有色金属冶炼

有色金属冶炼一、铜（一）冶炼《尚书•禹贡》载：扬州贡“金三品”（一说指青铜、白铜、红铜，另一说指金、银、铜）。商代是江南青铜器的萌生时期，经发掘的南京北阴阳营、锁金村、镇江马迹山等湖熟文化前期遗址，普遍发现冶铸青铜器的遗存，常见有铜矿石、铜炼渣和小件铜器（刀、斧、凿、锥、鱼钩及戈矛、钺、镞等）。在北阴阳营还发现直径仅17厘米的炼铜用坩埚、挹灌铜液用的陶勺。铜器形制简单，铸造粗糙。炼铜原料主要用孔雀石，以木炭作燃料。对商周铜器作光谱性或化学定量分析表明，江南地区铜器属铅青铜，中原铜器属锡青铜，均用通体合铸法，但江南铜器工艺水平尚逊一筹，表面非常粗糙，无铭文，明显不如中原铜器精良。春秋时，吴越炼铜竖炉大致具备现代鼓风炉的式样。吴王夫差在苏州虎丘山麓和南京朝天宫设立冶炼作坊铸造宝剑。现出土有苏州的吴王青铜剑、山西的吴王光剑、湖北江陵越王勾践剑，历经2500多年，依然金光湛湛，花纹清晰，光彩照人。经现代科技手段测定，吴越青铜剑表面都有含格或含硫的氧化层，能防腐蚀。1958年8月，中共中央发出关于加强铜铝生产的指示，江苏停息久远的冶铜业开始恢复生产。常州冶炼厂建成0.75平方米和0.44平方米的鼓风炉各1台、一吨平炉（阳极炉）1座，采用现代冶铜工艺熔炼废旧紫杂铜，产出精铜或电解铜。1960年7月，常州冶炼厂矿铜冶炼投产，熔炼工艺流程是：铜精矿粉烧结成块，加焦炭、熔剂入鼓风炉熔炼成冰铜，再入转炉吹炼成粗铜，又入阳极炉（反射炉）炼成精铜（阳极板），然后投入电解槽电解，得含铜99.95%以上的电解铜。这是全省唯一的以硫化铜矿石炼铜的工厂，其冶铜工艺完全摆脱了手工式土法冶炼。鼓风炉熔炼工艺虽具有适应性强、热效率高和设备造价低廉等优点，但炉顶是敞开的，只能处理块矿或烧结块，所产烟气二氧化硫浓态太低，难以有效回收，造成烟害。1965年常州冶炼厂陈云门、袁代文等在冶金部有色金属设计总院、302大队中条山设计队等单位支持下，自己设计、制造、安装成功国内第一座1平方米密闭鼓风炉，用于熔炼细粒铜精矿。铜精矿砂经过混捏后直接投入炉内，使之在炉内形成料柱。炉料的固结，焙烧、脱硫、熔化、氧化、造渣等，都在炉内完成，既保留了传统鼓风炉炼铜方法中一次获得贫渣的优点，又为二氧化硫烟气回收制酸创造了条件。特别重要的是革除了铜精矿粉“烧结”这一道工序，把工人从笨重、高温、尘毒中解放出来。此项工艺在全国冶铜企业中普遍得到采用。1966—1974年，常州冶炼厂对炉体结构和技术条件进行7次较大的修改，为中国密闭鼓风炉炼铜技术提供重要资料。1974年，密闭鼓风炉的面积扩大为5.8平方米，用矿石炼出的电解铜达1451吨。1976年6月，由南昌有色冶金设计研究院负责设计，冶金部投资580万元在常州冶炼厂建成试验车间，进行国内首次闪速炉熔炼铜的工业性试验。其工艺流程为将磨细的干精矿粉、预热空气和重油混合，通过喷嘴高速吹入反应塔中，矿粉在下落的一瞬间被熔化冶炼成铜，像“金属雨”似地落入沉淀池。这种方法是以自热熔炼原理为基础，冶炼主要靠精矿粉中硫和铁的氧化反应所放出的热，加入重油只是帮助炉子保持热平衡，熔炼时的温度为1350°C左右。冶炼过程是连续的，含硫炉气经过余炉锅炉和电除尘器等装置送去制造硫酸，是年8月至1978年5月进行3次试验，共投料1558.7小时，熔炼干铜精矿粉6394.1吨，产出冰铜1594.37吨、硫酸3362吨。此项试验验证了德兴铜精矿粉采用闪速熔炼的可行性，确认其合理，并取得大量的第一手资料，加深了对闪速熔炼基本规律的认识，培训出一批闪速熔炼设计、工艺、科研、生产的技术人员和操作工人。（二）加工西周，青铜冶铸加工技术较发达，宁镇地区陆续出土大量制造精美、复杂的青铜器。其中“宜侯矢簋”等17件刻有铭文，有一些盘、、、釜内錾刻人物、动物、楼榭建筑等图案，不少铜器颇具南方浓郁的地方特色。仪征破山口西周墓出土收割稻子用的青铜镰和挖土开沟用的青铜铲（镢）。战国，青铜器冶铸造型、纹饰、镶嵌技巧达到新的高度。从涟水三里墩出土有错金银的嵌松绿石飞鸟壶、盘龙纹鼎、牺尊，镂空雕的盘蛇纹铜架、铜鹿和蟠螭纹铜镜等绝佳工艺品，可见一斑。这一时期创造的金银错和鎏金技术，一直流传至今，在金属细工艺中放射光彩。汉代，采用叠铸技术，大量铸造铜钱。从邗江县甘泉山“妾算书”墓出土铜镂玉衣，证实西汉晚期已能生产铜丝。唐代，扬州是全国铜镜制造的中心，工艺精巧，铜镜中锡的成分增多，颜色净白如银。铜镜体质加厚加重，给高浮雕技术增强立体感创造了条件。唐中宗令扬州造的“方丈镜”，背面铸铜为桂树，用白银镶嵌作树叶，用黄金薄片制成盛开的桂花。宋至清，铜加工技术发展缓慢,只在原有基础上稍有改进和完善。1961年，苏州金属冶炼厂（后改名苏州铜材厂）用电炉熔炼再生铜水倒入沙盘，产出黄铜棒。1965年，将原黑色（铁皮）车间扩建成铜皮车间，用直径250、130毫米热轧机各1台、直径220毫米冷轧机1台，生产铜板带。1972年，建成铜管车间投产。翌年，添置直径50毫米穿孔机、63电冲床、七辊双曲线矫直机，形成浇锭一穿孔一控制一退火一检验一成品入库的生产线。至1983年，省内铜材加工技术仍较落后，设备简陋，所产铜带宽度均在200毫米以下，长度一般只有20—30米，厚度绝大部分在0.3毫米以上，厚度公差2丝米；铜管只能生产直径3—40毫米的，长度小于6米，不能轧制大直径和长的、细的规格。1985—1987年，从国外引进7条铜材加工生产线，省内铜加工工艺水平得到提高。常州冶炼厂1985年从美国引进竖炉，从联邦德国克虏伯工业技术公司引进铜线坯连铸连轧机组，生产直径8毫米低氧光亮圆铜杆，年产能力4.2万吨，其产品出口量占全国的90%。铜杆含氧量仅为传统船形锭轧制的黑杆的1/2—1/3；铜杆的长度可达9000米，卷重2—4吨，导电率超过101%（IAOS）。南通铜材总厂、徐州冶炼厂引进芬兰上引法连铸技术生产无氧铜杆。南京铜棒厂、南京铁合金厂，分别从台湾、日本引进600吨、1250吨挤压机生产铜棒。铜板带生产技术方面，同期苏州铜材厂从联邦德国、瑞士、奥地利引进水平连铸机、四辊冷轧机组、钟罩式光亮退火炉等设备。采用水平连铸的带式法出产高精度铜及铜合金板带，年生产能力5000吨。此工艺避免锭模铸锭出现的各种缺陷，且生产高度连续化、自动化。产出的精密铜板带，接近理想的单向结晶，宽度350—400毫米，带长大于300米，厚0.25—0.35毫米，精度提高到微米级，卷重3.5吨。无锡冶炼厂从联邦德国、英国引进水平连铸机、四辊不可逆轧机、光亮退火炉等设备，生产集成电路用引线框架材料、电子仪器用弹性材料和水箱铜带，最大厚度350毫米，最小厚度0.1毫米，卷重1吨。铜管生产技术方面，太仓铜材厂从日本引进一套管棒双动挤压机，从美国引进三线拉拔机和盘状拉伸机、连续拉伸精整矫直切割机、光亮退火炉等设备。重点发展毛细管系列产品，最小直径仅1.8毫米，以电冰箱专用毛细管产品尤为著名。管材生产采用水封挤压技术，将穿孔、挤压两道工序合在一起进行，利用自动控制装置将管材挤压在翻滚的水槽中，使它在冷却之前与空气隔绝，表面不氧化，保持光亮，省掉酸洗工序。管材拉制根数，亦由单根发展为3根。此外，还突破拉机长度的局限性，发展成盘拉工艺。拉制方法由长芯杆、固定芯头拉伸，发展为游动芯头拉伸，一次减径量和减壁量大，延伸系数可达1.65以上，减少了拉伸道次。南京铜管厂从日本引进焊管机组，采用焊接工艺生产黄铜、紫铜、不锈钢天线套管，成材率由原拉制工艺（无缝管）的30%提高到88%—92%。二、铝（一） 电解徐州铝厂于1959年12月28日建成投产，是江苏唯一的采用电解制铝法制取金属铝的工厂。其生产工艺是将氧化铝熔解在熔融的冰晶石中，以其熔液做电解质，碳素材料为阴极和阳极，直流电从阳极导入，经过电解液和铝液层从阴极导出。直流电以热能形式使冰晶石、氧化铝、氟化铝等原料保持熔融状态，实现化学反应；在阳极上生成二氧化碳和一氧化碳气体，在阴极上析出液态金属铝。积蓄后，周期地从电解槽中取出，浇铸成铝锭。60年代徐州铝厂使用的是5000安培的小土槽。“大跃进”时以土法上马建成120台砖结构旁插自焙阳极槽，采用水银整流器将交流电变直流电。年生产能力为1000吨。70年代该厂建成60台24000安培的旁插自焙阳极的钢结构槽,关停小土槽，年产能力为3600吨。将水银整流器改造为硅整流器，加宽电解槽铝母线，采用连铸机铸锭。80年代中期又建成42台60000安培旁插自焙阳极电解槽，年产能力为6000吨。电解槽电压采用电子计算机控制，槽面采用卷帘式封闭，烟气用排风机抽到80米高的烟囱排出。1987年生产电解铝5634吨，一级品率达98.83%。（二） 加工1965年4月，常州轧钢厂组织20余人赴上海华德钢精厂（今上海铝材二厂）学习铝加工工艺和技术，于翌年3月轧出江苏第一张铝板。1966年8月27日常州市有色金属材料厂成立，因陋就简开始生产铝板。1968年，用铝锭熔铸成铝线锭，加热轧制出圆铝杆。翌年，首先投产钢芯铝绞线。1974年，仪征有色金属材料厂置备打孔专机、熔铝炉、拉拔机，始产直径25X3毫米纯铝管，用于化肥工业，代替钢管。1979年，海门铝材厂经过扩建，始产铝薄板带和铝箔。采用四辊铝带轧机、二辊铝箔轧机等设备，将6—8毫米的铝材轧成厚0.02—0.2毫米、宽280毫米以下的铝箔和各种板带材。1981年，常熟铝箔厂建成一条直径240X600毫米铝箔轧机生产线，以0.5毫米带材为原料，试轧成0.02毫米铝箔。翌年，轧成0.008毫米厚度的铝箔，随后又试产出复合纸铝箔和染色铝箔。1984-1986年，江苏从国外引进铝型材、管材生产线6条、板带生产线1条，箔材生产线1条、铝材加工技术迅速提高并达到国际水平。镇江铝加工厂从意大利引进1400毫米四重不可逆轧机，最大轧制速度每秒10米，可生产厚度0.2—2.2毫米、宽度300—1200毫米纯铝板、防锈铝板，铝板卷最大重量5.5吨。该厂还从日本引进挤压机和氧化着色生产线，从联邦德国引进铝门窗制作生产线，年生产能力分别为2000吨和6万平方米。吴县铝加工厂从日本引进单动卧式挤压机型材生产线和氧化着色设施，由电脑控制，全自动化操作，工艺完善，产品质量稳定。三、其他（一） 错1958年，溧水、高淳、江浦等县发现含错赤铁矿，资源丰富。溧水县渔歌乡南山头矿石每吨含错品位平均138克。南京军区后勤部三。二厂采取火法工艺，先用鼓风炉熔炼赤铁矿石（含错0.01%—0.02%），使错在烟尘中富集100倍，然后经过酸浸、蒸馏、水解等工序得二氧化错。江苏省化工厅采取湿法工艺，将矿石粉碎磨细（粒度小于120目），用盐酸、硫酸以5比1拌合，在500—1000立升蒸馏釜中粗馏，得氯化错凝液，然后用硫酸化沉淀、粗馏、水解，得二氧化错。用这两种工艺生产的产品含错均达到99.99%，金属回收率均在35%—40%。1962年，江苏唯一的错厂一一凤凰山冶炼厂（后易名为七一八厂、南京错厂）成立，建成1.5立方米鼓风炉及试验车间，采用“三。二冶炼炉从赤铁矿中提取错的方法”，设计年生产能力为50公斤还原错。1966—1967年增建1套5立方米水套鼓风炉和干法收尘设备，安装200公斤搪瓷蒸馏釜代替20公升的玻璃蒸馏瓶，年生产能力增至1000公斤。同时改造一台高频炉，配置一套区熔装置，产品由还原错延伸到区熔错锭。1970年，为适应电子工业发展，仿制简易单晶炉生产单晶错。1983年，小单晶炉全部换成精密的单晶炉，扩大炉膛以增大单晶错的直径，变通氢拉晶工艺为闷氩拉晶工艺，并试验成功双浮埚偏心拉晶新工艺。还与南京自动化技术研究所共同研制、应用微机控制单晶炉，实现拉晶自动化，单晶合格率提高5%。所产的N型、P型单型错，分别被评为全国第一名和第三名。与此同时，该厂注重对错的化学提纯。按照国内外80年代的新技术、新工艺、新材料，彻底改造厂房和设备，增加二次精馏、氢气净化、室内空气净化等设施，实现管道化、密封化、连续化生产，得到国内外行家的好评。（二） 钻1964年，冶金部在南钢投资兴建黄铁矿烧渣综合利用半工业试验车间，采用中温氯化焙烧法处理南京化肥厂的烧渣，回收铁、铜、钻、锌等有价金属。1970年7月，该车间扩建，从钻硫精矿烧渣中回收钻。其湿法净化除杂工艺采用中和法，氧化钻质量差，金属实收率36.3%，环境污染，劳动强度大。1972—1974年进行技术改造，采取较先进的萃取流程，用脂肪酸萃取工艺除铜、铁，用P-204萃取工艺除锰，氧化钻质量明显提高。1976年借鉴南京师范学院的技术资料，试验后产出萘酸钻。1978年，南钢与北京矿冶研究总院、攀枝花钢铁研究院、南昌有色冶金设计研究院合作，共同研究从钻硫精矿及其烧渣中直接生产纯氧化钻粉新流程获得成功并转入正常生产。钻总实收率（包括火法、湿法）56%—60%，产品打入国际市场很受欢迎。此项目1980年获得江苏省科技成果二等奖。至1980年末，形成年生产能力50吨金属钻的精制氧化钻粉及各类钻盐。1985年，由于湖北大冶钻硫精矿含钻品位下降（由0.3%降至0.25%以下），火法焙烧实收率低，成本高，污染严重，能源供应紧张，南京钢铁厂关停了火法系统和回收系统，保留湿法工艺流程继续生产氧化钻和其他钻盐。（三） 金银1959年,常州冶炼厂化验室以化学方法生产出少量金银样品，品位低，成本高。翌年建设一套简易回收设备，始生产金银。1961—1963年建成0.02平方米的金电解槽和0.20平方米的银电解槽，金银生产的后道工序始用电解法。1962年4月，铜井铜矿在江苏省冶金研究所协助下，将铜矿石（每吨含金7克，含银20克）粉碎磨细，进行重选、浮选，得重金精矿粉，然后采用火法、湿法和电解法炼金。1980—1982年，常州冶炼厂对金银生产工艺进行技术改造。一是把6只分开的银电解槽联结为一体，采用机械化程度较高的输送带捞取银粉，使生产连续化，扩大原有设备的生产能力；二是处理银电解废液，由食盐沉淀法和铜置换法改为焙解法新流程使硝酸银的直接回收率从90%提高到96%,浸出液直接返回银电解槽使用；三是金始极片用金箔代替原用的纯银板作阴极，电解金的纯度高达99.996%。1983年，从粗铜至阳极泥的工序，黄金回收率99.3%，白银回收率99.2%；从阳极泥至成品工序，电解金回收率98.5%，电解银回收率98.23%。（四