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XX
1.前言
1991—1992年，XX水口山矿务局和有色金属设计研究总院等单位在日处理3-5t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XX（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XX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富氧空气从反应炉的侧面或顶部吹入或吹向熔体。如加拿大的诺兰达技术，智利的特尼恩特工艺，俄罗斯的瓦纽科夫炼铜法以及中国的XX法。顶吹技术则有澳大利亚的艾萨法、奥斯麦特法，还有日本三菱公司发明的三菱法。世界上采用熔池熔炼技术的厂家有关数据见表1。表1 采用熔池熔炼技术的厂家有关数据
从表1可见四十多年来炼铜行业一直致力与顶吹和侧吹熔池熔炼的发展。中国除了引进闪速熔炼外，又引进了侧吹的诺兰达技术和多家顶吹技术。除表中的云冶和中条山以外还有XXXX公司、内蒙的金剑、XX的金川、XX的驰宏公司和XX、个旧云锡等多家引进了艾萨和奥斯麦特顶吹技术。还有侧吹的瓦纽科夫炉工艺。
3.氧气底吹炼铜工艺
在国内外大力发展闪速熔炼和各种顶吹、侧吹熔池熔炼的同时，我国方圆公司和有色设计研究总院却在积极谋划氧气底吹炼铜新工艺，经过周密的策划、精心的设计、精心组织、精心施工，于2008年正式投入运行，经过近三年来的运行，它的效果比预料要优越的多。作为行业内的一支新秀，被列为第四代熔池熔炼技术。氧气底吹造锍
熔炼炉的结构图示于图2
图2 底吹炉结构图
3.1氧气底吹炼铜工艺的实质
3.1.1把氧气高度分散到液相中
闪速熔炼是将铜精矿和熔剂磨细均匀后高度分散到高温的富氧空气中，有很大的气—固相界面面积，在2-3秒内即迅速完成化学反应。底吹熔池熔炼是将氧气通过多支氧枪分散许多细小的气流喷入熔融的冰铜，又被熔体分割成许多微小的气泡，在气-液相之间形成巨大的界面面积，反应迅速进行，这种良好的反应动力学条件是其它熔池熔炼过程所不及的。
3.1.2吹流动性好的冰铜。
顶吹、侧吹都是吹渣层或者是混有冰铜的渣层，而底吹则是完全的吹冰铜层。由于冰铜的流动性比渣子要好约100倍，所以底吹炉内熔体的流体力学状态相应的要优越得多。表述其特征的雷诺准数，修正的弗劳德准数也差别很大，计算结果列于表2。
表2 雷诺准数、修正的弗劳德准数比较表
雷诺准数修正的弗劳德准数加拿大诺兰达侧吹560 16.2
中国底吹熔炼11750 215
顶吹奥斯麦特9.55—10.53
P—S转炉17.4 底吹熔炼炉中液相与气相搅动状态的纵断面和横断面的仿真图分别示于图3、4。
图3. 底吹炉纵断面的流线图
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
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
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。
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
富氧底吹炉熔池炼铜新工艺探讨 发表时间：2018-11-16T14:51:20.600Z 来源：《科技新时代》2018年9期作者：赵登奇 [导读] 本文围绕富氧底吹炉熔池炼铜工艺的相关议题进行了探讨，概述了富氧底吹炉熔池炼铜工艺的特点，分析了富氧底吹炉熔池炼铜的基本原理 青海省西宁市青海铜业有限责任公司 810000 摘要：本文围绕富氧底吹炉熔池炼铜工艺的相关议题进行了探讨，概述了富氧底吹炉熔池炼铜工艺的特点，分析了富氧底吹炉熔池炼铜的基本原理，论述了富氧底吹炉熔池炼铜原料的配料情况、富氧底吹炉熔池炼铜的热量收入及支出以及富氧底吹炉熔池炼铜工艺参数的控制，旨在不断提升富氧底吹炉熔池炼铜工艺技术水平。 关键词：富氧底吹炉熔池、炼铜、工艺参数 1引言 自上世纪70年代起，我国的炼铜技术也开始从传统的高能耗高排放的工艺逐渐走向节能化环保化的生产工艺。其中之一就是富氧底吹炉熔池炼铜工艺，由于具有节能环保的优势，因而受到冶炼生产企业的青睐，得到越来越普遍的应用。 2富氧底吹炉熔池炼铜工艺的特点 富氧底吹炉熔池炼铜工艺具有诸多的优势，除了具有热量损失少和能源消耗低的优势外，在炼铜的效率和生产成本降低方面也表现突出。如对于冶炼原料具有更强的适应性，像高硫铜精矿、低硫铜精矿、氧化矿等多类型的矿种都能够进行生产，一些在其他炼铜工艺技术中处理效果不好的矿种或矿料在富氧底吹炉熔池炼铜工艺中也有较高的回收率。富氧浓度和高压强度条件下，铜的冶炼效率不但没有收到影响，而且也不容易产生灌枪现象，可以很好地保护氧枪，提高了设备使用寿命，降低了企业成本。此外，由于富氧底吹炉熔池的工艺操作更为简便，整套系统在采用了自动化系统控制之后更利于工作人员掌握和操作，减少了人为造成的偏差和出错率。 3富氧底吹炉熔池炼铜的基本原理 富氧底吹炉熔池炼铜的工艺原理是先将硫化铜或其他含铜矿料混合加入炉内，物料在经过高温加热熔化以及富氧环境下发生理化反应将铜矿料中的铜等有价金属元素富集到液态的冰铜中，之后将冰铜与炉渣进行分离，对炉渣进行再处理进一步收集其中的金属元素。富氧底吹炉熔池炼铜涉及到的主要化学反应为： 2CuFeS2+O2=Cu2S+2FeS+SO2 (1) 2FeS2=2FeS+S2 (2) 2FeS+3O2=2FeO+2O2 (3) 2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2 (4) FeS+Cu2O= FeO+ Cu2S (5) 2FeO+ SiO2= 2FeO·SiO2 (6) FeS+3 Fe3O4+ 5SiO2=5(2FeO·SiO2) +SO2 (7) 4富氧底吹炉熔池炼铜原料配料情况 富氧底吹炉熔池炼铜的原料配料根据各企业生产实际情况各有不同，如国外铜精矿、自产铜精矿、国内采购铜矿等。在实际生产中需要针对不同的炼铜原料进行成分的化验之后进行合理配料。 5富氧底吹炉熔池炼铜的热量收入及支出 富氧底吹炉熔池炼铜的热量收入主要以铜矿原料中分解反应中放出的热量为主，而热量的支出一方面被大量的烟气携带走，另一方面炉渣中也会携带较多的热量。此外，水变为蒸气的过程也会吸收一定的热量。 6富氧底吹炉熔池炼铜工艺参数的控制 （一）富氧底吹炉熔池的长径比 由于富氧底吹炉熔池是在炉内完成金属元素的熔炼并实现炉渣的分离，因此可以分为反应区和沉降区。在反应区内为保证反应速率必须保持良好的物料搅拌状态，在沉降区正好相反。为此必须寻找到一个优化的长径比使两个区域能够协同发挥出最大的效能。对于普通的富氧底吹炉熔池，在长径比设置上以4～5范围内为宜。 （二）氧枪的使用寿命 富氧底吹炉熔池炼铜工艺中，氧枪是十分重要的设备部件，不仅为炼铜反应过程提供氧气来源，同时在炉内原料的搅拌过程中也发挥着重要的作用。工艺设计时既要考虑到使氧枪的工作效率提升，而且还要考虑到尽可能延长氧枪的使用寿命，以此来实现提效降本的目标。富氧底吹炉熔池炼铜工艺中氧枪寿命缩减主要是受到长期高温灼烧的影响。在富氧底吹炉熔池炼铜过程中，靠近炉壳位置的氧枪外壁温度仅在100℃附近，而在靠近熔池物料一端的氧枪其外壁温度通常高达1000℃以上。氧枪自身材质在高温富氧环境下会发生反应，一旦缺乏有效的喷嘴冷却措施，氧枪的烧损速率将大大加快。在实际生产中，通过选用耐热性能强的材质来减少烧损，如采用06Cr25Ni20耐热高铬镍不锈钢材质的氧枪来延长设备寿命，保障生产安全和效率。在氧枪的结构方面，行业中主要以槽缝式或套管的形式为主。采用套管式的结构较好地实现了气体在喷管中的快速流动，气体停留时间较短，因此可有效提高生产效率。氧枪气体的喷吹速度不同会影响到气体的温度变化。当氧枪内气体的喷吹速度越高时，气体在流经氧枪的过程中温度降低越快，当氧枪内气体的喷出速度与音速接近或一致时，气体在流经氧枪的过程中温度大约降低50℃。虽然喷吹速度越高会更有利于气体温度的下降，但是考虑到过高的喷吹速度会加剧氧枪喷头的损耗，因此在参数设计时通常将气体喷吹速度设置为音速以下或与音速一致。有人对底吹炉熔池炼铅工艺研究过，当气体在喷枪喷管中的
铜冶炼的工艺流程及原理-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
铜冶炼技术的发展经历了漫长的过程，但至今铜的冶炼仍以火法冶炼为主，其产量约占世界铜总产量的85%。 1)火法冶炼一般是先将含铜百分之几或千分之几的原矿石，通过选矿提高到20－30％，作 为铜精矿，在密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉进行造锍熔炼，产出的熔锍(冰铜)接着送入转炉进行吹炼成粗铜，再在另一种反射炉内经过氧化精炼脱杂，或铸成阳极板进行电解，获得品位高达99.9％的电解铜。该流程简短、适应性强，铜的回收率可达95％，但因矿石中的硫在造锍和吹炼两阶段作为二氧化硫废气排出，不易回收，易造成污染。 近年来出现如白银法、诺兰达法等熔池熔炼以及日本的三菱法等、火法冶炼逐渐向连续化、自动化发展。 2)现代湿法冶炼有硫酸化焙烧－浸出－电积，浸出－萃取－电积，细菌浸出等法，适于低 品位复杂矿、氧化铜矿、含铜废矿石的堆浸、槽浸选用或就地浸出。湿法冶炼技术正在逐步推广，预计本世纪末可达总产量的20%，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降 低。 向左转|向右转 电解铝的基本原理和工艺过程：电解铝就是通过电解得到金属铝。现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝熔融电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝是溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃～970℃下，在电解槽内进行电化学反应。阳极主要产物是二氧化碳和一氧化碳气体，其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘，该气体需经过净化处理后排空。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从电解槽内抽出，送至铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯、型材等 生产工艺流程其生产工艺流程如下图： 氧化铝氟化盐碳阳极直流电↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 排出阳极气体------ 电解槽↑ ↓ ↓ 废气← 气体净化铝液↓ ↓ 回收氟化物净化澄清----------------------- ↓ ↓ ↓ 返回电解槽浇注轧制或铸造↓ ↓ 铝锭线坯或型材方程电解铝就是通过电解得到的铝. 重要通过这个方程进行：2Al2O3==4Al+3O2。阳极：2O2ˉ- 4eˉ=O2↑ 阴极:Al3+ +3eˉ=Al 粗铜的火法精炼：火法精炼原理：粗铜中多数杂质对O的亲和力大于Cu对O的亲和力，而且，杂质氧化物在Cu中的溶解度非常小，因此，杂质以氧化物炉渣的形式出去。同时氧化过程的进行使铜中产生过量的氧化铜，最终需要还原得到粗铜。即粗铜的火法精炼分为氧化过程和还原过程。 1. 氧化过程（氧化除渣阶段）空气进入铜熔体，首先与铜反应生成Cu2O，再与其它金属杂质作用使杂质氧化，化学反应如下：4Cu+O2→2Cu2O Cu2O+Me→MeO+Cu 反应式中的Me代表金属杂质。 2. 还原过程（还原得到阳极铜）氧化除渣后铜液中的Cu2O，用还原剂进行还原：Cu2O+H2→2Cu+H2O Cu2O+CO→2Cu+CO2 Cu2O+C→2Cu+CO 还原剂有：重油、天然气、液化石油气、木炭等。得到的阳极铜送电解车间进行电解精炼。铜的电解精炼：铜的电解精炼，是将火法精炼的铜浇铸成阳极板，用纯铜薄片作为阳极片，相间地装入电解槽中，用硫酸铜和硫酸的水溶液作电解液，在直流电的作用下，阳极上的铜和电位较负的金属溶解进入溶液，而贵金属和某些金属（硒、碲）不溶，成为阳极泥沉淀于电解槽底，溶液中的铜在阳极上优先析出， 2
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：技术中心有色研究所铜材室周灼刚 材料搜集整理：科技部项目管理科付丽 二〇一〇年十一月
目录 一、炼铜原料概述 0 二、铜冶金方法概述 0 1、火法冶金 (1) 2 、湿法冶金 (3) 3、火法炼铜和湿法炼铜比较 (4) 三、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术概述 (4) 1、熔炼先进技术（铜精矿→冰铜） (5) 2、吹炼先进技术（冰铜→粗铜） (9) 3、火法精炼先进技术（粗铜→阳极铜） (9) 4、电解精炼先进技术（阳极铜→电解铜） (13) 四、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术应用概况 (15) 1、当代国内铜精矿火法冶金先进技术应用概况 (15) 2、当代国外铜精矿火法冶金先进技术应用概况 (17) 五、当代国内外铜精矿冶金的前沿技术 (19) 1、国内铜精矿冶金的前沿技术 (19) 2、国外铜精矿冶金的前沿技术 (22) 附图：铜火法冶金先进技术设备或流程示意图 (23)
一、炼铜原料概述 世界上生产电解铜（阴极铜）的原料分为铜精矿和废杂铜。用铜精矿和废杂铜生产电解铜的比例大致为7：3，铜精矿依然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。铜矿石中常伴生有多种重金属和稀有金属，如金、银、砷、锑、铋、硒、铅、碲、钴、镍、钼等。根据铜化合物的性质，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的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贵金属。铜矿石经采矿和选矿富集获得铜精矿，常见为褐色、灰色、黑褐色、黄绿色，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。 表1 铜精矿的化学成分％（YS/T 318—1997） 品级Cu ≥ 杂质含量，≤ 品级 Cu ≥ 杂质含量，≤As Pb+Z n MgO Bi As Pb+Zn MgO Bi 一级品30 0.0 5 2 1 0.05 三级 品 20 0.30 8 4 0.3 二级品25 0.2 5 3 0.20 四级 品 13 0.40 12 5 0.5 二、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。
铜冶炼三种方法标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
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山进行过半工业试验。首先用于炼铅,产业化取得成功,继这之后,中国有色工程设计 研究总院原副院长、总工程师、全国设计大师蒋继穆,用在炼铜上,曾找过多家合作,可是 谁都不想吃第一只螃蟹。时隔多年,在中国和国际铜市场最好的时候,山东东营方圆铜业集团董事长崔志祥找到蒋继穆,提出要搞20万吨铜、金冶炼,分两期实施。经过多方研讨和 论证,崔志祥和蒋大师达成协议,共同开发“氧气底吹造锍捕金”熔池熔炼新工艺,产业化 示范工程。 蒋大师从这项工程设计开始到投产,曾多次到现场进行细致的调研,落实科学发展观,对设计中的每一个参数和设备运行数据都一一推敲,对“氧气底吹这项新技术”,他呕心历血,夜以继日地工作,在严细上下功夫,不说大话,不说虚话,尊重事实。从点火烤炉,到投料试车,真是令人捏把汗。氧气底吹炉投料试车一次成功,说明了从设计、施工到投产、所有工程技术人员和工厂员工尊重科学,尊重实践,是百战百胜的基础,是发展的源动力。 在氧气底吹炉开车时,全流程畅通,蒋大师高兴地说:“这是创新第一步,还有很多问题需要逐步去解决,任重而道远。” 目前采用的较为先进的熔炼工艺是可行的,没有烟气外逸。就铜的转炉吹炼而言,当今世界上90%以上都是采用PS转炉,间断作业,熔炼产出的铜锍需用铜锍包在车间内进行 倒运,造成二氧化硫烟气低空逸散,加上转炉加料及吹炼过程,烟气难以完全密封,存在不同程度的逸散现象,使PS转炉吹炼作业的操作环境很差。这是当今铜冶炼面临的一道世界性