冶炼|镜头下的铜冶炼：原来铜生产可以这么美

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来源 |铜信宝
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想亲眼看一下铜是怎么炼成的吗？让我们跟随老外镜头，全面快速了解下电解铜的制造全过程，是否和我们熟悉或所想的不一样？其实，我们可以做得更好！
附：电解铜冶炼方法
世界上由铜精矿生产电解铜的冶炼方法分为两大类：火法冶炼和湿法冶炼。目前精炼铜产量的80％以上是用火法冶炼生产的，湿法冶炼生产的精炼铜占20％左右。

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火法冶炼
火法炼铜是当今生产铜的主要方法，占铜产量的80%～90%，主要是处理硫化矿。火法炼铜的优点是原料适应性强，能耗低，效率高，金属回收率高。火法炼铜可分两类：一是传统工艺：如鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼。二是现代强化工艺：如闪速炉熔炼、熔池熔炼。
由于20世纪中叶以来全球性的能源和环境问题突出，能源日趋紧张，环境保护法规日益严格，劳动成本逐步上涨，促使铜冶炼技术从20世纪80年代起获得飞速发展，迫使传统的方法不得不被新的强化方法来代替，传统冶炼方法逐渐被淘汰。随之兴起的是以闪速熔炼和熔池熔炼为代表的强化冶炼先进技术，其中最重要的突破是氧气或富氧的广泛应用。经过几十年的努力，闪速熔炼与熔池熔炼已基本取代传统火法冶炼工艺。
1、火法冶炼工艺流程
火法工艺过程主要包括四个主要步骤：造锍熔炼、铜锍（冰铜）吹炼、粗铜火法精炼和阳极铜电解精炼。
造硫熔炼（铜精矿—冰铜）：主要是使用铜精矿造冰铜熔炼，目的是使铜精矿部分铁氧化，造渣除去，产出含铜较高的冰铜。
冰铜吹炼（冰铜—粗铜）：将冰铜进一步氧化、造渣脱除冰铜中的铁和硫，生产粗铜。
火法精炼（粗铜—阳极铜）：将粗铜通过氧化造渣进一步脱除杂质元素，生产阳极铜。
电解精炼（阳极铜—阴极铜）：通过引入直流电，阳极铜溶解，在阴极析出纯铜，杂质进入阳极泥或电解液，从而实现铜和杂质的分离，产出阴极铜。

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图1火法炼铜一般流程图
火法冶炼工艺分类
（1）闪速熔炼
闪速熔炼（flash smelting）包括国际镍公司因科（Inco）闪速炉、奥托昆普（Outokumpu）闪速炉和旋涡顶吹熔炼（ConTop）3种。闪速熔炼是充分利用细磨物料巨大的活性表面，强化冶炼反应过程的熔炼方法。将精矿经过深度干燥后，与熔剂经干燥一起用富氧空气喷入反应塔内，精矿粒子在空间悬浮1-3s时间，与高温氧化性气流迅速发生硫化矿物的氧化反应，并放出大量的热，完成熔炼反应即造锍的过程。反应的产物落入闪速炉的沉淀池中进行沉降，使铜锍和渣得到进一步的分离。这种方法主要用于铜、镍等硫化矿的造锍熔炼。
闪速熔炼在20世纪50年代末开始生产，已在四十多家企业推广应用，因为不断改进在节能环保方面有着显著成绩。该工艺技术具有生产能力大、能耗低、污染少等优点，单套系统最大矿铜产能可达40万t/a以上，适用于规模20万t/a以上的工厂。但是要求原料进行深度干燥到含水＜0.3%,精矿粒度＜1mm，原料中杂质铅加锌不宜高于6%。工艺的缺点是设备复杂、烟尘率较高，渣含铜比较高，需要进行贫化处理。
（2）熔池熔炼
熔池熔炼包括特尼恩特炼铜法、三菱法、奥斯麦特法、瓦纽柯夫炼铜法、艾萨熔炼法、诺兰达法、顶吹旋转转炉法(TBRC)、白银炼铜法、水口山炼铜法和东营底吹富氧熔炼法等。熔池熔炼是在细小的硫化精矿加入熔体的同时，向熔体鼓入空气或工业氧气，在剧烈搅拌的熔池内进行强化熔炼。由于鼓风向溶池中压人了气泡，当气泡通过熔池上升时，造成“熔体柱”运动，这样便给熔体输入了很大的功能。它的炉型有卧、立式、回转式或固定式，鼓风方式有侧吹、顶吹、底吹三种。
熔池熔炼是20世纪70年代开始在工业上应用。由于熔池熔炼过程中的传热与传质效果好，可大大强化冶金过程，达到了提高设备生产率和降低冶炼过程能耗的目的。而且对炉料的要求不高，各种类型的精矿，干的、湿的、大粒的、粉状的都适用，炉子容积小，热损失小，节能环保都比较好，特别是烟尘率明显低于闪速熔炼。
表1主要炼铜工艺汇总表

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表2主要炼铜工艺对比