简述国内铜冶金的前沿技术

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，通过氧化造渣或挥发除去，获得纯度较高阳极铜或火精铜。

电解精炼可以使用火法冶金炼出来的阳极铜达到更高的纯度。

1.2湿法冶金由于铜矿石品位不断下降，难处理的复杂矿增加等原因，人们对湿法冶炼越来越重视。

湿法冶金过程的主要化学反应是在水溶液中进行的，在许多情况下它需要与火法冶金相配合来完成，生产出的精铜称为电积铜。

一般铜矿物预先通过氧化或硫酸化焙烧，转变可溶状态，然后再进行浸出、净化和电积获取电解铜。

溶剂萃取电积法(SX―EW)提取铜的技术已在美国、智利、赞比亚、秘鲁、澳大利亚和墨西哥等地推广应用，大大提高了铜的回收率并降低了生产成本。

现代湿法炼铜技术通常有硫酸化焙烧--浸出--电积（简称RLE法）、浸出--萃取--电积、常压氨浸出法（阿比特法）、高压氨浸出法、细菌浸出法等，通常适用于低品位复杂矿、氧化铜矿、浮选尾矿和含铜废矿石的堆浸槽浸或就地浸出。

湿法冶炼的工序可简单地分为三个步骤：浸出、萃取、电解。

湿法冶炼技术正在逐步推广，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低，预计本世纪湿法冶铜占总产量的比例将逐步提高，在当代中国铜矿物湿法冶金生产流程还不占主导地位。

2.国内铜冶金的前沿技术2.1短流程连续炼铜清洁冶金技术缩短铜冶炼工艺流程是解决冶炼低空污染和节能的重要途径。

国外在铜连续冶炼方面获得成功的有三菱法和“双闪”工艺。

但这两种连续炼铜工艺，虽然解决了吹炼作业的环保问题，但也存在如投资较高或运行成本高或不能处理粗铜冷料等问题。

同时，这两种工艺均须引进国外的技术，不仅费用高，而且技术上受制于人。

我国除了侯马冶炼厂采用Ausmelt吹炼和阳谷祥光铜业采用闪速吹炼工艺之外，其他冶炼厂全部是采用PS转炉吹炼，或者是单系列生产规模在3万吨以下的已被国家列为淘汰的鼓风炉+连吹炉工艺。

因PS转炉间断操作，存在烟气量波动大、炉口漏风率高、二氧化硫烟气泄漏等问题。

采用连续炼铜技术，缩短冶炼工艺流程或取消PS转炉吹炼，是未来解决冶炼低空污染的重要途径。

由于铜冶炼工艺流程长、不连续，“熔炼—吹炼”2个阶段，需在2个独立的炉子中进行，造成铜冶炼工艺流程长、能耗高、投资大等一系列问题。

流程工业重大节能减排效果的取得，必须在流程上有重大创新。

为解决该技术难题，国内正在研究的有两种工艺技术路线，一是氧气底吹炉连续炼铜技术；二是闪速炉短流程一步炼铜技术。

（1）氧气底吹连续炼铜工艺技术氧气底吹铜熔炼技术国内已经成熟，借鉴氧气底吹熔炼和其他连续吹炼的成功经验，开发底吹连续炼铜技术已经具备工业化试验基础。

氧气底吹连续炼铜技术开发的核心是铜锍连续吹炼。

工业化试验开发的内容主要包括：连续炼铜工艺技术，含工艺条件、工艺参数和过程控制等；包括喷枪、炉体在内的连续吹炼炉规格和结构的选择开发；熔炼炉与连吹炉相配套的成套装置的研究开发。

（2）闪速炉短流程一步炼铜工艺技术本技术采用技术集成及优化方法，将白银炉、闪速炉及粗铜连吹炉进行工程性结合，达到取消节能排放瓶颈—PS转炉吹炼工序，创造出一种具有我国自主知识产权的“连续炼铜”短流程新工艺，可实现重大的节能效果。

技术指标：冰铜品位70%；粗铜品位98%；粗铜综合能耗 260kgce/t-cu；硫控制率99.7%；初期产业化规模100-200 kt/a粗铜。

2.2难冶炼复杂铜资源复合型冶炼新工艺与成套装置我国自上世纪末以来已陆续引进了闪速熔炼的芬兰奥托昆普技术以及熔池熔炼的澳大利亚奥斯麦特/艾萨炼铜技术、加拿大诺兰达炼铜法等。

闪速熔炼和奥斯麦特熔炼在原料适应性方面各有长处和短处，针对全球铜资源不断向难冶炼与复杂性的发展趋势，凭借我国已同时充分掌握上述两方面技术的优势，依托国内相关“产、学、研”科技力量，通过消化吸收与集成创新，自主开具有自主知识产权的复合型铜冶炼新工艺与成套装置，实现难冶炼复杂矿的高效、节能、环保冶金具有重大意义。

主要开展低品位难冶炼铜原料闪速熔炼工艺技术与装置，复杂铜原料奥斯麦特熔炼工艺技术与装置，复杂铜资源伴生元素的污染控制与资源化，复杂铜资源粗铜质量控制和“闪速熔炼—闪速吹炼”技术创新研究。

在原料铜品位 15～35 %条件下，粗铜综合能耗300 kgce /t-Cu；硫捕集率99.7 %。

2.3生物技术提取金属采用生物技术处理传统选冶工艺不能经济回收的大量低品位、难处理的矿产资源，可以大幅度提高我国复杂低品位铜镍钴、铜锌硫化矿资源的开发利用率，增强国民经济可持续发展的能力，提高矿产资源的保障程度。

重点研究复杂低品位硫化矿资源（铜、镍、钴、锌、金等金属矿资源）生物冶金浸矿体系微生物种群组合技术，构建高效种群配伍与高效浸矿工程菌；解决生物冶金工程条件、物理化学因素调控和微生物群落结构与功能分析相结合的难题，提出适用于我国复杂低品位铜镍钴和铜锌硫化矿产资源的生物冶金新体系设计的基本原则，形成生物浸出新技术。

该技术工艺流程短、设备简单、投资低、环境友好、金属回收率高，建厂规模可大可小。

主要技术指标：金属浸出率：Cu≥80%、Ni≥85%、Co ≥80%、Zn≥95%，Au≥95%；金属综合回收率: Cu≥75%、Ni≥80%、Co≥75%、Zn ≥90%，Au≥90%。

2.4有色金属矿物中有害元素的无害化处理及资源化利用铜精矿常伴生有毒有害元素，比如As、Pb、F、Hg、Cd等，有些还伴生放射性元素。

这些元素对生产过程影响大，污染控制要求高，如果不能很好的开路，循环和富集后不但影响产品质量，还对人身安全造成威胁。

长期以来，许多企业对伴生复杂元素的铜精矿望而生畏，而我国铜精矿资源的短缺又限制了企业对铜精矿来源的选择性，无论自产矿还是进口矿都存在有害元素增高的情况。

因此开展对铜精矿中有害元素的无害化处理和资源化利用的基础工艺研究，对控制有色金属环境污染、拓宽原料适应范围、缓解资源短缺矛盾和实现废弃资源的循环利用有重大意义。

除了有害元素污染的高效控制技术，更重要的是研究有害元素在生产过程中的行为特征和有效收集方法，包括分布在废水、废气、废渣中的有害元素的处理及收集，同时寻求有害元素的新用途和加工方法，取得最大的经济效益和环境效益。

2.5实现无碳底吹连续炼铜清洁生产山东东营方圆铜业集团和北京有色研究总院联合开发的、拥有国内自主知识产权的第一期工程“氧气底吹无碳熔炼多金属捕集新工艺”，及国产化的核心设备“氧气底吹熔池熔炼炉”，经过全国百余家企业和资深炼铜的专家院士组鉴定，已向世界宣告，无碳铜熔炼氧气底吹新工艺在黄河三角洲的山东东营方圆铜业集团试验成功并推广应用。

方圆集团第二期工程是20万吨粗铜、100万吨多金属铜精矿的冶炼，目前正在研制和设计中。

将在原有的基础上，取消转炉吹炼工序，将以第二台氧气底吹炉代替现在吹炼转炉，厂房高度下降近10米，取消吊车，不用吊包装铜锍在车间内倒运，采用液流的办法，彻底消除二氧化硫污和低空烟害的逸散。

这种“氧气底吹无碳连续炼铜的清洁生产新工艺”预将于计2012年建投产，方圆集团铜冶炼工将率先成为无碳连续炼铜的清洁生产的榜样，提前跨入世界先进行列，并将引领中国铜冶金行业走出一条低碳经济发展的新路子。

3.结语技术的不断进步是企业可持续发展的关键。

我国的铜冶炼企业除了努力提高自身的技术内涵，挖掘潜力，扩大产能，形成规模效益外，还要紧跟师姐先进技术，不断充实自己和完善自己，全面提升企业的综合实力，只有这样才能在激烈的市场竞争中处于不败之地。

世界上湿法炼铜技术得到了令人瞩目的发展，达到了相当大的生产规模和很高的技术水平，已成为铜工业中的一种主要的技术倾向。

可以说，几乎所有的含铜矿石都可以用相应的湿法冶金方法从中回收铜。

所以以后铜冶金在湿法冶金领域的发展举足轻重。

参考文献：[1]刘大星.铜湿法冶金技术的现状及发展趋势. 北京矿冶研究总院. 2000.8[2]李宇圣.从铜资源状况谈中国铜工业发展.世界有色金属.2005.7[3]谢文仕李忠生杨文栋.铜冶金行业技术现状与发展策略探讨.有色矿冶.2007。