《电解铜工艺》word版.docx

电解铜-前言 铜的电解提纯：将粗铜（含铜99）预先制成厚板作为阳极，纯铜制成薄片作阴极，以硫酸(H2SO4)和硫酸铜(CuSO4)的混和液作为电解液。通电后,铜从阳极溶解成铜离子(Cu)向阴极移动，到达阴极后获得电子而在阴极析出纯铜（亦称电解铜）。粗铜中杂质如比铜活泼的铁和锌等会随铜一起溶解为离子（Zn和Fe）。由于这些离子与铜离子相比不易析出，所以电解时只要适当调节电位差即可避免这些离子在阳极上析出。比铜不活泼的杂质如金和银等沉积在电解槽的底部。 这样生产出来的铜板，称为“电解铜”，质量极高，可以用来制作电气产品。沉淀在电解槽底部的称为“阳极泥”，里面富含金银，是十分贵重的，取出再加工有极高的经济价值。工方法及工艺流程1.铜冶炼的原料炼铜的原料是铜矿石。铜矿石可分为三类： （1）硫化矿，如黄铜矿(CuFeS2)、斑铜矿(Cu5FeS4)和辉铜矿(Cu2S)等。 （2）氧化矿，如赤铜矿(Cu2O)、孔雀石CuCO3Cu(OH)2、蓝铜矿2CuCO3Cu(OH)2、硅孔雀石(CuSiO32H2O)等。 （3）自然铜。铜矿石中铜的含量在1左右（0.53）的便有开采价值，因为采用浮选法可以把矿石中一部分脉石等杂质除去，而得到含铜量较高（835）的精矿砂。除了铜精矿之外,废铜亦为精炼铜的主要原料之一，包括旧废铜和新废铜，旧废铜来自旧设备和旧机器，废弃的楼房和地下管道；新废铜来自加工厂弃掉的铜屑(铜材的产出比为50左右),一般废铜供应较稳定，废铜可以分为：裸杂铜:品位在90以上；黄杂铜（电线）:含铜物料（旧马达、电路板）；由废铜和其他类似材料生产出的铜，也称为再生铜。 湿法冶炼：湿法冶炼一船适于低品位的氧化铜，生产出的精铜称为电积铜。 现代湿法冶炼有硫酸化焙烧浸出电积，浸出萃取电积，细菌浸出等法，适于低品位复杂矿、氧化铜矿、含铜废矿石的堆浸、槽浸选用或就地浸出。湿法冶炼技术正在逐步推广，预计2009年可达总产量的25%，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。 2、铜冶炼的过程及方法铜的冶炼方法可分为两类：火法冶金和湿法冶金。世界上精铜产量的85以上是用火法冶金从硫化铜精矿和再生铜中回收的，湿法冶金生产的精铜只占15左右。 （1）铜矿石的冶炼过程： 从铜矿石冶炼铜的过程比较复杂。以黄铜矿为例，首先把精矿砂、熔剂（石灰石、砂等）和燃料（焦炭、木炭或无烟煤）混合，投入“密闭”鼓风炉中，在1000左右进行熔炼。于是矿石中一部分硫成为SO2（用于制硫酸），大部分的砷、锑等杂质成为AS2O3、Sb2O3等挥发性物质而被除去：2CuFeS2O2=Cu2S2FeSSO2。一部分铁的硫化物转变为氧化物：2FeS3O2=2FeO2SO2。Cu2S跟剩余的FeS等便熔融在一起而形成“冰铜”（主要由Cu2S和FeS互相溶解形成的，它的含铜率在2050之间，含硫率在2327之间），FeO跟SiO2形成熔渣：FeOSiO2=FeSiO3。熔渣浮在熔融冰铜的上面，容易分离，借以除去一部分杂质。然后把冰铜移入转炉中，加入熔剂（石英砂）后鼓入空气进行吹炼（11001300）。由于铁比铜对氧有较大的亲和力，而铜比铁对硫有较大的亲和力，因此冰铜中的FeS先转变为FeO，跟熔剂结合成渣，而后Cu2S才转变为Cu2O，Cu2O跟Cu2S反应生成粗铜（含铜量约为98.5）。2Cu2S3O2=2Cu2O2SO2，2Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2，再把粗铜移入反射炉，加入熔剂（石英砂），通入空气，使粗铜中的杂质氧化，跟熔剂形成炉渣而除去。在杂质除到一定程度后，再喷入重油，由重油燃烧产生的一氧化碳等还原性气体使氧化亚铜在高温下还原为铜。得到的精铜约含铜99.7。（2）冶炼的方法铜冶金技术的发展经历了漫长的过程，但至今铜的冶炼仍以火法治炼为主，其产量约占世界铜总产量的85%，现代湿法冶炼的技术正在逐步推广，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。 火法冶炼: 通过熔融冶炼和电解铜精矿火炼生产出阴极铜，也即电解铜，一般适于高品位的硫化铜矿。火法冶炼一般是先将含铜百分之几或千分之几的原矿石，通过选矿提高到2030，作为铜精矿，在密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉进行造锍熔炼，产出的熔锍(冰铜)接着送入转炉进行吹炼成粗铜，再在另一种反射炉内经过氧化精炼脱杂，或铸成阳极板进行电解，获得品位高达99.9的电解铜。该流程简短、适应性强，铜的回收率可达95，但因矿石中的硫再造硫和吹炼两阶段作为二氧化硫废气排出，不易回收，易造成污染。近年来出现如白银法、诺兰达法等熔池熔炼以及日本的三菱法等、火法冶炼逐渐向连续化、自动化发展。 （1） 火法冶金 火法炼铜的方法很多，主要有：鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、闪速熔炼、电炉熔炼等。从以上炼铜的工艺流程图看出：硫化铜精矿（含铜量为1330）可以采用几种不同的冶金方法进行熔炼，得到冰铜，再经过转炉吹炼得到含铜大于975的粗铜，因粗铜的质量仍满足不了工业用铜的要求，必须精炼后得到的精铜要求含铜9995以上。在硫化铜精矿冶炼的过程中同时还可以回收硫、金、银、锑、铋、镍、硒等有价元素。 在中国，从铜精矿中提取金属铜，主要采用火法冶金的方法，目前，比较先进的是闪速熔炼，其产量占全国产铜量的30以上。由于能耗低，规模大，能有效控制环境污染等优点。这一冶炼技术正在炼铜工业上得到日益发展。闪速熔炼根据不同炉型的工作原理可分为两种类型：Outokumpu闪速熔炼、InCo闪速熔炼。以下介绍Outokumpu熔炼的工艺流程。 炼铜工艺流程图湿法冶金在许多情况下与火法相配合的。其过程的主要化学反应是在水溶液中进行的。铜（锌）矿物预先通过氧化或硫酸焙烧，转变可溶状态，然后再进行浸出、净化电积、以提取电解铜。通常有RLE法、常压氨浸出法（阿比特法）、高压氨浸出法、细菌浸出法等。从焙烧浸出净化电积，简称RLE法。其生产流程，湿法冶金主要适用从低品位氧化矿、废矿堆及浮选尾矿中提取金属铜。 Outokumpu熔炼的工艺流程（2）湿法冶金 湿法炼铜，古书记载“曾青得铁则化为铜”，“曾青”即硫酸铜溶液，向其中加入铁，由于铁的金属活泼性强于铜，所以可将铜元素置换，得到单质铜，这就是湿法炼铜。特指用铁与硫酸铜反应制铜Fe+CuSO4=Cu+FeSO4。 没有水的环境反应生成铜单质，叫干法，反之叫湿法。如干法：氢气还原氧化铜。湿法，铁还原硫酸铜等。湿法铜主要是针对低品位氧化铜矿。铜矿分氧化矿和硫化矿二种，硫化矿可通过浮选的方法进行富集产出高品位（20%以上）精矿进行火法熔炼、电解得到电解铜。氧化矿的选矿富集非常困难，目前火法只能对付富的氧化铜矿。低品位氧化铜矿只能通过湿法冶金的方法，标准流程是：浸出萃取电积，得到阴极铜。这方面的技术发展很快，例如高效能的萃取剂、细菌浸出、沸腾床硫酸化焙烧等等，使湿法炼铜技术日趋成熟和高效化。与火法流程相比，湿法流程基本上是在常温中进行，建设费用明显降低。湿法炼铜的生产成本主要取决于矿石品位和副产品，具体情况需要具体分析论证，对于性价比无法统一定论。火法冶炼和湿法冶炼两种工艺的特点 比较火法和湿法两种铜的生产工艺。 火法冶炼和湿法冶炼的特点见下表：区别要求火法冶炼湿法冶炼选 矿铜精矿，多种矿石低品质矿，矿石类型较少设备复杂简单工艺流程复杂，能耗高简单，能耗低成 本高低环境污染大量排放二氧化硫，污染重污染低冶炼质量高品质铜，无杂质杂质高升水铜、平水铜按照上海期货交易所交割制度的规定，注册铜分为标准品和替代品两种不同的交割等级。前者为标准阴极铜，后者包括高纯阴极铜和LME注册阴极铜。其中达到高纯阴极铜标准并经交易所认定的注册铜实行升水交割，升水幅度为110元，俗称“升水铜”；其他国产品牌和进口LME注册铜则按标准级交割，不享受升水，习惯称作“平水铜”。升水铜品牌目前，在所有注册品牌中，仅有下列五个品牌享有升水：江西铜业的“贵冶”牌、铜陵有色的“铜冠”牌、云南铜业的“铁峰”牌、金隆铜业的“金豚”牌，以及张家港联合铜业的“铜鼎”牌，其中前四个品牌已在LME注册。升水铜尽管牌号不多，但都属于国内大型铜厂所有，且占国内总产量的一半以上。何为升水铜平水铜及其利弊升水交割制度是在特定时期，由交易所人为制定的政策性产物配对时对接货的会员单位规定升水和平水铜仓单的分配比例按照上海期货交易所交割制度的规定，注册铜分为标准品和替代品两种不同的交割等级。前者为标准阴极铜，后者包括高纯阴极铜和LME注册阴极铜。其中达到高纯阴极铜标准并经交易所认定的注册铜实行升水交割，升水幅度为110元，俗称“升水铜”；其他国产品牌和进口LME注册铜则按标准级交割，不享受升水，习惯称作“平水铜”。目前，在所有注册品牌中，仅有下列五个品牌享有升水：江西铜业的“贵冶”牌、铜陵有色的“铜冠”牌、云南铜业的“铁峰”牌、金隆铜业的“金豚”牌，以及张家港联合铜业的“铜鼎”牌，其中前四个品牌已在LME注册。升水铜尽管牌号不多，但都属于国内大型铜厂所有，且占国内总产量的一半以上。注册铜实行升水交割制度沿袭于以前的上海金属交易所。当初制定该制度主要基于以下考虑：一是区分和平衡国产铜不同品牌之间的品质差异。国内铜厂因所采用的工艺设备和技术不同，所产铜的品级和质量也存在差异。一些国营大厂的产品能达到较高品级，即符合国标GB/T4671997高级阴极铜规定，纯度可达99.9935；而一些中小厂家的产品仅能达到国标GB/T4671997标准阴极铜规定，铜加银含量不小于99.95。二是出于保护和扶植国内主要铜厂的需要。铜属于战略物质，当时国内铜产量十分有限，严重依赖进口。而国内铜企业普遍规模不大，缺乏竞争优势，实行交割升水制度，可在一定程度上起到保护国内铜厂发展的作用；三是在上海金交所成立之初，为了吸引国内大型铜厂积极参与铜期货交易和保值交割，交易所在制定交割制度时，不可避免地对这些厂家的铜交割实行一定的政策倾斜。但这种交割制度一直沿革下来，所暴露的弊端越来越明显，并日益引起市场参与各方对其合理性提出质疑。首先，升水交割制度是在特定时期，由交易所人为制定的政策性产物。因时过境迁和缺乏市场定价机制，而逐步与国内和国际市场脱节，丧失其存在的合理性，并引起市场利益各方的异议。第一，消费者认为升水铜尽管质量较好，但使用成本过高。许多用户只需使用一般品级的平水铜，若在交割时被迫接下升水铜，就得额外承担110元升水成本。即便那些因产品质量和生产工艺要求必须使用高品级铜的用户，也尽量选择具备同样品质的进口铜代替，以省掉升水费用。因此，升水交割制度未考虑消费方面不同用户群对不同等级铜的需求差异。第二，进口商认为，进口铜的品质并不逊色于升水铜，有些如智利CCC牌号甚至优于一些升水铜，却不能享有任何升水，显然有失公平。第三，一些平水铜厂家也不服气，自己的铜比那些升水铜也差不到哪儿去，凭什么就要少卖110元？他们认为升水交割制度不太合理。例如金川和大冶的铜在改进质量后，也基本能达到升水铜的品级标准，在现货市场上很紧俏，但交割就不合算。事实上，现货市场平水与升水铜之间的差价很少真能达到110元，一般也就在几十元之间。其次，由于升水交割制度固有的缺陷，导致升水铜大量沉积在交易所仓库。造成此种现象的原因具体表现在：第一，由于升水铜在现货市场流通相对不畅，其厂家更乐于选择注册成仓单进行实物交割，这不仅解决了销售问题，还可取得高于在现货市场销售的额外升水收益。因此，个别厂家甚至将自己的升水铜拿去交割，然后再到现货市场收购其他平水铜履行现货交货义务；而进口铜和一些质量较好的平水铜因在现货市场畅销，不仅能卖出好价，还可省掉不必要的交割费用，大都不愿选择交割。此长彼消的结果是，进行实物交割的升水和平水铜比例日益失调。第二， 以前因沪铜合约间基差较大，吸引不少交易商接下现货抛到远期，进行跨期套利交易。由于套利商并不在意所接仓单是否升水，有的甚至特意到现货市场以相对较低价格收购升水铜仓单，或进行仓单串换，专门用于套利交割，以牟取额外差价。但下半年随着基差的大幅收缩，套利机会消失，结果前期大量交割的升水铜不断沉积在交易所仓库，并成为导致库存膨胀和高企的因素之一。第三，在缺乏套利商接货的情况下，交割接货的就变成了实际用户。由于许多用户只要平水铜，结果使交易所库存铜的结构日趋畸形，即平水铜越来越少，而升水铜比例越来越大，且这种失衡现象随着库存的下降而更显突出。有人形象地指出，目前的升水交割制度使交易所及其指定仓库变成了一些升水铜的“蓄水池”，而升水铜仓单则几乎变成套利交易和抵押融资的专门工具。最后，由于交易所仓库升水铜与平水铜比例严重失调，致使许多用户不愿接升水铜，而对数量十分有限的平水铜仓单则趋之若鹜，交易所被迫在交割配对时对接货的会员单位规定升水和平水铜仓单的分配比例。据了解，近几个月交易所掌握的分配比例为，平水铜仓单大约只有1020，而升水铜则高达8090，许多实际用户对这种接货交割限制怨声不断。同时，在每个月交割前，一些用户都四处寻找平水铜仓单持有者来进行期转现，以避免到其正常交割时接到升水铜，尤其是那些根本不需要使用高品级升水铜的用户。对于现存升水交割制度所带来的种种弊端及其不合理性，业内人士一直呼吁及早加以解决。但对于如何解决则众说纷纭，大致存在以下几种选择方案：其一，逐步取消升水交割制度。但问题是，一旦取消升水，则这些升水铜所属厂家不仅以后无法再享受升水优惠，还得被迫承担处理现存仓单所出现的损失，其难度是可想而知的，这就存在利益平衡问题。因取消升水而产生的技术性问题其实并不难解决。可先制定一个取消的时间表或宽限期（如一年），让升水铜厂家可以逐步调整其保值和交割计划，同时也让市场有足够的时间来消化现存的升水铜仓单；对于最后仍剩余的仓单，可仿照原“上冶”牌（即目前的“鑫冶”牌）取消升水时的做法解决；而在规定的宽限期内，新生成的原属升水铜品牌的仓单不再享受升水待遇。取消升水将对消除目前升水铜大量沉淀在交易所仓库的反常现象产生立竿见影的效果，曾长期滞留在交易所仓库的“上冶”牌升水被取消后，很快就流出仓库并进入流通即为例证。不过，也有人担心，如果取消升水交割，那些品质较差的平水铜可就销售困难了，市面上流转的仓单或仓库里堆放的现货铜就可能大都被这些原来的平水铜所取代，产生新的不正常现象。其二，调整升水幅度，缩小升水和平水铜之间的价格差异，以平衡供需双方之间的利益冲突。但升水幅度究竟多少合