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銅工藝流程詳解

發(fā)布時(shí)間: 2022-06-16  點(diǎn)擊次數(shù): 3299次

世界上由銅精礦生產(chǎn)電解銅的冶煉方法分為兩大類:火法冶煉和濕法冶煉。目前精煉銅產(chǎn)量的80%以上是用火法冶煉生產(chǎn)的,濕法冶煉生產(chǎn)的精煉銅占20%左右,詳細(xì)情況如下。

 

一、火法冶煉

火法煉銅是當(dāng)今生產(chǎn)銅的主要方法,占銅產(chǎn)量的80%~90%,主要是處理硫化礦。火法煉銅的優(yōu)點(diǎn)是原料適應(yīng)性強(qiáng),能耗低,效率高,金屬回收率高?;鸱掋~可分兩類:一是傳統(tǒng)工藝:如鼓風(fēng)爐熔煉、反射爐熔煉、電爐熔煉。二是現(xiàn)代強(qiáng)化工藝:如閃速爐熔煉、熔池熔煉。

由于20世紀(jì)中葉以來(lái)的能源和環(huán)境問(wèn)題突出,能源日趨緊張,環(huán)境保護(hù)法規(guī)日益嚴(yán)格,勞動(dòng)成本逐步上漲,促使銅冶煉技術(shù)從20世紀(jì)80年代起獲得飛速發(fā)展,迫使傳統(tǒng)的方法不得不被新的強(qiáng)化方法來(lái)代替,傳統(tǒng)冶煉方法逐漸被淘汰。隨之興起的是以閃速熔煉和熔池熔煉為代表的強(qiáng)化冶煉先進(jìn)技術(shù),其中最重要的突破是氧氣或富氧的廣泛應(yīng)用。經(jīng)過(guò)幾十年的努力,閃速熔煉與熔池熔煉已基本取代傳統(tǒng)火法冶煉工藝。

1. 火法冶煉工藝流程

火法工藝過(guò)程主要包括四個(gè)主要步驟:造锍熔煉、銅锍(冰銅)吹煉、粗銅火法精煉和陽(yáng)極銅電解精煉。

造硫熔煉(銅精礦—冰銅):主要是使用銅精礦造冰銅熔煉,目的是使銅精礦部分鐵氧化,造渣除去,產(chǎn)出含銅較高的冰銅。

冰銅吹煉(冰銅—粗銅):將冰銅進(jìn)一步氧化、造渣脫除冰銅中的鐵和硫,生產(chǎn)粗銅。

火法精煉(粗銅—陽(yáng)極銅):將粗銅通過(guò)氧化造渣進(jìn)一步脫除雜質(zhì)元素,生產(chǎn)陽(yáng)極銅。

電解精煉(陽(yáng)極銅—陰極銅):通過(guò)引入直流電,陽(yáng)極銅溶解,在陰極析出純銅,雜質(zhì)進(jìn)入陽(yáng)極泥或電解液,從而實(shí)現(xiàn)銅和雜質(zhì)的分離,產(chǎn)出陰極銅。

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2. 火法冶煉工藝分類

(1)閃速熔煉

閃速熔煉(flash smelting)包括國(guó)際鎳公司因科(Inco)閃速爐、奧托昆普(Outokumpu)閃速爐和旋渦頂吹熔煉(ConTop)3種。閃速熔煉是充分利用細(xì)磨物料巨大的活性表面,強(qiáng)化冶煉反應(yīng)過(guò)程的熔煉方法。將精礦經(jīng)過(guò)深度干燥后,與熔劑經(jīng)干燥一起用富氧空氣噴入反應(yīng)塔內(nèi),精礦粒子在空間懸浮1-3s時(shí)間,與高溫氧化性氣流迅速發(fā)生硫化礦物的氧化反應(yīng),并放出大量的熱,完成熔煉反應(yīng)即造锍的過(guò)程。反應(yīng)的產(chǎn)物落入閃速爐的沉淀池中進(jìn)行沉降,使銅锍和渣得到進(jìn)一步的分離。這種方法主要用于銅、鎳等硫化礦的造锍熔煉。

閃速熔煉在20世紀(jì)50年代末開始生產(chǎn),已在四十多家企業(yè)推廣應(yīng)用,因?yàn)椴粩喔倪M(jìn)在節(jié)能環(huán)保方面有著顯著成績(jī)。該工藝技術(shù)具有生產(chǎn)能力大、能耗低、污染少等優(yōu)點(diǎn),單套系統(tǒng)最大礦銅產(chǎn)能可達(dá)40萬(wàn)t/a以上,適用于規(guī)模20萬(wàn)t/a以上的工廠。但是要求原料進(jìn)行深度干燥到含水<0.3%,精礦粒度<1mm,原料中雜質(zhì)鉛加鋅不宜高于6%。工藝的缺點(diǎn)是設(shè)備復(fù)雜、煙塵率較高,渣含銅比較高,需要進(jìn)行貧化處理。

(2)熔池熔煉

熔池熔煉包括特尼恩特?zé)掋~法、三菱法、奧斯麥特法、瓦紐柯夫煉銅法、艾薩熔煉法、諾蘭達(dá)法、頂吹旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)爐法(TBRC)、白銀煉銅法、水口山煉銅法和東營(yíng)底吹富氧熔煉法等。熔池熔煉是在細(xì)小的硫化精礦加入熔體的同時(shí),向熔體鼓入空氣或工業(yè)氧氣,在劇烈攪拌的熔池內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)化熔煉。由于鼓風(fēng)向溶池中壓人了氣泡,當(dāng)氣泡通過(guò)熔池上升時(shí),造成“熔體柱”運(yùn)動(dòng),這樣便給熔體輸入了很大的功能。它的爐型有臥、立式、回轉(zhuǎn)式或固定式,鼓風(fēng)方式有側(cè)吹、頂吹、底吹三種。

熔池熔煉是20世紀(jì)70年代開始在工業(yè)上應(yīng)用。由于熔池熔煉過(guò)程中的傳熱與傳質(zhì)效果好,可大大強(qiáng)化冶金過(guò)程,達(dá)到了提高設(shè)備生產(chǎn)率和降低冶煉過(guò)程能耗的目的。而且對(duì)爐料的要求不高,各種類型的精礦,干的、濕的、大粒的、粉狀的都適用,爐子容積小,熱損失小,節(jié)能環(huán)保都比較好,特別是煙塵率明顯低于閃速熔煉。

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                                                          表1 主要煉銅工藝匯總表

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                                                                       表2 主要煉銅工藝對(duì)比

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                               表3 國(guó)內(nèi)部分銅企冶煉工藝情況

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二、濕法冶煉(SX-EW法)

濕法冶煉占銅生產(chǎn)量的10%~20%,是用溶劑浸出銅礦石或銅精礦使銅進(jìn)入溶液,然后從經(jīng)過(guò)凈化處理后的含銅溶液中回收銅的方法。主要用于處理低品位銅礦石、氧化銅礦和一些復(fù)雜的銅礦石。

濕法煉銅設(shè)備更簡(jiǎn)單,在礦山附近就近生產(chǎn),生產(chǎn)成本低,不生產(chǎn)硫酸,無(wú)SO2污染。但雜質(zhì)含量較高,且煉銅周期長(zhǎng)、效率低、產(chǎn)能規(guī)模??;貴金屬回收困難,回收率不確定;處理黃銅礦精礦的濕法工藝還沒(méi)有工業(yè)應(yīng)用,存在技術(shù)障礙。

雖然目前濕法煉銅在銅生產(chǎn)中所占比重不大,但從今后資源發(fā)展趨勢(shì)看,隨著礦石逐漸貧化,氧化礦、低品位難選礦石和多金屬?gòu)?fù)雜銅礦的利用日益增多,濕法煉銅將成為處理這些原料的有效途徑。

1. 濕法冶煉工藝流程

濕法冶煉工藝過(guò)程主要包括四個(gè)步驟:浸出、萃取、反萃取、金屬制備(電積或置換)。氧化礦可以直接進(jìn)行浸出,低品位氧化礦采用堆浸,富礦采用曹浸。硫化礦在一般情況下需要先焙燒后再浸出,也可在高壓下直接浸出。浸出過(guò)程常用的溶劑有硫酸、氨、硫酸高鐵溶液等。

圖2 濕法冶煉一般流程圖圖3 濕法冶生產(chǎn)過(guò)程圖

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圖3 濕法冶生產(chǎn)過(guò)程圖

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2. 火法冶煉工藝與濕法冶煉工藝比較

表5 火法冶煉與濕法冶煉工藝對(duì)比

三、銅冶煉方法展望

世界銅冶煉發(fā)展趨勢(shì)銅冶煉的發(fā)展趨勢(shì)歸納起來(lái)有以下幾點(diǎn):

(1)由于銅礦的性質(zhì),為了回收其中的銀和硫,火法煉銅仍占主要地位,但濕法煉銅比例會(huì)有所提高。

(2)銅廠將是無(wú)污染工作,二氧化硫廢氣排放濃度將在300ppm以下,硫的實(shí)收率達(dá)到95%~99%。無(wú)廢水廢渣排放。

(3)火法煉銅將基本上是自熱熔煉。

(4)銅锍連續(xù)吹煉將會(huì)更廣泛的應(yīng)用。

(5)低品位礦將會(huì)用濕法冶金進(jìn)行利用。濕法冶煉中浸出和萃取效率將會(huì)進(jìn)一步提高。

(6)計(jì)算機(jī)在線控制將是主要的生產(chǎn)控制手段。

(7)工廠的規(guī)模將會(huì)更大型化,每一工序?qū)?huì)是單臺(tái)爐子生產(chǎn),操作工作將會(huì)更加減少。

隨著環(huán)保政策的嚴(yán)厲和生產(chǎn)成本的增加,從世界范圍看,成本高、技術(shù)落后小型冶煉廠將陸續(xù)關(guān)閉,大中型冶煉廠將進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模,降低成本。而通過(guò)技術(shù)升級(jí)改造,進(jìn)一步提高原料利用率,最大限度在冶煉過(guò)程中回收廢渣、廢水、廢氣中有價(jià)元素將是降成本最重要的手段。

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