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铜冶炼技术的进展与中国铜冶炼业的发展趋势铜陵有色金属集团控股有限公司一、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矿铜日本东予冶炼厂能力的提高1980198920032008送风氧浓，vol%213950-6070干精矿投料量，tpd1,0001,6002,4504000冰铜品位，Cu%52.159.56565烟尘率，%105.53~43同样的闪速炉由于喷嘴的连续改进，炉体冷却结构强化，送风氧浓提高，产能提高到最初的4倍以上；由于冰铜品位的提高，转炉生产效率提高。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全球艾萨铜冶炼厂的处理量01,000,0002,000,0003,000,0004,000,0005,000,0006,000,0007,000,0001992199619971998200120022004200520062007年分年处理物料量/吨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