国内外铜精矿先进铜冶炼工艺技术综述

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：技术中心有色争论所铜材室 材料搜集整理：科技部工程治理科 付 丽2023年十一月目 录\l“_TOC_250014“一、炼铜原料概述 1\l“_TOC_250013“二、铜冶金方法概述 1\l“_TOC_250012“1、火法冶金 22、湿法冶金 4\l“_TOC_250011“3、火法炼铜和湿法炼铜比较 5\l“_TOC_250010“三、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术概述 5\l“_TOC_250009“1、熔炼先进技术〔铜精矿→冰铜〕 62、吹炼先进技术〔冰铜→粗铜〕 9\l“_TOC_250008“3、火法精炼先进技术 〔粗铜→阳极铜〕 9\l“_TOC_250007“4、电解精炼先进技术〔阳极铜→电解铜〕 13\l“_TOC_250006“四、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术应用概况 15\l“_TOC_250005“1、当代国内铜精矿火法冶金先进技术应用概况 15\l“_TOC_250004“2、当代国外铜精矿火法冶金先进技术应用概况 17\l“_TOC_250003“五、当代国内外铜精矿冶金的前沿技术 19\l“_TOC_250002“1、国内铜精矿冶金的前沿技术 19\l“_TOC_250001“2、国外铜精矿冶金的前沿技术 21\l“_TOC_250000“附图：铜火法冶金先进技术设备或流程示意图 231/36一、炼铜原料概述〔阴极铜铜生产电解铜的比例大致为7：3，铜精矿照旧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。钴、镍、钼等。依据铜化合物的性质，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YS／T318-1997《铜精矿》行业标准的规定，其产品分类和化学成分如表1。1铜精矿的化学成分％〔YS/T318—1997〕CuCu杂质含量，≤Cu杂质含量，≤品级≥AsPb+ZnMgOBi品级≥AsPb+ZnMgOBi一级品30 0.05210.05品品200.30840.30二级品250.20530.20130.401250.50二、铜冶金方法概述〔精炼铜或电解铜所实行的工艺技术火法冶金和湿法冶金85％以上是用火法冶金从硫化铜精矿和再生15％左右。1、火法冶金,脱除各种40～75%的铜锍〔或称冰铜98％以上的粗铜。火法炼铜所承受的步骤有焙烧、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全部的硫，同时除去局部砷和锑回收精矿中的硫，猎取粗铜。精炼：分火法精炼和电解精炼，火法精炼是利用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如下：冰铜或铜锍〔40～70%〕→粗铜〔含铜≥97%〕→阳极铜〔含铜≥99%〕→电解铜〔含铜≥99.95%〕工艺流程〔铜锍〕→电解精炼→电解铜〔阴极铜〕高到含铜20～30％作为铜精矿，在密闭鼓风炉、反射炉、和矿热电炉内进展造锍熔炼，产出的熔融铜锍(冰铜)接着送入转炉吹炼成粗铜，粗铜再在固定式精炼得品位高达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、锑、铋、镍、硒等有价元素。图-1传统火法炼铜流程图95％。严峻缺点是热效率低、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锍和吹炼两阶段以二氧化硫废气排出时回收率低，污染大，进展。在当代中国从铜精矿中提取金属铜，主要承受火法冶金方法，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。〔阴极铜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/T7—933个牌号：Cu99.30C、Cu99.00C、Cu97.50C，化学成分应符合下表的规定。表2 粗铜化学成分% 〔YS/T70—93〕杂质含量不大于AsSbBiPb一号AsSbBiPb一号Cu99.30C99.300.060.050.010.08二号Cu99.00C99.000.120.100.020.12三号Cu97.50C97.500.340.290.070.40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〔牌号Cu-CATH-2〕和高纯阴3/366/360.0010.001的规定。Cu+Ag杂质含量，不大于不小于AsSbBiFe Pb SnNiZnSP2Sb0.00040.001550.002060.00252Sb0.00040.001550.002060.0025元素组杂质元素含量，不大于元素组总含量，不大于Se0.000200.003001Fe0.000200.0005Bi0.00020CrMn--Cd-AsP0.0005-3Pb0.00050.00054S0.001500.0015SnNi--FeSi0.0010-Zn-Co-Ag0.00252、湿法冶金溶剂萃取电积法(SX―EW)提取铜的技术已在美国、智利、赞比亚、秘鲁、澳大--浸出--电积〔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，通常适用于低品位工序可简洁地分为三个步骤：浸出、萃取、电解。铜矿湿法冶金的一般工艺流程为：铜矿→焙烧→浸出→净化除杂→萃取→电积→电积铜〔阴极铜〕本世纪湿法冶铜占总产量的比例将逐步提高，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湿法炼铜设备更简洁，但杂质含量较高，是火法炼铜的有益补充。湿法炼铜有局限性，受制于矿石的品位及类型。火法炼铜的本钱要比湿法炼铜高。提高了铜矿产能，增加了社会资源供给。能规模大。三、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术概述效率、低碳冶金、清洁生产、自动化、信息化和智能化先进方向进展。当代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〕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，产物为冰铜或铜锍〔中间产品。火法熔炼的同时还可以富集金、银、铂、钯、硒、利用率低、环境污染严峻和劳动生产率低等。由于20世纪中叶以来全球性的能20世纪801/3。二者之间的区分在于，闪速熔炼主要反响(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(锍、金属或炉渣)。闪速熔炼〔flashsmelting〕包括国际镍公司闪速炉、奥托昆普闪速炉和旋涡30.3％以下，与空气或富氧空气一并喷入炎热的闪速炉膛内，固体颗粒悬浮在紊流气流中，造成气、固、液三相间〔铜锍〕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SO2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SO2浓度大，有利于SO2的回收，并可通位的冰铜，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，熔炼反响放出的热，缺乏以或工业纯氧，削减炉气带出的热，可节约燃料，维持熔炼自热进展。闪速熔炼是近代进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2070年月末，用闪速熔炼法生产的铜年产量已超过100万吨。除铜、还用闪速炉处理硫化铁精矿，生产单质硫。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)、白银炼铜法、水口山炼铜法10种。其中白银炼铜法、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学问产权的国产化先进技术。其余先进技术的学问入了很大的功能。(1)具有很大的搅拌能，熔体与炉料的传热、传质速率很大，可使精矿快速熔入熔体。如诺兰达炼铜法，精矿熔入熔体的速率达传热系数为56.78W/(m2·K)，传热效果优于闪速熔炼。(3)由于分散性的氧化性98%。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，到达了提高设备生产率和降低冶炼过程能耗的目的，因此70年月后得到了快速进展。依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2)。2熔池熔炼的供风和加料方式表-3当代铜精矿先进熔炼技术汇总表先进炼先进炼铜法类方法种类研发国家原料产物送风方式型闪速熔奥托昆普闪速炉芬兰铜精矿冰铜顶送风加料炼法Inco闪加拿大铜精矿冰铜顶送风加料速炉旋涡顶吹熔炼-铜精矿冰铜顶送风加料-8/36Contop炉熔池熔艾萨熔炼法澳大利亚铜精矿冰铜顶吹炼法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三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白银炼铜法、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(TBRC)加拿大高镍铜精矿冰铜顶吹东营富氧底吹熔炼中国铜精矿冰铜富氧底吹法2、吹炼先进技术〔冰铜→粗铜〕98%～99%PS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、奥斯麦特炉吹炼兰达炉吹炼法和富氧底吹炉吹炼法为外国把握。3、火法精炼先进技术 〔粗铜→阳极铜〕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9/36取代。回转式阳极炉31台是在消化引进技术根底上度高的条件下应用。1300.05r/min，相差十倍。另外考虑到沟通停电事故，为了使出铜口10/3611/36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。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，熔池也到肯定位置上，使喷口浸没在熔池面下400~50Omm深，即可自行进展氧化或复原可以做到两三百吨以上从而大大提高了生产效率，取得较好的技术经济指标，60~70kg/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，操作已实现标有一套稳定、牢靠、准确的自动掌握系统，使其作业掌握在最正确状态下。③适应了大阳极板电解工艺的进展方向。我国回转式阳极炉工艺实践中存在的需要连续改进问题：①不适宜处理冷杂铜；②氧化复原喷管使用寿命不长(只用一个炉次)，更换喷管，既费力，又占到有效的掌握，否则难以取得良好的效益。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承受半车轮沿路轨转动，没有刹车制动，存在摩擦力大，车轮和路轨易磨损，启动和停顿大、生产效率低等缺点。PLC实现计算机集成在线掌握，使浇铸作业实现了挨次掌握和全自动化,对提高生产效率、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年月中期由江西铜业集团从芬兰奥托昆普公司首家成套引进，经近30年的消化吸取和再创，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。包括江西铜业公司、安徽金隆铜业司等。中国有色金属报[2023/6/1]报道，江西华正技术为山东祥光铜3个月的试生产,已经通过验收。该全,自主开发的定量浇铸系统具有完全自主学问产权,定量精度到达±2kg即±0.533%(阳极板重量375kg),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〕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。其阴极均用厚度为0.6ｍｍ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。50%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企业承受。现代铜电解工艺为永久不锈钢阴极电解法〔阴=1000×1000的有澳大利亚PTY铜精炼研制的ISA法、加拿大鹰桥公司开发的KIDDOK永久性阴极铜电解技术最早由澳大利亚芒特艾萨(MountIsa)矿业公司汤斯1978年研制成功并投入生产,称为艾萨(ISA)电解法。芒特艾1978年开头把艾萨技术卖到国际上,202354家得到芒特艾萨公司的专利许可证,500万t/a,占全世界总阴33%贵溪冶炼厂,ISA电解法,20t/a,2023年投,37t/a。KiddCreek冶炼厂也开发了另一种不锈钢阴极生产工艺,称为KIDD1992年KIDD工艺技术实现商业化,到目前为止,承受KIDD8家,245万t/a;其中最大工厂是智利楚基卡马塔冶,87t/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,以及在阳极机组、阴极剥片机组、行车等方面的良好业绩,OK不锈钢阴极法也已投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解工艺的工程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阴极铜产 阴极原料

先进铜冶炼工艺技术 整体能规公司 种类模

铜质数量量标 熔炼 和类准吨/吨/年〕1江西铜硫化100大极3项业集团贵溪冶炼厂铜矿精板纯极高阴铜引型进闪速熔炼-炉〔进〕

+自动定〔引进〕

电解 工精炼 艺水平永久不锈国钢阴极电解法〔艾际莎 ISA 法，澳大利亚引进进〕2 安徽铜硫化40陵有色铜精集团金矿隆铜业昌冶炼

大极2项板高引进纯阴型极铜极铜

闪速熔炼-炉公司3安徽铜硫公司3安徽铜硫化20中极1项陵有色集团金铜矿精板纯高阴引型进奥斯麦特-熔炼炉〔亚引进〕

+自动定〔引进〕-

永久不锈国钢阴极电际〔OK先法，芬兰进引进〕- 国内先进厂云南铜硫化60

大极2项

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大极2项板高引进纯阴型极铜

回转式- 阳极炉诺兰达熔-炼炉诺兰达熔-炼炉〔拿大引进〕+奥斯麦特熔炼炉〔利亚引进〕奥斯麦特奥斯熔炼炉麦特〔吹炼亚引进〕〔澳+自动定 先〔国产〕 进6山西中硫化20中6山西中硫化20中极条山公铜精板高司侯马冶 炼矿纯极阴铜大利厂7山东祥厂7山东祥硫化40大极4项光铜业集团铜矿精板纯极高阴铜引型进闪速炉熔闪速炼 炉吹

-

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法〔加拿进大引进〕8山东东硫化40中极营方圆铜精8山东东硫化40中极营方圆铜精板高集团矿金、银纯极阴铜精矿等9甘肃白硫化20中极银有色铜精板高公司矿纯阴国内熔炼炉〔自主主研发〕研发

- - 国际领先1项国内自主极铜 研发

白银熔炼-炉〔国内自主研发〕

- - 国内领先际先进10 甘肃金20大极10 甘肃金20大极1项顶吹旋转---国川有色精板高引进转炉法内公司矿纯阴型〔先极铜炉〕进11 湖南水硫化20〔拟中极1项水口山炼---国口山有铜精建板高国内铜法〔国内色公司矿自主纯阴 内自主研领研发极铜 发〕 先际先进阴极应用先进铜冶炼工艺技术先进铜产阴极阴极应用先进铜冶炼工艺技术先进铜产阴极技术工艺公司原料种类能规铜质数量火法模 量标 熔炼吹炼电解精炼技术和类 精炼 水平〔万准型日本三菱公司直岛冶炼厂矿吨/年〕28 大板纯极高阴3项自主发研三菱熔炼炉和贫化炉〔者〕三吹菱炼--1极铜〔研发者〕芬兰奥托昆普铜公司矿20大板纯极高阴4项自连续炼铜法国际先进国主2研发极铜奥托昆普闪速熔炼炉〔者〕闪炉速吹〔研发者〕〔者〕永久不锈钢阴极电解法〔研发者〕际领先澳大利亚芒特·萨矿物控股

硫化-铜精矿

大极3项艾莎熔炼板高自主炉〔纯阴研发者〕极铜

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永久不艾萨锈钢阴炼铜极电解法国〔ISA际领法研发先者〕澳大利奥斯麦特 司

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硫化-铜精矿硫化-铜精矿

2 大极〔引进+自板 主研高纯发〕阴极铜-- 1项自主研发

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硫化- -矿铜镍- -精矿硫化20 -

1项 瓦纽科夫- -研发 〔研发者〕1项 顶吹旋转- -自主转炉法研发 〔TBRC法研发者〕1项 诺兰达熔- -

- 瓦纽科夫工艺国际先进- 国际先进- 国际11 他洲炼铜厂比利时霍博肯

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续吹 国际〔合 先进作研〕北德精硫化- -炼公司铜精凯撒冶矿炼厂

2项 艾萨熔炼艾萨-引进 炉〔澳大炉连利亚引续吹进〕 进〕

- 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依据国家中长期科技规划〔2023-2023年、有色金属工业中长期科技规划〔2023-2023年〕和有色金属工业“”科技进展规划〔初稿〕相关内容和精神，当代我国铜精矿火法冶金进展的前沿技术归结如下。⑴短流程连续炼铜清洁冶金技术Ausmelt吹炼和阳谷祥光铜业承受闪速吹炼工艺之外，其他冶炼厂全部是承受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风炉+PSPS转炉吹炼，是将来解决冶炼低空污染的重要途径。由于22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，借鉴氧气成套装置的争论开发。闪速炉短流程一步炼铜工艺技术本技术承受技术集成及优化方法，将白银炉、闪速炉及粗铜连吹炉进展工程性结合，到达取消节能排放瓶颈—PS转炉吹70%98%；粗铜综合能耗99.7%100-200kt/a粗铜。我国自上世纪末以来巳间续引进了闪速熔炼的芬兰奥托昆普技术以及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，简单铜原料奥斯源粗铜质量掌握和“闪速熔炼—闪速吹炼”技术创争论。在原料铜品位15～300kgce/t-Cu；99.7%。〔铜、镍、钴、锌、金等金属矿资源〕生物冶金浸矿体系微生物种Cu≥80%、Ni≥85%、Co≥80%、Zn≥95%，Au≥95%；金属综合回收率:Cu≥75%、Ni≥80%、Co≥75%、Zn≥90%，Au≥90%。As、Pb、