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资源再生 2009/05
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技术echnology
一、前言
目前，全世界的火法炼铜工艺都分为两段，第一段是造锍熔炼，由铜精矿炼成含铜40%~75%的铜锍（或称冰铜），第二段是将此铜锍炼成粗铜。
前者过去有鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼等，因其冶炼强度低，产生的烟气SO ２浓度低，无法回收制酸，已逐渐被淘汰，而发展为闪速熔炼、诺兰达熔炼、奥斯麦特熔炼、艾萨熔炼、底吹熔炼、白银法熔炼、瓦纽科夫熔炼等。
第二段即吹炼，当今世界绝大多数从事铜冶炼的厂家仍采用PS转炉，间断作业，熔炼产出的铜锍需要用铜锍包在车间内进行吊运，造成SO ２烟气低空逸散，加上转炉加料及吹炼过程，烟气难以完全密封，也存在不同程度的逸散现象，使P S 转炉吹炼作业的操作环境很差，且烟气量与成分有较大的波动，为烟气制酸带来一定的困难，造成制酸尾气含SO ２偏高，这是当今铜冶炼面临的一道世界性难题。
目前，国外有多种用于工业生产的连续或半连续吹炼工艺，解决了低空污染与烟气量波动大等问题。硫的捕集率＞99.5％，较好地解决了铜锍吹炼的低空污染。
其中，日本研发的三菱法，采用顶吹炉，连续将铜锍吹炼至
底吹连续炼铜工艺构想
粗铜。世界上已有五家这样的工厂在进行生产。
另一种是美国犹他Kennecott冶炼厂的炼铜工艺，采用闪速炉熔炼，铜锍水碎、干燥、磨矿，再用闪速炉吹炼成粗铜。我国祥光铜业是世界上第二家用“双闪”工艺的厂家。上述两种连续炼铜工艺，虽然解决了吹炼作业的环保问题，但还都有不足之处，如投资较高、要求冰铜品位高等，需要进一步改进完善。我国在烟台鹏晖、富春江冶炼厂、红透山厂也有连续吹炼炉，运行得不错。中条山的奥炉顶吹炉也在半连续吹炼，但都存在一定问题，有待完善。
通过实验，找到一种有效方法，解决目前铜冶炼PS转炉吹炼的低空 SO ２污染问题，同时提供比世界上现有的三菱法、闪速吹炼法等连续炼铜工艺更先进、流程更短、投资更省、成本更低、回收率更高、综合利用更好的新的炼铜工艺，是我们面临的重任。
二、主要研究目标和任务
鉴于氧气底吹熔炼技术已经成熟，而氧气底吹连续吹炼技术也进行过多次小型试验，具备工业化试验基础。因而，依托现有生产线开展连续吹炼试验研究，解决该工艺存在的工程问题，进一步降低能耗，解决污染问题，形成新一代达到国际领先水平的连续炼铜新工
艺，为国内铜冶炼企业的技术升级提供引领和示范作用。
１、主要目标
本项目通过全流程底吹连续炼铜工艺研究、装备开发，建设年产10万吨粗铜的工业化示范装置，进行工业化试验，并进行示范生产，实现全套工艺技术和装备达到国际领先水平，为建设单系列年产能10万~30万吨铜冶炼企业打下坚实基础。
２、研究内容与开发任务本项目研究内容如下：
（１）铜锍连续吹炼研究。通过小型工艺验证试验，确定最佳铜锍品位，最佳吹炼渣成分，探讨吹炼炉粗铜深度脱硫的工艺参数，并尽可能降低渣含铜的反应机理；
（２）铜锍连续吹炼装置研究。包括工艺配置、连续吹炼炉结构，如径长比、氧枪布局、水冷元件配置、熔剂加入方式等，以及与连续吹炼相配套的氧气底吹成套装置的研究开发；
（３）铜锍连续吹炼工业化试验研究。建设一套年产3万吨粗铜的工业化示范装置，进行工业化试验，形成完善的工业生产装置和工艺操作控制，为建设单系列年产10万~30万吨粗铜的炼铜企业提供参数；
（４）吹炼炉最佳耐火材料布局研究，力求炉寿达到１年以上；
（５）全系统在线控制研究与产业化。
□文/蒋继穆 申殿邦
The Proposition of the Technics on the Continuous Converting
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技术
注：
蒋继穆系中国有色工程设计研究总院原副院长、全国工程设计大师 申殿邦系方圆集团公司技术总监
三、铜锍吹炼
产自底吹熔炼炉的液态高温铜锍，经溜槽注入连续吹炼炉，从吹炼炉底部连续送入富氧空气对高品位铜锍进行连续吹炼。与此同时，通过料仓、计量皮带给料机，按计算要求量从炉顶连续加入熔剂石灰或石灰石造渣。在炉子一端较上部开孔，排放熔炼渣，较下部开孔，设置虹吸装置排放粗铜，实现连续加入铜锍、连续吹炼、连续加入熔剂、连续造渣、排渣，并连续放出粗铜，实现吹炼过程连续化。其特点有：
1、采用底吹炉连续吹炼。在粗铜、铜锍、炉渣三相共存情况下连续吹炼，氧枪要有一定角度，使送入的氧气进入铜锍层。同时底吹吹炼可降低Fe ３O ４的生成量，防止Fe ３O ４沉淀和泡沫渣的生成，炉渣中Fe ３O ４含量低，渣的黏度就低，可降低吹炼渣中Cu ２O的夹杂量，使渣含铜低于闪速吹炼和三菱法吹炼的渣含铜量，可降至Cu＜10％。
2、采用高品位铜锍（含Cu68％~70％）吹炼，吹炼负荷小，吹炼渣量相对较少。通过调节氧枪供氧的氧浓和供氧压力来控制吹炼的反应速度，从而可控制吹炼温度在 1 220℃~1 250℃。
3、连续吹炼炉根据炉子大小，在配置上保持1％~3％的倾斜度，使之铜锍入口端的粗铜层较薄，从喷枪送入的富氧空气可直接送入铜锍层，进行吹炼反应，防止产生过量的Cu ２O。粗铜放出口一端又可保持较厚的粗铜层，为防止与铜锍逆向平衡反应而提高粗铜的硫含量，在该端设置部分炉底透气砖，送入少量富氧空气，缓慢进入粗铜层，提高其氧势，控制粗铜含硫量，避免了三菱法和闪速连续吹炼法在阳极
转炉的低空污染。改善操作环境，减少炉口漏风，减小烟气量，提高烟气SO 2浓度，有利于制酸设备运行。
２、连续吹炼炉作业率高，烟气量波动小，烟气SO ２浓度会进一步降低到200ppm以下，甚至有可能降低到100ppm以下。
３、连续吹炼炉有较高的作业率，吹炼设备体积小，投资少。
４、连续作业温度稳定，可显著延长耐火材料的使用寿命，极大降低生产成本。
５、连续吹炼，其过程容易掌握，更有利于操作，且更容易实现在线（自动化）控制。
６、本方案建设规模可大可小，适用性强，将成为“双闪”、三菱法等之外的另一重要连续炼铜工艺，也更容易得到推广。
炉中需要再脱硫，造成阳极炉烟气需要特殊处理以解决环保问题。
4、连续吹炼底吹炉炉温稳定。克服了转炉周期作业温度波动过大的缺点，有利于大幅度提高吹炼炉的寿命，降低耐火材料消耗和维修的工作量，从而降低炼铜成本。连续吹炼，烟气量和烟气成分（SO ２含量）稳定均衡，炉体不用经常转动，从而漏风率大幅下降，克服了转炉周期作业烟气量和烟气成分波动大的缺点，有利于制酸，降低酸厂投资，降低制酸尾气SO ２排放浓度，降低总排放量。
5、熔炼炉至吹炼炉设置铜锍溜槽，铜锍直接从熔炼炉通过溜槽流入吹炼炉。在联接溜槽上设置保温烧嘴加热保温，防止铜锍在溜槽中凝结。在溜槽一端设置通风烟罩，排除保温烧嘴和溜槽中铜锍逸散的烟气，烟气经脱硫处理后排空。克服了转炉周期作业时，用吊包在车间内倒运铜锍，铜锍中SO ２无组织逸散，造成严重的 SO ２低空污染，恶化车间操作环境。采用底吹炉连续吹炼铜锍，全系统硫的捕集率>99.8%，可确保全厂清洁生产。
四、预期成果
1、推广应用与产业化前景广阔。本试验装置投产后，将消除原PS
简述国内铜冶金的前沿技术 摘要：铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。成为国计民生和国防工业乃至高新技术领域中不可缺少的基础材料和战略物资。随着铜冶炼技术的不断发展，本文就当代我国铜精矿火法冶金发展的前沿技术归结如下。 关键词：铜冶金方法清洁冶金生物技术 1.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。 1.1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分离开,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，第一段是造锍熔炼，由铜精矿炼成含铜40～75%的铜锍（或称冰铜），第二段是将铜锍炼成含铜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），目的是脱除精矿中部分或全部的硫，同时除去部分砷和锑等易挥发的杂质。随着铜冶金技术的进步，现代铜冶炼厂已经能够直接进行生精矿的冶炼，当代绝大多数铜冶炼厂已经取消了焙烧步骤。熔炼：主要是造锍熔炼，目的是使铜精矿或焙烧矿中的部分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
目前,中国已引进世界上最先进的炼铜新工艺有:闪速炉熔炼、艾萨熔炼、奥斯麦特熔炼、诺兰达熔炼等。国内自主创新的有白银法熔炼、金川合成炉熔炼、东营方圆的氧气底吹熔炼。后3种都是中国人自己研制的,都具有自主知识产权。这7种也算世界上较先进的炼铜法。通过多年的实践,国外的先进技术尚存不足之处,分述如下: 1、双闪速炉熔炼法: 投资大,专利费昂贵,熔剂和原料先进行磨细再进行深度干燥,需额外消耗能源这不尽合理。熔炉产出的铜硫需要水碎再干燥再细磨,工序繁杂。每道工序均难以保证100%回收率,会产生部分机械损失;热态高温铜锍水碎物理热几乎全部损失,水碎后再干燥,再加上炉内大量水套由冷却水带走热量,热能利用也不尽合理。铜锍水碎需要大量的水冲,增加动力消耗。破碎、干燥要增加人力和动力的消耗。这些都是多年来该工艺没有得到大量推广的重要原因。 2、艾萨法和澳斯麦特法均属于顶吹冶炼系列: 顶吹都要建立高层厂房,噪音大、高氧浓度低烟气量大、顶吹的氧枪12米长,3天至一周要更换一次,不锈钢消耗量大、投资大、操作不方便。都用电炉做贫化炉,渣含铜一般大于%不合国情。 3、三菱法的不足 4个炉子(熔炼炉、贫化电炉、吹炼炉、阳极炉)自流配置,第一道工序的熔炼炉需要配置在较高的楼层位置,建筑成本相对较高,炉渣采用电炉贫化,弃渣含铜量达%~%,远远高于我国多数大型铜矿开采的矿石平均品位,资源没有得到充分的利用。 4、诺兰达和特尼恩特连续吹炼法,尚在工业试验阶段。 诺兰达是侧吹、要人工打风眼、劳动强度很大、风眼漏风率达10%~15%。有很大噪音、操作条件不好、冶炼环境不理想。如果掌握不好容易引起泡沫渣喷炉事故。 综上所述,让我们来寻求新的冶炼工艺,在不断的探索中发现新途径。 氧气底吹炉炼铅、炼铜最早是湖南水口山和中国有色工程设计研究总院共同研发在水口
冶金概论讲义 1 冶金基本知识 1.1 冶金的概念及冶金方法分类 冶金就是从矿石或二次金属资源中提取金属或金属化合物，用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的过程和工艺。 冶金的技术主要包括火法冶金、湿法冶金以及电冶金， 根据冶炼金属的不同，冶金工业又了可以分黑色冶金工业和有色冶金工业，黑色冶金主要指包括生铁、钢和铁合金（如铬铁、锰铁等）的生产，有色冶金指后者包括其余所有各种金属的生产。 1.2 火法冶金 火法冶金是在高温条件下进行的冶金过程。矿石或精矿中的部分或全部矿物在高温下经过一系列物理化学变化，生成另一种形态的化合物或单质，分别富集在气体、液体或固体产物中，达到所要捉取的金属与脉石及其它杂质分离的目的。实现火法冶金过程所需热能，通常是依靠燃料燃烧来供给，也有依靠过程中的化学反应来供给的，比如，硫化矿的氧化焙烧和熔炼就无需由燃料供热；金属热还原过程也是自热进行的。火法治金过程没有水溶液参加，所以又称为干法冶金。火法冶金是提取金属的主要方法之一，其生产成本一般低于湿法治金。 火法冶金包括：干燥、焙解、焙烧、熔炼，精炼，蒸馏等过程。 1.3 湿法冶金 湿法冶金是在溶液中进行的冶金过程。湿法冶金温度不高，一般低于100℃，现代湿法冶金中的高温高压过程，温度也不过473K左右，极个别情况温度可达573K。 湿法冶金包括：浸出、净化、制备金属等过程。 （1）浸出用适当的溶剂处理矿石或精矿，使要提取的金属成某种离子（阳离子或络阴离子）形态进入溶液，而脉石及其它杂质则不溶解，这样的过程叫浸出。浸出后经沉清和过滤，得到含金属（离子）的浸出液和由脉石矿物绢成的不溶残渣（浸出渣）。对某些难浸出的矿石或精矿，在浸出前常常需要进行预备处理，使被提取的金属转变为易于浸出的某种化合物或盐类。例如，转变为可溶性的硫酸盐而进行的硫酸化焙烧等，都是常用的预备处理方法。 （2）净化在浸出过程中，常常有部分金属或非金属杂质与被提取金属一道进入溶液，从溶液中除去这些杂质的过程叫做净化。
1、能用熔盐电解法冶炼的金属，写出其冶炼过程（至少三种金属）。 2、铝电解中影响电流效率的因素。 3、简述5种火法炼铜的方法。 4、火法和湿法炼铜的优缺点。 5、拜耳法制取氧化铝的主要步骤和化学方程式。 6、稀土冶炼的方法及主要流程 7、皮江法制取镁的原理及工艺 8、简述试从资源综合利用和生产过程对环境的友好两方面，分析火法炼铜和湿法炼铜的主要优缺点。 答：火法流程最大的优点是适应性广，对各种不同的铜矿均能处理，特别是对一船硫化矿和富氧化矿很适用。 湿法炼铜是在常温、常压或高压下用溶剂使铜从矿石中浸出。 然后从浸出液中除去各种杂质，再将铜从浸出液中沉淀出来。当前世界上铜产量约有15％由该法制得。对氧化铜矿和自然铜矿，大多数可用溶剂直接浸出；而硫化铜矿则一般先经焙烧，然后溶浸。 湿法冶金具有环境污染少，能处理低品位矿或多金属复杂矿等特点 1、金属及其分类 2、冶金的定义、冶金的任务、冶金的目的 3、冶金方法的分类 4、铜的冶炼方法及工艺流程 5、硫化铜精矿造锍熔炼的基本原理及两个过程的主要反应 6、硫化铜精矿造锍熔炼的目的及必须遵循的两个原则 7、铜锍（冰铜）的吹炼的任务及实质是什么？ 8、铜锍（冰铜）的吹炼过程为分为哪两个两个周期？各周期的主要反应是什么？ 9、粗铜火法精炼的目的及原理是什么？粗铜火法精炼分为哪两个过程？ 10、简述粗铜电解精炼的基本过程，分别写出阴阳及的主要反应。 11、分析铜电解精炼和铜电积的电极反应有什么差别？ 12、简述硫化镍精矿的火法冶炼过程。 13、镍锍的主要成份有哪些？镍锍吹炼过程与铜锍吹炼过程有何不同？ 14、简述羰基法精炼镍的基本原理。 15、分别写出硫化镍阳极电解精炼镍和硫酸镍溶液电解沉积镍的阴阳极反应。 16、简述硫化铅精矿烧结焙烧的目的。 17、铅鼓风炉熔炼的产物有哪些？ 18、简述烟化炉烟化法处理炼铅炉渣的基本原理。 19、粗铅的火法精炼有哪些主要过程？ 20、什么是直接炼铅？直接炼铅方法有哪些？ 21、火法炼锌与湿法炼锌各包括哪些主要过程？火法炼锌主要有哪些方法？ 22、简述硫化锌精矿焙烧的目的。 23、简述密闭鼓风炉炼锌的优点与缺点。 24、简述粗锌精馏精炼的原理。 25、简述传统的湿法炼锌的基本过程。 26、简述硫化锌精矿的氧压浸出的原理及优点。 27、在湿法炼锌的热酸浸出过程中，从含铁高的浸出液中沉铁有哪些方法？ 28、简述硫酸锌溶液采用锌粉置换除铜、镉的原理。 29、简述硫酸锌溶液的电解沉积锌的基本过程及主要电极反应。
“吹氧造锍多金属捕集技术”创造中国冶金奇迹人民日报记者部主任张平力，记者王明峰 中国冶金史上的一场技术革命正在黄河三角洲滨海城市东营悄然掀起。由山东方圆有色金属集团公司与中国有色工程设计研究总院共同研制开发的“吹氧造锍多金属捕集技术”点燃了这场革命。 新技术的发明 我国不仅是产铜大国，而且是炼铜大国。传统炼铜工艺在世界上曾一度领先，现代工艺却没有一席之地。先秦时期就已出现鼓风炉法炼铜，西汉时用铁从硫酸铜（胆铜）溶液中置换铜。现在我国使用的炼铜技术几乎都来自国外：11种技术中，引进的6种，未经引进而消化吸收开发的有3种。自己研发的两种炼铜技术中，只有“氧气底吹法”可与国际先进工艺媲美。之前，国外先进的吹氧炼铜工艺有顶吹和侧吹两种。中国有色工程设计研究总院（原北京有色冶金设计研究总院）原副院长兼总工程师、全国工程设计大师蒋继穆经过多年潜心研究，改换顶吹、侧吹送氧位置，将氧气用氧枪从熔炼炉底部送入炉内，并攻克了很多工艺和工程难题，发明了氧气底吹炼铜法。令同行惊奇的是，这一改变竟为有色冶金技术带来了革命性变化，不仅打破了国内铜冶炼技术由国外长期垄断的局面，还为铜铅和金银等稀有贵金属的综合回收提取开辟了一条新路子。 从顶吹、侧吹到底吹，只是吹氧位置的不同，难道别人就想不到吗？ “用氧气底吹法炼铜最早是美国和德国的教授于上世纪70年代末80年代初提出来的，并且做过试验。”蒋继穆坦言，可是他们在做扩大试验时，大
量的工程问题解决不了，后来，只好宣布这个“玩意”不行。 “我们最早用氧气底吹技术试验炼铅。做完5000吨铅冶炼试验后，就想用这个工艺和装置试验炼铜。”霜染双鬓的蒋继穆娓娓道来，把思绪带回到了1991年的湖南水口山。“准备半年的试验炉料（相当于3000吨铜的规模），两个月就‘吃’完了。可是，炉子一点故障都没有，于是接着弄铜精矿连续试验，一试就开了217天。” 通过试验，发现底吹较之顶吹、侧吹不只是位置不同，它还具有噪音低，车间操作环境更好的优点。底吹法用铜锍反复冲洗炉渣，更有利于贵金属的捕集，比其它方法的捕集率可提高1-2% 。再者，有利于V族元素等伴生金属挥发富集于烟尘中而易于综合回收，如As的挥发率大于98%。与我国引进的澳斯麦特法、艾萨法、诺兰达等熔炼工艺比，氧气浓度更高，可达70%-80%，烟气量更少，SO2浓度更大，硫酸厂规模更小，单位投资更少。 至此，一项达到国际先进水平、具有自主知识产权的铜熔炼新工艺诞生了。 给新技术找“婆家” 半工业试验成功并申请专利后，蒋继穆开始四处给新技术找“婆家”。“当时有3家，四川绵阳想搞个2万吨的铜厂，山西运城也想搞个2- 3万吨的铜厂，江西弋阳想搞个3万吨铜厂。运城因跟中条山抢资源，省里没批。绵阳要开发第一家，没有这个胆量。弋阳和一个香港老板合资，真想上，谈得差不多了，合同也签了，都快要做施工图了，结果发现香港老板是骗子。3家虽都做过可行性研究报告，但均无果而终。” 蒋继穆说着，像沉浸在回忆中。后来推广到中条山冶炼厂。1992年中
《有色冶金概论》复习题 4、铜的冶炼方法及工艺流程 答：有火法和湿法两大类；火法炼铜基本流程包括造锍熔炼、锍的吹炼、粗铜火法精炼或阳极铜电解精炼；湿法炼铜基本流程包括浸出、萃取。反萃、电积。 5、硫化铜精矿造锍熔炼的基本原理及两个过程的主要反应 答：利用铜对硫的亲和力大于铁和一些杂质金属，而铁对氧的亲和力大于铜的特性，在高温及控制氧化气氛条件下，使铁等杂质金属逐步氧化后进入炉渣或烟尘而被除去，而金属铜则富集在各种中间产物中，并逐步得到提纯。主要包括两个造渣和造锍两个过程主要反应：2FeS(l)+3O2(g) =2FeO(g)+2SO2(g)；2FeO(g)+SiO2(s)= 2FeO·SiO2(l)；xFeS(l)+yCu2S(l)= yCu2S·xFeS(l) 6、硫化铜精矿造锍熔炼的目的及必须遵循的两个原则 答：（1）造流熔炼的目的：①使炉料中的铜尽可能全部进入冰铜,同时使炉料中的氧化物和氧化产生的铁氧化物形成炉渣；②使冰铜与炉渣分离。（2）火法炼铜必须遵循两个原则：①必须使炉料有相当数量的硫来形成冰铜；②炉渣含二氧化硅接近饱和，以便冰铜和炉渣不致混溶 7、铜锍（冰铜）的吹炼的任务及实质是什么？ 答：任务是将铜锍（冰铜）吹炼成含铜98.5%-99.5%的粗铜；实质是在一定压力下将空气送到液体冰铜中，利用空气中的氧将冰铜中的铁和硫几乎全部除去，并除去部分其它杂质：FeS氧化变成FeO与加入的石英熔剂造渣；而Cu2S则部分经过氧化，并与剩下的Cu2S相互反应变成粗铜。 8、铜锍（冰铜）的吹炼过程为分为哪两个两个周期？各周期的主要反应是什么？ 答：造渣期：2FeS+3O2=2FeO+2SO2；2FeO+SiO2= 2FeO·SiO2；相加得总反应为2FeS+3O2+SiO2= 2FeO·SiO2+2SO2。造铜期：2Cu2S+3O2=2CuO+2SO2；Cu2S+2 Cu2O=6Cu+ SO2两式相加得总反应：Cu2S+O2=2Cu+ SO2 9、粗铜火法精炼的目的及原理是什么？粗铜火法精炼分为哪两个过程？ 答：目的：部分除去粗铜中对氧亲和力较大的杂质；为电解精炼提供合乎要求的阳极铜，并浇铸成为表面平整、厚度均匀、致密的阳极板；以保证电解铜的质量和降低电解精炼的成本。每个周期包括加料熔化、氧化、还原和出铜浇铸四个基本阶段。原理：粗铜火法精炼的实质是使其中的杂质氧化成氧化物，并利用氧化物不溶于或极少溶于铜，形成炉渣浮在熔池表面而被除去；或者借助某些杂质在精炼作业温度（1100～1200℃）下，呈气态挥发除去。①氧化过程：铜首先被氧化：4[Cu] + O2 = 2[Cu2O] 生成的氧化亚铜溶于铜液中，在Cu2O与杂质元素接触时便将氧传递给杂质元素：[Cu2O] + [ M’] = 2[Cu] + [M’O]；②还原过程主要还原Cu2O，常用的还原剂有：重油、天然气、液化石油气等。重油还原实际上是氢和一氧化碳对Cu2O的还原：Cu2O + H2 = 2Cu + H2O；Cu2O + CO = 2Cu + CO2 Cu2O + C = 2Cu + CO；4Cu2O + CH4 = 8Cu + CO2 + 2H2O 10、简述粗铜电解精炼的基本过程，分别写出阴阳及的主要反应。 答：铜的电解精炼是以火法精炼的铜为阳极，硫酸铜和硫酸水溶液为电解质，电铜为阴极，向电解槽通直流电使阳极溶解没在阴极析出更纯的金属铜的过程。根据电化学性质的不同，阳极中的杂质或者进入阳极泥或者保留在电解液中被脱出。阳极反应：Cu–2e = Cu2+；Me-2e=Me2+；H2O–2e =1/2 O2 + 2H+；SO42--2e =SO3 +1/2 O2阴极反应：Cu2+2e = Cu；2H++2e =H2；Me2++2e = Me 11、分析铜电解精炼和铜电积的电极反应有什么差别？ 答：铜电解精炼阳极反应：Cu–2e = Cu2+；Me-2e=Me2+；H2O–2e =1/2 O2 + 2H+；SO42--2e =SO3 +1/2 O2阴极反应：Cu2+2e = Cu；2H++2e =H2；Me2++2e = Me；铜电积：铜的电积也称不溶阳极电解，以纯铜作阴极，以Pb-Ag（含Ag 1%)）或Pb-Sb合金板作阳极，上述经净化除铁后的净化液作电解液。电解时，阴极过程与电解精炼一样，在始极片上析出铜，在阳极的反应则不是金属溶解，而是水的分解放出氧气。阴极：Cu2+ + 2e = Cu；阳极：H2O - 2e = 1/2O2 + 2H+ ；总反应：Cu2+ + H2O = Cu + 1/2O2 + 2H+
世界炼铜工艺的新秀 ——氧气底吹炼铜工艺简介 东营方圆有色金属有限公司 1.前言 1991—1992年，湖南水口山矿务局和北京有色金属设计研究总院等单位在日处理3-5 t炉料，年产3千吨粗铜的炉子上进行了连续217天的半工业试验，先后处理了铜精矿，铜精矿与含金硫精矿混合矿的熔炼，取得了较好的技术经济指标。1994年获得国家发明专利。 2005年，我国东营方圆有色金属有限公司（以下简称方圆公司）决定采用氧气底吹炼铜新工艺，生产规模是年产10万吨粗铜，年处理矿量达到50万吨，为我国科技成果的产业化进行工业化试验。经过论证、设计、施工于2008年投产运行。【2009年】9号文国务院正式将该项目列入“关于发挥科技支撑作用，促进经济平稳较快发展的意见”中，将该技术列入“十一五”支撑计划重点督导实施。 2009年10月27日，中国有色金属工业协会（以下简称有色协会）在东营市召开了氧气底吹炼铜技术交流会，会上康义会长发表了重要讲话，会后有色协会正式发文指出：“氧气底吹熔炼多金属捕集新工艺是我国自主研发的、具有自主知识产权、在铜熔炼领域的重大技术创新成果，是世界先进的铜熔炼新技术之一”。 2010年8月29日，有色协会组织业内专家对该项目进行科技成果鉴定，其中明确指出：“该项目是自主创新的一种强化熔池熔炼
新工艺，该项目技术先进，经济和社会效益显著，整体达到国际领先水平”。 2010年12月30日该项目荣获有色协会科学技术进步一等奖。 2011年1月12日该项目荣获山东省科学技术进步一等奖。 2011年4月国家科技部组织专家对该项目进行了技术验收。 2010年6月在德国汉堡举行的2010年国际铜业会议上和2011年6月在德国杜塞尔多夫举行的第六届欧洲有色金属国际会议上分别介绍了氧气底吹炼铜工艺的生产运行和进展，受到了与会同行们的关注与好评。 2010年10月世界著名的产铜企业——智利Codelo公司在它的宣传招贴广告中正式将氧气底吹炼铜新工艺列为第四代铜熔池熔炼技术。（见图1） 图1铜发展冶炼史 2.熔池熔炼的发展
第2课时电解原理的应用 [基础达标] 1．用石墨电极电解CuCl2溶液(如图所示)。下列分析正确的是( ) A．a端是直流电源的负极 B．通电使CuCl2发生电离 C．阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===Cu D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体 解析：选A。A.铜离子应移向阴极，则a为负极。B.CuCl2发生电离是在水分子的作用下完成的，并非通电才能发生。C.反应Cu2＋＋2e－===Cu应在阴极上发生，阳极上发生的反应应为2Cl－－2e－===Cl2↑。D.通电一段时间后，应在阳极附近观察到黄绿色气体。 2．已知铜或银做电解池的阳极时，能被氧化为金属离子。下图中装置分别通电一段时间后，溶液质量增加的是( ) 解析：选D。A、B项中石墨做电极材料，溶液质量只会减小；C项中进入溶液的铜与从溶液中析出的铜的质量相等；D项中2 mol Ag失电子进入溶液，1 mol Cu从溶液中析出，溶液质量增加，故正确。 3．用石墨做电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的( ) A．CuSO4B．H2O C．CuO D．CuSO4·5H2O 解析：选C。用石墨做电极电解CuSO4溶液的电解方程式是2CuSO4＋2H2O通电,2H2SO4＋2Cu＋O2↑，根据缺什么补什么的原则，要想使电解液恢复原状，应加入CuO，C项正确。 4．如图所示的装置，通电一段时间后，测得甲池中某电极质量增加2.16 g，乙池中某电极上析出0.64 g某金属，下列说法正确的是( ) A．甲池是b极上析出金属银，乙池是c极上析出某金属 B．甲池是a极上析出金属银，乙池是d极上析出某金属 C．某盐溶液可能是CuSO4溶液 D．某盐溶液可能是Mg(NO3)2溶液 解析：选C。甲池a极是阴极，析出金属银，乙池c极是阴极，析出某金属。某盐溶液如果是Mg(NO3)2溶液，不可能析出金属，由关系式2Ag＋～2e－～Cu2＋可知，某盐为可溶性铜盐。 5．如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b电极附近溶液呈红色。下列说法正确的是( )
浅论底吹氧枪 高长春袁培新陈汉荣 摘要：本文较系统的论述有色金属氧气底吹熔炼氧枪基本原理，介绍氧枪设计计算方法，提出延长氧枪使用寿命的技术措施。 关键词：氧气底吹熔炼，氧枪结构、材质、气力学参数，氧枪蚀损机理。 有色金属氧气底吹熔炼在国内外已有二十多年历史。近几年国内氧气底吹炼铅工艺发展迅速，预计到2010年用该工艺生产粗铅将超过100万吨/年，占全国总产量的40%；氧气底吹炼铜工艺也在起步，发展前景看好。氧枪是氧气底吹熔炼工艺中的核心技术，这种技术已比较成熟，但氧枪使用寿命仍然是关键问题。本文围绕延长氧枪使用寿命问题，就氧枪基本原理，主要技术参数计算方法等方面作粗浅分析论述，以期起到抛砖引玉的作用。 1、氧枪和底吹熔池运动 氧气底吹熔炼熔池的运动是喷入氧气和其他气体的结果。气体射流由喷嘴喷出后，沿射流的纵轴向熔池面伸展，这时射流四周的熔池沿射流束的径向流来。射流束的流速愈大，熔池流向射流束的速度亦愈大。射流带动熔池向上运动，熔池衰减射流的能量，减缓射流的运动，互相运动的同时发生物理化学反应，射流则逐渐扩大。但主射流仍保持着“气柱”或“气舌”的形状，直到达到一定高度后，方在主射流的顶部发生气—液交混，而形成气泡带向熔池面伸展。气体到达熔池面时便逸出，熔池则再向下流动形成回流，形成熔池熔液不断循环流动。这个不断循环流动的过程，便是氧气和其他气体不断地把能量传送给熔池的过程；这个不断循环流动的过程，造成底吹熔炼有别于顶吹或侧吹熔炼过程的反应特性和流动特性，使熔池得到充分搅拌，具有更为优越的传质、传热功能，喷入氧气得到极高的利用率。水力学模型实验和底吹熔炼生产实践发现，喷咀喷出气体的压力和喷枪结构选择不当，会出现严重的“气泡后座”现象、严重的喷溅现象、严重的熔池振荡现象，甚至气流射穿熔池。 底吹气体传送给熔池的能量，有气体的动量、冲量、功能和膨胀功。动量、
1 概述 铜是人类应用的最古老的金属之一，它有很长的、很光辉的历史。考古学证明，早在一万年前，西亚人已用铜制作装饰品之类的物件。铜和锡可制成韧性合金青铜，考古发现在公元前约3000年，历史已进入了青铜时代。而今铜的化学、物理学和美学性质使它成为广泛应用于家庭、工业和高技术的重要材料。铜具有优良可锻性、耐腐蚀性、韧性，适于加工；铜的导电性仅次于银，而其价格又较便宜，故而被广泛应用于电力；铜的导热性能也颇佳；铜和其他金属如锌、铝、锡、镍形成的合金，具有新的特性，有许多特殊的用途。铜是所有金属中最易再生的金属之一，再生铜约占世界铜供应总量的40%。铜以多种形态在自然环境中存在，它存在于硫化物矿床中（黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、蓝铜矿）、碳酸盐矿床中（蓝铜矿、孔雀石）和硅酸盐矿床中（硅孔雀石、透视石），也以纯铜即所谓“天然铜”的形态存在。铜以硫化矿或氧化矿形式露天开采或地下开采，采出矿石经破碎后，再在球磨机或棒磨机中磨细。矿石含铜一般低于1%。 1.1 国内外铜冶金的发展现状 目前国内外的铜冶炼技术的发展主要还是以火法冶炼为主，湿法为辅。铜的火法生产量占总产量的80%左右。目前，全世界约有110座大型火法炼铜厂。其中，传统工艺（包括反射炉、鼓风炉、电炉）约占1/3；闪速熔炼（以奥托昆普炉为主）约占1/3；熔池熔炼（包括特尼恩特炉、诺兰达炉、三菱炉、艾萨炉、中国的白银炉、水口山炉等）约占1/3。 另外，世界范围内铜冶金工业同样面临铜矿资源短缺的问题，国土资源部信息中心统计资料表明：在世界范围内，铜是仅次于黄金的第2个固体矿产勘查热点，全球固体矿产勘查支出中约20%是找铜的，并且这一比例还有增加的趋势。相应地，铜也是各大势力集团争夺的焦点之一。从全球角度看铜的保证年限只有约29年。铜的主要出口国是拉美发展中国家。 1.2商洛情况 全市已发现各类矿产60种，已探明矿产储量46种，其中大型矿床15处，中型矿床24处。储量居全省首位的有铁、钒、钛、银、锑、铼、水晶、萤石、白云母和钾长石等20种，其中柞水大西沟铁矿储量3.02亿吨，占全省的46%，居全省第二位的有铜、锌、钼、铅等13种。
4-3-2《电解原理的应用》课时练 双基练习 1．(2011·山东高考题)以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是() A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程 B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系 C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率 D．镀锌层破损后对铁制品失去保护作用 解析：电镀时，通常把待镀的金属制品作阴极，把镀层金属作阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电镀液，因此在铁制品上镀锌时，铁作阴极，锌作阳极。由于锌比铁活泼，因此未通电前可以构成原电池，但此时锌作负极失去电子，铁作正极，而电镀时锌仍然失电子，所以选项A不正确；在氧化还原反应中需满足得失电子守恒，因此电镀时通过的电量与锌的析出量有确定关系而与能量变化无关，B不正确；由于电镀时保持电流恒定，因此导线中通过的电子速率是不变的，所以升高温度不能改变电解反应速率，C正确；镀锌层破损后，由于锌比铁活泼，所以即使发生电化学腐蚀也是锌失去电子而保护了铁，即选项D也不正确。 答案：C 2．(2011·新课标全国高考)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反
应为：Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2下列有关该电池的说法不正确的是() A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2 C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低 D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O 解析：由放电时的反应可以得出铁做还原剂失去电子，Ni2O3做氧化剂得到电子，因此选项A、B均正确；充电可以看作是放电的逆过程，即阴极为原来的负极，所以电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，所以电池充电过程时阴极反应为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH －，因此电池充电过程中，阴极附近溶液的pH会升高，C不正确；同理分析选项D正确。 答案：C 3．下图中能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是() A． B. C． D. 解析：与直流电源的正极相连接的为阳极，阳极上发生氧化反应，失去电子回到正极；与直流电源的负极相连接的为阴极，阴极上发生还原反应，接受负极输出的电子。据此判断，D图右电极为阳极，发生反应：2Cl －－2e－===Cl2↑，可观察到碘化钾淀粉溶液变蓝，证明有Cl2生成；左电极为阴极，发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，可观察到阴极区溶液变红，证
全球铜冶炼新技术简述 冶炼是萃取冶金的一种形式，其主要用途是从矿石中生产一种金属。这包括从铁矿石中萃取铁，从铜矿石中萃取铜，以及从其他矿石中萃取其他基本金属。 冶炼不仅仅是从矿石中熔炼出来金属，大多数矿石提炼出来的是金属的化合物，含有多种元素，例如氧（一种氧化物），硫（一种硫化物），或者碳和氧在一起（一种碳酸盐）。为了生产金属，这些化合物必须经过一个化学反应，所以冶炼是利用适合的还原物质和那些氧化的元素结合来分离金属。 从历史上讲，第一次冶炼工艺采用碳（木碳形式）还原锡（SnO2）、铜（CuO）、铅（PbO）以及铁（Fe2O3）。在所有这些反应中还原剂实际上是一氧化碳（CO），当木碳和氧化物仍是固态时，它们互相之间不能发生反应。对于铜和铅来讲，主要的矿石是硫化物，即：CuS2和PbS。这些硫化物必须先在空气中焙烧转化成氧化物。 锡和铅 很久以前，第一批冶炼的金属是锡和铅。公元前6500年，土耳其安纳托利亚的Catal H?yük发现铸铅珠，这比发明文字还早几千年，却没有记载铸铅球是如何冶炼出来的。然而，在偶然的机遇中将矿石放入木材火里，于是就冶炼出来锡和铅。 铜和青铜 在锡和铅之后，下一个要冶炼的金属似乎就是铜，如何发现铜仍存在很大争议。人们猜测铜的第一次冶炼是在陶器窑里进行的。在欧洲和近东最早发现铜冶炼是在伊朗，距今约公元前6000年，第一个冶炼铜的人工制品是在Can Hasan发现的一个权杖头。而铜冶炼最早的依据要追溯到公元前5500年到公元前5000年之间，在塞尔维亚的普罗科尼克（Plocnik）和拜罗沃德（Belovode）发现的，而现代铜的冶炼工艺经历了技术的更新。 无碳冶炼技术 最近，完全拥有自主技术产权的铜冶炼技术通过了中国有色金属协会在山东东营组织的专家审查，实现了在铜冶炼工艺的第一个碳零排放，并且开启了中国有色工业低碳发展的新途径。 专家们相信，无碳铜冶炼技术在主要技术参数上比以前的铜冶炼技术都好，经济和技术方面具有方便，低成本，环保和灵活度上都具有优势。已经证明无碳铜冶炼技术非常适合有色金属冶炼企业的技术更新。 Xstrata铜冶炼技术 Xstrata的ISA SMELT铜冶炼技术的提供了一种创新，高强度，低成本浸没式喷枪冶炼技术工艺，操作简单，可以用于铜和铅冶炼，ISA SMELT主要用于铅和铜冶炼和吹炼生产，在全球应用，包括澳大利亚、美国、比利时、
世界炼铜工艺的新秀1
世界炼铜工艺的新秀 ——氧气底吹炼铜工艺简介 东营方圆有色金属有限公司 1.前言 1991—1992年，湖南水口山矿务局和北京有色金属设计研究总院等单位在日处理3-5 t炉料，年产3千吨粗铜的炉子上进行了连续217天的半工业试验，先后处理了铜精矿，铜精矿与含金硫精矿混合矿的熔炼，取得了较好的技术经济指标。1994年获得国家发明专利。 2005年，我国东营方圆有色金属有限公司（以下简称方圆公司）决定采用氧气底吹炼铜新工艺，生产规模是年产10万吨粗铜，年处理矿量达到50万吨，为我国科技成果的产业化进行工业化试验。经过论证、设计、施工于2008年投产运行。【2009年】9号文国务院正式将该项目列入“关于发挥科技支撑作用，促进经济平稳较快发展的意见”中，将该技术列入“十一五”支撑计划重点督导实施。 2009年10月27日，中国有色金属工业协会（以下简称有色协会）在东营市召开了氧气底吹炼铜技术交流会，会上康义会长发表了重要讲话，会后有色协会正式发文指出：“氧气底吹熔炼多金属捕集新工艺是我国自主研发的、具有自主知识产权、在铜熔炼领域的重大技术创新成果，是世界先进的铜熔炼新技术之一”。 2010年8月29日，有色协会组织业内专家对该项目进行科技成果鉴定，其中明确指出：“该项目是自主创新的一种强化熔池熔炼新工
艺，该项目技术先进，经济和社会效益显著，整体达到国际领先水平”。 2010年12月30日该项目荣获有色协会科学技术进步一等奖。 2011年1月12日该项目荣获山东省科学技术进步一等奖。 2011年4月国家科技部组织专家对该项目进行了技术验收。 2010年6月在德国汉堡举行的2010年国际铜业会议上和2011年6月在德国杜塞尔多夫举行的第六届欧洲有色金属国际会议上分别介绍了氧气底吹炼铜工艺的生产运行和进展，受到了与会同行们的关注与好评。 2010年10月世界著名的产铜企业——智利Codelo公司在它的宣传招贴广告中正式将氧气底吹炼铜新工艺列为第四代铜熔池熔炼技术。（见图1） 图1铜发展冶炼史 2.熔池熔炼的发展 上世纪七十年代发展起来的熔池熔炼技术，主要是将参与反应的
氧气底吹炼铜技术
Oxygen Bottom Blowing Copper Smelting Technology (SKS)
中国恩菲工程技术有限公司 China ENFI Engineering Corporation
现代炼铜技术
★ 诺兰达/特尼恩特炼铜法 Noranda/Teniente Smelting Process ★ 奥斯麦特/艾萨炼铜法 Ausmelt/ISA Smelting Process ★ 闪速炼铜法 Flash Smelting Process ★ 三菱炼铜法 Mitsubishi Process ★ 氧气底吹炼铜法 SKS Smelting S lti Process P ★ 瓦纽科夫/金峰/白银炼铜法
氧气底吹炼铜技术 Oxygen Bottom Blowing Copper Smelting Technology
MODERN SMELTING TECHNOLOGY
Vanukov /Jinfeng/Baiyin Smelting Process
现代炼铜技术
氧气底吹炼铜技术 Oxygen Bottom Blowing Copper Smelting Technology
MODERN SMELTING TECHNOLOGY 诺兰达/特尼恩特炼铜法（Noranda/Teniente Smelting Process)
TENIENTE FURNACE NORANDA FURNACE
现代炼铜技术
MODERN SMELTING TECHNOLOGY
氧气底吹炼铜技术 Oxygen Bottom Blowing Copper Smelting Technology
诺兰达/特尼恩特炼铜法（Noranda/Teniente Smelting Process)
1、诺兰达工艺起源于上个世纪50年代、推广至美国、中国、澳大利亚和智利。 Noranda process originated in the last century 50‘s, applied in the United States，China, Australia and Chile. 2、特尼恩特工艺在智利、秘鲁、墨西哥、泰国、赞比亚等国得到推广，有十多台炉子在运行。 T i t technology Teniente t h l was applied li d in i Chile, Chil Peru, P Mexico, M i Thailand, Th il d Zambia Z bi and d other th countries, t i and d has h more than ten furnaces in operation. 3、诺兰达/特尼恩特工艺具有很强的熔炼强度，对原料适应性也很强。 Noranda / Teniente technology have very strong smelting strength, with very strong adaptability of raw materials. 4、诺兰达/特尼恩特工艺采用的富氧浓度较低，需要捅风眼操作，炉寿较低。 Noranda / Teniente technology use low oxygen enrichment, need shading tuyere operation, and have shorter furnace life.
火法炼铜虚拟仿真实验 实验类型：综合性研究型虚拟仿真实验学时：4~6学时 适用专业：矿冶类高校的化工、化学、矿物加工工程、冶金工程专业 开课对象：大学三年级本科生 一、实验目的 1、利用虚拟现实技术，了解火法炼铜工艺的生产原理、工艺流程和关键设备； 2、通过虚拟现实场景中的人机交互，掌握冶金化工的熔炼、精炼、电解等典型单元操作； 3、考察熔炼、精炼、电解等过程中的工艺参数对生产结果的影响及其规律，提高学生解决复杂工程问题的能力。 二、实验软件与设备 1、实验软件 本实验软件是由中南大学自主研究开发的虚拟仿真软件（计算机软件著作权登记号：2017SR585915，著作权人：中南大学）。该软件采用Unity3D、3Ds MAX 及G-Matrix多人协同虚拟现实系统，根据实验室研究实验研究成果开发完成。 软件中的虚拟实验材料包括铜精矿、石英砂、燃煤、空气等。 2、实验平台与运行环境 本实验可在普通计算机上运行，也可在G-Matrix多人协同虚拟现实系统上运行。 （1）计算机最低配置：Intel酷睿i5四核CPU，4G内存，250G硬盘，独立显卡512M显存，17英寸液晶显示器。 （2）G-Matrix多人协同虚拟现实系统（可选）：该系统是由中南大学与上海曼恒数字技术股份有限公司合作共建的虚拟仿真实验项目运行管理平台，平台包
括计算机图形工作站、大屏3D LED显示系统、G-Motion位置追踪系统等硬件和软件。 ①计算机图形工作站：HP Z840，英特尔?C612芯片组，英特尔至强E5-2620v32.418666C CPU，NVIDIA Quadro K22004GB显卡，300GB*SAS15K rpm6Gb/s3.5英寸硬盘。 ②大屏3D LED显示系统：小间距LED屏G-MD V2.5，19.890平方米 ③G-Motion位置追踪系统：G-Motion摄像头8个，G-Motion工作站1台，手炳&Mark点1套。 三、实验原理 火法炼铜相比湿法炼铜有着明显的优势，主要体现在原料适应性强，生产规模大，贵、稀有金属富集率高等方面。目前世界上铜产量的85%-90%是采用火法炼铜工艺生产出来的。由于火法炼铜属于高温反应，并且工艺流程长，其工艺受到严格的管制，本科生实验与实习仅能看到工艺参数，无法实际操作，也无法了解参数改变对生产结果的影响。本实验以湖北大冶有色金属有限公司的火法炼铜工艺为模板，对火法炼铜的整个生产工艺过程进行虚拟仿真，从火法炼铜的原理、流程、设备、影响因素等方面了解炼铜的生产过程，使学生能够全面掌握火法炼铜的原理与生产技术。 火法炼铜一般包括以下四个步骤：①铜精矿的造锍熔炼；②铜锍吹炼成粗铜； ③粗铜火法精炼；④阳极铜的电解精炼。经冶炼产出最终产品——电解铜。 火法炼铜技术的工艺流程如图1所示。
50 资源再生 2009/05 T 技术echnology 一、前言 目前，全世界的火法炼铜工艺都分为两段，第一段是造锍熔炼，由铜精矿炼成含铜40%~75%的铜锍（或称冰铜），第二段是将此铜锍炼成粗铜。 前者过去有鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼等，因其冶炼强度低，产生的烟气SO ２浓度低，无法回收制酸，已逐渐被淘汰，而发展为闪速熔炼、诺兰达熔炼、奥斯麦特熔炼、艾萨熔炼、底吹熔炼、白银法熔炼、瓦纽科夫熔炼等。 第二段即吹炼，当今世界绝大多数从事铜冶炼的厂家仍采用PS转炉，间断作业，熔炼产出的铜锍需要用铜锍包在车间内进行吊运，造成SO ２烟气低空逸散，加上转炉加料及吹炼过程，烟气难以完全密封，也存在不同程度的逸散现象，使P S 转炉吹炼作业的操作环境很差，且烟气量与成分有较大的波动，为烟气制酸带来一定的困难，造成制酸尾气含SO ２偏高，这是当今铜冶炼面临的一道世界性难题。 目前，国外有多种用于工业生产的连续或半连续吹炼工艺，解决了低空污染与烟气量波动大等问题。硫的捕集率＞99.5％，较好地解决了铜锍吹炼的低空污染。 其中，日本研发的三菱法，采用顶吹炉，连续将铜锍吹炼至 底吹连续炼铜工艺构想 粗铜。世界上已有五家这样的工厂在进行生产。 另一种是美国犹他Kennecott冶炼厂的炼铜工艺，采用闪速炉熔炼，铜锍水碎、干燥、磨矿，再用闪速炉吹炼成粗铜。我国祥光铜业是世界上第二家用“双闪”工艺的厂家。上述两种连续炼铜工艺，虽然解决了吹炼作业的环保问题，但还都有不足之处，如投资较高、要求冰铜品位高等，需要进一步改进完善。我国在烟台鹏晖、富春江冶炼厂、红透山厂也有连续吹炼炉，运行得不错。中条山的奥炉顶吹炉也在半连续吹炼，但都存在一定问题，有待完善。 通过实验，找到一种有效方法，解决目前铜冶炼PS转炉吹炼的低空 SO ２污染问题，同时提供比世界上现有的三菱法、闪速吹炼法等连续炼铜工艺更先进、流程更短、投资更省、成本更低、回收率更高、综合利用更好的新的炼铜工艺，是我们面临的重任。 二、主要研究目标和任务 鉴于氧气底吹熔炼技术已经成熟，而氧气底吹连续吹炼技术也进行过多次小型试验，具备工业化试验基础。因而，依托现有生产线开展连续吹炼试验研究，解决该工艺存在的工程问题，进一步降低能耗，解决污染问题，形成新一代达到国际领先水平的连续炼铜新工 艺，为国内铜冶炼企业的技术升级提供引领和示范作用。 １、主要目标 本项目通过全流程底吹连续炼铜工艺研究、装备开发，建设年产10万吨粗铜的工业化示范装置，进行工业化试验，并进行示范生产，实现全套工艺技术和装备达到国际领先水平，为建设单系列年产能10万~30万吨铜冶炼企业打下坚实基础。 ２、研究内容与开发任务本项目研究内容如下： （１）铜锍连续吹炼研究。通过小型工艺验证试验，确定最佳铜锍品位，最佳吹炼渣成分，探讨吹炼炉粗铜深度脱硫的工艺参数，并尽可能降低渣含铜的反应机理； （２）铜锍连续吹炼装置研究。包括工艺配置、连续吹炼炉结构，如径长比、氧枪布局、水冷元件配置、熔剂加入方式等，以及与连续吹炼相配套的氧气底吹成套装置的研究开发； （３）铜锍连续吹炼工业化试验研究。建设一套年产3万吨粗铜的工业化示范装置，进行工业化试验，形成完善的工业生产装置和工艺操作控制，为建设单系列年产10万~30万吨粗铜的炼铜企业提供参数； （４）吹炼炉最佳耐火材料布局研究，力求炉寿达到１年以上； （５）全系统在线控制研究与产业化。 □文/蒋继穆 申殿邦 The Proposition of the Technics on the Continuous Converting
有色冶金概论》复习题 4、铜的冶炼方法及工艺流程答：有火法和湿法两大类；火法炼铜基本流程包括造锍熔炼、锍的吹炼、粗铜火法精炼或阳极铜电解精炼；湿法炼铜基本流程包括浸出、萃取。反萃、电积。 5、硫化铜精矿造锍熔炼的基本原理及两个过程的主要反应答：利用铜对硫的亲和力大于铁和一些杂质金属，而铁对氧的亲和力大于铜的特性，在高温及控制氧化气氛条件下，使铁等杂质金属逐步氧化后进入炉渣或烟尘而被除去，而金属铜则富集在各种中间产物中，并逐步得到提纯。主要包括两个造渣和造锍两个过程主要反应：2FeS(l)+3O2(g) =2FeO(g)+2SO(g) ; 2FeO(g)+SiQ(s)= 2FeO ? SQ(I)； xFeS(l)+yCu 2S(I)= yCu 2S ? xFeS(I) 6、硫化铜精矿造锍熔炼的目的及必须遵循的两个原则 答： (1)造流熔炼的目的：①使炉料中的铜尽可能全部进入冰铜, 同时使炉料中的氧化物和氧化产生的铁氧化物形成炉渣；②使冰铜与炉渣分离。( 2)火法炼铜必须遵循两个原 则：①必须使炉料有相当数量的硫来形成冰铜；②炉渣含二氧化硅接近饱和，以便冰铜和炉渣不致混溶 7、铜锍(冰铜)的吹炼的任务及实质是什么？答：任务是将铜锍(冰铜)吹炼成含铜98.5%-99.5%的粗铜；实质是在一定压力下将空气送到液体冰铜中，利用空气中的氧将冰铜中的铁和硫几乎全部除去，并除去部分其它杂质：FeS氧化变成FeO与加入的石英熔剂造渣；而CuS则部分经过氧化，并与剩下的CitS相互反应变成粗铜。 8、铜锍(冰铜)的吹炼过程为分为哪两个两个周期？各周期的主要反应是什么？ 答：造渣期：2FeS+3O=2FeO+2SO 2FeO+SiO= 2FeO- SiO2；相加得总反应为2FeS+3O+SiQ= 2FeO- SQ2+2SO。造铜期：2CuS+3O=2CuO+2SO Ci i S+2Ci i O=6Cu4SO两式相加得总反应： Ci2S+O2=2Ci+ SO2 9、粗铜火法精炼的目的及原理是什么？粗铜火法精炼分为哪两个过程？ 答：目的：部分除去粗铜中对氧亲和力较大的杂质；为电解精炼提供合乎要求的阳极铜，并浇铸成为表面平整、厚度均匀、致密的阳极板；以保证电解铜的质量和降低电解精炼的成本。每个周期包括加料熔化、氧化、还原和出铜浇铸四个基本阶段。原理：粗铜火法精炼的实质是使其中的杂质氧化成氧化物，并利用氧化物不溶于或极少溶于铜，形成炉渣浮在熔池表面而被除去；或者借助某些杂质在精炼作业温度(1100?1200C )下，呈气态挥发除去。①氧化过程：铜首先被氧化：4[Cu] + Q= 2[Cu2O]生成的氧化亚铜溶于铜液中，在Ci2O 与杂质元素接触时便将氧传递给杂质元素：[Ci 2O] + [ M '] = 2[Ci] + [M 'O]； ②还原过程主要还原CiiO,常用的还原剂有：重油、天然气、液化石油气等。重油还原实际上是氢和一氧化碳对CuO的还原：CuO + H2 = 2Cu + H 2Q Cu t O + CO = 2Cu + CO2 Ci2O + C = 2Ci + CO ；4Ci2O + CH4 = 8Ci + CO 2 + 2H 2O 10、简述粗铜电解精炼的基本过程，分别写出阴阳及的主要反应。答：铜的电解精炼是以火法精炼的铜为阳极，硫酸铜和硫酸水溶液为电解质，电铜为阴极，向电解槽通直流电使阳极溶解没在阴极析出更纯的金属铜的过程。根据电化学性质的不 同，阳极中的杂质或者进入阳极泥或者保留在电解液中被脱出。阳极反应：Cu- 2e = CiT; Me-2e=Me；H2O- 2e =1/2 O2 + 2H +；S(f-2e =SO s +1/2 O2 阴极反应：Ci f+2e = Cu ；