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tong铜copper━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━资源性质和用途火法炼铜焙烧熔炼粗铜精炼火法炼铜的其他方法湿法炼铜氧化铜矿酸浸法流程硫化铜精矿焙烧浸出法从贫矿石和废矿中提取铜━━━━━━━

tong

铜

copper

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资源

性质和用途

火法炼铜

焙烧

熔炼

粗铜精炼

火法炼铜的其他方法

湿法炼铜

氧化铜矿酸浸法流程

硫化铜精矿焙烧浸出法

从贫矿石和废矿中提取铜━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

元素符号Cu，紫红色金属，在元素周期表中属IB族，原子序数29，原子量63.546，面心立方晶体，常见化合价为+2、+1。

铜是人类最早发现和使用的金属之一。约在公元前第七千纪或更早，人类已认识了自然铜，并将它锤打成小锥、小钉等。稍后，又采用退火和加工硬化工艺生产各种器物。从出土实物来看，亚洲西部今伊朗境内早在公元前第四千纪，人们已掌握了炼铜技术。美索不达米亚、埃及和印度等地区，约于公元前第三千纪中期，也先后出现了具有较高技术水平的炼铜业。

中国在新石器时代晚期开始使用铜。甘肃的武威、永靖和河北的唐山等地的古文化遗址，均发现红铜器物。夏代（公元前21～前16世纪）已进入青铜时代。迄今考古发掘所得最早的炼铜竖炉，出自湖北大冶铜绿山──春秋时期（公元前770～前476）的古矿冶遗址。这种竖炉主要以孔雀石为原料，以木炭作燃料和还原剂，进行鼓风熔炼，得到纯度较高的铜。中国又是世界上最早使用湿法（胆铜法）炼铜的国家。

欧洲在公元前第二千纪中期已采用硫化铜矿炼铜，到公元初期的罗马帝国，即已普及。美洲印第安人在公元前第二千纪已用天然铜锻制器件；南美的印加人在西班牙人进入之前，已懂得用硫化矿炼铜的技术。

16世纪阿格里科拉（G.Agricola）在《论冶金》中叙述了铜的熔炼和精炼工艺。17世纪末,英国人赖特(D.Wright)用反射炉炼铜，或称Waleser法。1880年开始用转炉吹炼冰铜（铜锍），是炼铜技术的重大进步，此时发明的铜的电解精炼，也具有重要意义（见冶金史）。

资源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、秘鲁等国最多;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－扎伊尔铜矿带即属此类。已发现的铜矿物约160多种。原生硫化矿中以黄铜矿(CuFeS)最多，其次为斑铜矿(CuFeS),次生氧化矿中主要有孔雀石[CuCO·Cu(OH)]、蓝铜矿[2CuCO·Cu(OH)]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4亿吨。1979年世界各国（中国除外）矿山产铜量和储量见表1[世界各国矿山产铜量和储量（千吨）]。

为了充分利用资源，各国都非常重视杂铜的回收。1980年工业发达国家（不包括苏联）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31％。

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(见彩图[铜氨浸厂──湿法冶铜厂]、[铜电解车间]、[卧式炼铜转炉──把冰铜吹炼成粗铜的设备])

性质和用途铜是优良的导电和导热体，仅次于银。常温下铜的电导率为银的94％，热导率为银的73.2％。

[铜的主要物理性质]

铜在干燥空气中不氧化，在含有二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。铜的标准电极电势为+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克/库仑。

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，用于化合物的铜量很少，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％,其他6％。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％，露天采矿可降至0.3％，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，以火法为主。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，流程见图1[火法炼铜流程]。

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，同时除去部分砷、锑等易挥发的杂质。此过程为放热反应，通常不需另加燃料。造锍熔炼一般采用半氧化焙烧，以保持形成冰铜时所需硫量；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,是把铜转化为可溶性硫酸盐,称硫酸化焙烧。焙烧用的流态化焙烧炉（沸腾炉）见图2[流态化焙烧炉]。焙烧技术条件见表2[焙烧过程主要技术条件和指标]。

熔炼主要是造锍熔炼，其目的是使铜精矿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(CuS·FeS)。冰铜中铜、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％生产高品位冰铜,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关,弃渣含铜一般在0.4～0.5％。熔炼过程主要反应为：

2CuFeS─→CuS＋2FeS＋S

CuO＋FeS─→CuS＋FeO

2FeS＋3O＋SiO─→2FeO·SiO＋2SO

2FeO＋SiO─→2FeO·SiO

造锍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炉。

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炼。硫化铜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，熔炼产出冰铜和弃渣，此法烟气含SO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,发展了精矿鼓风炉熔炼法,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口加入炉内，形成料封，减少漏气,提高SO浓度。混捏料在炉内经热烟气干燥、焙烧形成烧结料柱，块状物料也呈柱状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、富春江冶炼厂等采用此法。

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％，适于处理含铜品位较高的精矿。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、燃料的适应性强,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首位。但反射炉烟气量大，且含SO仅1％左右，回收困难。反射炉的热效率仅25～30％，熔炼过程的反应热利用较少，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，有的采用氧气喷撒装置将精矿喷入炉内，加强密封,以提高SO浓度。中国白银公司第一冶炼厂将铜精矿加到反射炉中的溶体内，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，炉料由炉顶或侧墙上部加入,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1500～1550,炉尾温度1250～1300，出炉烟气1200左右。熔炼焙烧矿时，燃料率10～15％，床能率3～6吨/（米·日）。铜精矿直接入炉,燃料率16～25％,床能率为2～4吨/(米·日)，称生精矿熔炼。中国大冶冶炼厂采用270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，一般多用于电价低廉的地区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SO浓度可达5％左右，有利于硫的回收。

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,采用六根直径为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，单位炉床面积功率100千瓦/米左右，床能率3～6吨/(米·日),炉料电耗400～500千瓦·时/吨,电极糊消耗约2～3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、或富氧空气)混合，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反应热，降低熔炼过程的能耗。烟气中SO浓度可超过8％。闪速熔炼可在较大范围内调节冰铜品位,一般控制在50％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70年代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空气，使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，使硫化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(CuS)。冶炼温度1150～1250。主要反应是：

2FeS＋3O─→2FeO＋2SO

2FeO＋SiO─→2FeO·SiO第二阶段，冶炼温度1200～1280将白冰铜按以下反应吹炼成粗铜：

2CuS＋3O─→2CuO＋2SO

CuS＋2CuO─→6Cu＋SO

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。吹炼后的炉渣含铜较高，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SO浓度较高,一般为8～12％,可以制酸。吹炼一般用卧式转炉,间断操作。表压约1公斤力/厘米的空气通过沿转炉长度方向安设的一排风眼鼓入熔体，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，而其氧化物又不熔于铜液等性质，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炉内熔化，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、石油气或氨等方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。精炼后可铸成电解精炼所用的铜阳极或铜锭。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、银等贵金属和少量杂质，通常要进行电解精炼。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。电解可产出含铜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，温度58～62,槽电压0.2～0.3伏,电流密度200～300安/米,电流效率95～97％,残极率约为15～20％,每吨电铜耗直流电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。

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，铜含量也不断增高，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。净液过程为：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；电解脱铜后的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，还可向引出的电解液中加铜，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出（见水溶液电解）。

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，熔炼成冰铜和炉渣，而后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，熔炼成高品位冰铜。所产炉渣含铜较高，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，由顶部喷枪吹氧，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750～800后，混以2～5％的煤粉和0.2～0.5％的食盐，矿石中的铜生成气态氯化亚铜(CuCl）并为氢还原成金属铜而附着于炭粒表面，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）、净化、提取等工序。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SO污染，对用湿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生产阶段。

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（或还原焙烧后氨浸）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烧－浸出或者直接用氨或氯盐溶液浸出等方法。①硫酸化焙烧－浸出法是将精矿中的铜转变为可溶性硫酸铜溶出；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，或者用溶剂萃取－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；所得溶液含铜一般为1～5克/升,可用硫化沉淀、中和水解、铁屑置换以及溶剂萃取－电积等方法提取铜。近年来,萃取-电积法发展较快。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-530等）的煤油溶液萃取铜，铜进入有机相而与铁、锌等杂质分离。②用浓度较高的HSO溶液反萃铜,得到含铜约50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电积硫酸铜溶液得电铜，电解后液返回用作反萃剂。生产流程见图3[氧化铜矿酸浸流程]。

硫化铜精矿焙烧浸出法硫化铜精矿经硫酸化焙烧后浸出，得到的含铜浸出液，经电积得电铜。此法适于处理含有钴、镍、锌等金属的硫化铜精矿，但铜的回收率低，回收贵金属较困难，电能消耗大，电解后液的过剩酸量须中和处理，所以一般不采用。

从贫矿石和废矿中提取铜铜矿开采后坑内的残留矿、露天矿剥离的废矿石和铜矿表层的氧化矿，含铜一般较低，多采用堆浸、就地浸出和池浸等方法，浸出其中氧化形态的铜，而所含硫化铜则利用细菌的氧化作用，使之溶解（见细菌浸取，浸取采矿法）。浸出液中的铜可用铁置换得海绵铜,或者用溶剂萃取-电积法制取电铜。几种贫矿石、废矿石的浸出条件和生产规模见表3[贫矿石、废矿石浸出条件和生产规模]。