铜矿床种类及铜的冶炼方法

铜矿床种类及铜的冶炼方法最主要的铜矿床有两种：一为原生的斑岩铜矿床，约占全部铜资源的66%，美国、智利、多；一为水成岩中次生的层状铜矿床，约占全部铜资源的25%，著名的赞比亚一扎伊尔铜矿带即I发现的铜矿物约160多种。原生硫化矿中以黄铜矿(CuFeS2)最多，其次为斑铜矿(Cu5FeS4),次:主要有孔雀石［CuCO3・Cu(OH)2］、蓝铜矿［2CuCO3・Cu(OH)2］等。70年代末全世界具有开采价值的铜矿金属储量约5亿吨,海底锰结核的铜储量估计约1979年世界各国(中国除外)为了充分利用资源，各国都非常重视杂铜的回收。1980年工业发:包括苏联)的杂铜回收量约占总产铜量的15%。同年美国回收杂铜58万吨，占全国铜消费量的中国铜矿分布较广，已探明的铜矿床多为斑岩铜矿、含铜黄铁矿、矽卡岩铜矿.铜是优良的•体，仅次于银。常温下铜的电导率为银的94%，热导率为银的73.2%。铜在干燥空气中不氧化氧化碳的湿空气中表面形成一层铜绿；与碱溶液反应很慢，但易与氨形成络合物。铜的标准电极+0.337伏，铜不能置换酸溶液中的氢，但溶于有氧化作用的酸中。二价铜的电化当量为0.0003294铜和铜合金如青铜、黄铜、白铜等，广泛用于制造电工器材、机械、建筑材料和运输工具等铜有多种化合物，主要用于化工、医药、农药等方面。与金属铜的用量相比，用于化合物的只占铜消费量的1%左右。美国1979年铜消费量的比例为：电气工业58%，建筑工业18%，机械制造业9%,运输工具9%伦敦市场铜的平均价格为：1978年67美分/磅，1979年93美分/磅(1磅=0.4536公斤)。炼铜原料以硫化矿为主，品位一般为1%左右，坑内采矿的边界品位为0.4%，露天采矿可降采出的矿石须先经选矿得到含铜20〜30%的精矿，再行冶炼。炼铜的方法分火法和湿法，以火*法生产的铜占世界总产铜量80%以上。火法炼铜主要原料是硫化铜精矿，一般包括焙烧、熔炼、吹炼、精炼等工序焙烧分半氧化焙烧和全氧化焙烧(“死焙烧”)，分别脱除精矿中部分或全部的硫，同时除去锑等易挥发的杂质。此过程为放热反应，通常不需另加燃料。造铳熔炼一般采用半氧化焙烧，以冰铜时所需硫量；还原熔炼采用全氧化焙烧；此外，硫化铜精矿湿法冶金中的焙烧,是把铜转化:酸盐,称硫酸化焙烧。焙烧用的流态化焙烧炉(沸腾炉)［IMG］熔炼主要是造铳熔炼，其目的是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(xCu2S・yFeS)。铁、硫的总量常占80〜90%，炉料中的贵金属，几乎全部进入冰铜。冰铜含量取决于精矿品位和焙烧熔炼过程的脱硫率，世界冰铜品位一般含铜40〜55%。冰铜,可更多地利用硫化物反应热，还可缩短下一工序的吹炼时间。熔炼炉渣含铜与冰铜品位有含铜一般在0.4〜0.5%。熔炼过程主要反应为：2CuFeS2—-Cu2S+2FeS+SCu2O+FeS—-Cu2S+FeO2FeS+3O2+SiO2—-2FeO・SiO2+2SO22FeO+SiO2—-2FeO・SiO2造铳熔炼的传统设备为鼓风炉、反射炉、电炉等，新建的现代化大型炼铜厂多采用闪速:鼓风炉熔炼鼓风炉是竖式炉，中国很早就用它直接炼铜。传统的方法为烧结块鼓风炉熔形精矿先经烧结焙烧脱去部分硫，制成烧结块，与熔剂、焦炭等按批料呈层状加入炉内，熔炼产出渣，此法烟气含SO2低，不易经济地回收硫。为消除烟害回收精矿中的硫，20世纪50年代，发'风炉熔炼法，即将硫化铜精矿混捏成膏状，再配以部分块料、熔剂、焦炭等分批从炉顶中心加料匚形成料封，减少漏气，提高SO2浓度。混捏料在炉内经热烟气干燥、焙烧形成烧结料柱，块状物:环绕在烧结料柱的周围，以保持透气性，使熔炼作业正常进行。中国沈阳冶炼厂、富春江冶炼厂法。反射炉熔炼适于处理浮选的粉状精矿。反射炉熔炼过程脱硫率低，仅20〜30%，适于处J较高的精矿。如原料含铜低、含硫高，熔炼前要先进行焙烧。反射炉生产规模可大型化，对原料应性强，长期来一直是炼铜的主要设备，至80年代初，全世界保有的反射炉能力仍居炼铜设备的反射炉烟气量大，且含SO2仅1%左右，回收困难。反射炉的热效率仅25〜30%，熔炼过程的反较少，所需热量主要靠外加燃料供给。70年代以来，世界各国都在研究改进反射炉熔炼，有的撒装置将精矿喷入炉内，加强密封，以提高SO2浓度。中国白银公司第一冶炼厂将铜精矿加到反:体内，鼓风熔炼，提高了熔炼强度，烟气可用于制取硫酸。反射炉为长方形，用优质耐火材料砌筑。燃烧器设在炉头部，烟气从炉尾排出，炉料由炉顶部加入，冰铜从侧墙底部的冰铜口放出，炉渣从侧墙或端墙下的放渣口排出。炉头温度1500〜155(度1250〜1300°C，出炉烟气1200°C左右。熔炼焙烧矿时，燃料率10〜15%，床能率3〜6吨/G铜精矿直接入炉,燃料率16〜25%,床能率为2〜4吨/(米2•日)，称生精矿熔炼。中国大冶冶炼厂平方米反射炉熔炼生精矿。电炉熔炼炼铜采用电阻电弧炉即矿热电炉，对物料的适应性非常广泛，一般多用于电价低和处理含难熔脉石较多的精矿。电炉熔炼的烟气量较少，若控制适当，烟气中SO2浓度可达5%于硫的回收。铜熔炼电炉多为长方形，少数为圆形。大型电炉一般长30〜35米，宽8〜10米，高4〜5米直径为1.2〜1.8米的自焙电极，由三台单相变压器供电。电炉视在功率3000〜50000千伏安，积功率100千瓦/米2左右，床能率3〜6吨/(米2・日)，炉料电耗400〜500千瓦•时/吨，电极糊3公斤/吨。中国云南冶炼厂采用30000千伏安电炉熔炼含镁高的铜精矿。闪速熔炼是将硫化铜精矿和熔剂的混合料干燥至含水0.3%以下,与热风(或氧气、或富氧:喷入炉内迅速氧化和熔化，生成冰铜和炉渣。其优点是熔炼强度高，可较充分地利用硫化物氧化降低熔炼过程的能耗。烟气中SO2浓度可超过8%。闪速熔炼可在较大范围内调节冰铜品位,一般才左右，这样对下一步吹炼有利。但炉渣含铜较高，须进一步处理。闪速炉有奥托昆普(Outokumpu)型和国际镍公司(InternationalNickelCo.)型两种末世界上已有几十个工厂采用奥托昆普型闪速炉，中国贵溪冶炼厂也采用此种炉型。冰铜吹炼利用硫化亚铁比硫化亚铜易于氧化的特点，在卧式转炉中，往熔融的冰铜中鼓入硫化亚铁氧化成氧化亚铁，并与加入的石英熔剂造渣除去，同时部分脱除其他杂质，而后继续鼓风亚铜中的硫氧化进入烟气，得到含铜98〜99%的粗铜，贵金属也进入粗铜中。一个吹炼周期分为两个阶段：第一阶段，将FeS氧化成FeO,造渣除去，得到白冰铜(Cu2S)。1150〜1250C。主要反应是：第二阶段，冶炼温度1200〜1280°C将白冰铜按以下反应吹炼成粗铜:2Cu2S+3O2—-2Cu2O+2SO2Cu2S+2Cu2O—-6Cu+SO2冰铜吹炼是放热反应，可自热进行，通常还须加入部分冷料吸收其过剩热量。吹炼后的炉:高，一般为2〜5%,返回熔炼炉或以选矿、电炉贫化等方法处理。吹炼烟气含SO2浓度较高,一般》可以制酸。吹炼一般用卧式转炉，间断操作。表压约1公斤力/厘米2的空气通过沿转炉长度方向排风眼鼓入熔体，加料、排渣、出铜和排烟都经过炉体上的炉口。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，而其氧熔于铜液等性质，通过氧化造渣或挥发除去。其过程是将液态铜加入精炼炉升温或固态铜料加入然后向铜液中鼓风氧化，使杂质挥发、造渣；扒出炉渣后，用插入青木或向铜液注入重油、石油气法还原其中的氧化铜。还原过程中用木炭或焦炭覆盖铜液表面，以防再氧化。精炼后可铸成电解的铜阳极或铜锭。精炼炉渣含铜较高，可返回转炉处理。精炼作业在反射炉或回转精炼炉内进行火法精炼的产品叫火精铜，一般含铜99.5%以上。火精铜中常含有金、银等贵金属和少量Z要进行电解精炼。若金、银和有害杂质含量很少，可直接铸成商品铜锭。电解精炼是以火法精炼的铜为阳极，以电解铜片为阴极，在含硫酸铜的酸性溶液中进行。电含铜99.95%以上的电铜，而金、银、硒、碲等富集在阳极泥中。电解液一般含铜40〜50克/升，62C，槽电压0.2〜0.3伏，电流密度200〜300安/米2,电流效率95〜97%,残极率约为15〜20%耗直流电220〜300千瓦小时。中国上海冶炼厂铜电解车间电流密度为330安/米2。电解过程中，大部分铁、镍、锌和一部分砷、锑等进入溶液，使电解液中的杂质逐渐积累，不断增高，硫酸浓度则逐渐降低。因此，必须定期引出部分溶液进行净化，并补充一定量的硫酸程为：直接浓缩、结晶，析出硫酸铜;结晶母液用电解法脱铜，析出黑铜，同时除去砷、锑；电解溶液经蒸发浓缩或冷却结晶产出粗硫酸镍;母液作为部分补充硫酸,返回电解液中。此外，还可向解液中加铜，鼓风氧化，使铜溶解以生产更多的硫酸铜。电解脱铜时应注意防止剧毒的砷化氢析溶液电解)。火法炼铜的其他方法已应用于工业生产的方法还有：三菱法(Mitsubishiprocess)将硫化铜精矿和熔剂喷入熔炼炉的熔体内，熔炼成冰铜和:流至贫化炉产出弃渣，冰铜再流至吹炼炉产出粗铜。此法于1974年投入生产。诺兰达法(Norandaprocess)制粒的精矿和熔剂加到一座圆筒型回转炉内，熔炼成高品位产炉渣含铜较高，须经浮选选出铜精矿返回炉内处理。此法于1973年投入生产。氧气顶吹旋转转炉法用以处理高品位铜精矿。将铜精矿制成粒或压成块加入炉内，由顶部燃料也由顶部喷入，产出粗铜和炉渣。中国用此法处理高冰镍浮选所得铜精矿。离析法用于处理难选的结合性氧化铜矿。将含铜1〜5%的矿石磨细，加热至750〜800C后5%的煤粉和0.2〜0.5%的食盐，矿石中的铜生成气态氯化亚铜(Cu3Cl3)并为氢还原成金属铜i粒表面，经浮选得到含铜50%左右的铜精矿，然后熔炼成粗铜。此法能耗高，很少采用。湿法炼铜用溶剂浸出铜矿石或精矿，而后从浸出液中提取铜。主要过程包括浸出(见浸取)、净等工序。目前世界上湿法炼铜的产量约占总产量的12%。20世纪60年代以来，为了消除SO2污:法冶炼硫化铜矿进行了许多研究，但因经济指标尚不如火法，湿法工艺大多停留在试验和小规模段。＜br/湿法炼铜目前主要用于处理氧化铜矿。有氧化铜矿直接酸浸和氨浸(或还原浸）等法；酸浸应用较广，氨浸限于处理含钙镁较高的结合性氧化矿。处理硫化矿多用硫酸化焙或者直接用氨或氯盐溶液浸出等方法。①硫酸化焙烧一浸出法是将精矿中的铜转变为可溶性硫酸②氨液浸出法是将铜转变为铜氨络合物溶出，浸出液在高压釜内用氢还原，制成铜粉，或者用溶电积法制取电铜；氯盐浸出法是将铜转变为铜氯络合物进入溶液，然后进行隔膜电解得电铜。氧化铜矿酸浸法流程氧化铜矿一般不易用选矿法富集，多用稀硫酸溶液直接浸出；所得溶般为1〜5克/升,可用硫化沉淀、中和水解、铁屑置换以及溶剂萃取一电积等方法提取铜。近年积法发展较快。其主要过程包括：①用对铜有选择性的肟类螯合萃取剂（Lix-64N，N-510,N-53「油溶液萃取铜，铜进入有机相而与铁、锌等杂质分离。②用浓度较高的H2SO4溶液反萃铜，得到克/升的溶液。反萃后的有机溶剂，经洗涤后，返回萃取过程使用。③电