铜的加工冶炼工艺流程

　3．1．1 原材料 

　　（1）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，目前世界钢产量的90％左右来自硫化矿。 

　　铜矿石经选矿富集获得精矿，常见为褐色、灰色、黑褐色、黄绿色，成粉状，粒度一般小于0.074mm。含铜量13-30％，按行业标准YS／T 318-1997《铜精矿》的规定，其化学成分和产品分类如表1。 

　　（2）未精炼铜 

　　按国家标准GB／T 11086-19《铜及铜合金术语》规定，未精炼铜包括冰铜、黑铜、沉淀铜和粗铜。冰铜主要由硫化亚铜和硫化亚铁组成的中间产品，黑铜通常用彭风炉熔炼废杂铜或氧化铜矿石而产生的含杂质较多的铜，铜含量一般为60％-85％。沉淀铜通常用铁从含铜的溶液中置换，沉淀而获得的铜和氧化铜的不纯混合物，干量计算铜含量一般约50％-85％。粗铜是用转炉吹炼冰铜而产生的纯度不高的铜，粗铜中铜的含量一般约为98％，本标准中规定的未精炼铜，主要指的是粗铜。粗铜按行业标准YS／T 70-1993《粗铜》的规定，按化学成分分为三个品级，见表2。 

表1 铜精矿的化学成分及分类 

表2 粗铜的化学成分 

　　铜精矿的检验方法：铜矿水分含量的测定按GB 14263-1993《散装浮选铜精矿取样、制样方法》中的规定进行，铜精矿化学成分的测定按GB3884-2000《铜精矿化学分析方法》的规定进行。 

　　（3）电解用铜阳极 

　　电解用铜阳极的化学成分见表3。 

表3 

　　（4）铜废碎料 

　　铜废碎料涉及的范围较广，包括紫铜、黄铜、青铜、白铜的废杂料，本标准规定的铜废碎料仅指紫杂铜。 

　　紫杂铜为铜制品所产生的各类废料、废件。如废旧电缆、紫铜管、棒、板、块、带及带薄镀层的上述材料和其它非合金类铜废料等。有以下5种分类及规格： 

　　第1类：（a）紫铜管、棒、板、块、带，表面干净，无油泥和其它沾附、夹杂。 

　　　　　　（b）各种裸铜线、短线和其它纯铜废料。 

　　第2类：（a）1类铜废料中混有纸屑、各种绝缘材料、少量油泥、锈垢、杂物，但重量必须小于1％。 

　　　　　　（b）直径0．3mm以上的漆包线，无污物和杂物。 

　　第3类：各种报废的纯铜或有薄镀锌层的纯铜电器开关，零部件。 

　　第4类：（a）直径0．1-0．3mm的漆包线。 

　　　　　　（b）有油泥或少量其它夹杂的漆包线。 

　　　　　　（C）干净、发脆的火烧线。 

　　第5类：各种纯铜水箱、蒸发器、热交换器具、但其内部不得有充填物，只允许有少量自然形成的水垢。 

　　3．1．2 阴极铜 

　　（1）阴极铜的品质要求 

　　铜精矿由电解精炼法或电解沉积法生产得到阴极铜。按国标GB／T 467－1997《阴极铜》的规定，阴极铜按化学成分分为高纯阴极铜（Cu－CATH－1）和标准阴极铜（Cu－CATH－2）和两个牌号，见表4、表5： 

表5 标准阴极铜（Cu-CATH-2）化学成分 % 

　　阴极铜的试验方法： 

　　高纯阴极铜化学成分的仲裁分析方法按GB／T 13293－1991《高纯阳极铜化学分析方法》的规定进行，标准阴极铜化学成分的仲裁分析方法按GB／T 5121-1996《铜及铜合金化学分析方法》的规定进行。表面质量用目视检测。 

　　（3）铜的性质及用途 

　　铜在元素周期表中，原子序数为29，属第一副族。其性质为： 

　　①物理性质 

　　铜是一种玫瑰红色金属，柔软、有金属光泽，密度为8．92克／厘米3，溶点为1083．5℃，沸点为2595℃，富于延展性，易弯曲，强度较好，在导电性和导热性方面，铜仅次于银，居第二位，它可以进行冷热压力加工，由于其具有面心立方晶格，铜及其化合物无磁性。 

　　熔点时铜的蒸气压很小，因而在冶金过程温度下，不易挥发。 

　　②化学性质 

　　液体铜能溶解某些气体，H2、O2、SO2、CO2、CO和水蒸气等，溶解气体对铜的机械性质及导电性均有一定影响，纯铜在常温下与干燥空气和湿空气不起作用，但在CO2湿空气中，表面会产生绿色薄膜CuCO3Cu（OH）2又称铜绿，它能保证铜不再被腐蚀。铜在空气中加热到185℃即开始与氧作用，表面生成一层暗红色铜氧化物，当温度高于350℃时，铜颜逐渐从玫瑰色变成黄铜色，最后变成黑色。 

　　铜不能溶解于和有氧化剂存在的硫酸中，铜能溶解于氨水中，也能与氧、卤等元素直接化合。 

　　以铜为基体的合金称为铜合金，铜加入合金元素后，可改变其某些机械性能，同时又能保持纯铜的某些优良特性，常用的铜合金有黄铜、青铜、白铜三类，它在电子、电器、造船、建筑、汽车工业、国防工业及各种冷凝器、换热器等方面有特定的用途，尤其是在制造核废料容器、大型集成电路、记忆合金等方面。 

　　1．阴极铜加工方法及工艺流程 

　　铜的冶炼方法可分为两类：火法冶金和湿法冶金。目前世界上精铜产量的85％以上是用火法冶金从硫化铜精矿和再生铜中回收的，湿法冶金生产的精铜只占15％左右。 

　　（1）火法冶金 

　　火法炼铜的方法很多，主要有：鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、闪速熔炼、电炉熔炼等。其工艺程序可概括为图1： 

　　从以上炼铜的工艺流程图看出：硫化铜精矿（含铜量为13％－30％）可以采用几种不同的冶金方法进行熔炼，得到冰铜，再经过转炉吹炼得到含铜大于97．5％的粗铜，因粗铜的质量仍满足不了工业用铜的要求，必须精炼后得到的精铜要求含铜99．95％以上。在硫化铜精矿冶炼的过程中同时还可以回收硫、金、银、锑、铋、镍、硒等有价元素。 

　　在我国，从铜精矿中提取金属铜，主要采用火法冶金的方法，目前，比较先进的是闪速熔炼，其产量占全国产铜量的30％以上。由于能耗低，规模大，能有效控制环境污染等优点。这一冶炼技术正在炼铜工业上得到日益发展。 

　　闪速熔炼根据不同炉型的工作原理可分为两种类型：Outokumpu闪速熔炼、InCo闪速熔炼。以下介绍Outokumpu熔炼的工艺流程。 

　　（2）湿法冶金 

　　湿法冶金在许多情况下与火法相配合的。其过程的主要化学反应是在水溶液中进行的。铜（锌）矿物预先通过氧化或硫酸焙烧，转变可溶状态，然后再进行浸出、净化电积、以提取电解铜。通常有RLE法、常压氨浸出法（阿比特法）、高压氨浸出法、细菌浸出法等。从焙烧→浸出→净化→电积，简称RLE法。其生产流程，如下图： 

　　湿法冶金主要适用从低品位氧化矿、废矿堆及浮选尾矿中提取金属铜。 

　　3．1．3 损耗原因及环节 

　　本标准只考虑了工艺损耗，途耗未计算在内。 

　　（1）工艺损耗 

　　炉渣含铜损失是铜冶炼的主要损失，按损失的形态可分为三种类型： 

　　①化学损失 

　　是指铜以Cu2O形态造渣引起的损失。只要炉料中含有足够的硫，Cu2O都将变成硫化物。但如果含硫不足或者氧化气氛太大，而又没有足够的反应条件时，炉渣含Cu2O对就可能较高。 

　　②物理损失 

　　是指铜以Cu2S形态溶解于炉渣中引起的损失。它取决于炉渣成分，酸性炉渣溶解较少，FeO含量高的炉渣对Cu2S溶解度大，因此，为了降低铜的物理损失，应尽可能减少炉渣中的FeO量，或者提高酸度，或者加入CaO代替一部分FeO。 

　　③机械损失 

　　是由于冰铜颗粒未能从炉渣中沉清所引起的。炉渣粘度和比重过大，熔点过高使冰铜不易沉清；炉渣过热度不够，熔池容积和形状不合理，沉清时间没有保证；化学反应不完全，产生气泡的浮游作用；冰铜颗粒大细，来不及结合成大颗粒沉降。 

　　此外，烟气和电解液的排放都会引起铜的损失。 

　　铜冶炼生产过程中的金属损失（以葫芦岛东北有色金属集团公司为例）情况： 

　　①鼓风炉熔炼工序金属回收率97．8％，金属损失2．2％； 

　　②转炉吹炼工序金属回收率99．5％，金属损失占投入工序金属量的0．5％； 

　　③阳极炉精练工序金属回收率99．5％，金属损失占投入工序金属量的0．5％； 

　　④铜电解工序金属回收率99％，金属损失占投入工序金属量的1％。