浅谈炼铜技术与进展
姓名：明伟 班级：化学2010级2班 学号：2010442124 摘要：炼铜技术是冶金工程中的一个重要部分。从大方面讲炼铜有两种方法即火法炼铜和湿法炼铜。但火法炼铜有其致命弱点：产生二氧化硫等污染性气体，加之废气处理技术的不成熟，成本高；而湿法炼铜可以解决二氧化硫对环境的污染、低品位矿石的开发和复杂矿石及二次资源的综合利用问题。70年代以来，湿法炼铜技术发展迅速，目前产量已占矿产铜的20%。所以文章着重简述了湿法炼铜的历史、发展、现状和展望。 关键词：火法炼铜
湿法炼铜
技术
进展
1 概 述
从大方面讲炼铜有两种方法即火法炼铜和湿法炼铜。火法炼铜，顾名思义，就是使用高温熔融的铜矿石冶金出铜，它是一个氧化还原过程，氧化就是向融矿中通入氧气以除去铁，硫等杂质，由此设计出多种熔炼炉和熔炼技术如浸没顶吹熔炼法；还原就是通过一些方法来降低金属熔体中的氧，进而得到一定纯度的铜纵。湿法炼铜就是对铜矿处理变成溶液进行各种处理得到铜的过程即浸出———萃取———电积技术。
纵观历史，火法冶金是先于湿法冶金发展的，我国古代制造的青铜器等就是火法冶金配合其他技术的结果。经过几千年的发展，火法冶金技术较成熟，通过区域熔炼，涡旋熔炼得到纯铜。我国是世界上最早采用湿法冶金提取铜的国家。写于纪元前
六、七世纪的《山海经》就有记载。唐朝已有官办的湿法炼铜场。宋代则技术更为成熟，产量更为可观。但湿法炼铜发展很慢，欧洲18世纪在西班牙南部的胡尔瓦建立了从矿石浸出，浸出液用铁屑置换法生产金属铜的工厂。1912年在智利开始采用电积法从浸出液中生产电解铜。以后在美国出现了多家氧化矿酸浸———电积法回收铜的工厂。1957年在美国亚利桑那州湖岸建成了世界上第一个硫化铜精矿沸腾焙烧———浸出———电积的工厂。随着化学工业的发展出现了有机萃取剂，可以有效地从贫铜溶液中萃取铜。1968年美国亚利桑那州兰鸟矿建成了世界上第一个工业规模的浸出———萃取———电积工厂，经过30多年此法不断发展和完善，目前全世界采用此工艺生产的铜量年产已超过200万吨，占全球矿产铜量的20%。1997年智利建成世界上最大的浸出———萃取———电积(简称L-SX-EW)法炼铜工厂，其生产能力为年产22.5万吨，产品达到伦敦金属交易所(LME) A级铜标准[1]。1999年，位于北纬50°13′，东经125°49′的黑龙江多宝山矿L-SX-EW工厂建成投产，标志着我国已具有高纬度寒冷地区的堆浸技术。北京矿冶研究总院和云南东川矿务局合作研究开发了处理高碱性脉石难选氧化矿的氨浸———萃取———电积工艺，建成年产500吨电铜的试验工厂[2]。2000年，在福建紫金山铜矿建成处理次生硫化铜矿，年产300吨阴极铜的细菌浸出试验工厂[3]。云南铜业集团大红山铜矿正在进行低品位硫化铜矿井下细菌堆浸研究[4]。这些都标志着湿法炼铜已具有相当水平，并具有相当大的生产规模，已成为铜工业中的一种重要的技术倾向，特别是在回收低品位矿石或采铜废石及就地浸出方面将发挥更大的作用。我国的湿法炼铜技术已具有一定水平。
2 浸出———萃取———电积工艺
该工艺包括四个主要步骤：硫酸介质中溶解铜———浸出；采用一种萃取剂把铜萃入有机相———萃取；用硫酸溶液把铜反萃入水相———反萃；反萃液即电解液用电积法沉积铜———电积。
2．1 浸 出
浸出是该工艺的基础，有效地使铜从矿石中转入溶液中，是该工艺的前提。 2．1．1 浸出方式
浸出有槽浸、搅拌浸出、堆浸和就地浸出等多种形式。槽浸适合处理高品位的氧化矿，浸出周期较短，浸出液含铜高时，可直接送电积。但是，目前应用不广。搅拌浸出要求矿石品位较高，或经过预先富集，对于硫化矿可采用细菌浸出或预先进行氧化焙烧。堆浸和就地溶浸等技术的发展更具多样性，故本文着重讨论。
(1)堆浸[5~7] 堆浸常用于低铜表外矿、铜废石的浸出。浸出场地多选在不透水的山坡处，将开采出的废矿石破碎到一定粒度筑堆；在矿堆表面喷洒浸出剂，浸出剂渗过矿堆时铜被浸出，浸出液返流到集液池以回收。堆浸的特点是浸出设备投资少，运行费用低。氧化矿的堆浸已进行了多年，技术较为成熟。堆浸厂已遍及各个地区，不受地理位置和气候条件限制。堆浸的主要方式：堆浸场按使用情况分为永久堆场和多次重复使用的堆场。按处理的物料，堆浸又可分为： 废石堆浸；尾矿堆浸；矿石堆浸
新发展的堆浸方式有：
①硫酸熟化薄层堆浸法 该法是堆浸的改型。它主要包括两个步骤：一是用浓硫酸熟化细碎的氧化铜矿或氧化———硫化混合矿；二是用稀硫酸溶液进行薄层堆浸。
②制粒浸出 针对含泥铜矿堆浸时，矿堆渗透性差的问题，发展了制粒堆浸技术。制粒堆浸是将含泥铜矿加入适当的粘结剂，在制粒设备中通过滚动作用形成团粒，粒矿筑堆后，经堆放固化，使其具有一定湿强度，再用浸矿剂喷淋浸矿的方法。该法通过制粒提高矿石和矿堆的渗透性，在制粒过程中预加浸出溶剂使之与矿石提前接触，并预先反应，加快了浸出速度；同时采用薄层堆浸可保证布液均匀，并有充足的氧气。 (2)就地浸出[
8、9]就地浸出又称为地下浸出或化学采矿，可用于处理矿山的残留矿石或未开采的氧化铜矿和贫铜矿。地下浸出是将溶浸剂通过钻孔注入天然埋藏条件下的矿体中，有选择性地浸出有用成分(铜)；并将含铜的溶液，通过抽液钻孔抽到地面后输送到萃取电积厂处理的方法。2．1．2 矿石的浸出 (1)氧化铜矿的浸出
氧化铜矿的矿物有100多种，其中主要有赤铜矿、黑铜矿、孔雀石、硅孔雀石及兰铜矿等，当用硫酸浸出时，均可浸出来。然而，在铜的矿物浸出的同时，一些碱性脉石也会被酸浸出。所以，当矿石中钙、镁含量高时，因其大量浸出使酸耗大大增加而失去经济性。对此类矿可采用氨浸。 (2)硫化铜矿的浸出
硫化铜矿又分原生硫化矿和次生硫化矿，它们都不能被硫酸浸出。次生硫化矿主要是辉铜矿、铜蓝等矿物，易被硫酸加氧、硫酸高铁溶液和细菌浸出。原生
硫化矿主要是黄铜矿，较难为上述溶液浸出。而单一的氧化铜矿较少，一般矿床上部为氧化矿，下部为硫化矿，中部为混合矿。故采用一般的酸浸处理混合矿，因硫化铜矿物浸不出来，而使浸出率不高。对硫化铜矿酸浸更无能为力。目前，如何提高硫化铜矿的浸出率是冶金工作者的一个研究热点。硫化铜矿的浸出主要有下列方法：细菌浸出法；加压氧化浸出法；焙烧———浸出———电积法
2．2 萃 取
萃取是L-SX-EW法成功的关键。经过30多年的不断进步，目前常用的萃取剂可从含铜~1 g/l的溶液经二级萃取，一级反萃使溶液含铜达到40~50 g/l，能满足电积的要求。典型的改性醛肟类有汉高公司的LIX6
22、LIX622N、LIX64N和AVE-CIA公司的M5640、PT5050。醛肟———酮肟类如汉高公司的LIX98
4、LIX984N、LIX973N。可以从氨性溶液萃取铜的LIX54—100[23]。国内如北京矿冶研究总院研究的萃取及中国科学院上海有机化学研究所和昆明冶金研究院研究铜的萃取剂—N901,性能与国外萃取剂基本相同,成本大大低于国外[10]。用于萃取的主要设备有三种：混合———澄清萃取器、萃取塔、离心萃取器。铜的萃取工厂绝大多数采用混合———沉清萃取器。目前,澳大利亚南部奥林匹克埃的WMC公司3 m直径的萃取塔已代替了混合———澄清萃取器[11]。
2、3 电 积
在L-SX-EW工艺中，由于电解液经过萃取，杂质较少纯度较高，所以可以生产高纯阴极铜。甚至生产99.999%的高纯铜。电积技术也在不断进步。 (1)采用永久不锈钢阴极法(ISA) 该法是澳大利亚铜业有限公司开发的技术，1978年在澳大利亚汤士威尔冶炼厂问世。该法有许多优点：阴极垂直，短路较少；产品质量好，可达高纯阴极铜标准；流程简化，省去了始极片制作系统，使电解槽内积压的铜量减少；能耗和成本较传统电解法低，故受到世界各国关注。采用ISA电解工艺(电解精炼加电积)产出的阴极铜已超过390万吨，约占世界阴极铜产量的35%[12]。 (2)有机物的控制
反萃的富铜溶液会夹带少量有机相，有机相进入电积过程会影响电铜质量，并使阴极铜粘板，而且这部分有机相在电积过程中降解而增加了有机相的消耗。所以要将富铜液中的有机相尽量除去。传统的沉淀法效率不高，砂滤法有效，但需反复洗涤设备。
(3)电解液中积铁的控制
每一个SX-EW工厂的铜电解液中铁含量都会逐渐积累，致使Fe2+和Fe3+在阳极和阴极间反复耗电，而降低电流效率。传统的方法是定期抽部分废电解液开路。而现在发展了离子交换法和膜技术法。
3 展望
湿法炼铜特别是L-SX-EW技术，由于具有流程短，仅
三、四道工序，取消了花钱最多的选矿和火法熔炼，可称为是一次技术革命：原材料消耗低，主要消耗为硫酸，萃取剂和稀释剂的消耗大体与选矿药剂消耗相当；扩大了铜原料选择的范围，含铜0.04%~0.07%就可利用，经济上合算的资源均可提取，扩大了资源范围，降低了能耗，节约了大量燃料、电力和耐火材料等；对环境的污染小，不产生污染环境的SO2，流程自成回路，基本没有废水，只有浸出废渣要做处理，环保治理费用低；成本较火法流程低，故湿法炼铜发展迅速。湿法炼铜的技术也不断发展，一是， L-SX-EW技术不断发展、完善。如，浸出液采用滴浸器代替喷淋；浸出液输送泵站，采用浮船泵站，既可节约建设投资，也有利于生产管理；等等。二是，新的湿法炼铜技术不断出现。
我国的湿法炼铜技术取得了许多进展，然而与国外相比还有不少差距，应加强研究，加快发展。我国的铜矿资源相对匮乏，而且贫矿多富矿少，发展湿法炼铜，可扩大资源范围。
(1)我国大量氧化铜矿资源的开发利用我国氧化铜矿储量约800万吨金属量,分布在云南、四川、西藏、新疆和黑龙江等省[1],可采用L-SX-EW技术提取铜。目前已有一些小的L-SX-EW工厂,但规模太小。应针对这些资源的特点,加强研究,形成我国特有的L-SX-EW技术。
(2)原有矿山的低品位铜矿资源的开发利用我国原有铜矿山露天开采剥离的铜矿废石,据估计已有3.3亿吨,若平均品位0.1%,则含铜33万吨。每年矿山还有相当数量的铜矿废石排放。应学习国外采用废石堆浸———萃取———电积技术,从铜矿废石中回收铜。此外,原有矿山采空区的残矿,如采用地下溶浸技术,加以利用也是相当可观的。
(3)西部丰富的铜矿资源的开发利用我国的西部矿产资源丰富,新疆、西藏、云南等地有一些尚未开发的铜矿资源,为了保护生态环境不受破坏,可考虑采用地下溶浸技术。
(4)培养我国特有的高温菌种
总结：相信随着技术的不断突破，火法冶金和湿法冶金将扬长避短，实现相互补充，打造铜冶金工业的新局面。 参考文献：
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