铜冶炼技术及设备

一、炼铜原料与炼铜工艺炼铜原料硫化矿：铜或铜铁硫化物，由原生硫化矿如黄铜矿（CuFeS2)、斑铜矿（Cu5FeS4)等和次生硫化矿如辉铜矿（Cu2S）、铜蓝等氧化矿：碳酸盐、氧化物、硅酸盐、硫酸盐废铜、铜合金、含铜废料等二次物料炼铜工艺技术火法工艺（选矿-熔炼-精炼工艺）：传统炼铜工艺，适合处理硫化矿，占矿铜产量的75%~80%湿法工艺（浸出-萃取-电积）：上世纪70年代中期后兴起，适合处理氧化矿和次生硫化矿，还用于处理浮选尾矿、废矿、旧矿和断裂的矿体；硫化矿采用细菌浸出。占矿铜产量的25%再生铜：1/3熔炼-精炼，2/3直接生产铜产品。不同的原料采用不同的熔炼工艺炼铜工艺的比较火法工艺：受到环境和成本的压力，传统工艺逐步为现代强化熔炼工艺所取代，生产规模不断扩大，成本优势明显，硫的捕集率超过99%，改变了高能耗、高污染的形象湿法工艺：火法难以利用的铜原料，包括低品位废石的利用；尾矿处理；难选硫化矿；难熔矿；废弃的矿山；开采成本很高的深矿井；高杂质（As、Sb、Bi）原料，多金属（Ni、Co、Zn)原料。小规模生产的投资低，生产成本低成本低，不生产硫酸，无SO2污染。操作简单，在矿山附近就近生产。贵金属回收困难，回收率不确定。处理黄铜矿精矿的湿法工艺还没有工业应用，存在技术障碍。再生铜：单位能耗为矿产铜的20%，每利用1吨废杂铜，可少开采矿石130吨，少产生2吨SO2和100多吨工业废渣，节约用水535立方米二、火法炼铜工艺的进展硫化铜精矿火法冶炼的特点精矿中的S和Fe与氧反应，大量放热，过程可以自热进行，无需燃料。精矿的S氧化产生的SO2生产硫酸副产品；SO2必须有效捕集，否则将造成环境污染铜精矿80%小于200目（-74μ），通过工业氧可以实现强化熔炼，产能大。铜精矿中的金、银、铂、钯等稀贵金属在铜冶炼中随铜富集，回收率可以达到98%传统炼铜工艺精矿预处理：焙烧烧结混捏制团熔炼：反射炉鼓风炉、电炉冰铜吹炼：PS转炉阳极精炼、浇铸电解精炼：常规始极片工艺烟气制酸传统熔炼工艺的问题●传统熔炼工艺：反射炉、电炉、鼓风炉，以反射炉为主；●熔炼强度低：送风氧浓低，冰铜品位低，生产效率低，能耗高，成本高●生产能力低：单炉年产铜几千吨到几万吨●

环境污染严重：SO2回收率低●自动化程度低，劳动强度大●60年代后期世界各地纷纷研究强化熔炼工艺阳极浇铸现代强化熔炼工艺铜精矿熔炼：Outokumpu闪速炉Inco闪速炉，三菱炉诺兰达炉，Isa/Ausmelt炉Teniente转炉，瓦钮可夫炉Contop炉，白银炉，水口山炉冰铜吹炼：PS转炉Ausmelt炉电解精炼：常规始极片工艺PC工艺烟气制酸现代强化熔炼工艺的特点产能大：单套系统最大铜产能超过40万吨/年送风氧浓高：闪速熔炼氧浓达90%，ISA、三菱、诺兰达熔炼氧浓达到65%，55%和45%自热或半自热熔炼：有效利用硫化矿物燃烧所产生的热量；冰铜品位高：均超过60%，可以高达75%现代强化熔炼工艺的特点高熔炼强度：闪速熔炼单炉铜精矿处理量首先突破100万吨/年以上；Isa炉单炉铜精矿处理量达到130万吨/年；三菱炉精矿处理量将超过100万吨/年（温山）。硫捕集率高，环保好：一般均超过95%。闪速熔炼和三菱熔炼超过了99%，吨铜S的排放量不到2kg，是最清洁的铜冶炼工艺工艺控制自动化程度高：闪速炉实现了计算机在线控制。主要强化熔炼工艺的应用情况工艺工业生产时间发明国现状因科闪速熔炼1952加拿大2家应用奥托昆普闪速熔炼1949芬兰37台，矿铜产量的一半氧气喷洒熔炼1979美国停产Contop熔炼1980EU停产诺兰达连续熔炼1973加拿大2家应用三菱连续熔炼1970日本5家应用沃克拉连续熔炼1968澳大利亚停产QS工艺1972美国用于炼铅艾萨/奥斯麦特熔炼1992澳大利亚应用在迅速增长特尼恩特炉1977智利在智利、墨西哥、赞比亚等应用瓦钮可夫炉1977俄罗斯在俄罗斯应用白银炉1981中国在中国应用氧气底吹1992中国在中国、印度应用主要强化熔炼工艺的比较项目闪速熔炼艾萨熔炼三菱熔炼诺兰达熔炼特尼恩特转炉奥斯麦特熔炼应用时间1949年19831974年19731977年1992首次炼铜194919871974197319771999矿铜冶炼37台9台5310台5家投产单炉最高产能140万吨铜精矿130万吨铜精矿26.2万吨/年矿铜＜20万吨/年矿铜＜15万吨/年·炉矿铜16万吨/年矿铜原料适应性较差适应性强强适应性强适应性强适应性强原料预处理粒度＜1mm，深度干燥，H2O＜0.3%制粒或增湿，H2O9%~11%干燥，H2O＜1%粒度＜100mm，不需要干燥。粒度＜100mm，不需要干燥。制粒或增湿，H2O10%~12%送风氧浓~90%~65%~55%~45%32%～36%40%~50%冰铜品位任意60%~75%~62%68%~75%~75%~62%烟气SO2%50%20%～27%20%~30%15%~25%12%~25%11%～15%S捕集率~99.9%~95%99%~90%60%～90%~95炉寿命8年以上32年1年150天1年业内认可的先进熔炼工艺闪速熔炼和熔池熔炼：

※Outokumpu闪速熔炼

※浸没喷枪式熔炼（ISA/Ausmelt）

※三菱熔炼我国的主要炼铜工艺目前我国主要采用的炼铜工艺有芬兰奥托昆普公司发明的闪速熔炼法，如江铜的贵溪冶炼厂、铜陵的金隆冶炼厂、山东的祥光冶炼厂（双闪）、甘肃的金川冶炼厂。闪速熔炼技术的进展闪速炼铜工艺●第一座炼铜闪速炉于1949年在芬兰哈里亚瓦尔塔冶炼厂投入工业生产；目前还用于镍精矿的熔炼；1978年开始进行铜精矿的一步炼铜；1995年开始进行冰铜的吹炼。●至今已有40台炼铜闪速炉建成投产，目前在运行的有37台（其中有3台一步炼铜闪速炉，2台冰铜吹炼闪速炉），6台炼镍闪速炉在生产。●炉体冷却结构的改进、冷却强度的提高，闪速炉的单炉产能提高，最大达到原设计的3.65倍；闪速炉的炉寿命延长，最长达到15年，一般10年左右闪速熔炼的技术进展生产能力连续提高：贵溪、金隆、玉野、东予、佐贺关等单个精矿喷嘴取代原有的4个喷嘴，喷嘴结构连续改进炉体结构连续改进和冷却的强化关键设备的技术逐步成熟：大型蒸汽干燥机，干矿浓相输送，失重计量加料系统（LIW和Air-slide），废热锅炉工艺控制数学模型的开发和应用；计算机仿真技术的应用富氧代替预热鼓风，送风氧浓提高，烟气SO2浓度提高冰铜品位提高贫化电炉能耗降低，冰铜品位提高，渣含铜控制闪速炉扩产实例冶炼厂投产年份R/S尺寸R/S体积/m3最初生产能力/万吨/年目前生产能力/万吨/年玉野19726*6.5183.78.4-矿铜26-矿铜温山19794.9*6113.18-矿铜20-矿铜Huelva19756.5*6.8225.510-矿铜30-矿铜贵溪19856.8*72549-矿铜30-矿铜NA19726*822640-精矿110-精矿东予19716*6.6186.5850tpd-精矿＞4000tpd精矿Kennecott19957*7.75298.1100-精矿110-精矿佐贺关1970/19736.2*5.917890-精矿120-精矿金隆19975.53*6.64159.410-矿铜35矿铜再就是从澳大利亚艾萨公司引进的顶吹艾萨法，如云南铜业；还有从澳大利亚奥斯麦特公司引进的顶吹奥斯麦特法，如华联铜业的中条山冶炼厂、铜陵公司的金昌冶炼厂、内蒙赤峰的金剑冶炼厂等。如图4示：1—上升烟道2—喷枪3—炉体4—熔池5—备用烧嘴6—加料口7—喷嘴枪8—熔体放出口9—挡板图4浸没喷枪顶吹技术（TSL）的进展-----艾萨/奥斯麦特熔炼Ausmelt工艺炼铜业绩投产时间所属公司工厂位置炉料类型加料量产品1999中条山中国，侯马市铜精矿200,000t/a铜冰铜1999中条山中国，侯马市铜冰铜60,000t/a粗铜2002,2004Amplats南非，吕斯滕堡水淬镍/铜/铂族金属冰铜213,000t/a镍/铜吹炼冰铜2003安徽铜都中国，铜陵铜精矿330,000t/a铜冰铜2004韩国锌业温山，韩国铜渣7万吨/年铜冰铜2003Birla铜业铜精矿熔炼+冰铜吹炼32~35万吨/年粗铜2005韩国锌业温山铅厂含铜残渣等7万吨/年冰铜2005Startproject俄罗斯，Chelyabinsk铜精矿50万吨/年冰铜2008赤峰金剑铜业铜精矿48万吨/年冰铜2008葫芦岛有色金属集团铜精矿50万吨/年冰铜2007同和矿业日本铜/多金属二次冶炼15万吨/年粗铜2006俄罗斯铜业公司铜精矿2008吉林镍业Ni/Cu精矿27.5万吨/年镍冰铜ISA工艺炼铜业绩投产时间所属公司工厂位置工厂类型工厂能力1987芒特艾萨矿业有限公司澳大利亚芒特艾萨铜冶炼厂15~20吨/小时的铜精矿1992塞浦路斯迈阿密矿业美国亚利桑那铜冶炼厂70万吨/年铜精矿1992芒特艾萨矿业有限公司澳大利亚芒特艾萨铜冶炼厂100万吨/年铜精矿1996Sterlite工业有限公司印度Tuticorin铜冶炼厂年产6~10万吨铜1997联合矿业比利时霍博肯铜/铅冶炼厂年装料量30万吨2002云南铜业中国昆明铜冶炼厂80万吨/年铜精矿2002HuttenwerkeKayserAG德国Lunen再生铜冶炼厂年处理15万吨二次物料2005Sterlite工业有限公司印度Tuticorin铜冶炼厂130万吨铜精矿2006Mopani铜矿赞比亚，Mufulira铜冶炼厂85万吨铜精矿2007南秘鲁铜业秘鲁，Ilo铜冶炼厂120万吨铜精矿2009（预计）KazzincJSC哈萨克斯坦铜冶炼厂25万吨铜精矿2009（预计）秘鲁DoeRun秘鲁LaOroya铜冶炼厂28万吨铜精矿ISA/Ausmelt熔炼的特点原料的适应性很强：铜、铅、镍、锡精矿，铜、铅废杂料等再生冶炼，精矿成分和性质要求不如闪速炉严格备料简单：可以处理湿料、块料、垃圾等，不需要特别的备料，湿料、块料可以直接入炉。多种操作方式：通过控制炉内不同的气氛和温度，可以自由地进行氧化，还原，烟化（挥发分离特定的元素）。单台炉子可以进行熔炼，也可以以进行吹炼，直接生产粗金属熔炼强度高，设备单位产能（床能力）高，最新的Isa炉设计精矿处理量达到了130万吨烟尘率低环境指标、自动化水平、作业率、炉寿命等不如闪速熔炼从加拿大诺兰达公司引进的诺兰达炼铜工艺，如大冶的铜冶炼厂等。如图5示：图5总之，我国大部分企业都是引进的国外技术。1980年我国研发的白银炼铜法至今也未能得到推广。部分冶炼厂仍采用能耗高、有污染的落后炼铜工艺——密闭鼓风炉法（约30万吨）。此外我国还有少数企业使用前苏联的瓦纽科夫法（如内蒙赤峰冶炼厂）。如图6示：1—炉顶；2—加料装置；3—隔墙；4—上升烟道；5—水套；6—风口；7—带溢流口的渣虹吸8—渣虹吸临界放出口；9—熔体快速放出口；10—水冷区底部端墙；11—炉缸；12—带溢流口的铜锍虹吸13—铜虹吸临界放出口；14—余热锅炉；15—二次燃烧室；16—二次燃烧风口图6氧气底吹炼铜工艺的研发与实质研发背景面对这些国外炼铜工艺在我国的广泛快速发展，我国有色冶金界只是忙于引进、消化、吸收，却不能积极的进行研发，科技创新工作迟缓落后，缺乏我国自己成熟的炼铜工艺。早在1989—1993年，湖南水口山矿务局与北京有色设计研究总院，小规模的（年3000吨粗铜）进行了氧气底吹炼铜试验，可是成果鉴定之后，即束之高阁，无人问津。如何进一步进行工业规模试验、去检验它、完善它、并使其产业化，各企业都不愿第一个吃螃蟹。然而，2005年山东东营市的一位民营企业家—东营方圆有色金属有色公司的崔志祥董事长毅然担起了这一重任，欲要创造我们国家自己的炼铜技术。4.2工艺实质4.2.1气泡小而多、比表面积大氧气底吹炼铜工艺过程的实质是将含氧75%左右的富氧空气，由多支氧枪分散成许多细小的气流，从炉子的底部送入深度为1.5m左右的熔体中，如图7示:图7这样一来它的液相与气相就有较大的接触面积和较长的接触时间（顶吹的Isa与Ausmelt是用一支氧枪插入熔体深度200—300mm）。因此底吹工艺具有较高的熔炼强度，熔炼过程中不需配任何燃料，即可实现无碳自热熔炼，除碳酸盐分解外，做到不排CO2，能源消耗也很低，与国外引进的双闪、顶吹的艾萨、奥斯麦特、侧吹的诺兰达、瓦纽科夫等炼铜方法相比，氧气底吹工艺能源消耗也是最低的（方圆公司今年4月份平均能耗160kgce/t粗铜，仅为国标先进值340kgce/t粗铜的47%）。因此，可称为低碳经济。4.2.2气相高度分散到液相中闪速熔炼是将固体原料高度分散到高温的富氧空气中，在气—固相之间的巨大界面上迅速发生并完成化学反应。底吹熔池熔炼则是将富氧空气通过多支氧枪高度分散到熔融的锍相中，在气—液相之间有很大的界面面积，化学反应进行得很迅速，与闪速具有异曲同工的作用。4.2.3吹流动性好的冰铜顶吹、侧吹都是吹渣层或者是混有冰铜的渣层，而底吹则是完全吹冰铜层。由于冰铜的流动性比渣子要好很多，所以，底吹炉内熔体的流体力学状态优越得多。表述其特征的雷诺准数、修正的弗劳德准数也差别很大（底吹炉熔体断面流线见图8和图9，流体特征准数见表1）。

底吹炉纵断面的流线图图8底吹炉7°和22°氧枪处的横断面流线图图9底吹炉的熔炼特性铜的冶炼过程从化学的观点着实际上是氧化脱硫、脱铁的过程。各种各样的工艺都是要经过这个过程。在现代有色冶金的熔池熔炼工艺中，有顶吹、侧吹、底吹、冶金炉的形式有卧式、立式、可转动的或者固定的，种类很多。但从冶金反应工程学的观点分析，这些方法可以分为鼓泡式熔池熔炼和射流式熔池熔炼。从风口送入的富氧空气出口线速度较低，修正的弗劳德准数较小，这时气流实际上是以脉冲式喷入熔体中，属于气泡产生体系为鼓泡式熔池熔炼。当喷嘴出口气体线速度较高，达到或超过音速，修正弗劳德准数较高时，气体以连续稳定的流股状态喷入，称为射流，这样的熔池熔炼为射流式熔池熔炼，对于喷流性质的区分，有人提出当氧枪出口气体在工况条件下的气流线速度达到音速，马赫数为l或无限接近1者为射流式(马赫数就是指某速度相对音速的倍数。一个马赫数就是一倍音速。；未达到音速，马赫数小于l者为鼓泡式。麦克纳兰提出鼓泡式射流的判据是气流线速度是小于或大于400m/s，相当于马赫数约为1．25。还有以雷诺准数的大小判定，当Re>2100时气体便形成射流，还有修正的弗劳德准数及气相与液相密度比来判断雷诺准数修正的弗劳德准数加拿大诺兰达侧吹56016.2方圆底吹熔炼11750215顶吹奥斯麦特9.55—10.53P—S转炉17.4表1从以上图表可明显看出，底吹熔炼吹冰铜的优越性是非常明显的，它还带来了良好的传热和传质条件。在强制对流循环条件下，表示热传递特征的努歇尔（Nusselt）准数：据资料显示侧吹的诺兰达炉为38.7，而底吹炉为168，是侧吹的4倍，可见传热条件非常好。底吹的传质条件好，侧吹的诺兰达炉传质速度为1.59Nm3O2/m3.S，而底吹炉为3.77Nm3O2/m3.S，是侧吹的2.4倍。五、低碳经济与氧气底吹无碳自热熔炼随着全球气候变暖的影响，国家要求调整产业结构，改变经济增长方式，发展低碳经济，减少二氧化碳排放，是当前的重要任务之一。我国政府已向世界承诺到2020年我国年均国民生产总值（GDP）,CO2排放量要比2005年下降40—45%，这是一项艰巨的任务。我们有色行业应采取措施，为完成这一任务做出积极的贡献。以中国有色工业协会为组织单位，东营方圆有色金属有限公司为项目承担单位，中国恩菲工程技术有限公司为技术依托单位共同承担的国家科技支撑计划项目富氧底吹炼铜新工艺，自2008年投入工业试验以来，越来越显示出巨大的优越性，其中无碳自热熔炼就是显著特点之一。众所周知，在当今的各种炼铜工艺中，无论是闪速熔炼，或是各种熔池熔炼，在造锍熔炼的过程中，都需要配入适量的固体、液体或气体燃料以满足熔炼过程热平衡的需要，使生产顺利进行。目前，虽然各种工艺在不同企业的配煤率也在逐渐降低，在熔池熔炼中也有把配煤作为减少Fe3O4的措施，作为防止产生泡沫渣的主要手段。此外产生的高温烟气余热还要回收利用，就没有把降低燃料率做为主要问题进行考虑。方圆公司的氧气底吹熔炼炉，原设计也需要配煤，配煤率为2.46%，但我们通过试验发现，底吹熔炼允许应用较高的富氧浓度，不配燃料可以维护炉子的热平衡，达到冶金反应所需要的温度。最后完全可以做到不配煤，实现了无碳自热熔炼。2008年6月1日开始实施的国家标准规定，从铜精矿到电解铜的综合能耗为550Kg标煤/t电解铜。全国平均能耗366Kg标煤/t电解铜，而方圆底吹工艺的实际能源消耗仅为255Kg标煤/t电解铜，为国标能耗限额的46%。从各种铜的造锍熔炼方法能量的消耗比较，每生产1吨电解铜消耗7.473GJ的能量，国外通常大于10GJ，可见该工艺在国际上其能耗指标是领先的。氧气底吹无碳自热熔炼，高效利用了能源，氧气从底部送入，在上升过程中与炉料中的FeS和Cu2S发生放热反应，其热量是从内部加热熔体的，加之氧枪喷出的高速射流均匀搅拌，具有良好的对流传热过程，热效率高，反应剧烈；高富氧浓度与低漏风率，使离炉烟气量少；炉壁不用铜水套冷却保护，散热损失少，能源得到充分的利用；再就是能做到低温熔炼；因此综合能源世界最低。不同炼铜工艺的能耗见图10、图11和图12：全国每吨电解铜平均能耗，国标能耗和方圆有色公司能耗对比图

600标煤/t电解铜400标煤/t电解铜200标煤/t电解铜255标煤/t电解铜366标煤/t电解铜500标煤/t电解铜图10

各种铜的造锍熔炼方法能量消耗比较14.2GJ/吨铜11.6GJ/吨铜14.3GJ/吨铜16.2GJ/吨铜7.473GJ/吨铜图11单位：kgce/t·阴极铜不同炼铜工艺从精矿到阴极铜的能耗比较图12氧气底吹炼铜工艺的主要特点6.1、首先该工艺是我国自己研发的具有完全自主知识产权的炼铜技术。单位Isa瓦纽科夫三菱法奥斯麦特底吹炉富氧浓度%42-5255-8042-4840-4575床能力t/m3d13.48.3-11.712.15.6-6.017.56.2富氧浓度高、熔炼强度高各种熔炼方法富氧浓度与床能力见表2表26.3劳动、环保条件好烟气不外逸、粉尘少、噪音低。无碳自热熔炼，大大减少烟气排放。6.4氧枪寿命长氧枪出口处会形成“蘑菇头”（见图13），可以很好的起到保护氧枪的作用，氧枪寿命高达650天。6.5不易产生泡沫渣，生产安全可靠底吹熔炼吹的是冰铜层，而因为总有FeS的存在，也就不会产生过量的Fe3O4，因此不易产生泡沫渣。6.6投资省

闪速炉2.0亿/万t

顶吹1.5亿/万t

底吹0.7亿/万t6.7生产规模可大可小全球艾萨铜冶炼厂的处理量年处理物料量增长很快，是成长很快的新技术三菱连续炼铜工艺的进展三菱连续炼铜工艺由熔炼炉（S炉）、炉渣贫化电炉（SH炉）、吹炼炉（C炉）组成。S炉—SH炉—C炉及其后的阳极炉均通过溜槽连接，连续熔炼和吹炼。1974年在日本直岛冶炼厂首次投产。1981年KiddCreek三菱炉投产，设计能力5.9万吨/年。1998年印尼的Gresik精炼厂（三菱公司控股）和韩国温山冶炼厂（日矿控股）三菱熔炼工艺投产，设计能力均为20万吨/年阴极铜。温山冶炼厂三菱炉生产能力2005年达到26.2万吨矿铜，计划扩产到30万吨/年矿铜，精矿处理量超过100万吨2000年澳大利亚的PortKembla铜业公司（古河矿业控股）引进一台C炉与Noranda炉配合的工艺投产，但因故障不断而停产。印度的Birla冶炼厂2005年投产了一套三菱连续炼铜系统

PS转炉吹炼的进展PS转炉吹炼的进展●P-S吹炼是强度最高的火法冶金工艺之一，一个世纪以来一直是矿产粗铜生产的标准工艺路线，目前仍然是主要的铜吹炼技术。●过去几十年，PS转炉越来越大，大部分冶炼厂都采用了机械化捅风眼机，富氧吹炼广泛采用，使用了更好的耐火材料，炉寿命提高。采用了吹炼计算机模型，工艺控制技术更有效，操作技术改善。●现代强化熔池熔炼工艺产出高品位的冰铜，使转炉吹炼的生产率大大提高。●环境的改善：排放口通风，熔体运输通道通风，增设二次、三次烟罩，改善吹炼操作逸散烟气大大减少●富氧吹炼，吹炼周期错开，使进酸厂的烟气浓度提高，烟气稳定。东予厂吨粗铜排放量达1kgSO2。●PS转炉目前还不是冶炼厂满足环境标准的障碍，北德精炼、Boliden采用PS转炉工艺仍然能够满足环境要求。●在可预见的将来，PS转炉工艺在铜冶炼厂仍然有一定的位置PS转炉吹炼的优势工艺成熟可靠，设备和操作简单，投资低自热吹炼，能够利用剩余热量处理工厂中的含铜中间物料（粗铜壳、残阳极、烟尘、冷冰铜等），还能够处理外购的冷杂铜，生产成本低PS转炉吹炼工艺的问题熔体在炉子之间的倒运，周期性的开停风作业，周期性的进料、放渣作业等均导致SO2的逸散，环境控制困难烟气量、SO2浓度、温度的大范围波动，制酸操作不稳定，制酸能耗较高；送风氧气浓度无法提高（一般仅26%以下），烟气量大，SO2浓度低，制酸设备的投资和操作成本高；设备的生产能力低，提高产量只能靠增加转炉的数量，受场地和制酸能力的制约厂房的强度要求高，增加了投资

开发冰铜连续吹炼工艺，取代P-S转炉工艺冰铜连续吹炼技术的进展粗铜强化熔炼—连续吹炼工艺铜精矿熔炼，产出高品位冰铜，水淬或者用溜槽（或包子、行车）进连续吹炼炉连续吹炼三菱吹炼，K-O闪速吹炼诺兰达吹炼，Teniente吹炼Codelco连续吹炼ISACONVERTTM吹炼Ausmelt吹炼连续吹炼技术三菱连续吹炼：成熟技术Kennecott-Outokumpu连续吹炼：成熟技术Noranda连续吹炼：仅在Horne冶炼厂应用Codelco连续吹炼工艺：半工业试验Ausmelt连续吹炼工艺（C3）：半工业和工业试验ISACONVERTTM工艺：半工业试验成熟的冰铜连续吹炼工艺三菱连续炼铜工艺：第一个工业化的冰铜连续炼铜工艺，并首次采用铁酸钙渣型进行冰铜的吹炼。闪速吹炼工艺：上世纪70年代末美国Kennecott公司提出了冰铜连续吹炼的“固体冰铜氧气吹炼法”，取代P-S转炉的工艺，1995年实现工业化。2007年8月第二台闪速吹炼炉在中国阳谷祥光冶炼厂投产，2008年10月开始达到设计能力。工业化的连续吹炼工艺的比较工艺诺兰达三菱吹炼闪速吹炼冰铜炉料液/固态68~70%Cu液态，~68%Cu固态，69~70%投料量，tph425468送风氧浓，%27~2932（Gresik）80~85作业率，%859080产品半粗铜S0.8~1.2%粗铜S0.6~0.8%粗铜S0.2~0.3%炉渣硅酸铁铁酸钙铁酸钙残极/杂铜处理可以可以不能烟尘率低低高熔炼/吹炼分离部分不能能炉寿命/年0.753＞5Kennecott-Outokumpu闪速吹炼闪速熔炼+闪速吹炼工艺流程Kennecott冶炼厂

闪速吹炼工艺逸散量的变化/t.a-1污染物1992年逸散量犹他州允许量改造后冶炼厂允许量SO22005016850982空气中悬浮粒子7281216400NOx112131110不但满足眼前的环境标准，还能满足未来可能更严厉的环境标准。SO2的允许逸散量仅为改造前允许限值的5%。Kennecott冶炼厂按照世界最清洁的冶炼厂的标准建造，硫的捕集率超过99.8%闪速吹炼的优势没有熔体在熔炼炉和吹炼炉之间的输送，没有周期性的开风、停风、进料、出渣作业，几乎消除了SO2的逸散烟气量、SO2浓度稳定；送风氧浓高（50%以上），烟气SO2浓度高（30%～40%），因而烟气量很小，制酸作业稳定，制酸成本低；单炉产量高，可达年产铜30万吨以上，甚至可能达到100万吨；环境污染小，SO2、粉尘、NOx等的排放量远低于目前世界上最严厉的环境标准，若干年内使铜冶炼厂完全摆脱环境的压力；能够适应未来铜原料市场的变化和冶炼技术的发展，进行高品位精矿甚至一般品位精矿的闪速炉一步直接炼铜。生产和增产的灵活性很大。闪速吹炼连续作业，将熔炼和吹炼生产在时间和空间上完全分开，互不关联。一步炼铜技术的进展一步炼铜技术铜精矿一步炼铜一直是冶金工作者的梦想，但目前只有Cu品位和Cu/Fe高的精矿适合一步炼铜。目前闪速熔炼是唯一的工业化一步炼铜技术：波兰的Glogow冶炼厂、澳大利亚的OlympicDam冶炼厂、赞比亚的Chingola冶炼厂随着精矿装料系统、精矿喷嘴和闪速工艺的进一步改进，渣含铜及铜进入炉渣贫化系统的循环量减少，Cu/Fe更低的铜精矿也可以实现经济合理的直接炼铜生产。闪速炉一步炼铜工艺流程

三、再生铜冶炼技术的进展再生铜冶炼技术再生铜处理工艺取决于原料的特点，约2/3的高品位铜废料不需要熔炼处理而直接用于铜产品生产，1/3的废杂铜需要熔炼处理近10年来世界再生铜产量已占原生铜产量的40-55%，其中美国约占60%，日本约占45%，德国约占80%。再生铜冶炼工艺根据原料品位的不同，有所谓“一段法”、“二段法”、“三段法”流程。一段法：铜品位＞98%的紫杂铜、黄杂铜、电解残极等直接加入精炼炉内精炼成阳极，在电解生产阴极铜二段法：废杂铜在熔炼炉内先熔化，吹炼成粗铜，再经过精炼炉—电解精炼，产出阴极铜三段法：废杂铜及含铜废料经鼓风炉（或ISA炉、TBRC炉、卡尔多炉等）熔炼—转炉吹炼—阳极精炼—电解，产出阴极铜。原料品位可以低至含铜1%。比利时霍博肯冶炼厂再生铜生产原是矿铜、铅冶炼厂，由于环保和效益原因，放弃矿铜、铅冶炼，1997年转而从事铜、铅、贵金属等再生物料的处理，目前是世界最大的贵金属再生冶炼公司。与MountIsa公司合作，用1台ISA炉熔炼、吹炼含铜二次混合物料。年处理二次物料30万吨，回收17种有价元素，产铜3万吨/年，金100t/年及其它稀贵金属。铜产量不高，但产值和利润很高。霍博肯冶炼厂工艺流程北德精炼的再生铜冶炼技术北德精炼凯撒冶炼厂用1台ISA炉取代3台鼓风炉和1台PS转炉，处理含铜1%~80%的残渣和杂铜，开发了所谓的“凯撒回收再生系统”（KRS）再生铜工艺。一台ISA炉间断地进行熔炼和吹炼，含铜残渣和杂铜，先在ISA炉中进行还原熔炼，产出黑铜和硅酸盐炉渣，黑铜继续吹炼，产出含铜95%的粗铜。富集Sn-Pb的吹炼渣单独处理。KRS中ISA熔炼的优势：熔炼渣含铜低，工厂铜的总回收率高；运行的炉子台数少；烟气量大大降低；生产能力超过原设计40%；能耗降低50%以上；CO2排放减少64%以上；总的排放减少90%。---先进的技术，优良的工艺和环保性能北德精炼的KRS流程KRS工艺—两步锡/铅合金炉残渣，合金废料1~80%CuKRS-氧化物，50%ZnSn-Pb吹炼渣硅酸铁水淬渣，＜0.6%CuPb-Sn合金，70Pb30Sn倾动阳极炉电解精炼杂铜平均含Cu93%阳极，98%Cu阴极铜＞99.99%CuKRS粗铜93~97%Cu奥地利MontanwerkeBrixlegg冶炼厂

铜二次物料含铜品位低至15%，高至99%以上。不同品位的残渣和紫杂铜用不同的工艺流程生产不同的产品。含铜15%~70%的残渣原料先进鼓风炉，用焦炭还原生产出黑铜，再进转炉生产出粗铜；含铜75%以上的黑铜和铜合金直接进转炉，生产出含铜96%以上的粗铜进阳极炉精炼；含铜品位较高的杂铜、粗铜则直接进阳极炉精炼；而含铜品位更高的光亮铜则无需冶炼处理，直接加入感应电炉生产铜材----对原料的适应性很强

80%~85%的铜产量来自品位较高的杂铜，10%~15%的铜来自工业残渣。年冶炼处理各种原料15万吨，年生产LMEA级阴极铜10.8万吨MontanwerkeBrixlegg工艺流程比利时Metallo-Chimique公司冶炼厂始建于1919年，专门处理含铜、铅、锡等的二次复杂物料，生产金属铜、锡、铅产品及氧化锌、金属镍等副产品，是欧洲精锡的主要生产商主要原料为含铜25%~30%的工业残渣、各种铜合金（黄铜、青铜等）、废旧电机（含铜20%~30%，其余为铁）、海绵铜、电缆、各种品位的杂铜等等，尤以处理含铜、铅、锡的低品位工业残渣、铜合金、难处理的杂铜为主采用特有的技术，专门处理其它工厂难以处理或不愿处理的复杂二次物料，获得额外的收益。

Metallo-Chimique冶炼厂工艺流程四、湿法炼铜工艺的进展世界矿铜冶炼工艺的产量趋势湿法炼铜工艺的进展20世纪70年代后湿法炼铜发展很快，2000年产量达到250万吨，占铜年总产量的17%，占矿铜产量的20%。到2003年湿法铜的产量已占到世界矿铜产量的1/4。70年代中至80年代中经历了一个平稳的发展期，而后开始了快速发展的阶段。在同时期内其它炼铜方法的产量几乎没有增长，世界铜产量的增长大都来自湿法炼铜的发展。世界各地湿法炼铜的发展很不平衡，美国曾一度处于世界领先水平，2000年湿法铜的产量达到74.3万吨，占世界湿法铜的22%。智利目前是世界湿法铜最大的生产地，2000年湿法铜产量达到123万吨。目前最大的湿法铜厂年产量36.5万吨。中国的湿法炼铜研究起步较早，但发展较慢，生产规模很小，总产量不到10万吨。五、中国铜冶炼厂的技术升级中国铜冶炼厂技术升级的背景上世纪70年代以后，新的强化熔炼工艺的出现和工业化，使熔炼生产能力大幅提高，能耗降低，铜冶炼开始了低成本、无公害的生产。国内炼铜企业在1985年贵溪冶炼厂投产之前，采用的均是落后的传统工艺，如密闭鼓风炉、反射炉、电炉等，能耗高、成本高、污染严重，最大年产量为5万吨左右。1980年在白银有色公司投产的“白银炼铜炉”是我国自主开发的技术，最初的产能仅3万吨/年，经过多次改造后产能也仅8.3万吨/年。1985年投产的贵溪冶炼厂成套引进日本和芬兰等国的技术和设备，开始了中国铜冶炼技术的升级。以铜陵一冶和大冶冶炼厂为先导，开始了大规模的技术升级和环保治理的技术改造工程。中国铜冶炼厂的技术升级由于环保、资源、能源、成本等的压力，中国政府要求在2007年底之前关闭这些传统工艺的冶炼厂，并要求单套系统的生产能力不得低于10万吨。目前各主要铜冶炼厂已完成了技术升级改造，部分还完成了大规模的扩产。中国铜冶炼厂在较短的时间内完成了技术升级改造，目前在技术装备水平、产能规模、环保指标、能耗指标、成本等方面达到或接近世界先进水平目前超过30万吨/年规模的冶炼厂有：贵溪、金隆、云南铜业、金川熔炼工艺以闪速熔炼（4家，5台闪速炉）、ISA熔炼（1台ISA炉）、Ausmelt熔炼（4家、4台）为主，有1台诺兰达炉；国内自主开发的“白银法”和“水口山法”目前有几家小型冶炼厂应用。冰铜吹炼工艺以PS转炉为主，但大型冶炼厂的PS转炉均实现了大型化、机械化；2007年1台闪速吹炼炉投产；定量自动阳极浇铸机得到了普遍的应用；中国主要铜冶炼厂技术升级情况

原工艺改造后工艺原设计能力改造投产时间贵溪新建2套Outokumpu闪速熔炼9万吨/年电铜1985年12月铜陵一冶鼓风炉Outokumpu闪速熔炼10万吨/年电铜1997年4月铜陵二冶鼓风炉Ausmelt炉熔炼8万吨/年矿铜2003年8月云冶鼓风烧结--矿热电炉Isasmelt炉熔炼60万吨/年精矿2005年5月大冶反射炉Noranda10万吨/年矿铜1997年10月金川电炉合成炉（似带电极的闪速炉）20万吨/年2005年9月中条山鼓风炉Ausmelt炉熔炼+Ausmelt吹炼20万吨/年精矿1999年8月葫芦岛鼓风炉Ausmelt炉10万吨/年矿铜2008年10月金剑鼓风炉Ausmelt炉8万吨/年矿铜2008年8月祥光新建Outokumpu闪速熔炼+K-O闪速吹炼20万吨/年矿铜2007年8月贵溪冶炼厂的扩产贵溪冶炼厂是我国第一座采用闪速熔炼技术的铜冶炼厂，主工艺流程和设备分别从日本和芬兰引进，1985年12月投产，设计规模为年产矿铜9万吨。1999年11月二期工程竣工，2000年达到21万吨；2003年8月完成了三期改造工程，设计能力为年产30万吨矿铜，40万吨电铜。2004年生产电铜41.5万吨2005年12月开始建设一套新的闪速熔炼系统，设计矿铜20万吨，电铜30万吨，2007年8月投产金隆投产以后完成的扩产改造工程

●一期扩产改造工程：

2000年5月~2001年5月,消除“瓶颈”工程，产能由10万吨提高到15万吨●二期扩产改造工程：2003年11月~2005年4月，

目标产能为21万吨阴极铜

●三期扩产改造工程：

2006年1月~2009年3月,35万吨矿铜，40万吨阴极铜，107万吨硫酸。●所有这些扩产改造工程都是在不停产的条件下完成的。云铜主要指标与MountIsa的比较

云铜MountIsa

云铜MountIsa处理量，tph85~95200熔体温度，℃11701180炉体直径，m4.43.75渣含铜，%0.71%2%~3%渣贫化炉1台电炉2台回转炉炉寿命，月3436富氧浓度，%5060~65喷枪寿命，日9.28~12冰铜品位，%54~5660烟尘率，%1.373

硫回收率，%9580部分指标已达到或优于MountIsa的水平阳谷祥光闪速熔炼--闪速吹炼的运行情况闪速熔炼炉2007年8月12日投料生产，闪速吹炼炉9月29日投料生产，试生产3个月后即达到了设计处理能力。2008年4月铜冶炼生产实现达标达产。闪速吹炼炉由于入炉冰铜品位波动小，炉况比熔炼炉更稳定，工艺更容易控制。投产初期设备问题主要出现在冰铜水淬系统、阳极炉系统、烟尘输送系统等，但主工艺投产非常顺利阳谷祥光的顺利投产证实了闪速吹炼技术的成熟、可靠性。中国铜冶炼厂资源综合利用、无害化生产六、中国铜冶炼技术的发展趋势中国铜火法冶炼技术现状7家大型铜的联合生产企业粗铜冶炼产能占国内总产能的75%,精铜产能占国内产能的55%，产业集中度明显提高。随着先进技术装备的引进和应用，冶炼技术经济指标明显改善，与1995年相比，2007年铜冶炼综合能耗从34.6GJ/t下降到12.8GJ/t，骨干企业硫的固化率从70%提高到95%以上。中国目前大约有88家铜冶炼企业大中型冶炼厂采用闪速熔炼、艾萨/奥斯麦特熔炼、白银法、诺兰达熔炼，采用当今世界的先进工艺技术和装备，产能规模达到世界水平中国铜火法冶炼技术现状大中型冶炼厂环保指标达到世界先进水平：SO2捕集率超过99%，达到日本和美国的水平。通过技术进步挖掘生产潜力，提高产量，降低成本年产量1~3万吨的小型冶炼厂，以密闭鼓风炉熔炼--连吹炉吹炼为主。工艺装备落后，工作环境恶劣，劳动强度大，污染严重，生产能力和效率低。随着环保要求的日益严格和生产的规模化、集约化趋势，密闭鼓风炉和连吹炉终将被其它工艺所取代。湿法炼铜技术的现状中国的湿法炼铜研究起步较早，但发展较慢，生产规模很小，总产量不到10万吨。由于我国铜资源的特点，湿法炼铜的发展空间很大中国湿法铜技术的发展

废石堆浸（江西德兴）；次生硫化矿的生物堆浸（福建紫金）；高寒地区的堆浸技术（黑龙江多宝山）；地下溶浸技术（山西中条山）；高碱性脉石的氨浸技术（云南东川）；高品位、高含泥矿的强化浸出技术（西藏玉龙铜矿）；含铜金精矿的处理技术（河南三门峡、灵宝、山东国大、吉林珲春）再生铜冶炼的技术现状目前全国再生铜企业约有3000多家，主要是中小型企业，以民营为主体；中小型再生铜冶炼厂约占全国再生铜产量60%左右，企业规模小，生产工艺和装备水平差，产品质量和金属回收率不高，环境污染严重我国从90年代开始进口废杂铜，进口量逐年增加，1995年突破100万吨，2000年突破250万吨，进入21世纪废杂铜年进口量均保持300万吨以上。我国的再生铜生产多以高品位废杂铜为原料，由于原料供应紧张等原因，利润空间不断被压缩。我国废杂铜回收体系不健全，回收机制不完善，产业链不完善，导致国内废铜回收率偏低，再生铜企业过分依赖进口废铜资源，利润空间狭小，成为发展的瓶颈。中国铜冶炼业未来发展的动力经济的发展使铜的消费量增加，加快了铜冶炼行业的发展，并将在未来持续。继阳谷祥光冶炼厂的建设和贵溪、云铜、金隆、金川等冶炼厂的扩产，最近还有几座冶炼厂即将开工建设国内铜矿资源缺乏，大部分冶炼厂都依靠买矿冶炼，TC/RC水平决定了冶炼厂的盈利能力，参与国际化竞争，降低成本是生存的关键之一。因此，采用国际先进技术，不断扩大生产规模是冶炼厂的必然选择。大冶炼厂不断扩大生产规模，中小型冶炼厂成本高，无法生存而关闭，行业的集中度越来越高环境标准更加严格，新的国家标准的颁布执行，将淘汰一些落后工艺和产能，现有的大中型冶炼厂均需要投资进行更严格的环境控制，像闪速熔炼—闪速吹炼这样的清洁无污染冶炼工艺将成为新建冶炼厂的首选中国铜冶炼业的面临的问题我国铜资源短缺，铜自给率1994年为53.7%，2004年下降为28.8%，2005年为