池熔炼为代表的强化冶炼先进技术，其中最重要的突破是氧气或富氧的广泛应用。经过几十年的努力，闪速熔炼与熔池熔炼已基本取代传统火法冶炼工艺。

 

　　1、火法冶炼工艺流程

 

　　火法工艺过程主要包括四个主要步骤：造锍熔炼、铜锍（冰铜）吹炼、粗铜火法精炼和阳极铜电解精炼。

 

　　造硫熔炼（铜精矿—冰铜）：主要是使用铜精矿造冰铜熔炼，目的是使铜精矿部分铁氧化，造渣除去，产出含铜较高的冰铜。

 

        冰铜吹炼（冰铜—粗铜）：将冰铜进一步氧化、造渣脱除冰铜中的铁和硫，生产粗铜。

 

        火法精炼（粗铜—阳极铜）：将粗铜通过氧化造渣进一步脱除杂质元素，生产阳极铜。

 

        电解精炼（阳极铜—阴极铜）：通过引入直流电，阳极铜溶解，在阴极析出纯铜，杂质进入阳极泥或电解液，从而实现铜和杂质的分离，产出阴极铜。

 

　　2、火法冶炼工艺分类

 

        （1）闪速熔炼

 

　　闪速熔炼（flash smelting）包括国际镍公司因科（Inco）闪速炉、奥托昆普（Outokumpu）闪速炉和旋涡顶吹熔炼（ConTop）3种。闪速熔炼是充分利用细磨物料巨大的活性表面，强化冶炼反应过程的熔炼方法。将精矿经过深度干燥后，与熔剂经干燥一起用富氧空气喷入反应塔内，精矿粒子在空间悬浮1-3s时间，与高温氧化性气流迅速发生硫化矿物的氧化反应，并放出大量的热，完成熔炼反应即造锍的过程。反应的产物落入闪速炉的沉淀池中进行沉降，使铜锍和渣得到进一步的分离。这种方法主要用于铜、镍等硫化矿的造锍熔炼。

 

　　闪速熔炼在20世纪50年代末开始生产，已在四十多家企业推广应用，因为不断改进在节能环保方面有着显著成绩。该工艺技术具有生产能力大、能耗低、污染少等优点，单套系统最大矿铜产能可达40万t/a以上，适用于规模20万t/a以上的工厂。但是要求原料进行深度干燥到含水＜0.3%,精矿粒度＜1mm，原料中杂质铅加锌不宜高于6%。工艺的缺点是设备复杂、烟尘率较高，渣含铜比较高，需要进行贫化处理。

 

　　（2）熔池熔炼

 

　　熔池熔炼包括特尼恩特炼铜法、三菱法、奥斯麦特法、瓦纽柯夫炼铜法、艾萨熔炼法、诺兰达法、顶吹旋转转炉法(TBRC)、白银炼铜法、水口山炼铜法和东营底吹富氧熔炼法等。熔池熔炼是在细小的硫化精矿加入熔体的同时，向熔体鼓入空气或工业氧气，在剧烈搅拌的熔池内进行强化熔炼。由于鼓风向溶池中压人了气泡，当气泡通过熔池上升时，造成“熔体柱”运动，这样便给熔体输入了很大的功能。它的炉型有卧、立式、回转式或固定式，鼓风方式有侧吹、顶吹、底吹三种。

 

　　熔池熔炼是20世纪70年代开始在工业上应用。由于熔池熔炼过程中的传热与传质效果好，可大大强化冶金过程，达到了提高设备生产率和降低冶炼过程能耗的目的。而且对炉料的要求不高，各种类型的精矿，干的、湿的、大粒的、粉状的都适用，炉子容积小，热损失小，节能环保都比较好，特别是烟尘率明显低于闪速熔炼。

 

 

　　 二、湿法冶炼（SX-EW法）

 

　　湿法冶炼占铜生产量的10%～20%，是用溶剂浸出铜矿石或铜精矿使铜进入溶液，然后从经过净化处理后的含铜溶液中回收铜的方法。主要用于处理低品位铜矿石、氧化铜矿和一些复杂的铜矿石。

 

　　湿法炼铜设备更简单，在矿山附近就近生产，生产成本低，不生产硫酸，无SO2污染。但杂质含量较高，且炼铜周期长、效率低、产能规模小；贵金属回收困难，回收率不确定；处理黄铜矿精矿的湿法工艺还没有工业应用，存在技术障碍。

 

　　虽然目前湿法炼铜在铜生产中所占比重不大，但从今后资源发展趋势看，随着矿石逐渐贫化，氧化矿、低品位难选矿石和多金属复杂铜矿的利用日益增多，湿法炼铜将成为处理这些原料的有效途径。

 

        1、湿法冶炼工艺流程

 

        湿法冶炼工艺过程主要包括四个步骤：浸出、萃取、反萃取、金属制备（电积或置换）。氧化矿可以直接进行浸出，低品位氧化矿采用堆浸，富矿采用曹浸。硫化矿在一般情况下需要先焙烧后再浸出，也可在高压下直接浸出。浸出过程常用的溶剂有硫酸、氨、硫酸高铁溶液等。

 

 

 

 

 

 

2、火法冶炼工艺与湿法冶炼工艺比较

 

 

　　三、铜冶炼方法展望

 

　　世界铜冶炼发展趋势铜冶炼的发展趋势归纳起来有以下几点：

 

        （1）由于铜矿的性质，为了回收其中的银和硫，火法炼铜仍占主要地位，但湿法炼铜比例会有所提高。

 

        （2）铜厂将是无污染工作，二氧化硫废气排放浓度将在300ppm以下，硫的实收率达到95%～99%。无废水废渣排放。

 

        （3）火法炼铜将基本上是自热熔炼。

 

        （4）铜锍连续吹炼将会更广泛的应用。

 

        （5）低品位矿将会用湿法冶金进行利用。湿法冶炼中浸出和萃取效率将会进一步提高。

 

        （6）计算机在线控制将是主要的生产控制手段。

 

        （7）工厂的规模将会更大型化，每一工序将会是单台炉子生产，操作工作将会更加减少。

 

　　随着环保政策的严厉和生产成本的增加，从世界范围看，成本高、技术落后小型冶炼厂将陆续关闭，大中型冶炼厂将进一步扩大生产规模，降低成本。而通过技术升级改造，进一步提高原料利用率，最大限度在冶炼过程中回收废渣、废水、废气中有价元素将是降成本最重要的手段。