乾貨分享！帶你走進銅冶煉工藝的精彩世界

08-23

乾貨分享！帶你走進銅冶煉工藝的精彩世界

世界上由銅精礦生產電解銅的冶煉方法分為兩大類：火法冶煉和濕法冶煉。目前精鍊銅產量的80％以上是用火法冶煉生產的，濕法冶煉生產的精鍊銅佔20％左右，詳細情況如下。

一、火法冶煉

　　火法煉銅是當今生產銅的主要方法，占銅產量的80%～90%，主要是處理硫化礦。火法煉銅的優點是原料適應性強，能耗低，效率高，金屬回收率高。火法煉銅可分兩類：一是傳統工藝：如鼓風爐熔煉、反射爐熔煉、電爐熔煉。二是現代強化工藝：如閃速爐熔煉、熔池熔煉。

　　由於20世紀中葉以來全球性的能源和環境問題突出，能源日趨緊張，環境保護法規日益嚴格，勞動成本逐步上漲，促使銅冶煉技術從20世紀80年代起獲得飛速發展，迫使傳統的方法不得不被新的強化方法來代替，傳統冶煉方法逐漸被淘汰。隨之興起的是以閃速熔煉和熔池熔煉為代表的強化冶煉先進技術，其中最重要的突破是氧氣或富氧的廣泛應用。經過幾十年的努力，閃速熔煉與熔池熔煉已基本取代傳統火法冶煉工藝。

　　1、火法冶煉工藝流程

　　火法工藝過程主要包括四個主要步驟：造鋶熔煉、銅鋶（冰銅）吹煉、粗銅火法精鍊和陽極銅電解精鍊。

造硫熔煉（銅精礦—冰銅）：主要是使用銅精礦造冰銅熔煉，目的是使銅精礦部分鐵氧化，造渣除去，產出含銅較高的冰銅。

冰銅吹煉（冰銅—粗銅）：將冰銅進一步氧化、造渣脫除冰銅中的鐵和硫，生產粗銅。

火法精鍊（粗銅—陽極銅）：將粗銅通過氧化造渣進一步脫除雜質元素，生產陽極銅。

電解精鍊（陽極銅—陰極銅）：通過引入直流電，陽極銅溶解，在陰極析出純銅，雜質進入陽極泥或電解液，從而實現銅和雜質的分離，產出陰極銅。

圖1 火法煉銅一般流程圖

　　2、火法冶煉工藝分類

（1）閃速熔煉

　　閃速熔煉（flash smelting）包括國際鎳公司因科（Inco）閃速爐、奧托昆普（Outokumpu）閃速爐和旋渦頂吹熔煉（ConTop）3種。閃速熔煉是充分利用細磨物料巨大的活性表面，強化冶煉反應過程的熔煉方法。將精礦經過深度乾燥後，與熔劑經乾燥一起用富氧空氣噴入反應塔內，精礦粒子在空間懸浮1-3s時間，與高溫氧化性氣流迅速發生硫化礦物的氧化反應，並放出大量的熱，完成熔煉反應即造鋶的過程。反應的產物落入閃速爐的沉澱池中進行沉降，使銅鋶和渣得到進一步的分離。這種方法主要用於銅、鎳等硫化礦的造鋶熔煉。

　　閃速熔煉在20世紀50年代末開始生產，已在四十多家企業推廣應用，因為不斷改進在節能環保方面有著顯著成績。該工藝技術具有生產能力大、能耗低、污染少等優點，單套系統最大礦銅產能可達40萬t/a以上，適用於規模20萬t/a以上的工廠。但是要求原料進行深度乾燥到含水＜0.3%,精礦粒度＜1mm，原料中雜質鉛加鋅不宜高於6%。工藝的缺點是設備複雜、煙塵率較高，渣含銅比較高，需要進行貧化處理。

（2）熔池熔煉

　　熔池熔煉包括特尼恩特煉銅法、三菱法、奧斯麥特法、瓦紐柯夫煉銅法、艾薩熔煉法、諾蘭達法、頂吹旋轉轉爐法(TBRC)、白銀煉銅法、水口山煉銅法和東營底吹富氧熔煉法等。熔池熔煉是在細小的硫化精礦加入熔體的同時，向熔體鼓入空氣或工業氧氣，在劇烈攪拌的熔池內進行強化熔煉。由於鼓風向溶池中壓人了氣泡，當氣泡通過熔池上升時，造成「熔體柱」運動，這樣便給熔體輸入了很大的功能。它的爐型有卧、立式、迴轉式或固定式，鼓風方式有側吹、頂吹、底吹三種。

　　熔池熔煉是20世紀70年代開始在工業上應用。由於熔池熔煉過程中的傳熱與傳質效果好，可大大強化冶金過程，達到了提高設備生產率和降低冶煉過程能耗的目的。而且對爐料的要求不高，各種類型的精礦，乾的、濕的、大粒的、粉狀的都適用，爐子容積小，熱損失小，節能環保都比較好，特別是煙塵率明顯低於閃速熔煉。

表1 主要煉銅工藝匯總表

表2 主要煉銅工藝對比

表3 國內部分銅企冶煉工藝情況

表4 國外部分銅企冶煉工藝情況

　　 二、濕法冶煉（SX-EW法）

　　濕法冶煉占銅生產量的10%～20%，是用溶劑浸出銅礦石或銅精礦使銅進入溶液，然後從經過凈化處理後的含銅溶液中回收銅的方法。主要用於處理低品位銅礦石、氧化銅礦和一些複雜的銅礦石。

　　濕法煉銅設備更簡單，在礦山附近就近生產，生產成本低，不生產硫酸，無SO2污染。但雜質含量較高，且煉銅周期長、效率低、產能規模小；貴金屬回收困難，回收率不確定；處理黃銅礦精礦的濕法工藝還沒有工業應用，存在技術障礙。

　　雖然目前濕法煉銅在銅生產中所佔比重不大，但從今後資源發展趨勢看，隨著礦石逐漸貧化，氧化礦、低品位難選礦石和多金屬複雜銅礦的利用日益增多，濕法煉銅將成為處理這些原料的有效途徑。

1、濕法冶煉工藝流程

濕法冶煉工藝過程主要包括四個步驟：浸出、萃取、反萃取、金屬製備（電積或置換）。氧化礦可以直接進行浸出，低品位氧化礦採用堆浸，富礦採用曹浸。硫化礦在一般情況下需要先焙燒後再浸出，也可在高壓下直接浸出。浸出過程常用的溶劑有硫酸、氨、硫酸高鐵溶液等。

圖2 濕法冶煉一般流程圖

圖3 濕法冶生產過程圖

2、火法冶煉工藝與濕法冶煉工藝比較

表5 火法冶煉與濕法冶煉工藝對比

　　三、銅冶煉方法展望

　　世界銅冶煉發展趨勢銅冶煉的發展趨勢歸納起來有以下幾點：

（1）由於銅礦的性質，為了回收其中的銀和硫，火法煉銅仍佔主要地位，但濕法煉銅比例會有所提高。

（2）銅廠將是無污染工作，二氧化硫廢氣排放濃度將在300ppm以下，硫的實收率達到95%～99%。無廢水廢渣排放。

（3）火法煉銅將基本上是自熱熔煉。

（4）銅鋶連續吹煉將會更廣泛的應用。

（5）低品位礦將會用濕法冶金進行利用。濕法冶煉中浸出和萃取效率將會進一步提高。

（6）計算機在線控制將是主要的生產控制手段。

（7）工廠的規模將會更大型化，每一工序將會是單台爐子生產，操作工作將會更加減少。

　　隨著環保政策的嚴厲和生產成本的增加，從世界範圍看，成本高、技術落後小型冶煉廠將陸續關閉，大中型冶煉廠將進一步擴大生產規模，降低成本。而通過技術升級改造，進一步提高原料利用率，最大限度在冶煉過程中回收廢渣、廢水、廢氣中有價元素將是降成本最重要的手段。