铜矿

铜矿铜矿概述铜是人类最早发现和使用的金属之一，紫红色，比重８.８９，溶点１０８３.４℃。铜及其合金由于导电率和热导率好，抗腐蚀能力强，易加工，抗拉强度和疲劳强度好而被广泛应用，在金属材料消费中仅次于钢铁和铝，成为国计民生和国防工程乃至高新技术领域中不可缺少的基础材料和战略物资。在电气工业、机械工业、化学工业、国防工业等部门具有广泛的用途。一、矿物原料特点铜是一种典型的亲硫元素，在自然界中主要形成硫化物，只有在强氧化条件下形成氧化物，在还原条件下可形成自然铜。目前，在地壳上已发现铜矿物和含铜矿物约计２５０多种，主要是硫化物及其类似的化合物和铜的氧化物、自然铜以及铜的硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐类等矿物。其中，能够适合目前选冶条件可作为工业矿物原料的有１６种。即自然元素：自然铜（含铜近１００％）；铜的硫化物：黄铜矿（含铜３４.６％，括号指铜含量，下同）、斑铜矿（６３.３％）、辉铜矿（７９.９％）、铜蓝（６６.５％）、方黄铜矿（２３.４％）、黝铜矿（４６.７％）、砷黝铜矿（５２.７％）、硫砷铜矿（４８.４％）；铜的氧化物：赤铜矿（８８.８％）、黑铜矿（７９.９％）；铜的硫酸盐、碳酸盐和硅酸盐矿物：孔雀石（５７.５％）、蓝铜矿（５５.３％）、硅孔雀石（３６.２％）、水胆矾（５６.２％）、氯铜矿（５９.５％）。当前，我国选冶铜矿物原料主要是黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、孔雀石等。按选冶技术条件，将铜矿石以氧化铜和硫化铜的比例划出三个自然类型。即硫化矿石，含氧化铜小于１０％；氧化矿石，含氧化铜大于３０％；混合矿石，含氧化铜１０%～３０％。我国铜矿物原料具有以下特点：１)适合选冶生产的铜矿物原料，赋存于多种矿床类型。其中，具有重要开采价值的矿床类型：岩浆型铜镍硫化物矿床、斑岩型铜矿床、夕卡岩型铜和多金属矿床、热液脉型铜矿床、火山-沉积块状硫化物型铜矿床、沉积型层状矿床等等。２）矿石结构构造复杂，嵌布粒度不均，多为不均匀浸染粒度矿石，甚至有不少矿物组合、组构嵌布细微，成分复杂，难选矿石较多。３）矿石化学成分多样，伴生、共生多种有益有害组分，选冶工艺条件复杂。目前，开发的矿区多数是综合性的铜矿床，共伴生多种有益有害元素。通过综合开采，综合利用，可变害为益，变废为宝。二、矿石工业要求从铜矿石中提炼的铜金属，根据采、选、冶技术工艺水平，对铜矿物原料提出一定的工业要求，见表3.7.1。表３.７.１铜矿石工业要求当铜矿床的伴生组分达到表3.7.2所列的含量要求时，则要求取样分析做出综合评价。表３.７.２铜矿床伴生有益组分评价要求对于铜品位低于５％的矿石要用选矿方法富集成铜精矿。１９９７年国家颁布的有色金属行业标准（ＹＳ／Ｔ３１８-１９９７）将铜精矿产品分为四个品级：一级品Ｃｕ含量不小于３０％，杂质含量（不大于）：Ａｓ０.０５％，Ｐｂ＋Ｚｎ２％，ＭｇＯ１％，Ｂｉ０.０５％。二级品Ｃｕ含量不小于２５％，杂质含量（不大于）：Ａｓ０.２％，Ｐｂ＋Ｚｎ５％，ＭｇＯ３％，Ｂｉ０.２％。三级品Ｃｕ含量不小于２０％，杂质含量（不大于）：Ａｓ０.３％，Ｐｂ＋Ｚｎ８％，ＭｇＯ４％，Ｂｉ０.３％。四级品Ｃｕ含量不小于１３％，杂质含量（不大于）：Ａｓ０.４％，Ｐｂ＋Ｚｎ１２％，ＭｇＯ５％，Ｂｉ０.５％。矿石品位制定不是一成不变的，应根据国家要求程度、市场需求状况和价格趋势以及资源保护，合理开发利用，矿床地质条件和采选冶技术水平等诸多因素综合考虑，制定合理的工业指标，作为评价矿床有否开发经济价值和储量计算的依据。实际上开采铜矿从技术经济角度来看，铜的工业品位是一个动态指标。对一个矿床来说更是如此。一般开采矿床的规律是先富后贫，即先开富矿，后开贫矿。随着采选冶技术水平的提高，人类利用矿产资源的能力越来越大，因而对矿石品位要求也随之降低。就铜品位而言，西方国家和发展中国家探明的铜储量的矿石平均品位由１９５０年的１.８５％降到１９７０年的１.０９％，１９７５年又下降到０.９％。美国从１９００年到１９７５年，开采铜矿石平均品位由４％降到０.５５％。近半个世纪以来，平均每年降低０.０２％～０.０３％。我国铜矿开采品位，５０年代一般在３％以上，六七十年代已降到１％，８０年代以来不少铜矿床入选矿石品位已降到０.５％左右。目前，国内外许多铜矿床开采品位为０.５％～０.４％，个别大型露采矿山的边界品位降到０.２％，预计本世纪末或下个世纪初，世界铜矿开采品位可能降到０.２５％，边界品位下降到０.１％时，则一些含铜高的岩石也就可能成为工业矿石了，从而使铜的储量大大增加。三、矿业简史人类在远古时代就开始利用铜了。最初利用自然铜，并将它锤打成小锤、小钉等。稍后，又用退火和加工硬化工艺制做各种器物。中国是世界使用铜较早的国家之一。从出土实物来看，中国在新石器时代晚期开始用铜。甘肃的武威、永靖和河北的唐山等地的古文化遗址，都发现红铜器物。夏代（公元前２１～公元前１６世纪）已进入青铜时代，并延续到商、周朝。特别是在找矿、采矿、冶炼方面，中国古代有着卓越的成就，杰出的创造。如目前开采的铜、铅、锌等矿山，不少都是古代开采过的，并在找矿、采矿过程中逐渐认识了某些矿物赋存分布规律。在《管子·地数》篇中记载：“上有丹砂者，下有黄金；上有慈石者，下有铜、金；上有陵石者，下有铅锡赤铜；上有赭者，下有铁”。说明我国劳动人民在认矿、找矿和采矿方面表现出卓越智慧和创造能力。在铜矿采掘和冶炼技术上更是惊人。据考古证实，湖北大冶铜录山铜矿，发现的古代采矿、炼铜遗址，经同位素１４Ｃ测定，坑采始于３０００多年前的商代晚期，延续到西汉共１０００多年。坑采以前曾经有相当长时间露采，现发现露天采场７处，地下采区１８处，竖井２５２条，井巷总长达８０００余m。战国、西汉时采用框架支护法开采。还有出土的各类工具上千件以及木炭、冶炼辅助原料、照明器具、生活用品、兵器等。炼铜残炉已发掘了１０余座，时代为春秋或更早一些，炉膛面积约０.２m2，炉高约１.５m，具有现代鼓风炉的式样。湿法炼铜起源于我国，古称胆铜法。早在西汉《淮南万毕术》中就有铁置换铜的记载。唐末、五代时此法已用于生产，到北宋时湿法炼铜的产量相当可观。据记载，“大观（１１０７～１１１０年）中岁收铜乃６６０余万斤，胆铜１００余万斤”，即胆铜已占总铜量的１５％以上。北宋哲宗时张潜写的《浸铜要略》一书是湿法炼铜的最早著作。总之，中国古代在找铜、采铜、炼铜等方面已达到很高的水平。近百年来，在新中国成立之前中国已有一些地质学家对铜矿资源做过调查和矿床地质研究，如丁文江（１９１７）、谢家荣（１９２９）、孟宪民（１９３７）、朱熙人(１９３５）等。由于当时经济条件所限，对调查的铜矿床未能进行规模开发。新中国成立后，我国铜矿业有了很快的发展。首先，对铜矿资源进行了前所未有的大规模的地质勘查工作。２０世纪５０年代初期，为了尽快恢复旧中国遗留下来的厂矿生产，对东北等地区的铜矿山迅速地查明了资源状况，为恢复矿山生产创造了必备的条件，提供了必要的地质资料。接着，对河北寿王坟、山西中条山、甘肃白银厂、安徽铜官山、湖北大冶、云南东川、易门、辽宁红透山等一批大中型矿区进行了详细勘探。六七十年代又在长江中下游、赣东北、赣西北、滇中、粤西等广大地区进一步地进行铜矿勘探，为发展我国铜矿业提供了可靠的地质成果，作为矿山建厂设计的依据。截至１９８５年已建成大中型矿山１００多个，铜冶炼厂１６个，电解厂６４个，形成了采矿、选矿、冶炼、加工（简称采选冶加，下同）较完整的铜工业体系（简称铜业，下同）。铜矿资源一、资源状况中国铜矿经过大规模地质勘查工作，截至１９９６年底累计探明储量７３００万t（铜金属，下同），截至１９９６年底保有储量６２４３.６万t，其中Ａ＋Ｂ＋Ｃ级储量２６７１.２万t。查明矿产地９１０处，其中大中型矿产地１００多处，已开发和近期待开发的矿床有９０多个，见表3.7.3、图3.7.1（图中矿产地编号见表3.7.3）。表3.7.3中国铜矿主要产地一览表二、地理分布中国铜矿分布广泛，在已查明的矿产地除天津以外的所有省、自治区、直辖市，均有不同程度的分布。其中，江西、西藏和云南等３个省区的储量占全国铜矿储量的４７.１％（以１９９６年底保有储量统计，下同）。铜储量较多的还有甘肃、安徽、内蒙古、山西、湖北、黑龙江等６省区，储量合计２０１９.８万t，占全国铜矿储量的３２.３％。以上９省区的储量合计占全国铜矿总储量的８０％。从六大行政区分布来看，铜矿储量分布最多的是华东区、西南区，两大行政区的储量占全国铜矿总储量的６０.９％，各大行政区的铜矿储量分布的比例：华北区１１.４％、东北区６％、华东区３１.４％、中南区９.８％、西南区２９.５％、西北区１１.９％。从三大经济地带来看中国铜矿分布具有明显地域差异。三大经济地带按《中国大百科全书·中国地理》卷（１９９３）划分：东部沿海地带包括辽宁、河北、北京、天津、山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西、海南等１２个省区市（未包括台湾省）；中部地带包括黑龙江、吉林、内蒙古、山西、河南、安徽、江西、湖北、湖南等９省区；西部地带包括西北地区的陕西、甘肃、宁夏、青海和新疆，西南地区的四川、贵州、云南和西藏，共９个省区。三大经济地带的储量分布比例：东部沿海地带９.１％，中部地带４９.６％，西部地带４１.３％。图3.7.1中国铜矿分布图sdfsf三、资源特点中国铜矿资源从矿床规模、铜品位、矿床物质成分和地域分布、开采条件来看具有以下特点：(１)中小型矿床多，大型、超大型矿床少据全国矿产储量委员会１９８７年颁布的“矿床规模划分标准”，大型铜矿床的储量＞５０万t，中型矿床１０～５０万t，小型矿床＜１０万t。超大型矿床，国内一般都按涂光炽的主张，将五倍于大型矿床储量的矿床称为超大型矿床。按上述标准划分，铜矿储量大于２５０万t以上的矿床仅有江西德兴铜矿田（铜厂矿床５２４万t）、西藏玉龙铜矿床（６５０万t）、金川铜镍矿田（铜３４０万t）、东川铜矿田（５００万t，包括原有探获储量和近年新增未上表的储量）。在探明的矿产地中，大型、超大型仅占３％，中型占９％，小型占８８％。（２）贫矿多，富矿少中国铜矿平均品位为０.８７％，品位＞１％的铜储量约占全国铜矿总储量的３５.９％。在大型铜矿中，品位＞１％的铜储量仅占１３.２％。（３）共伴生矿多，单一矿少在９００多个矿床中单一矿仅占２７.１％，综合矿占７２.９％，具有较大综合利用价值。许多铜矿山生产的铜精矿含有可观的金、银、铂族元素和铟、镓、锗、铊、铼、硒、碲以及大量的硫、铅、锌、镍、钴、铋、砷等元素，它们赋存在各类铜及多金属矿床中。在斑岩型铜矿床中，多数矿床共生钼，伴生金、银、铟、锗、铊、铼、镉、硒以及铂族元素；岩浆型铜镍硫化物矿床，铜镍共生，伴生钴、铂族、金、银、镓、锗、铊、硒、碲等；夕卡岩型铜及多金属矿床，铜、铁、铅、锌、钨等常共生在一个矿床中，并伴生钴、锡、钼、金、银、镓、锗、铼、镉、硒、碲等；海相火山岩型铜多金属矿床，铜、铅、锌和黄铁矿常共生产出，并伴生金、银、硒、镉、铟、铊、钼、钴等；沉积岩中层状铜矿床常伴生铅、锌、钛、钒、镍、钴、锡、金、银、汞、镓、锗、镉、铊、铀、钍、硒等。在铜矿床中共伴生组分颇有综合利用价值。铜矿石在选冶过程中回收的金、银、铅、锌、硫以及铟、镓、镉、锗、硒、碲等共伴生元素的价值，占原料总产值的４４％。中国伴生金占全国金储量３５％以上，多数是在铜多金属矿床中，伴生金的产量７６％来自铜矿，３２.５％的银产量也来自于铜矿。全国有色金属矿山副产品的硫精矿，８０％来自于铜矿山，铂族金属几乎全部取之于铜镍矿床。不少铜矿山选厂还选出铅、锌、钨、钼、铁、硫等精矿产品。许多铜业公司、矿山企业通过综合评价、综合开发、综合利用，回收共伴生组分取得巨大经济效益：江西铜业公司所属矿山（德兴铜矿，永平铜矿、武山铜矿、东乡铜矿、银山铅锌铜矿、城门山铜矿）共伴生矿产储量共计：钼２８万t、硫９０００万t（矿石量）、金４１５t、银１.１万t、硒１万t、碲１万t、镓９０００t、铼２９００t、铊１４００t、钴１.４万t、钯２４０t以及锑、铋、砷、钨、镍等。仅就每年回收金、银及硫精矿产品的销