世界銅冶煉發展 讀懂銅冶煉工藝看這一篇就夠了

什麼是冶煉工藝流程

SMM訊：

銅是史前金屬，早在原始社會就被人類發現和應用。由於銅的出現，石器時代隨之消亡，人類逐漸邁入青銅器時代。

1865年歐洲發明了銅電解精煉，對銅冶煉技術進步意義重大。

提及中國銅冶煉歷史，不得不提到溼法銅，溼法銅源於我國，古稱“膽水浸銅法”。在唐、宋主要集中在江西鉛山、德興和廣東嶺水，年產量最高近2000噸。銅陵地區的古礦規模更大，年代跨度又長，從商周到唐宋一直是採銅、冶銅的中心。近代煉我國銅工業處於落後地位，直到1949年前，全國只剩瀋陽冶煉廠、上海冶煉廠、昆明冶煉廠和重慶冶煉廠4家工廠維持少量生產，產量不足3000噸。1949年以後，新中國整個工業水平迅速提高，新建了銅陵、白銀、大冶和雲南等大型鍊銅廠。

目前世界上生產電解銅的冶煉方法主分為兩大類：火法冶煉和溼法冶煉。目前精煉銅產量的80％以上是用火法冶煉生產的，溼法冶煉生產的精煉銅佔20％左右。

一、火法冶煉

火法鍊銅是當今生產銅的主要方法，佔銅產量的80%左右，主要是處理硫化礦。火法鍊銅的優點是原料適應性強，能耗低，效率高，金屬回收率高。火法鍊銅可分兩類：一是傳統工藝：如鼓風爐熔鍊、反射爐熔鍊、電爐熔鍊。二是現代強化工藝：如閃速爐熔鍊、熔池熔鍊。

由於20世紀中葉以來全球性的能源和環境問題突出，能源日趨緊張，環境保護法規日益嚴格，勞動成本逐步上漲，促使銅冶煉技術從20世紀80年代起獲得飛速發展，迫使傳統的方法不得不被新的強化方法來代替，傳統冶煉方法逐漸被淘汰。隨之興起的是以閃速熔鍊和熔池熔鍊為代表的強化冶煉先進技術，其中最重要的突破是氧氣或富氧的廣泛應用。經過幾十年的努力，閃速熔鍊與熔池熔鍊已基本取代傳統火法冶煉工藝。

1、火法冶煉工藝流程

火法工藝過程主要包括四個主要步驟：造鋶熔鍊、銅鋶（冰銅）吹煉、粗銅火法精煉和陽極銅電解精煉。

造硫熔鍊（銅精礦—冰銅）

：主要是使用銅精礦造冰銅熔鍊，目的是使銅精礦部分鐵氧化，造渣除去，產出含銅較高的冰銅。

冰銅吹煉（冰銅—粗銅）

：將冰銅進一步氧化、造渣脫除冰銅中的鐵和硫，生產粗銅。

火法精煉（粗銅—陽極銅）

：將粗銅透過氧化造渣進一步脫除雜質元素，生產陽極銅。

電解精煉（陽極銅—陰極銅）

：透過引入直流電，陽極銅溶解，在陰極析出純銅，雜質進入陽極泥或電解液，從而實現銅和雜質的分離，產出陰極銅。

火法鍊銅一般流程圖

2、火法冶煉工藝分類

（1）閃速熔鍊

閃速熔鍊（flash smelting）包括國際鎳公司因科（Inco）閃速爐、奧托昆普（Outokumpu）閃速爐和旋渦頂吹熔鍊（ConTop）3種。閃速熔鍊是充分利用細磨物料巨大的活性表面，強化冶煉反應過程的熔鍊方法。將精礦經過深度乾燥後，與熔劑經乾燥一起用富氧空氣噴入反應塔內，精礦粒子在空間懸浮1-3s時間，與高溫氧化性氣流迅速發生硫化礦物的氧化反應，並放出大量的熱，完成熔鍊反應即造鋶的過程。反應的產物落入閃速爐的沉澱池中進行沉降，使銅鋶和渣得到進一步的分離。這種方法主要用於銅、鎳等硫化礦的造鋶熔鍊。

閃速熔鍊在20世紀50年代末開始生產，已在四十多家企業推廣應用，因為不斷改進在節能環保方面有著顯著成績。該工藝技術具有生產能力大、能耗低、汙染少等優點，單套系統最大礦銅產能可達40萬t/a以上，適用於規模20萬t/a以上的工廠。但是要求原料進行深度乾燥到含水＜0。3%，精礦粒度＜1mm，原料中雜質鉛加鋅不宜高於6%。工藝的缺點是裝置複雜、煙塵率較高，渣含銅比較高，需要進行貧化處理。

閃速熔鍊中最具竟爭力、發展最快並且工業應用較多的當屬奧托昆普閃速熔鍊。採用該法生產的銅量約佔世界銅產量的三分之一以上。閃速熔鍊具有技術成熟可靠，自動化程度高，生產強度大，作業成本低，環境保護好等優勢，被稱之為標準的清潔鍊銅工藝。

奧托昆普閃速爐：

該技術是當前世界上最先進的銅冶煉技術，具有節能、環保、高效的特點。而透過計算機線上最佳化控制系統進行“雙閃”銅冶煉技術，更是在世界銅冶煉範圍處於領先地位。由於環境要求越來越嚴厲，而老冶煉廠的P-S轉爐正在過時淘汰，不能滿足環境要求；從熱平衡問題和造渣問題角度看，採用P-S轉爐，熔鍊的冰銅品位很難超過65%，而閃速吹煉由於可以使用高濃度富氧吹煉，熱平衡可以保證，因而閃速熔鍊的冰銅品位可以達到甚至超過70%，使熔鍊的效率很高，符合銅閃速熔鍊“四高”——高投料、高品位、高氧濃、高熱負的技術的發展趨勢。

閃速熔鍊工藝流程圖

（2）熔池熔鍊

熔池熔鍊包括特尼恩特鍊銅法、三菱法、奧斯麥特法、瓦紐柯夫鍊銅法、艾薩熔鍊法、諾蘭達法、頂吹旋轉轉爐法（TBRC）、白銀鍊銅法、水口山鍊銅法和東營底吹富氧熔鍊法等。熔池熔鍊是在細小的硫化精礦加入熔體的同時，向熔體鼓入空氣或工業氧氣，在劇烈攪拌的熔池內進行強化熔鍊。由於鼓風向溶池中壓人了氣泡，當氣泡透過熔池上升時，造成“熔體柱”運動，這樣便給熔體輸入了很大的功能。它的爐型有臥、立式、迴轉式或固定式，鼓風方式有側吹、頂吹、底吹三種。

熔池熔鍊是20世紀70年代開始在工業上應用。由於熔池熔鍊過程中的傳熱與傳質效果好，可大大強化冶金過程，達到了提高裝置生產率和降低冶煉過程能耗的目的。而且對爐料的要求不高，各種型別的精礦，乾的、溼的、大粒的、粉狀的都適用，爐子容積小，熱損失小，節能環保都比較好，特別是煙塵率明顯低於閃速熔鍊。

奧斯麥特工藝：

奧斯麥特頂吹浸沒噴qiang工藝已經在有色金屬和貴金屬以及高溫處理各種廢料的商業生產中得到廣泛應用。2003 年底，包括奧斯麥特在南澳大利亞新建的示範工廠在內，全世界有16 家冶煉廠應用奧斯麥特工藝進行商業生產，其中包括中國銅陵的金昌冶煉廠、印度的銅廠和韓國鋅公司的再生銅廠家銅廠。奧斯麥特法工廠可以是單臺或多臺爐子配置，通常不需複雜的物料和煙氣處理系統。由於該工藝簡單、靈活和能效高，使用奧斯麥特工藝的裝置成本比較低。奧斯麥特工藝注重減少外圍裝置的規模和複雜性，因此在奧斯麥特爐系統內或周圍進行低成本改造使客戶可以減少尾氣處理規模，特別是硫的固定和酸廠、燃料和氣體輸送系統。原料簡單並且給料不需要乾燥和磨礦。

2011年世界銅冶煉產能主要冶煉廠

主要鍊銅工藝對比

國內主要銅企粗煉能力（截止2013年）

國外部分銅企冶煉工藝情況

需要注意的是再生銅冶煉也是火法冶煉的一種，銅本身是可再生資源，再生銅是鍊銅的重要原料，根據國際銅業研究組織（ICSG）資料，在主要發達國家，再生銅產量的比重非常高，其中美國約佔60%，日本約佔45%，德國約佔80%。

一、再生銅冶煉工藝

再生銅處理工藝取決於原料，約2/3的高品位銅廢料不需要熔鍊處理而直接用於銅產品生產，1/3的廢雜銅需要熔鍊處理。目前國內外回收利用廢雜銅的方法很多，主要可分為兩大類：第一類是將高質量的廢雜銅直接冶煉成紫精銅或銅合金後供使用者使用，稱作直接利用；第二類是將廢雜銅冶煉成陽極板後經電解精煉成電解銅後供使用者使用，稱為間接利用。其中，第二類方法根據原料分為高品位和低品位，從冶煉工藝上分為一段、二段和三段法冶煉。

一段法：

銅品位＞98%的紫雜銅、黃雜銅、電解殘極等直接加入精煉爐內精煉成陽極，再電解生產陰極銅。

二段法：

廢雜銅在熔煉爐內先熔化，吹煉成粗銅，再經過精煉爐—電解精煉，產出陰極銅。

三段法：

廢雜銅及含銅廢料經鼓風爐（或ISA爐、TBRC爐、卡爾多爐等）熔鍊—轉爐吹煉—陽極精煉—電解，產出陰極銅。原料品位可以低至含銅1%。

三段法原料綜合利用率高，產出的煙塵成分簡單、容易處理，粗銅品位較高，精煉爐操作比較容易，裝置生產率也比較高等優點，但又有過程複雜、裝置多、投資大且燃料消耗多等缺點。因而，再生銅的冶煉一般採用兩段法與三段法相結合的工藝流程，此法有利於降低能耗並提高有價金屬的綜合回收利用。

二、主要冶煉工藝介紹

1、北德精煉凱撒冶煉廠凱撒回收再生系統（KRS）

北德精煉凱撒冶煉廠是目前世界上最大最先進的再生銅精煉廠。凱撒冶煉廠用1臺ISA爐取代3臺鼓風爐和1臺PS轉爐，處理含銅1%~80%的殘渣和雜銅；ISA爐間斷地進行熔鍊和吹煉，含銅殘渣和雜銅，先在ISA爐中進行還原熔煉，產出黑銅和矽酸鹽爐渣，黑銅繼續吹煉，產出含銅95%的粗銅。

2、奧地利MontanwerkeBrixlegg冶煉廠鼓風爐-轉爐-反射爐工藝

Montanwerke Brixlegg冶煉廠是奧地利唯一的銅冶煉廠，原料為廢雜銅，含銅在15%~99%。生產工藝由鼓風爐、PS轉爐、固定式陽極爐及電解組成，是典型的三段法。

該工藝的特點是：不同品位的殘渣和紫雜銅用不同的工藝流程生產不同的產品。含銅15%~70%的殘渣原料先進鼓風爐，用焦炭還原生產出黑銅，再進轉爐生產出粗銅；含銅75%以上的黑銅和銅合金直接進轉爐，生產出含銅96%以上的粗銅進陽極爐精煉；含銅品位較高的雜銅、粗銅則直接進陽極爐精煉；而含銅品位更高的光亮銅則無需冶煉處理，直接加入感應電爐生產銅材，對原料的適應性很強。

3、比利時Metallo-Chimique 冶煉廠氧氣頂吹旋轉轉爐（TBRC）冶煉工藝

Metallo-Chimique 冶煉廠的TBRC爐對原料的適應性強，處理的原料非常雜，品種很多。主要原料為含銅25%~30%的工業殘渣、各種銅合金（黃銅、青銅等）、廢舊電機、海綿銅、電纜、各種品位的雜銅等等，尤以處理含銅、鉛、錫的低品位工業殘渣、銅合金、難處理的雜銅為主。

4、卡爾多爐處理低品位廢雜銅

卡爾多爐處理低品位廢銅是一種先進的熔鍊技術，主要體現在金屬回收率高和環境效益好等方面，可以處理含銅15%-99%的廢雜銅，適應性強，物料不用預處理，可以直接入爐，可以控制氧化和還原氣氛。處理低品位廢雜銅分加料、熔鍊、放渣、吹煉、出銅5個步驟，在一臺爐內分階段完成，粗銅品位可達到96%。其反應過程通常用廢雜銅原料中的鐵作為還原劑，新增石英石熔劑。卡爾多爐處理廢雜銅工藝是國外二段法處理廢雜銅的一種先進工藝，國內大型冶煉廠，如江西銅業也引進該方法處理廢雜銅。

5、NGL爐精煉廢雜銅工藝

針對現有廢雜銅處理技術的不足，中國瑞林工程技術有限公司研發了“NGL”爐廢雜銅火法精煉工藝。

NGL爐是結合傾動爐和迴轉式陽極爐的優點而開發的，側面有大的加料門和渣門，另一側有氧化還原口和透氣磚，爐體可在一定角度內轉動。“NGL爐精煉廢雜銅成套工藝及裝備”首次在廢雜銅精煉工藝中採用了氮氣攪動技術，有效強化了精煉過程的傳質傳熱，提高了生產效率。該工藝採用氧氣卷吸燃燒的方式供熱，大大提高了熱效率，縮短了生產週期，使排出的煙氣量減少了65%以上。

NGL爐精煉廢雜銅成套工藝及裝備於2010年開始，分別在山東金升集團東部銅業有限公司和廣西有色集團再生金屬有限公司進行了大規模的工業化應用，其4套250噸的NGL爐系統均於2012年投產。

二、溼法冶煉（SX-EW法）

溼法冶煉佔銅生產量的10%～20%，是用溶劑浸出銅礦石或銅精礦使銅進入溶液，然後從經過淨化處理後的含銅溶液中回收銅的方法。主要用於處理低品位銅礦石、氧化銅礦和一些複雜的銅礦石。

溼法鍊銅裝置更簡單，在礦山附近就近生產，生產成本低，不生產硫酸，無SO2汙染。但雜質含量較高，且鍊銅週期長、效率低、產能規模小；貴金屬回收困難，回收率不確定；處理黃銅礦精礦的溼法工藝還沒有工業應用，存在技術障礙。

雖然目前溼法鍊銅在銅生產中所佔比重不大，但從今後資源發展趨勢看，隨著礦石逐漸貧化，氧化礦、低品位難選礦石和多金屬複雜銅礦的利用日益增多，溼法鍊銅將成為處理這些原料的有效途徑。

1、溼法冶煉工藝流程

溼法冶煉工藝過程主要包括四個步驟：浸出、萃取、反萃取、金屬製備（電積或置換）。氧化礦可以直接進行浸出，低品位氧化礦採用堆浸，富礦採用曹浸。硫化礦在一般情況下需要先焙燒後再浸出，也可在高壓下直接浸出。浸出過程常用的溶劑有硫酸、an、硫酸高鐵溶液等。

溼法冶煉一般流程圖

2、火法冶煉工藝與溼法冶煉工藝比較

火法冶煉與溼法冶煉工藝對比

三、銅冶煉方法展望

世界銅冶煉發展趨勢銅冶煉的發展趨勢歸納起來有以下幾點：

（1）由於銅礦的性質，為了回收其中的銀和硫，火法鍊銅仍佔主要地位，但溼法鍊銅比例會有所提高。

（2）銅廠將是無汙染工作，二氧化硫廢氣排放濃度將在300ppm以下，硫的實收率達到95%～99%。無廢水廢渣排放。

（3）火法鍊銅將基本上是自熱熔鍊。

（4）銅鋶連續吹煉將會更廣泛的應用。

（5）低品位礦將會用溼法冶金進行利用。溼法冶煉中浸出和萃取效率將會進一步提高。

（6）計算機線上控制將是主要的生產控制手段。

（7）工廠的規模將會更大型化，每一工序將會是單臺爐子生產，操作工作將會更加減少。

隨著環保政策的嚴厲和生產成本的增加，從世界範圍看，成本高、技術落後小型冶煉廠將陸續關閉，大中型冶煉廠將進一步擴大生產規模，降低成本。而透過技術升級改造，進一步提高原料利用率，最大限度在冶煉過程中回收廢渣、廢水、廢氣中有價元素將是降成本最重要的手段。

本文源自上海有色網

更多精彩資訊，請來金融界網站（www。jrj。com。cn）