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1、铜金属基础知识熔炼车间 刘飞2015年12月一一 铜及其化合物的性质铜及其化合物的性质二二 铜矿物及精矿的组成和分类铜矿物及精矿的组成和分类四四 铜金属的主冶炼方法铜金属的主冶炼方法1 概述概述2 火法炼铜工艺简介火法炼铜工艺简介3 传统熔炼工艺传统熔炼工艺4 强化熔炼工艺强化熔炼工艺 4.1 强化熔炼工艺特点强化熔炼工艺特点 4.2 主要强化熔炼工艺应用情况主要强化熔炼工艺应用情况 4.3 主要强化熔炼工艺比较主要强化熔炼工艺比较 4.4 闪速熔炼工艺闪速熔炼工艺 4.5 浸没喷枪顶吹技术浸没喷枪顶吹技术 4.6 三菱连续炼铜工艺三菱连续炼铜工艺5 吹炼工艺吹炼工艺 5.1 P-S转炉吹炼转

2、炉吹炼 5.2 冰铜连续吹炼冰铜连续吹炼6 精炼工艺精炼工艺7 再生铜冶炼工艺再生铜冶炼工艺三三 铜金属的用途和产销状况铜金属的用途和产销状况 铜是元素周期表中第一副族元素，在地壳中含量为十万分之三。其重要物理常数如下。 表1 铜的物理性质原子序数29原子量63.57固态比重（20）8.89熔点 1083沸点 2325液态比重（1083）8.32液态比热1083比容比热48.9液态比重（1100）7.96磁化系数0.08510-6电化当量1.185液态比重（1200）7.81粘度（1145）0.341导电系数（20）0.594固态比热（20）0.0918传热系数（20）0.910蒸气压8.61

3、0-7mmHg一 铜及其化合物的性质1 铜的性质铜的性质 铜的沸点较高，冶炼中挥发损失不大。铜的比重随温度升高而降低。导电性能仅次于银，远超过其它金属，但导电率随温度升高而降低。 铜在熔点(1083)时的蒸汽压低于1.310-1 Pa，因此，在冶炼温度下，铜几乎不挥发。熔融铜能溶解H2、O2 、SO2 、CO 、CO2和水蒸汽等气体。溶解的气体对铜的机械性质和电工性质均有影响。当铜液凝固时，溶解的气体又能从铜中逸出，造成铜铸在185之下，铜在干燥空气中不与氧反应。但在潮湿空气中，有CO2存在时，表面易生成一层“铜绿”称作碱式碳酸铜的物质。铜绿有毒，故纯铜不宜用作食具。铜在空气中加热至185即开

4、始与氧作用，表面生成一层暗红色的铜氧化物；当温度高于350时，铜的颜色逐渐由玫瑰色变黄铜色，最后变成黑色CuO外层，中间层为Cu2O，内层则仍是金属铜。铜的电位序位于氢位置下，属正电性元素，不能从酸中置换出氢，因此不溶于盐酸，在无氧化剂的硫酸中也不溶解，能溶于硝酸和有氧化剂存在的硫酸中。铜能溶解于氨水中，铜能与氧、硫、卤素等元素直接化合。铜能与多种元素形成合金，从而大大改善铜的性质，使之易于进行冷、热加工，并增加抗疲劳强度和耐磨性能。目前已能制备1600多种铜合金，主要系列有：黄铜为铜锌合金，含Zn5%50%，若黄铜含Sn为1%、含Zn30%40%则称为锡黄铜，这种合金抗蚀能力强，广泛应用于船

5、舶制造。青铜为铜锡合金，含Sn1%20%，常含Zn1%3%，若合金中含一定量的P或Si，则可称为磷青铜、硅青铜。青铜在机械制造、电器等各行业中有广泛的用途。此外还有白铜（铜镍合金）、锰铜（锰铜合金）、铍铜合金等等。名 称成 分（%）青铜（普通）Cu 90 Zn 10黄铜（普通）Cu 60 Zn 40锰 铜Cu 85 Mn 12 Ni 3白 铜Cu 65 Zn 20 Ni 15镍 铜Cu 80 Ni 20康 铜Cu 59 Ni 40 Mn 1表1-3 铜的合金种类表2 铜的合金种类1)氧化铜(CuO)自然界中以黑铜矿存在，黑色无光泽，氧化铜是不稳定化合物，加热时依下式分解：4CuO=2Cu2 O

6、 + O2 反应的氧压如下：温度 845 900 960 1000 1060 1105压力 103pa 1.63 1.68 6.67 15.73 50.65 101.32氧化铜易被H2 、CO、C、CxHy 等还原为金属。在冶金过程中，还可被其它硫化物和较负电性金属如锌、铁、镍还原。氧化铜不溶于水但溶于FeCl2、 FeCl3、Fe2(SO4)3、(NH4) CO3中且易与各种稀酸起作用。2 铜的化合物性质铜的化合物性质2)氧化亚铜(Cu2O)自然界中以赤铜矿形态存在，根据晶粒大小不同、颜色也不同，组织致密的呈樱红色，粉状的为洋红色。氧化亚铜熔点为1235，高温下稳定。Cu2O易于被C、CO、

7、H、 CxHy ，还原成金属。Cu2O与Cu2S共热时发生反应： 2 Cu2O +Cu2 S= 6Cu+SO2 该反应于450开始，1100完成，这是冰铜吹炼成粗铜的理论基础。Cu2O与FeS共热时发生下列反应：Cu2O +FeS=Cu2 S+FeO该反应向右进行的趋势很大，这是冰铜熔炼的基本反应。Cu O能溶于HCl、H2SO4、FeCl3、Fe2(SO4)3、NH4OH等溶剂中，这是氧化矿湿法冶金的基础。3)铜的铁酸盐有两种形式：铁酸铜(CuOFe2O3)和铁酸亚铜(Cu2O Fe2O3 )。前者在低温下稳定，后者则在1100以上稳定。铜精矿焙烧时，易形成CuO Fe2O3 。铜的铁酸盐不

8、易溶解于水、氨及一般溶剂。在高温冶金中，易被强碱性氧化物如FeO、CaO等及硫化物所分解，也易于被SO2所还原。4)铜的碳酸盐自然界中以孔雀石CuCO3Cu(OH)2和蓝铜矿2CuCO3Cu(OH)2) 形态存在。它们在高温下均不稳定，加热到220以上时完成分解为CuO，CO2和H2O。湿法冶金中，铜的碳酸盐与各种溶剂发生类似于铜氧化物与各种溶剂所发生的反应，有CO2放出。5)铜的硅酸盐自然界中以硅孔雀石(CuSiO32H20)和透视石(CuSiO3H20)形态存在。它们在高温下分解放出水与氧，形成在高温下稳定的硅酸亚铜(2Cu2OSiO2 )。硅酸亚铜容易被H2、C、CO还原。硅酸亚铜可溶于

9、浓HNO3及稀CH3COOH中，微溶于H2SO4，易溶于HCl中。6)硫化铜(CuS)自然界中呈铜蓝的硫物形态存在。CuS为不稳定物，加热时分解：2CuS=Cu2S+1/2S2 在500时，分解的硫蒸汽压为66.66千帕(500毫米汞柱)。CuS不溶于水，溶于热硝酸和KCN溶液中。稀H2SO4和苛性钠对硫化铜不发生作用。7)硫化亚铜(Cu2S)自然界中呈辉铜矿形态存在。高温下稳定，在l400时，离解压(Ps2)仅32帕(3.16xl0-4大气压)。常温时Cu2S可溶解于NH4OH和稀硝酸中，也能溶于FeCl3、CuCl2、Fe2(SO4)3。与浓HCl作用时，逐渐放出H2S，与浓硫酸作用则生成

10、CuS、CuSO4和SO2，对稀硫酸仅在有空气存在时，方能缓慢发生反应。常温下Cu2S不被空气氧化，高温下发生氧化反应生成铜和二氧化硫。8)硫酸铜(CuSO4 )自然界中以胆矾(CuSO4 5H2 O)的矿物形态存在。硫酸铜易溶于水，用铁或锌可从CuSO4溶液中置换出金属铜。9)氯化铜(CuCl2)自然界无氯化铜矿物存在，为人工制成物。 CuCl2很不稳定，隔绝空气加热至340离解成CuCl2 ，并放出氯气。 CuCl2易于挥发，在523.6其蒸气压达113.19千帕（849毫米汞柱）。 CuCl2可溶于水。10)氯化亚铜(Cu2Cl2)为白色粉末，受日光作用即迅速变为暗黑色。 Cu2Cl2在

11、390时即显著挥发，在1367时，其蒸气压达101.32千帕(760毫米汞柱)。这是氧化冶金的基础。氯化亚铜几乎不溶于水，溶于盐酸及金属氯化物溶液中。二二 铜矿物及精矿的组成和分类铜矿物及精矿的组成和分类铜是一种存在于地壳和海洋中的金属，在个别铜矿床中，铜的含量可以达到3%5%。自然界中的铜，多数以化合物即铜矿物存在。铜矿物与其他矿物聚合成铜矿石，开采出来的铜矿石，经过选矿而成为含铜品位较高的铜精矿。自然界已发现的含铜矿物有200多种，但重要的矿物仅20余种，根据铜化合物的性质，铜矿物分为自然铜、硫化矿和氧化矿3种类型。现在除了少量的自然铜外，主要有原生硫化铜矿物和次生氧化铜矿物，特别是硫化矿

12、分布最广，世界矿铜产量的80%来自硫化矿。常见的具有工业开采价值的铜矿物如表所示。表3 铜的主要矿物矿石类别矿石类别矿物名称矿物名称组成组成铜含量铜含量/%/%比重比重颜色颜色自然铜矿自然铜Cu1008.9棕红色硫化铜矿辉铜矿铜蓝黄铜矿斑铜矿硫砷铜矿黝铜矿Cu2SCuSCuFeS2Cu5FeS4Cu3AsS4Cu12Sb4S1379.966.534.663.348.445.85.55.84.64.74.14.35.065.084.454.65.1铅灰至灰色靛蓝至灰黑色黄铜色暗铜红色灰黑色或黄黑色灰色至黑色氧化铜矿赤铜矿黑铜矿孔雀石蓝铜矿硅孔雀石胆矾Cu2OCuOCuCO3Cu(OH)22CuC

13、O3Cu(OH)2CuSiO32H2OCuSO45H2O88.879.557.568.236.225.56.145.86.43.94.033.73.92.02.42.12.3红色灰黑色亮绿色亮蓝色绿蓝色蓝色除了铜的矿物资源，炼铜原料还包括其它金属矿的选矿和冶炼过程中产生的含铜中间物料及再生铜物料，其中再生铜物料占绝大多数。据不完全统计，世界再生铜占铜消费总量的40%左右，再生铜中废杂铜占绝大多数。再生铜物料来源可归纳以下几种： (1) 有色金属加工企业产生的含铜废料。 (2) 消费产生的含铜废料。 (3) 进口废杂铜。 (4) 军工行业产生的铜废料。铜矿石和精矿的组成，常常是决定采用何种冶炼工

14、艺的关键因素。硫化铜矿可选性好，易于富集，选矿后的铜精矿几乎全部采用火法冶炼工艺处理。CuCuFeFeS SSiO2SiO2CaOCaOAl2O3Al2O3MgOMgO永平铜矿铜陵凤矿白银公司胡家峪云南狮子矿东乡矿德兴矿铁山矿16.2720.1416.2924.9229.1017.4625.0013.2134.1020.8328.6428.2620.7039.3828.0038.7641.2030.2830.7924.9023.5034.8930.0038.062.403.887.821.583.860.157.001.980.531.822.080.722.320.150.671.630.8

15、51.201.382.74120.330.480.647.7611.9835表4 部分矿山硫化铜精矿的主要化学成分(%)氧化铜矿的可选性差，一般难以进行选矿富集，而直接采用湿法工艺生产电积铜。品位较高的以硅酸铜为主的难选氧化铜矿氧化后与硫化矿一起经浮选选出铜精矿再进行火法冶炼。CuCuAsAsPb+ZnPb+ZnMgMgBiBi水分水分其它要求其它要求一级品二级品三级品四级品302520130.050.20.30.42581213450.050.20.30.5冬季应不大于8%，其它季节不得大于12%不得混入外来夹杂物；同批精矿要求混匀表4 铜精矿化学成分国家标准(%)贵溪冶炼厂贵溪冶炼厂1#1

16、#闪速炉配料变更通知单闪速炉配料变更通知单贵冶生产管理部 2015年12月14日JC/GYQR0928-SC01矿种矿种矿仓号矿仓号前前回回本本回回CuCuS SFeFeSiO2SiO2CaOCaOAsAsBiBiSbSbZnZnPbPb 渣精矿85426.486.9928.4121.21.170.650.050.291.240.96 1#地方矿 22.6329.1628.365.221.290.040.290.014.180.74 阿尔巴矿 6016.3739.6834.782.50.560.080.010.011.170.03 银山矿273317.6738.6728.936.190.304

17、.200.120.463.820.14 永平矿26101225.0231.2727.898.471.310.020.120.033.820.64 八家子矿60213.0228.8625.006.920.910.120.080.026.396.88 智利87矿26535.5730.6418.996.520.440.160.010.010.370.02 澳洲113矿78833.0719.4913.4817.441.190.320.010.010.360.15 2#地方矿1.21121619.6335.1130.284.511.540.480.040.081.030.08 德兴矿 4.5.23.24

18、.25505024.6831.1129.5210.170.600.080.010.050.050.05混合矿 24.757 30.033 27.484 9.716 0.8948 0.3072 0.0343 0.0685 0.9875 0.3078表5 铜精矿成分铜是一种重要的有色金属，也是人类最先发现和最早使用的金属。远在史前时代，人类就开始采掘露天铜矿，并用获取的铜及其合金来制造各种劳动工具、兵器及生活用具、装饰品等。历史上有过所谓“青铜时代”，铜的使用对早期人类文明的进步影响深远。当今，铜及其合金在国民经济各部门仍然起着重要的作用，其消耗量仅次于钢铁和铝。由于铜具有良好导电性、传热性、延展

19、性、较强的抗拉和耐腐蚀性，所以在电力工业、机械制造业、国防工业以及国民经济其它部门都有广泛的用途，特别是在电气、电子工业中应用最广、用量最大，占总消费量一半以上。三三 铜金属的用途和产销状况铜金属的用途和产销状况1 铜的用途铜的用途用于各种电缆和导线，电机和变压器的开关以及印刷线路板。在机械和运输车辆制造中，用于制造工业阀门和配件、仪表、滑动轴承、模具、热交换器和泵等。在化学工业中广泛应用于制造真空器、蒸馏锅、酿造锅等。在国防工业中用以制造子弹、炮弹、枪炮零件等，每生产300万发子弹，需用铜13-14吨。在建筑工业中，用做各种管道、管道配件、装饰器件等。最近几十年，人们还发现铜有非常好的医学用

20、途。20世纪70年代，我国医学发明家刘同庆、刘同乐研究发现，铜元素具有极强的抗癌功能，并成功研制出相应的抗癌药物“克癌7851”，在临床上获得成功。后来，墨西哥科学家也发现铜有抗癌功能。最近，英国研究人员又发现，铜元素有很强的杀菌作用。相信不久的将来，铜元素将为提高人类健康水平做出巨大贡献。另外，硫酸铜常用来制造农药和化学药品。总之，铜在国民经济中起着非常重要的作用，必须大力发展炼铜工业。 世界铜资源主要集中在智利、美国、赞比亚、俄罗斯和秘鲁等国。其中智利是世界上铜资源最丰富的国家，其铜金属储量约占世界总储量的1/3。但在2000年后铜消费市场的主角换成了中国、俄罗斯、印度和巴西。我国探明的铜

21、资源储量主要分布在江西、云南、湖北、西藏、甘肃、安徽、山西、黑龙江8 省。我国铜资源短缺， 每年均需进口大量的铜精矿，2007年我国可供使用的铜金属量为622.3万吨，其中国内铜资源占 24.6%，进口铜资源占到 75.4%。2 铜的产销状况铜的产销状况铜的产量在20 世纪50 年代至70 年代得到急速发展，1950 年全世界精铜产量只有315 万吨，到1974 年达770 万吨。但两次石油危机导致了铜消费的萎缩从而使铜产量大幅下降。90 年代铜产量再次迅速增加，其中以智利最为突出。智利于1999 年超过美国成为全球最大的精铜生产国，宣告了美国在铜生产方面遥遥领先的时代的结束，2006年其产量

22、约占全球产量的37%。 我国精炼铜产量位居世界第二，仅次于智利，2007 年产量占全球总量的 1/5。华东为主产铜矿区，其中，江西和安徽两省 2007 年精炼铜产量占到国内产量的 34%。2006-2014中国精炼铜产量2014年全年生产精炼铜795.86 万吨，同比增长13.72 %排名地区 年度累计(吨)较上年增长(%)全国 7958582.28 13.72 1安徽省 1309891 8.26 2江西省 1306362.41 6.19 3山东省 1188394.7 21.93 4甘肃省 892305 14.46 5湖北省 523022.98 3.76 6云南省 509488.32 6.11

23、 7江苏省 301082.68 -0.64 8浙江省 298790.44 13.97 9内蒙古276819.13 15.82 10河南省 229133.54 33.88 11福建省 227642.14 7.53 12广西 188138 49803.98 13山西省 144488.69 64.20 14河北省 136411.28 -14.12 15广东省 128912.96 2.79 表6 2014年中国各地区精炼铜产量铜消费相对集中在发达国家和地区。西欧是世界上铜消费量最大的地区，2000 年后，发展中国国家铜消费的增长率远高于发达国家。西欧、美国铜消费量占全球铜消费量的比例呈递减趋势，而以中

24、国、俄罗斯、印度和巴西为代表的新兴经济体的铜消费量则成为铜消费的主要增长点。中国从2002 年起超过美国成为第二大市场并且是最大的铜消费国，消费量占全球消费量的 1/3。华东和华南为主要消费区，二者消费量约占全国消费总量的 70。年份年份20062006年年20072007年年20082008年年20092009年年2010201020112011201220122013201320142014全球产量全球产量1734.31786.51807.51813.41899.81963全球消费量全球消费量1697.41805.41791.91716.61937.51998.8中国产量中国产量292.4

25、7344.16370.87425.18479.29517.96605.76683.88795.9中国消费量中国消费量380477507792713734768820872表7 精炼铜产量及消费量(万吨)1 概述概述四四 铜金属的主冶炼方法铜金属的主冶炼方法火法工艺（选矿-熔炼-精炼工艺）：传统炼铜工艺，适合处理硫化矿，占矿铜产量的80%湿法工艺（浸出-萃取-电积） ：上世纪70年代中期后兴起，适合处理氧化矿和次生硫化矿，还用于处理浮选尾矿、废矿、旧矿和断裂的矿体；占矿铜产量的20%。再生铜：1/3熔炼-精炼，2/3直接生产铜产品。不同的原料采用不同的熔炼工艺 用铜矿石或铜精矿生产铜的方法较多，

26、概括起来有火法和湿法两大类。采用的方法主要根据能否节省能源、防止公害、保护环境、矿石成分、矿物组成及当地的交通材料供应等情况来确定。 火法冶金是生产铜的主要方法，目前世界上80%的铜是用火法冶金生产的，特别是硫化铜矿，基本上全是用火法处理。火法处理硫化铜矿的主要优点是适应性强，冶炼速度快，能充分利用硫化矿中的硫，能耗低，特别适于处理硫化铜矿和富氧化矿。火法处理硫化铜矿提取铜的工艺流程如图所示。图1 火法冶炼工艺流程强化熔炼方法漂浮状态熔炼法，熔池熔炼法等铜 精 矿传统熔炼方法密闭鼓风炉法，反射炉法，电炉法炉气铜锍炉渣收尘、制酸吹 炼P.S转炉法，连续吹炼法，闪速吹炼法炉渣铜锍炉气炉气弃去粗铜炉

27、渣贫化火法精炼电解精炼电解铜贫化渣贫化锍弃去 湿法冶炼是在常温常压或高压下，用溶剂浸出矿石或焙烧矿中铜，经过净液，使铜和杂质分离，而后用萃取-电积法，将溶液中的铜提取出来。 对氧化矿和自然铜矿，大多数工厂用溶剂直接浸出；对硫化矿，一般先经焙烧，而后浸出。湿法生产铜的工艺流程如图2所示。 图2 铜矿石湿法冶炼工艺流程铜 矿氧化剂焙砂槽浸(富矿)硫化矿氧化矿流态化焙烧堆浸(贫矿)浆 化浸 出倾 析絮凝剂浸出渣上清液多次逆流洗涤洗液末次洗渣电解沉积送渣处理车间烟气收尘烟尘烟气送制酸车间净 液富液有机萃取硫酸铜溶液不纯铜送火法精炼车间纯铜置换提铜火法工艺：主要处理硫化铜矿和富氧化矿，优点是适应性强，冶

28、炼速度快，能充分利用硫化矿中的硫，能耗低。湿法工艺：火法难以利用的铜原料，包括低品位废石的利用；尾矿处理；难选硫化矿；难熔矿；废弃的矿山；开采成本很高的深矿井；高杂质（As、Sb、Bi）原料，多金属（Ni、Co、Zn)原料。小规模生产的投资低，生产成本低，不生产硫酸，无SO2污染。操作简单，在矿山附近就近生产。但贵金属回收困难，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。再生铜：单位能耗为矿产铜的20%，每利用1吨废杂铜，可少开采矿石130吨，少产生2吨SO2 和100多吨工业废渣，节约用水535立方米火法炼铜工艺流程主要包括焙烧、熔炼、吹炼、精炼等工序。焙烧分半氧化焙

29、烧和全氧化焙烧（“死焙烧”），脱除精矿中部分或全部的硫，同时除去部分砷、锑等易挥发的杂质。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氧化，并与脉石、熔剂等造渣除去，产出含铜较高的冰铜。吹炼能够消除烟害，回收精矿中的硫。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。电解精炼是通过引入直流电，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。2 火法炼铜工艺简介火法炼铜工艺简介用火法处理硫化铜矿或精矿可用两种工艺。其一，硫化铜精矿先经过焙烧再还原熔炼得到粗铜。其二，硫化铜精矿经过造锍熔炼

30、得到铜锍，将铜锍送入吹炼炉吹炼成粗铜。第一种流程虽然简单，但产出的粗铜杂质含量高，且随炉渣损失的铜量大，显然不经济。第二种工艺虽然流程复杂，但优点很多。因此，世界上广泛采用造锍熔炼-铜锍吹炼的工艺来处理硫化铜精矿。熔炼是火法炼铜最重要的冶炼过程，其目的是使铜精矿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（xCu2SyFeS）。精矿中的S和Fe与氧反应，大量放热，过程可以自热进行，无需燃料。精矿的S氧化产生的SO2生产硫酸副产品；SO2必须有效捕集，否则将造成环境污染铜精矿80%小于200目（-74），通过工业氧可以实现强化熔炼，产能大。铜精矿中的金、银、铂、钯等稀贵金

31、属在铜冶炼中随铜富集，回收率可以达到98%3 传统熔炼工艺传统熔炼工艺传统熔炼工艺是在鼓风炉、反射炉和电炉内进行。这种工艺的主要缺点是：1）不能充分利用炉料中硫化物氧化的化学反应热作为能量，辅助燃料量或电能消耗大；2）产出低浓度SO 烟气，不能经济地生产硫酸，对环境造成严重污染。因此，传统熔炼工艺逐渐被高效、节能和低污染的强氧化熔炼新工艺取代。 精矿预精矿预处理：处理：焙烧焙烧烧结烧结混捏混捏制团制团熔炼：熔炼：反射炉反射炉鼓风炉、电炉鼓风炉、电炉冰铜吹炼：冰铜吹炼：PS转炉转炉阳极精炼、浇铸阳极精炼、浇铸电解精炼：电解精炼：常规始极片工艺常规始极片工艺烟气制酸烟气制酸鼓风炉鼓风炉反射炉反射炉

32、传统熔炼工艺的问题传统熔炼工艺的问题传统熔炼工艺：反射炉、电炉、鼓风炉，以反射炉为主；熔炼强度低：送风氧浓低，冰铜品位低，生产效率低，能耗高，成本高生产能力低：单炉年产铜几千吨到几万吨 环境污染严重：SO2回收率低 60年代后期世界各地纷纷自动化程度低，劳动强度大研究强化熔炼工艺4 强氧化熔炼工艺强氧化熔炼工艺近50年来，不少新的强氧化熔炼工艺已在工业上推广应用，归纳为两大类：一是闪速熔炼方法，如奥托昆普闪速熔炼、Inco氧气闪速熔炼、旋涡顶吹熔炼、氧气喷撒熔炼等；另一类是熔池熔炼方法，如诺兰达熔炼、三菱法熔炼、特尼恩特转炉吹炼、奥斯迈特/艾萨熔炼、瓦纽科夫法、卡尔多炉熔炼、氧气顶吹熔炼、白银

33、法和水口山法等。这些方法的共同点是运用富氧技术，强化熔炼过程，充分利用精矿氧化反应热量，在自热或接近自热的条件下进行熔炼，产出高浓度SO2烟气以便有效地回收硫，制造硫酸或其他硫产品，消除污染，保护环境，节约能源，获取良好的经济效益。 阳极阳极精炼、精炼、浇铸浇铸回转式、倾动式回转式、倾动式铜精矿熔炼：铜精矿熔炼：Outokumpu闪速炉闪速炉Inco闪速炉，三菱闪速炉，三菱炉炉诺兰达炉，诺兰达炉，Isa/Ausmelt炉炉Teniente转炉，瓦转炉，瓦钮可夫炉钮可夫炉白银炉，水口山炉，白银炉，水口山炉，金峰炉，方圆底吹金峰炉，方圆底吹炉炉冰铜吹炼：冰铜吹炼：PS转炉转炉Ausmelt炉炉闪速

34、吹炼炉闪速吹炼炉电解精炼：电解精炼：常规始极片工艺常规始极片工艺ISA工艺工艺烟气制酸烟气制酸4.1 现代强化熔炼工艺的特点现代强化熔炼工艺的特点产能大：单套系统最大铜产能超过40万吨/年送风氧浓高：闪速熔炼氧浓度达90%，ISA、三菱、诺兰达熔炼氧浓度达到65%，55%和45%自热或半自热熔炼：有效利用硫化矿物燃烧所产生的热量；冰铜品位高：均超过60%，可以高达75%高熔炼强度：闪速熔炼单炉铜精矿处理量最高达170万吨/年（祥光、金冠）；Isa炉单炉铜精矿处理量达到160万吨/年（澳大利亚芒特）；三菱炉精矿处理量超过100万吨/年（韩国温山）。硫捕集率高，环保好：一般均超过95%。闪速熔炼和

35、三菱熔炼超过了98%，吨铜S的排放量不到2kg，是最清洁的铜冶炼工艺工艺控制自动化程度高：闪速炉实现了计算机在线控制。4.2 主要强化熔炼工艺的应用情况主要强化熔炼工艺的应用情况工艺工艺工业生产时间工业生产时间发明国发明国现状现状因科闪速熔炼因科闪速熔炼19521952加拿大加拿大2 2家应用家应用奥托昆普闪速熔炼奥托昆普闪速熔炼19491949芬兰芬兰5050台，矿铜产量的一台，矿铜产量的一半半诺兰达连续熔炼诺兰达连续熔炼19731973加拿大加拿大3 3家应用家应用三菱连续熔炼三菱连续熔炼19701970日本日本5 5家应用家应用艾萨艾萨/ /奥斯麦特熔炼奥斯麦特熔炼19921992澳大利

36、亚澳大利亚应用在迅速增长应用在迅速增长特尼恩特炉特尼恩特炉19771977智利智利在智利、墨西哥、赞在智利、墨西哥、赞比亚等应用比亚等应用瓦钮可夫炉瓦钮可夫炉19771977俄罗斯俄罗斯在俄罗斯应用在俄罗斯应用白银炉白银炉19811981中国中国在中国应用在中国应用氧气底吹氧气底吹19921992中国中国在中国、印度应用在中国、印度应用金峰炉金峰炉20082008中国中国在中国应用在中国应用4.3 主要强化熔炼工艺的比较主要强化熔炼工艺的比较项目项目闪速熔炼闪速熔炼艾萨熔炼艾萨熔炼三菱熔炼三菱熔炼诺兰达熔炼诺兰达熔炼特尼恩特转炉特尼恩特转炉奥斯麦特熔炼奥斯麦特熔炼应用时间应用时间1949年年1

37、9831974年年19731977年年1992首次炼铜首次炼铜194919871974197319771999矿铜冶炼矿铜冶炼50台台9台台5台台3台台10台台5台台单炉最高单炉最高产能产能170万吨铜万吨铜精矿精矿/年年160万吨铜万吨铜精矿精矿/年年26.2万吨万吨/年矿铜年矿铜20万吨万吨/年矿铜年矿铜15万吨万吨/年年炉炉 矿铜矿铜16万吨万吨/年矿年矿铜铜原料适应原料适应性性较差较差适应性强适应性强强强适应性强适应性强适应性强适应性强适应性强适应性强原料预处原料预处理理粒度粒度1mm，深度干燥，深度干燥，H2O O0.3%0.3%制粒或增湿，制粒或增湿，H2O 9%11%干燥，干燥，

38、H2O O1%1%粒度粒度100mm，不，不需要干燥。需要干燥。粒度粒度100mm，不需要干燥。不需要干燥。制粒或增湿，制粒或增湿，H2O 10%12%送风氧浓送风氧浓90%65%55%45%32%36%40%50%冰铜品位冰铜品位任意任意60%75%62%68%75%75%62%烟气烟气SO2% 50%20%27%20%30%15%25%12%25%11%15%S捕集率捕集率99.9%95%99%90%60%90%95炉寿命炉寿命8年以上年以上32年年1年年150天天1年年业内认可的先进熔炼工艺业内认可的先进熔炼工艺闪速熔炼和熔池熔炼： Outokumpu闪速熔炼 浸没喷枪式熔炼（ISA/A

39、usmelt） 三菱熔炼4.4 闪速熔炼工艺闪速熔炼工艺第一座炼铜闪速炉于1949年在芬兰哈里亚瓦尔塔冶炼厂投入工业生产；目前还用于镍精矿的熔炼；1978年开始进行铜精矿的一步炼铜；1995年开始进行冰铜的吹炼。至今已有50多台炼铜闪速炉建成投产，目前在运行的有50台，其中有3台一步炼铜闪速炉，4台冰铜吹炼闪速炉和6台炼镍闪速炉在生产。炉体冷却结构的改进、冷却强度的提高，闪速炉的单炉产能提高，最大达到原设计的4倍；闪速炉的炉寿命延长，最长达到15年，一般10年左右闪速熔炼的技术进展闪速熔炼的技术进展生产能力连续提高：生产能力连续提高：贵溪、金隆、金川、祥光、玉野、东予、佐贺关等。关键设备的不断

40、进步：关键设备的不断进步：单个精矿喷嘴取代原有的4个喷嘴，旋流式精矿喷嘴，大型蒸汽干燥机，干矿浓相输送，失重计量加料系统（Air-slide），废热锅炉，炉体结构连续改进和冷却的强化，工艺控制数学模型的开发和应用，计算机仿真技术的应用等。工艺参数的不断优化：工艺参数的不断优化：富氧代替预热鼓风，送风氧浓提高，烟气SO2浓度提高，冰铜品位提高，贫化电炉能耗降低，冰铜品位提高，渣含铜较低等。预混合精矿富氧空气反应区域面积较大分配风a) Outotec方式b) 东予式调风锥精矿富氧空气混气室反应区域面积较小精矿溜槽精矿喷嘴系统调风锥旋流风入口旋流风旋流式c) 闪速炉扩产实例闪速炉扩产实例冶炼厂冶炼厂

41、投产年投产年份份R/S尺寸尺寸R/S体积体积/m3最初生产能最初生产能力力/万吨万吨/年年目前生产能力目前生产能力/万吨万吨/年年玉野玉野19726*6.51848.4-矿铜矿铜26-矿铜矿铜温山温山19795.4*61378-矿铜矿铜20-矿铜矿铜韦尔瓦韦尔瓦19756.5*6.822610-矿铜矿铜30-矿铜矿铜贵溪贵溪19856.83*7.092609-矿铜矿铜30-矿铜矿铜20076*719820-矿铜矿铜25-矿铜矿铜东汉堡东汉堡19726*822640-精矿精矿110-精矿精矿东予东予19716*6.6187850tpd-精矿精矿4000tpd精矿精矿肯尼科特肯尼科特19957*7

42、.75298100-精矿精矿110-精矿精矿佐贺关佐贺关1970/19736.2*5.917890-精矿精矿120-精矿精矿铜陵金隆铜陵金隆19975.53*6.6415910-矿铜矿铜35矿铜矿铜铜陵金冠铜陵金冠20127*7.930440-矿铜矿铜40-矿铜矿铜阳谷祥光阳谷祥光20076.3*721820-矿铜矿铜45-矿铜矿铜配料仓配料仓蒸汽干燥机蒸汽干燥机空气提升机空气提升机闪速炉闪速炉送转炉送转炉送选矿车间送选矿车间锅炉锅炉沉降室沉降室电收尘电收尘烟气烟气鼓风机鼓风机运输皮带运输皮带风动流槽风动流槽干矿干矿烟烟灰灰风、油、氧风、油、氧沉尘室沉尘室旋风旋风布袋布袋排烟风机排烟风机干矿仓

43、干矿仓炉渣炉渣冰铜冰铜硫酸车间硫酸车间放空放空贵冶2#闪速炉工艺流程闪速熔炼工艺流程图闪速熔炼工艺流程图浸没喷枪顶吹技术（浸没喷枪顶吹技术（TSL）-艾萨/奥斯麦特熔炼4.5 浸没喷枪顶吹技术浸没喷枪顶吹技术Ausmelt工艺炼铜应用工艺炼铜应用投产时间投产时间所属公司所属公司工厂位置工厂位置炉料类型炉料类型加料量加料量产品产品1999中条山中条山中国，侯马市中国，侯马市铜精矿铜精矿200,000t/a铜冰铜铜冰铜1999中条山中条山中国，侯马市中国，侯马市铜冰铜铜冰铜60,000t/a粗铜粗铜2002,2004Amplats南非，吕斯滕堡南非，吕斯滕堡水淬镍水淬镍/铜铜/铂族金铂族金属冰铜属

44、冰铜213,000t/a镍镍/铜吹炼铜吹炼冰铜冰铜2003安徽铜都安徽铜都中国，铜陵中国，铜陵铜精矿铜精矿330,000t/a铜冰铜铜冰铜2004韩国锌业韩国锌业温山，韩国温山，韩国铜渣铜渣7万吨万吨/年年铜冰铜铜冰铜2003Birla铜业铜业铜精矿熔炼铜精矿熔炼+冰铜冰铜吹炼吹炼3235万万吨吨/年年粗铜粗铜2005韩国锌业韩国锌业温山温山铅厂含铜残渣等铅厂含铜残渣等7万吨万吨/年年冰铜冰铜2005Start project俄罗斯，俄罗斯，helyabinsk铜精矿铜精矿50万吨万吨/年年冰铜冰铜2008赤峰金剑铜业赤峰金剑铜业中国中国铜精矿铜精矿48万吨万吨/年年冰铜冰铜2008葫芦岛有色

45、金属集团葫芦岛有色金属集团中国中国铜精矿铜精矿50万吨万吨/年年冰铜冰铜2007同和矿业同和矿业日本日本铜铜/多金属二次冶多金属二次冶炼炼15万吨万吨/年年粗铜粗铜2006俄罗斯铜业公司俄罗斯铜业公司铜精矿铜精矿2008吉林镍业吉林镍业中国中国Ni/Cu精矿精矿27.5万吨万吨/年年镍冰铜镍冰铜2010大冶有色大冶有色中国，黄石市中国，黄石市铜精矿铜精矿800,000t/a铜冰铜铜冰铜喷枪ISA工艺炼铜业绩工艺炼铜业绩投产时间投产时间所属公司所属公司工厂位置工厂位置工厂类型工厂类型工厂能力工厂能力1987芒特艾萨矿业有限公司芒特艾萨矿业有限公司澳大利亚芒特艾萨澳大利亚芒特艾萨铜冶炼厂铜冶炼厂1

46、520吨吨/小时的铜精小时的铜精矿矿1992塞浦路斯迈阿密矿业塞浦路斯迈阿密矿业美国亚利桑那美国亚利桑那铜冶炼厂铜冶炼厂70万吨万吨/年铜精矿年铜精矿1992芒特艾萨矿业有限公司芒特艾萨矿业有限公司澳大利亚芒特艾萨澳大利亚芒特艾萨铜冶炼厂铜冶炼厂100万吨万吨/年铜精矿年铜精矿1996Sterlite工业有限公司工业有限公司印度印度Tuticorin铜冶炼厂铜冶炼厂年产年产610万吨铜万吨铜1997联合矿业联合矿业比利时霍博肯比利时霍博肯铜铜/铅冶炼厂铅冶炼厂 年装料量年装料量30万吨万吨2002云南铜业云南铜业中国昆明中国昆明铜冶炼厂铜冶炼厂80万吨万吨/年铜精矿年铜精矿2002Hutten

47、werke Kayser AG德国德国Lunen再生铜冶炼厂再生铜冶炼厂年处理年处理15万吨二次万吨二次物料物料2005Sterlite工业有限公司工业有限公司印度印度Tuticorin铜冶炼厂铜冶炼厂130万吨铜精矿万吨铜精矿2006Mopani铜矿铜矿赞比亚，赞比亚，Mufulira铜冶炼厂铜冶炼厂85万吨铜精矿万吨铜精矿2007南秘鲁铜业南秘鲁铜业秘鲁，秘鲁，Ilo铜冶炼厂铜冶炼厂120万吨铜精矿万吨铜精矿2009（预计）（预计）Kazzinc JSC哈萨克斯坦哈萨克斯坦铜冶炼厂铜冶炼厂25万吨铜精矿万吨铜精矿2009（预计）（预计）秘鲁秘鲁Doe Run秘鲁秘鲁La Oroya铜冶炼厂

48、铜冶炼厂28万吨铜精矿万吨铜精矿ISA/Ausmelt熔炼的特点熔炼的特点 原料的适应性很强：原料的适应性很强：铜、铅、镍、锡精矿，铜、铅废杂料等再生冶炼，精矿成分和性质要求不如闪速炉严格。备料简单：备料简单：可以处理湿料、块料、垃圾等，不需要特别的备料，湿料、块料可以直接入炉。多种操作方式：多种操作方式：通过控制炉内不同的气氛和温度，可以自由地进行氧化，还原，烟化（挥发分离特定的元素）。单台炉子可以进行熔炼，也可以以进行吹炼，直接生产粗金属熔炼强度高，设备单位产能（床能力）高，最新的Isa炉设计精矿处理量达到了130万吨烟尘率低但环境指标、自动化水平、作业率、炉寿命等不如闪速熔炼艾萨铜冶炼厂

49、工艺布置艾萨铜冶炼厂工艺布置图4 云铜艾萨炉工艺流程全球艾萨铜冶炼厂的处理量全球艾萨铜冶炼厂的处理量年处理物料量增长很快，是成长很快的新技术年处理物料量增长很快，是成长很快的新技术三菱连续炼铜工艺三菱连续炼铜工艺4.6 三菱连续炼铜工艺三菱连续炼铜工艺由熔炼炉（S炉）、炉渣贫化电炉（SH炉）、吹炼炉（C炉）组成。S炉SH炉C炉及其后的阳极炉均通过溜槽连接，连续熔炼和吹炼。1974年在日本直岛冶炼厂首次投产。1981年Kidd Creek三菱炉投产，设计能力5.9万吨/年。1998年印尼的Gresik精炼厂（三菱公司控股）和韩国温山冶炼厂（日矿控股）三菱熔炼工艺投产，设计能力均为20万吨/年阴极

50、铜。温山冶炼厂三菱炉生产能力2005年达到26.2万吨矿铜，计划扩产到30万吨/年矿铜，精矿处理量超过100万吨2000年澳大利亚的Port Kembla铜业公司（古河矿业控股）引进一台C炉与Noranda炉配合的工艺投产，但因故障不断而停产。印度的Birla冶炼厂2005年投产了一套三菱连续炼铜系统 5 吹炼工艺吹炼工艺 铜精矿经熔炼，只是把精矿中的脉石和部分硫和铁除掉，而铜仍以硫化物形式存在，并与铁的硫化物组成冰铜（铜锍）(Cu+Fe+S8595%)，冰铜只是炼铜过程的一个中间产物。将冰铜装入吹炼炉，进行送风吹炼，把冰铜中的硫和铁几乎全部氧化除去而得到粗铜(Cu98.599.5%)，金、银