国内外铜精矿先进铜冶炼实用工艺技术综述

1、国内外铜精矿生产电解铜先进冶炼工艺技术综述材料撰写：技术中央有色研究所铜材室周灼刚材料搜集整理：科技部工程治理科二0一0年十一月目 录一、炼铜原料概述1二、铜冶金方法概述11、火法冶金22、湿法冶金43、火法炼铜和湿法炼铜比较5三、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术概述 51、熔炼先进技术铜精矿-冰铜62、吹炼先进技术冰铜一粗铜93、火法精炼先进技术粗铜一阳极铜94、电解精炼先进技术阳极铜一电解铜13四、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术应用概况151、当代国内铜精矿火法冶金先进技术应用概况 152、当代国外铜精矿火法冶金先进技术应用概况 17五、当代国内外铜精矿冶金的前沿技术 191、国内铜精矿

2、冶金的前沿技术192、国外铜精矿冶金的前沿技术 21附图：铜火法冶金先进技术设备或流程示意图 22炼铜原料概述世界上生产电解铜阴极铜的原料分为铜精矿和废杂铜.用铜精矿和废杂 铜生产电解铜的比例大致为7: 3,铜精矿依然是当今生产电解铜的主要原料.铜精矿：在自然界中自然铜存量极少,一般多以金属共生矿的形态存在.铜矿石中常伴生有多种重金属和稀有金属,如金、银、/、睇、钿、硒、铅、确、 钻、锲、铝等.根据铜化合物的性质,铜矿物可分为自然铜、硫化矿和氧化矿三 种类型,主要以硫化矿和氧化矿,特别是硫化矿分布最广,目前世界电解铜产量 的90%左右来自硫化矿.金银等贵金属常和铜共生,一般铜矿都是含有金银等

3、贵金属.铜矿石经采矿和选矿富集获得铜精矿,常见为褐色、灰色、黑褐色、黄 绿色,粉状,粒度一般小于0.074mm含铜量13-30%,国内铜精矿标准目前执 行YSXT318-1997?铜精矿?行业标准的规定,其产品分类和化学成分如表1.表1铜精矿的化学成分 YS/T 318-1997品级Cu>杂质含量,品级Cu>杂质含量,AsPb+ZnMgOBiAsPb+ZnMgOBi级品3021三级 品2084二级品2553四级 品13125二、铜冶金方法概述铜冶金方法是指由铜精矿获取金属铜 精炼铜或电解铜所采取的工艺技术 途径和手段.世界上由铜精矿生产电解铜的冶炼方法分为两大类： 火法冶金和湿 法

4、冶金.目前世界上精炼铜产量的 85%以上是用火法冶金从硫化铜精矿和再生 铜中回收的,湿法冶金生产的精炼铜只占 15 %左右.1、火法冶金火法冶金是指在高温下应用冶金炉把铜精矿中的大量脉石别离开,脱除各种 杂质元素,提取纯金属铜的最古老、最常用的方法.火法炼铜通过熔融冶炼和电 解精火炼生产出阴极铜,也即电解铜,一般适于高品位的硫化铜精矿.目前全世 界的火法炼铜工艺都分为两段,第一段是造铳熔炼,由铜精矿炼成含铜4075%的铜铳或称冰铜,第二段是将铜铳炼成含铜98%以上的粗铜.火法炼铜所采 用的步骤有焙烧、熔炼、吹炼、火法精炼和电解精炼.焙烧：分半氧化焙烧和全 氧化焙烧死焙烧,目的是脱除精矿中局部或

5、全部的硫,同时除去局部 神和睇 等易挥发的杂质.随着铜冶金技术的进步,现代铜冶炼厂已经能够直接进展生精 矿的冶炼,当代绝大多数铜冶炼厂已经取消了焙烧步骤. 熔炼：主要是造铳熔炼, 目的是使铜精矿或焙烧矿中的局部铁和其他金属杂质氧化,并与脉石和熔剂等造渣除去,产出含铜较高的冰铜.吹炼：目的是进一步脱除冰铜中的硫、铁等杂质, 回收精矿中的硫,获取粗铜.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,获得纯度较高阳极铜或火精铜.电解精炼可以使用火法冶金炼出来 的阳极铜到达更高的纯度.现代铜精矿火法冶金的通常步骤和工艺流程

6、如下：步骤：铜精矿含铜1330% 一冰铜或铜铳含铜4070% 一粗铜含 铜方97% 一阳极铜含铜?99% 一电解铜含铜?99.95%工艺流程：铜精矿一熔炼一冰铜铜铳一吹炼一粗铜一火法精炼一阳极铜 一电解精炼一电解铜阴极铜传统火法炼铜流程一般是将含铜百分之几或千分之几的原矿石,通过选矿提高到含铜2030%作为铜精矿,在密闭鼓风炉、反射炉、和矿热电炉内进展造 铳熔炼,产出的熔融铜铳冰铜接着送入转炉吹炼成粗铜,粗铜再在固定式精炼 反射炉内经过氧化精炼脱杂,铸成阳极板,阳极板最后采用传统法电解精炼, 获 得品位高达99.95 %以上的电解铜.在硫化铜精矿冶炼的过程中同时还可以回收 和提取硫、金、银、睇

7、、砌、锲、硒等有价元素.但精甲鼠风炉 反射炉 电炉射炉人*第一废炉畋场粗炉一g前炉精好:IL阳极板-I电解精炼I电解铜图-1传统火法炼铜流程图该工艺流程特点是：简短、工艺传统成熟、适应性强,铜的回收率可达95%. 严重缺点是热效率低、能耗高、环保差、装备自动化程度低,生产效率低下,尤 其对矿石中的硫在造铳和吹炼两阶段以二氧化硫废气排出时回收率低,污染大, 为典型高能耗高污染工艺.近年来出现了如闪速炉闪速炼铜工艺,某某法、诺兰 达法和艾萨发等熔池熔炼工艺,日本的三菱法连续炼铜工艺和永久不锈钢电解法 等先进工艺,现代火法炼铜正逐渐向连续化、自动化、高效节能和清洁环保方向 开展.在当代中国从铜精矿中

8、提取金属铜,主要采用火法冶金方法,中国铜冶 金的生产流程以从铜精矿至获得粗铜的火法冶炼为主导.火法冶金的中间产物包括冰铜或铜铳粗铜阳极铜,最终产成品为电解铜阴极铜.冰铜：冰铜主要由硫化铜和硫化铁互相熔解形成, 它的含铜在20%70% 之间,含硫在15%25%之间.冰铜较重,沉于下层,从熔炼炉的排铜口流出 来,熔炼渣如此从上部渣层排渣口排出.冰铜主要作为吹炼炉生产粗铜的原料使 用,冰铜为各企业自主内定标准.粗铜：是经吹炼炉吹炼后获得的含铜约98%左右的铜,其外表 粗糙含气孔,由此得名,又称“泡铜英文名：BlisterCopper.我国粗铜行业标准YS/T 7093：粗铜按化学成分分为3个牌号：

9、Cu99.30C、Cu99.00G Cu97.50C,化学成分应符合下表的规定.表2粗铜化学成分 YS/T 70 93品级牌号Cu不小于杂质含量不大于AsSbBiPb二号三号阳极铜：是粗铜在阳极炉中精炼火法精炼后的产物、铸成阳极铜板,为各企业 自主内定标准.阴极铜：是阳极铜通过电解精炼的获得的产物,目前执行国家标准 GB/T467-1997 :阴极铜划分为两类标准阴极铜牌号 Cu-CATH-2和高纯阴极铜牌号Cu-CATH-1.两者的化学成分如下表3和表4.表3GB/T467-1997标准阴极铜(Cu-CATH-2)化学成分%Cu+Ag不小于杂质含量,不大于AsSbBiFePbSnNiZnSP

10、注:供方需按批测定标准阴色铜中的铜、神、睇、钿含量,并保证其他杂质符合本标 准的规定.表4 GB/T467-1997高纯阴极铜(Cu-CATH-1)化学成分 %元素组杂质元素含量,不大于元素组总含量,不大于Se1FeBiCr-Mn-2SbCd-AsP-3Pb4SSn-Ni-5FeSi-Zn-Co-6Ag2、湿法冶金由于铜矿石品位不断下降,难处理的复杂矿增加等原因,人们对湿法冶炼越 来越重视.湿法冶金过程的主要化学反响是在水溶液中进展的, 在许多情况下它 需要与火法冶金相配合来完成,生产出的精铜称为电积铜.一般铜矿物预先通过 氧化或硫酸化焙烧,转变可溶状态,然后再进展浸出、净化和电积获取电解铜.

11、 溶剂萃取电积法(SX EW提取铜的技术已在美国、智利、赞比亚、秘鲁、澳大利 亚和墨西哥等地推广应用,大大提升了铜的回收率并降低了生产本钱. 现代湿法 炼铜技术通常有硫酸化焙烧-浸出-电积简称RLE法、浸出-萃取-电积、 常压氨浸出法阿比特法、高压氨浸出法、细菌浸出法等,通常适用于低品位 复杂矿、氧化铜矿、浮选尾矿和含铜废矿石的堆浸槽浸或就地浸出.湿法冶炼的 工序可简单地分为三个步骤：浸出、萃取、电解.铜矿湿法冶金的一般工艺流程为：铜矿一焙烧一浸出一净化除杂一萃取一电积一电积铜阴极铜湿法冶炼技术正在逐步推广,湿法冶炼的推出使铜的冶炼本钱大大降低, 预 计本世纪湿法冶铜占总产量的比例将逐步提升,

12、在当代中国铜矿物湿法冶金生产流程还不占主导地位.3、火法炼铜和湿法炼铜比较1湿法炼铜设备更简单,但杂质含量较高,是火法炼铜的有益补充.2湿法炼铜有局限性,受制于矿石的品位与类型.3火法炼铜的本钱要比湿法炼铜高.湿法炼铜技术具有相当大的优越性, 但其适用X围却有局限性,并不是所 有铜矿的冶炼都可采用该种工艺.不过通过技术改进,这几年已经有越来越多的 国家,包括美国、智利、加拿大、澳大利亚、墨西哥与秘鲁等,将该工艺应用于 更多的铜矿冶炼上.湿法冶炼技术的提升与应用的推广,降低了铜的生产本钱, 提升了铜矿产能,增加了社会资源供给.湿法炼铜周期长、效率低、产能规模小,而火法炼铜周期短、效率高、产 能规

13、模大.三、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术概述当代国内外火法冶金技术正朝着：短流程连续炼铜、高富氧、低能耗、高 效率、低碳冶金、清洁生产、自动化、信息化和智能化先进方向开展.当代 铜精矿火法冶金获取电解铜需经熔炼、 吹炼、火法精炼和电解精炼四大工序,四 大工序的现代先进技术归纳如下.1、熔炼先进技术 铜精矿-冰铜主要任务是对硫化铜精矿熔炼,脱除硫、铁、铅、J*、锡、/、睇、钿、锲 _ 等杂质和精矿中的大量脉石,火法熔炼的主要化学反响是氧化-复原反响,产物为冰铜或铜铳中间产品.火法熔炼的同时还可以富集金、银、铝、钳、硒、 确等稀贵有价元素.20世纪70年代以前,传统的火法熔炼方法,包括鼓风炉熔

14、炼、反射炉熔炼和电炉熔炼,这几种工艺的共同和难以克制的缺点是能耗大、硫 利用率低、环境污染严重和劳动生产率低等.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 X,环境保护法规日益严格,以与劳动代价逐步 上涨,促使铜冶金技术从20世纪80年代起获得飞速开展,迫使传统的火法冶金 方法不得不被新的强化熔炼方法来代替,传统的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.经过二三十年的努力,闪速熔炼与熔池熔炼已成为目前取 代传统火法冶金最有前途的方法. 据统计,目前世界铜产量中,这两类火法炼铜 方法所产的粗铜分别占

15、到总产量的1/3.二者之间的区别在于,闪速熔炼主要反 响发生在炉膛空间,反响体系连续相是气相炉气；熔池熔炼主要反响发生熔池 内,反响体系连续相是液相铳、金属或炉渣.闪速熔炼flash smelting包括国际锲公司闪速炉、奥托昆普闪速炉和旋 涡顶吹熔炼3种,目前闪速熔炼先进技术的知识产权仍为外国掌握.闪速熔炼是 充分利用细磨物料巨大的活性外表,强化冶炼反响过程的熔炼方法.将金属硫化 物精矿细粉和熔剂经枯燥与空气一起喷入炽热的闪速炉膛内,造成良好的传热、 传质条件,使化学反响以极高的谏度讲展.这种方法主要用于铜、锲等硫化矿的 造铳熔炼.将细粒硫化物精矿和熔剂枯燥至含水 0.3 %以下,与空气或富

16、氧空气 一并喷入炽热的闪速炉膛内,固体颗粒悬浮在紊流气流中,造成气、固、液三相 间良好的传质、传热条件,使化学反响以极高的速度进展.熔炼铜精矿生产过程 中,悬浮在炉膛空间的物料颗粒熔融后,落入沉淀池继续进展造冰铜铜铳和 造渣反响.反响生成的冰铜和炉渣,按比重在池内分层,定时分别将它们放出. 含高浓度SO的炉气,可用以制取硫酸或单质硫.闪速熔炼优点：脱硫率高,烟气中 SO浓度大,有利于SO的回收,并可通过限制入炉的氧量,在较大X围内限制熔炼过程的脱硫率,从而获得所要求的品 位的冰铜,同时也有效地利用了精矿中硫、铁的氧化反响热,节约能量,所以闪 速熔炼适于处理含硫高的浮选精矿.使用空气时,熔炼反响

17、放出的热,缺乏以维持熔炼过程的自热进展,须用燃料补充局部能量,如使用预热空气、富氧空气 或工业纯氧,减少炉气带出的热,可节省燃料,维持熔炼自热进展.闪速熔炼是 近代开展起来的一种先进的冶炼技术,能耗低,规模大,具有劳动条件好、自动 化水平和劳动生产率高的优点,其金属回收率甚至高于传统法工艺, 还能处理难 以分选的混合精矿,克制了传统火法炼铜无法克制的间接加热缺点.由于闪速熔炼具有上述优点,所以开展很快,全世界新建的大型炼铜厂几乎都采用这一方法. 到20世纪70年代末,用闪速熔炼法生产的铜年产量已超过100万吨.除铜、锲冶炼外,用闪速炉处理高品位硫化铅精矿的试验也已取得良好成绩；有的工厂还用闪速

18、炉处理硫化铁精矿,生产单质硫.闪速熔炼的主要缺点是渣含主金属较多,须经贫化处理,加以回收. 贫化方法有电炉法和浮选法.有的厂在沉淀池后部安装电极加热,使贫化 和熔炼在同一设备中进展.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、某某炼铜法、水口山炼铜法和 东营底吹富氧熔炼法等10种.其中某某炼铜法、水口山炼铜法和东营底吹富氧 熔炼法为我国研发拥有自主知识产权的国产化先进技术.其余先进技术的知识产权仍为外国掌握.熔池熔炼是在细小的硫化精矿参加熔体的同时,向熔体鼓入 空气或工业氧气,供气方式有顶喷枪或通过埋入溶池的风口.由于鼓风向

19、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.熔池熔炼特点是：1具有很大的搅拌能,熔体与炉料的传热、传质速率很 大,可使精矿迅速 熔入熔体.如诺兰 达炼铜法,精矿熔 入熔体的速 率达 1.5t/ m h.2硫化物氧化、造渣反响放出的热来源于熔体,传热在强烈搅 拌的熔体内进展,而不是靠辐射或对流从外部供热,熔体与乳化状固体粒子之间 的传热系数为56.78W/吊 K,传热效果优于闪速熔炼.3由于分散性的氧化性气泡和熔体间的接触面很大,传质系数和氧化反响速度也应很大, 尽管气泡在 熔池中的停留时间很短,但氧的利用系数很高.如诺兰达炼铜法,氧的利用率超 过9

20、8%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,到达了提升设备生产率和降低冶炼过程能耗的目的,因此70年代后得到了迅速开展.根据供风和加料方式的不同,熔池熔炼又可分为侧吹、顶吹和底吹三种类型见 表2)表2熔池熔炼的供风和加料方式供睡方式加榔方式焙池塔煤方法 叙化性气体 固体热斜健吹第兰法法瓦机科夫法白徽法将尼恩特法顶收三费法艾萨熔博法奥羸麦林法顶吹版转转炉法 底吹QSL法水口山格仰法东营富氧庭眠特触法度通风婴上部加制粒料漫没风眼上部加制憧料浸没时眼上部加料浸没风眼从风眼嗖吹用吹喷枪II吹项枪浸没喷枪上部加制粒料漫器破粒 上郦和科项吹喷怆顶吹喷枪底吹喷枪上部加制粒料底联喷枪上部加制

21、粗料底吹啖轮上部加科表-3当代铜精矿先进熔炼技术汇总表先进炼铜法类型方法种类研发国家原料产物送风力式闪速熔炼法奥托昆普闪速炉芬兰铜精矿冰铜顶送风加料国际馍公司Inco闪速炉加拿大铜精矿冰铜顶送风加料旋涡顶吹熔炼-铜精矿冰铜顶送风加料-Contop 炉熔池熔炼法艾萨熔炼法澳大利亚铜精矿冰铜顶吹奥斯麦特熔炼法澳大利亚铜精矿冰铜顶吹诺兰达法、加拿大铜精矿冰铜侧吹二菱法日本铜精矿冰铜顶吹特尼恩特炼铜法智利铜精矿冰铜侧吹瓦纽柯夫炼铜法苏联铜精矿冰铜侧吹某某炼铜法、中国铜精矿冰铜侧吹水口山炼铜法中国铜精矿冰铜富氧底吹顶吹旋转转炉法(TBRC)加拿大高银铜精矿冰铜顶吹东营苗氧底吹熔炼法中国铜精矿冰铜富氧底吹

22、2、吹炼先进技术冰铜-粗铜任务是把火法熔炼工序获得的冰铜, 在高温和氧化气氛下吹炼, 进一步脱除 硫和铁等杂质,产物为中间产品粗铜,含铜98%-99%贵金属也进入粗铜中. 当代传统成熟的吹炼技术包括 PS转炉吹炼、固定反射炉侧吹式连续吹炼.当代 国内外得以实际应用推广的先进高效吹炼技术包括 闪速炉吹炼、三菱法吹炼炉、 奥斯麦特炉吹炼,很有开展前景和潜力的先进高效吹炼技术如艾萨炉吹炼法、诺 兰达炉吹炼法和富氧底吹炉吹炼法正处于工业试验阶段,从开展趋势看,传统吹 炼技术正在逐步让位于先进高效吹炼技术,目前先进吹炼技术的知识产权仍主要 为外国掌握.3、火法精炼先进技术粗铜-阳极铜任务是高温条件下把吹

23、炼工序获得的粗铜进一步精炼,进一步脱除杂质,获得适合铜电解的阳极铜或阳极板.当代国内外得以实际应用推广的先进火法精炼 技术包括回转式阳极炉和铜阳极板全自动定量浇铸圆盘机组, 而传统的火法精炼 技术固定式反射炉和机械式圆盘机+人工浇铸方式正在逐步被先进火法精炼技术取代.型2 极、逊屏空气端T施巾油或代它汪原剂 二 r-渭讲成机阚昂RYWJ送电晴析炼粗铜火法精加白股流程1回转式阳极炉是相对于固定式阳极炉而言的一种火法精炼炉型,两者 的工艺原理一样,但构造与作业方式完全不同,我国目前巳有3台,其中某某铜 业集团2台是从国外成套引进的,大冶有色公司1台是在消化引进技术根底上自 行设计的.与固定式阳极炉

24、相比,回转炉阳极炉是一种先进的精炼炉型,是与现代化大生产方式相适应的新的精炼炉型,尤其适合生产量大、机械化自动化程度高的条件下应用.与冰铜吹炼转炉相似,回转式阳极炉的炉体横卧在四组托轮上,可在一定 的X围内转动,回转阳极炉作业时其转动角度大约 130度,为了满足出渣和出铜 时炉体角度微量调节的需要,回转炉设置了快速驱动和慢速驱动,炉体转速分别 为0.56r/min和0.05r/min ,相差十倍.另外考虑到交流停电事故,为了使出铜 口和氧化复原口能够离熔体,还要备有事故复位.贵冶阳极炉的事故复位单独采 用专门的气动马达,动力源是贮存在气罐中的高压空气. 有的厂如此把事故复位 与慢速驱动合二而一

25、,用小功率的直流电机,电源是蓄电池,这种设计更简明而 实用.回转阳极炉的重油燃烧器由重油烧嘴与配风器组成,为方便清打燃烧喷口的粘结物,一般只把配风器固定在端盖上,而重油烧嘴只是套装在配风器中, 便 于拆卸.出烟口与燃烧口相对,S型的出烟短管一端固定在端盖上,与出烟口对 正,另一端为自由端,但与炉体轴线同心,因而不管炉体怎样转动,它都与余热 锅炉的进烟口对齐.回转式阳极炉主要有氧化、出渣、复原、燃烧等项操作,回 转式阳极炉通常用重油作燃料,适于用气态复原剂,如液化石油气、氨气等.与固定式阳极炉相比,回转炉的优点主要表现在其氧化、出渣、复原的操作 方式上.固定式阳极炉的上述作业,要依靠人工插管、人

26、工扒渣来完成,劳动条 件之恶劣,劳动强度大；同时由于人力条件的限制,炉子不能做得太宽,熔池也 不能太深,因而炉子的容量也受到制约.回转炉式阳极炉的氧化复原喷管嵌在炉 衬之中,需要氧化或复原时,只要导人足够压力的空气或复原剂, 然后把炉体转 到一定位置上,使喷口浸没在熔池面下40050Omr»,即可自行进展氧化或复原, 操作者只需调节有关的操作参数.出渣时,翻开炉口盖,把炉体转到炉口下沿与 熔体面相平的位置,这时在氧化空气的煽动下,熔池外表的浮渣被一阵一阵地推 涌到炉口处自行流下来.回转阳极炉的氧化、出渣与复原的操作比固定式阳极炉 优越得多,也正由于这一点,炉子的尺寸不受人工插管与扒渣

27、的限制, 容量可以 做到两三百吨以上 从而大大提升了生产效率,取得较好的技术经济指标,这是 回转阳极炉开展迅速的原因之一. 具体优点劳动条件好,操作方便.由于整体 密封密封好,因此除了复原期间内根本上不冒黑烟, 即使在复原期,也可以采用 微负压操作,把大局部黑烟吸入烟道,以减少厂房低空污染.回转式阳极炉由于 取消了人工插管、人工扒渣,工人劳动强度低,因而深受工人欢送.回转式阳 极炉出铜时,可以转动炉体来调节出铜口的高度, 使铜水流出的速度和浇铸速度 保持同步.利于阳极浇铸采用自动生产线,缩短出铜作业时间.回转式阳极炉 最突出的优点是其公称水平大,因而生产效率高,能耗低,重油耗也可降到 6070

28、kg/t铜包括复原用重油,经济效益好,这是固定式阳极炉无法相比的.目前我国回转式阳极炉已经国产化,设计成熟,设备精良,操作已实现标 准化.这种阳极炉,大大改善了氧化、复原与出渣的操作条件,炉子容量大,技 术经济指标先进,劳动生产率高,炉体密封较好,有利于保护环境.出铜时由于 可以随意调节出铜口的高度,可与浇铸作业保持同步.回转式阳极炉的优点集 中表现在大型化和水平大上,大型化是回转炉开展的趋势.回转式阳极炉配备 有一套稳定、可靠、准确的自动限制系统,使其作业限制在最优状态下. 适 应了大阳极板电解工艺的开展方向.我国回转式阳极炉工艺实践中存在的需要继续改进问题：不适宜处理冷 杂铜；氧化复原喷管

29、使用寿命不长只用一个炉次,更换喷管,既费力,又占 用了作业时间,还消耗较多的钢管与氧气；风口区域炉衬损坏快；回转阳极 炉适宜于快速出铜,需要配备先进高效可靠的浇铸设备； 热损失仍然较大,除 了炉口水套耗热、炉口处烟气外溢损失外,炉衬较薄导致炉壳温度高,辐射散热 较固定式炉大；回转式阳极炉只有与现代化大生产方式相适,只有在生产量大、 机械化自动化程度高的条件下,其优点才能得到最充分的表现,而缺点也才能得 到有效的限制,否如此难以取得良好的效益.2铜阳极板全自动定量浇铸先进技术 传统生产阳极板的浇铸通常采用半 自动化的圆盘浇铸机,它由涡轮蜗杆减速机驱动的圆盘浇铸机、 人工限制浇铸包 与捞取板三局部

30、组成.这种方式的缺点是,采用机械驱动式的圆盘浇铸机,需要 车轮沿路轨转动,没有刹车制动,存在摩擦力大,车轮和路轨易磨损,启动和停 止时机组因惯性而造成摆动大,运行稳定性差,容易使阳极板产生毛刺飞边等等 严重质量问题.人工限制浇铸包更是落后的浇铸方式,人为因素影响大,人员劳 动强度大,易疲劳,阳极板单重和厚度均匀性差,误差大,物理规格不合格率高, 给电解工序和产品质量造成了极大影响, 也影响了技术经济指标的优化.此外这 种传统圆盘浇铸机还存在可靠性能差、自动化信息化水平落后、维修保养工作量 大、生产效率低等缺点.目前国内外先进企业普遍应用全自动定量圆盘浇铸机技术,它是芬兰奥托昆普公司研制的技术,

31、为当代世界上先进的铜阳极板生产技术.它由定量浇铸系统、 圆盘浇铸机、取板系统和计算机限制系统四大局部组成.定量浇铸实现了浇铸包 动作全自动化,阳极板重量或厚度准确度高到达 ；圆盘浇铸机集成了液压驱动、 液压制动刹车和光电限制等新技术, 无路轨行走,启动、行走和停止的平稳性大 大提升,有效地克制了阳极板的毛刺飞边等严重质量问题.此外浇铸系统、圆盘机系统和取板系统通过PLC实现计算机集成在线限制,使浇铸作业实现了顺序控 制和全自动化,对提升生产效率、保证高质量的阳极板生产发挥重要作用,目前 该技术在国内外铜电解厂得到了广泛应用.我国上个世纪80年代中期由某某铜业集团从芬兰奥托昆普公司首家成套引进,

32、经近 30年的消化吸收和再创新,目 前该技术已经完全国产化,它对提升铜电解工序和产品质量、实现高效节能与改 善电解工序的技术经济指标是重要的支撑.国内目前应用该技术的厂家接近 10家.包括某某铜业公司、某某金隆铜业 公司、某某铜业公司、某某大冶有色公司、金川集团铜冶炼厂和某某祥光铜业公 司等.中国有色金属报2021/6/1报道,某某华正新技术某某为某某祥光铜业 设计制造的全自动定量圆盘浇铸机经过 3个月的试生产,已经通过验收.该全自 动定量圆盘浇铸机是具有世界先进水平阳极铜浇铸设备,自主开发的定量浇铸系 统具有完全自主知识产权,定量精度到达土 2kg即±0.533% 阳极板重量375

33、kg, 具有定量精度高、性能稳定、适应性强等优点,能够生产出满足高品质阴极铜生 产所需要的阳极板.4、电解精炼先进技术阳极铜-电解铜任务是在电解槽中通入直流电,把阳极板精炼成纯度更高和用途更广的成品 电解铜.铜电解生产工艺目前划分法为： 传统法常规法和现代法,大极板长 周期工艺和小极板短周期工艺.传统法铜电解精炼工艺,不管是大极板长周期电解,还是小极板短周期电解, 其阴极均用厚度为0.6 mm左右的薄铜片制成,又称始极片.一片始极片的使用 寿命只有一个阴极周期,所以传统法的工厂都配备一定数量的种板槽和始极片加 工机械,生产制作始极片,传统铜电解工艺是一种有种板或始极片的铜电解法. 传统法铜电解

34、生产中始极片的制作与组装是一项劳动强度大、消耗人工多的生产环节,所需的工作量占全部极板处理作业工作量的50%Z上,其缺点是工人劳动强度大、机械化自动化水平低、生产效率低、工艺质量、产品质量和技经指标的 优化难于保证和实现,一般适合中小规模企业生产,目前仍为国内外绝大多数中 小企业采用.现代铜电解工艺为 永久不锈钢阴极电解法,也称无种板或无始极片的铜电解 工艺.永久不锈钢阴极法是适应铜电解产业大规模、高效率、低本钱、大极板阴极板规格长X宽=1000X 1000、高电流密度和高纯阴极铜方向开展而开发的当代 世界最先进铜电解技术.它是以不锈钢阴极技术为核心,集成了当今铜电解领域 的各项先进技术而衍生

35、的先进铜电解技术, 它整体上解决了传统铜电解工艺存在的问题,并衍生出了一系列成套高效能、高自动化和信息化的技术和装备, 包括不锈钢阴极技术和装备、成品阴极剥离技术和装备、阳极校正技术和装备、残阳 极洗涤技术和装备、电解专用吊车、添加剂自动探测监控技术、电解槽短路和槽 电压自动探测监控技术、新型电解液循环方式、电解液精细过滤技术等.永久不 锈钢阴极电解法使工人劳动强度大大减少,机械化自动化水平、生产效率低、工艺质量、产品质量和技经指标的得到了显著的优化和提升.目前永久不锈钢阴极电解法关键核心技术仍为外国公司掌握,世界上拥有永久不锈钢阴极法知识产权 的有澳大利亚PTY铜精炼某某研制的ISA法、加拿

36、大鹰桥公司开发的 KIDD法和 芬兰Outokumpu公司开发的OK法三种.并且三种方法均得到了商业化应用.永久性阴极铜电解技术最早由澳大利亚芒特艾萨Mount Isa矿业公司汤斯维尔精炼厂CRL在1978年研制成功并投入生产,称为艾萨ISA电解法.芒特 艾萨公司从1978年开始把艾萨技术卖到国际上,至2003年世界上有54家得到芒 特艾萨公司的专利许可证,用艾萨法生产阴极铜总水平已达 500万t/a,占全世界 总阴极铜产量的33%目前国内采用永久性阴极铜电解技术唯一工厂是某某铜业 公司贵溪冶炼厂,该厂三期电解采用ISA电解法,设计水平为20万t/a,并于2003 年投产.使用ISA电解法的最

37、大工厂是德国北德精炼厂,阴极铜生产水平达37 万 t/a .1986年加拿大鹰桥公司的Kidd Creek冶炼厂也开发了另一种不锈钢阴极生 产工艺,称为KIDD法.1992年KIDD工艺技术实现商业化,到目前为止,采用KIDD 工艺的电解厂共有8家,生产水平达245万t/a;其中最大工厂是智利楚基卡马塔 冶炼厂,阴极铜生产水平达87万t/a.芬兰奥托昆普公司利用其先进的不锈钢生产与制造技术,以与在阳极机组、 阴极剥片机组、行车等方面的良好业绩,近年来开发的OK 不锈钢阴极法也已投入 了工业化生产.国内的某某阳谷铜业公司选择了OK不锈钢阴极法.我国不少企业和学者进展了永久阴极铜电解技术和传统铜电

38、解工艺的工程 投资和经济效益详细论证分析比较,说明了永久阴极铜电解技术的先进性,从而提出永久阴极铜电解技术是我国大中型铜电解工厂的开展方向,永久不锈钢阴极电解法可以应用于铜精矿或废杂铜为原料的冶炼厂.当代国内外铜精矿火法冶金先进技术设备或流程见附图.四、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术应用概况1、当代国内铜精矿火法冶金先进技术应用概况表-4国内先进铜冶炼工艺应用工厂实例公司原料 不慨阴极 铜产 能规 模万 吨/年阴极铜质量标准先进 技木 数量 和类 型先进铜冶炼工艺技术整 体 工 艺 水 平熔炼吹炼火法精炼电解 精炼1某某铜 业集团 贵溪冶 炼厂硫化铜精矿100大极板高纯阴极铜3项引进型闪速熔

39、炼 炉日本引进-回转式 阳极炉 国产+自动定 量浇铸芬兰 引进永久不锈 钢阴极电 解法艾 莎 ISA 法,澳大 利亚引 进国际先进2某某某 某有色 集团金 隆铜业 公司硫化铜精矿40大极板高纯阴极铜2项引进型闪速熔炼 炉日本引进-回转式 阳极炉 国产+自动定 量浇铸芬兰 引进永久不锈钢阴极电解法OK 法,芬兰 引进国际先进3某某某 某有色 集团金 昌冶炼 厂硫化铜精矿20中极 板高 纯阴 极铜1项引进型奥斯麦特 熔炼炉 澳大利亚引进-国 内 先 进4某某铜业公司硫化铜精矿60大极板高纯阴2项引进型艾莎熔炼 炉澳大 利亚引 进-回转式 阳极炉 国产 +自动定-国际先极铜量浇铸 国产进5某某大硫化

40、40大极2项诺兰达熔 炼炉加-回转式阳极炉-国冶有色铜精板高引进拿大引国产际公司矿纯阴型进+奥斯 麦特熔炼+自动定 量浇铸先极铜炉澳大国产进利亚引进6某某中硫化20中极2项引进型奥斯麦特 熔炼炉奥 麦斯 特-国条山公铜精板高澳大利吹炼际司侯马矿纯阴亚引进炉澳 大利先冶炼极铜亚引进厂进7某某祥硫化40大极4项闪速炉熔 炼闪 炉速 吹回转式阳极炉永久不锈国光铜业铜精板高引进美国即炼美国产钢阴极电际集团矿纯阴型L1=1 J 1进国 进引+自动定 量浇铸解 KIDD先极铜国产法加拿进大引进8某某东硫化40中极1项国内富氧底吹 熔炼炉-国营方圆铜精板高国内自际集团矿、纯阴自主主研发领金银极铜研发先精等矿

41、9某某某硫化20中极1项某某熔炼-国某有色铜精板高国内炉国内内公司矿纯阴自主自主研领极铜研发发先,国1力、先进10某某金 川有色 公司铜银精矿20大极板高纯阴极铜1项引进型顶吹旋转 转炉法 卡尔多炉-国 内 先 进11某某水口山有色公司硫化铜精矿20拟建中极 板高 纯阴 极铜1项国内自主研发水口山炼 铜法国 内自主研 发-国内领先,国际先进2、当代国外铜精矿火法冶金先进技术应用概况表-5国外先进铜冶炼工艺工厂应用实例公司原料阴极 铜产 能规 模 万 吨/年阴极铜质量标准先进 技木 数量 和类 型应用先进铜冶炼工艺技术技木水平熔炼吹炼火法精炼电解 精炼1三司冶 本公岛厂 日菱直炼化精 硫铜矿28

42、极高阴铜 大板纯极3项自 主研 发炼化发 熔贫研 菱和 三炉炉者菱炼研11者 三吹炉发-菱续铜国先 义连炼法际进芬兰奥硫化20大极4项奥托昆普闪速阳极板永久不国际2托昆普 铜公司铜精 矿高阴铜 板纯极自主 研发炼发 熔研.一穴 一 rL闪炉者炉吹 炼研 金苫定铸发 动浇研1 自量1者锈钢阴 极电解 法OK法研领先3利芒艾物某 大 矿股 澳亚特萨控某化精 硫铜矿-极高阴铜 大板纯极3项自主 研发文沙熔炼 炉研发 者萨连吹研11者 爻炉续炼发-永久小 锈钢阴 极电解 法ISA 法研发 者萨铜国领 爻炼法际先4可麦公 丁斯国奥特司化精 硫铜矿-2项自主 研发奥斯麦特 熔炼炉 研发者-丁炼发“吹W丁特

43、炉者-进 丁先 -5大达 拿兰司 加诺公化精 硫铜矿40极高阴铜 大板纯极1项自主 研发二炉用 “炼发-兰连炼法际进 诺达续铜国先6尤尼冶 国肯特厂 美他柯炼化精 硫铜矿-极 纯极 大板高阴铜2项引 进+自 主研 发闪速熔炼 技术引 进奥托昆 普-吹术发 速技研1 闪炼1者-闪艺际先 双工国领7国公属恩公 利铜所尼分 智营司特特司化精 硫铜矿-1项自主 研发特炉恩转研 恩东尼良1 尼“特改1<1 特熔1特炉发发-际进 国先8大公 拿桥 加鹰司-1项自主 研发-不阴解 久钢电 永锈极法法际进 国先9联尔铜业 苏里克矿司 前诺斯银公化精 硫铜矿-1项自主 研发瓦纽科夫 熔炼炉 研发者-纽夫艺

44、际进 瓦科工国先10大冶 拿崖厂 加铜加银 铜精矿-1项自主 研发顶吹旋转 转炉法TBRC法 研发者-际进 国先11尤炼 国洲厂 美他铜化精 硫铜矿20-1项引进熔引达1兰炉1 诺炼进-际进 国先12比利时 霍博肯 冶炼厂化精 硫铜矿-引4-1自研项1进项主发艾萨熔炼 炉澳大 利亚引 进萨连吹合研1 艾炉续炼作发-双闪 工艺 国际 先进13精司冶 德公撒厂 北炼凯炼化精 硫铜矿-2项 引进艾萨熔炼 炉澳大 利亚引 进萨连吹引rL 艾炉续炼出-国际 先进五、当代国内外铜精矿冶金的前沿技术1、国内铜精矿冶金的前沿技术根据国家中长期科技规划2006-2021年、有色金属工业中长期科技规划 2006-

45、2021年和有色金属工业“十二五科技开展规划初稿相关内容和 精神,当代我国铜精矿火法冶金开展的前沿技术归结如下.短流程连续炼铜清洁冶金技术缩短铜冶炼工艺流程是解决冶炼低空污染和节能的重要途径.国外在铜连续冶炼方面获得成功的有三菱法和“双闪工艺.但这两种连续炼铜工艺,虽然解 决了吹炼作业的环保问题,但也存在如投资较高或运行本钱高或不能处理粗铜冷 料等问题.同时,这两种工艺均须引进国外的技术,不仅费用高,而且技术上受 制于人.我国除了侯马冶炼厂采用 Ausmelt吹炼和阳谷祥光铜业采用闪速吹炼工 艺之外,其他冶炼厂全部是采用 PS转炉吹炼,或者是单系列生产规模在 3万吨 以下的已被国家列为淘汰的鼓

46、风炉+连吹炉工艺.因PS转炉连续操作,存在烟气 量波动大、炉口漏风率高、二氧化硫烟气泄漏等问题.采用连续炼铜技术,缩短 冶炼工艺流程或取消PS转炉吹炼,是未来解决冶炼低空污染的重要途径.由于 铜冶炼工艺流程长、不连续,“熔炼一吹炼 2个阶段,需在2个独立的炉子中 进展,造成铜冶炼工艺流程长、能耗高、投资大等一系列问题.流程工业重大节能减排效果的取得,必须在流程上有重大创新.为解决该技术难题,国内正在研 究的有两种工艺技术路线,一是氧气底吹炉连续炼铜技术；二是闪速炉短流程一 步炼铜技术.氧气底吹连续炼铜工艺技术 氧气底吹铜熔炼技术国内已经成熟,借鉴氧气底 吹熔炼和其他连续吹炼的成功经验,开发底吹

47、连续炼铜技术已经具备工业化试验 根底.氧气底吹连续炼铜技术开发的核心是铜铳连续吹炼.工业化试验开发的内容主要包括：连续炼铜工艺技术,含工艺条件、工艺参数和过程限制等；包括喷 枪、炉体在内的连续吹炼炉规格和结构的选择开发； 熔炼炉与连吹炉相配套的成 套装置的研究开发.闪速炉短流程一步炼铜工艺技术本技术采用技术集成与优化方法,将某某炉、闪速炉与粗铜连吹炉进展工程性结合,到达取消节能排放瓶颈一 PS转炉吹 炼工序,创造出一种具有我国自主知识产权的 “连续炼铜短流程新工艺,可实 现重大的节能效果.技术指标：冰铜品位 70%粗铜品位98%粗铜综合能耗 260kgce/t-cu ;硫限制率99.7%；初期

48、产业化规模 100-200 kt/a 粗铜.难冶炼复杂铜资源复合型冶炼新工艺与成套装置我国自上世纪末以来巳陆续引进了闪速熔炼的芬兰奥托昆普技术以与熔池 熔炼的澳大利亚奥斯麦特/艾萨炼铜技术、加拿大诺兰达炼铜法等.闪速熔炼和 奥斯麦特熔炼在原料适应性方面各有长处和短处,针对全球铜资源不断向难冶炼 与复杂性的开展趋势,凭借我国已同时充分掌握上述两方面技术的优势,依托国内相关“产、学、研科技力量,通过消化吸收与集成创新,自主开具有自主知 识产权的复合型铜冶炼新工艺与成套装置,实现难冶炼复杂矿的高效、节能、环 保冶金具有重大意义.主要开展低品位难冶炼铜原料闪速熔炼工艺技术与装置,复杂铜原料奥斯 麦特熔

49、炼工艺技术与装置,复杂铜资源伴生元素的污染限制与资源化, 复杂铜资 源粗铜质量限制和“闪速熔炼一闪速吹炼技术创新研究.在原料铜品位 15 35 %条件下,粗铜综合能耗300 kgce /t-Cu ;硫捕集率99.7 %.生物技术提取金属采用生物技术处理传统选冶工艺不能经济回收的大量低品位、难处理的矿产资源,可以大幅度提升我国复杂低品位铜锲钻、铜锌硫化矿资源的开发利用率, 增强国民经济可持续开展的水平,提升矿产资源的保证程度.重点研究复杂低品 位硫化矿资源铜、锲、钻、锌、金等金属矿资源生物冶金浸矿体系微生物种 群组合技术,构建高效种群配伍与高效浸矿工程菌； 解决生物冶金工程条件、物 理化学因素调

50、控和微生物群落结构与功能分析相结合的难题,提出适用于我国复 杂低品位铜锲钻和铜锌硫化矿产资源的生物冶金新体系设计的根本原如此,形成生物浸出新技术.该技术工艺流程短、设备简单、投资低、环境友好、金属回收 率高,建厂规模可大可小.主要技术指标：金属浸出率：Cu>80% Ni?85% Co方80% Zn>95% Au195% 金属综合回收率：Cu175% Ni>80% Co>75% Zn 方90% Au190%有色金属矿物中有害元素的无害化处理与资源化利用铜精矿常伴生有毒有害元素,比方 As、Pb、F、Hg Cd等,有些还伴生放射 性元素.这些元素对生产过程影响大,污染限制要求高,如果不能很好的开路, 循环和富集后不但影响产品质量, 还对人身平安造成威胁.长期以来,许多企业 对伴生复杂元素的铜精矿望而生畏,而我国铜精矿资源的短缺又限制了企业对铜 精矿来源的选择性,无论自产矿还是进口矿都存在有害元素增高的情况.因此开展对铜精矿中有害元素的无害化处理和资源化利用的根底工艺研 究,对限制有色金属环境污染、拓宽原料适应X围、缓