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1、 中国外铜精矿生产电解铜优异冶炼工艺技术综述 材料撰写：技术中心有色研究所铜材室 周灼刚 材料搜集整理：科技部项目管理科 付 丽 二〇一〇年十一月 目 录 一、炼铜原料概述 1 二、铜冶金方法概述 1 1、火法冶金 2 2 、湿法冶金 4 3、火法炼铜和湿法炼铜比较 5 三、现代中国外铜精矿火法冶金优异技术概述 5 1、熔炼优异技术 （铜精矿→冰铜） 6 2、吹炼优异技术 （冰铜→粗铜） 9 3、火法精炼优异技术 （粗铜→阳极铜） 9 4、电解精炼优异技术 （阳极铜→电解铜） 13 四、现代中
2、国外铜精矿火法冶金优异技术应用概况 15 1、现代中国铜精矿火法冶金优异技术应用概况 15 2、现代国外铜精矿火法冶金优异技术应用概况 17 五、现代中国外铜精矿冶金前沿技术 19 1、中国铜精矿冶金前沿技术 19 2、国外铜精矿冶金前沿技术 21 附图：铜火法冶金优异技术设备或步骤示意图 22 一、炼铜原料概述 世界上生产电解铜（阴极铜）原料分为铜精矿和废杂铜。用铜精矿和废杂铜生产电解铜百分比大致为7：3，铜精矿仍然是当今生产电解铜关键原料。 铜精矿：在自然界中自然铜存量极少，通常多以金属共生矿形态存在。铜矿石中常伴生有多个重金属和稀有金属，如金、银、砷、锑、铋、硒、铅、碲
3、钴、镍、钼等。依据铜化合物性质，铜矿物可分为自然铜、硫化矿和氧化矿三种类型，关键以硫化矿和氧化矿，尤其是硫化矿分布最广，现在世界电解铜产量90％左右来自硫化矿。金银等贵金属常和铜共生，通常铜矿全部是含有金银等贵金属。铜矿石经采矿和选矿富集取得铜精矿，常见为褐色、灰色、黑褐色、黄绿色，粉状，粒度通常小于0.074mm。含铜量13-30％，中国铜精矿标准现在实施YS／T318-1997《铜精矿》行业标准要求，其产品分类和化学成份如表1。 表1 铜精矿化学成份 ％ （YS/T 318—1997） 品级 Cu ≥ 杂质含量，≤ 品级 Cu ≥ 杂质含量，≤ As
4、Pb+Zn MgO Bi As Pb+Zn MgO Bi 一级品 30 0.05 2 1 0.05 三级品 20 0.30 8 4 0.30 二级品 25 0.20 5 3 0.20 四级品 13 0.40 12 5 0.50 二、铜冶金方法概述 铜冶金方法是指由铜精矿获取金属铜（精炼铜或电解铜）所采取工艺技术路径和手段。世界上由铜精矿生产电解铜冶炼方法分为两大类：火法冶金和湿法冶金。现在世界上精炼铜产量85％以上是用火法冶金从硫化铜精矿和再生铜中回收，湿法冶金生产精炼铜只占15％左右。 1、火法冶金 火法冶金是指在高温下
5、应用冶金炉把铜精矿中大量脉石分离开,脱除多种杂质元素，提取纯金属铜最古老、最常见方法。火法炼铜经过熔融冶炼和电解精火炼生产出阴极铜，也即电解铜，通常适于高端硫化铜精矿。现在全世界火法炼铜工艺全部分为两段，第一段是造锍熔炼，由铜精矿炼成含铜40～75%铜锍（或称冰铜），第二段是将铜锍炼成含铜98％以上粗铜。火法炼铜所采取步骤有焙烧、熔炼、吹炼、火法精炼和电解精炼。焙烧：分半氧化焙烧和全氧化焙烧（死焙烧），目标是脱除精矿中部分或全部硫，同时除去部分砷和锑等易挥发杂质。伴随铜冶金技术进步，现代铜冶炼厂已经能够直接进行生精矿冶炼，现代绝大多数铜冶炼厂已经取消了焙烧步骤。熔炼：关键是造锍熔炼，目标是使铜
6、精矿或焙烧矿中部分铁和其它金属杂质氧化，并和脉石和熔剂等造渣除去，产出含铜较高冰铜。吹炼：目标是深入脱除冰铜中硫、铁等杂质，回收精矿中硫，获取粗铜。 精炼：分火法精炼和电解精炼，火法精炼是利用一些杂质对氧亲和力大于铜，而其氧化物又不溶于铜液等性质，经过氧化造渣或挥发除去，取得纯度较高阳极铜或火精铜。电解精炼能够使用火法冶金炼出来阳极铜达成更高纯度。 现代铜精矿火法冶金通常步骤和工艺步骤以下： 步骤：铜精矿（含铜13～ 30%）→冰铜或铜锍（含铜40～ 70%）→粗铜（含铜≥97%）→阳极铜（含铜≥99%）→电解铜（含铜≥99.95%） 工艺步骤：铜精矿→熔炼→冰铜（铜锍）→吹炼→粗铜→火
7、法精炼 →阳极铜→电解精炼→电解铜（阴极铜） 传统火法炼铜步骤通常是将含铜百分之几或千分之几原矿石，经过选矿提升到含铜20～30％作为铜精矿，在密闭鼓风炉、反射炉、和矿热电炉内进行造锍熔炼，产出熔融铜锍(冰铜)接着送入转炉吹炼成粗铜，粗铜再在固定式精炼反射炉内经过氧化精炼脱杂，铸成阳极板，阳极板最终采取传统法电解精炼，取得品位高达99.95％以上电解铜。在硫化铜精矿冶炼过程中同时还能够回收和提取硫、金、银、锑、铋、镍、硒等有价元素。 图-1 传统火法炼铜步骤图 该工艺步骤特点是：简短、工艺传统成熟、适应性强，铜回收率可达95％。严重缺点是热效率低、能耗高、环境保护差、装备自动化程
8、度低，生产效率低下，尤其对矿石中硫在造锍和吹炼两阶段以二氧化硫废气排出时回收率低，污染大，为经典高能耗高污染工艺。多年来出现了如闪速炉闪速炼铜工艺，白银法、诺兰达法和艾萨发等熔池熔炼工艺，日本三菱法连续炼铜工艺和永久不锈钢电解法等优异工艺，现代火法炼铜正逐步向连续化、自动化、高效节能和清洁环境保护方向发展。 在现代中国从铜精矿中提取金属铜，关键采取火法冶金方法，中国铜冶金生产步骤以从铜精矿至取得粗铜火法冶炼为主导。 火法冶金中间产物包含冰铜或铜锍粗铜阳极铜，最终产成品为电解铜（阴极铜）。冰铜：冰铜关键由硫化铜和硫化铁相互熔解形成，它含铜在20％～70％之间，含硫在15％～25％之间。冰铜较重
9、沉于下层，从熔炼炉排铜口流出来，熔炼渣则从上部渣层排渣口排出。冰铜关键作为吹炼炉生产粗铜原料使用，冰铜为各企业自主内定标准。粗铜：是经吹炼炉吹炼后取得含铜约98％左右铜，其外表粗糙含气孔，由此得名，又称“泡铜”（英文名：Blister Copper）。中国粗铜行业标准（YS/T 70—93）：粗铜按化学成份分为3个牌号：Cu99.30C、Cu99.00C、Cu97.50C，化学成份应符合下表要求。 表2 粗铜化学成份 % （YS/T 70—93） 品级 牌号 Cu大于 杂质含量 小于 As Sb Bi Pb 一号 Cu99.30C 99.30 0.06
10、 0.05 0.01 0.08 二号 Cu99.00C 99.00 0.12 0.10 0.02 0.12 三号 Cu97.50C 97.50 0.34 0.29 0.07 0.40 阳极铜：是粗铜在阳极炉中精炼火法精炼后产物，铸成阳极铜板，为各企业自主内定标准。 阴极铜：是阳极铜经过电解精炼取得产物，现在实施国家标准GB/T467-1997 ： 阴极铜划分为两类标准阴极铜（牌号Cu-CATH-2）和高纯阴极铜（牌号Cu-CATH-1）。二者化学成份以下表3和表4。 表3 GB/T467-1997标准阴极铜(Cu-CATH-2)化学成份 % C
11、u+Ag大于 杂质含量，小于 As Sb Bi Fe Pb Sn Ni Zn S P 99.95 0.0015 0.0015 0.0006 0.0025 0.002 0.001 0.002 0.002 0.0025 0.001 注:供方需按批测定标准阴色铜中铜、砷、锑、铋含量，并确保其它杂质符合本标准要求。 表4 GB/T467-1997高纯阴极铜(Cu-CATH-1)化学成份 % 元素组 杂质元素 含量，小于 元素组总含量，小于 1 Se 0.00020 0.00300 0.0005 Fe 0.00020 B
12、i 0.00020 2 Cr - 0.0015 Mn - Sb 0.0004 Cd - As 0.0005 P - 3 Pb 0.0005 0.0005 4 S 0.00150 0.0015 5 Sn - 0.0020 Ni - Fe 0.0010 Si - Zn - Co - 6 Ag 0.0025 0.0025 2 、湿法冶金 因为铜矿石品位不停下降，难处理复杂矿增加等原因，大家对湿法冶炼越来越重视。湿法冶金过程关键化学反应是在水溶液中进行，在很多情况下它需要和火法冶金相配合来完成，生产出精铜
13、称为电积铜。通常铜矿物预先经过氧化或硫酸化焙烧，转变可溶状态，然后再进行浸出、净化和电积获取电解铜。溶剂萃取电积法(SX―EW)提取铜技术已在美国、智利、赞比亚、秘鲁、澳大利亚和墨西哥等地推广应用，大大提升了铜回收率并降低了生产成本。现代湿法炼铜技术通常有硫酸化焙烧--浸出--电积（简称RLE法）、浸出--萃取--电积、常压氨浸出法（阿比特法）、高压氨浸出法、细菌浸出法等，通常适适用于低品位复杂矿、氧化铜矿、浮选尾矿和含铜废矿石堆浸槽浸或就地浸出。湿法冶炼工序可简单地分为三个步骤：浸出、萃取、电解。 铜矿湿法冶金通常工艺步骤为： 铜矿→焙烧→浸出→净化除杂→萃取→电积→电积铜（阴极铜）
14、湿法冶炼技术正在逐步推广，湿法冶炼推出使铜冶炼成本大大降低，估计本世纪湿法冶铜占总产量百分比将逐步提升， 在现代中国铜矿物湿法冶金生产步骤还不占主导地位。 3、火法炼铜和湿法炼铜比较 （1）湿法炼铜设备更简单，但杂质含量较高，是火法炼铜有益补充。 （2）湿法炼铜有不足，受制于矿石品位及类型。 （3）火法炼铜成本要比湿法炼铜高。 ⑷湿法炼铜技术含有相当大优越性，但其适用范围却有不足，并不是全部铜矿冶炼全部可采取该种工艺。不过经过技术改良，这几年已经有越来越多国家，包含美国、智利、加拿大、澳大利亚、墨西哥及秘鲁等，将该工艺应用于更多铜矿冶炼上。湿法冶炼技术提升及应用推广，降低了铜生产成
15、本，提升了铜矿产能，增加了社会资源供给。 ⑸湿法炼铜周期长、效率低、产能规模小，而火法炼铜周期短、效率高、产能规模大。 三、现代中国外铜精矿火法冶金优异技术概述 现代中国外火法冶金技术正朝着：短步骤连续炼铜、高富氧、低能耗、高效率、低碳冶金、清洁生产、自动化、信息化和智能化优异方向发展。现代铜精矿火法冶金获取电解铜需经熔炼、吹炼、火法精炼和电解精炼四大工序，四大工序现代优异技术归纳以下。 1、熔炼优异技术 （铜精矿→冰铜） 关键任务是对硫化铜精矿熔炼，脱除硫、铁、铅、锌、锡、砷、锑、铋、镍等杂质和精矿中大量脉石，火法熔炼关键化学反应是氧化-还原反应，产物为冰铜或铜锍（中间产品）。火
16、法熔炼同时还能够富集金、银、铂、钯、硒、碲等稀贵有价元素。20世纪70年代以前，传统火法熔炼方法，包含鼓风炉熔炼、反射炉熔炼和电炉熔炼，这多个工艺共同和难以克服缺点是能耗大、硫利用率低、环境污染严重和劳动生产率低等。因为20世纪中叶以来全球性能源和环境问题突出，能源日趋担心，环境保护法规日益严格，和劳动代价逐步上涨，促进铜冶金技术从20世纪80年代起取得飞速发展，迫使传统火法冶金方法不得不被新强化熔炼方法来替换，传统冶炼方法逐步被淘汰。随之兴起是以闪速熔炼和熔池熔炼为代表强化冶炼优异技术，其中最关键突破是氧气或富氧广泛应用。经过二三十年努力，闪速熔炼和熔池熔炼已成为现在替换传统火法冶金最有前途
17、方法。据统计，现在世界铜产量中，这两类火法炼铜方法所产粗铜分别占到总产量1/3。二者之间区分在于，闪速熔炼关键反应发生在炉膛空间，反应体系连续相是气相(炉气);熔池熔炼关键反应发生熔池内，反应体系连续相是液相(锍、金属或炉渣)。 闪速熔炼（flash smelting）包含国际镍企业闪速炉、奥托昆普闪速炉和旋涡顶吹熔炼3种，现在闪速熔炼优异技术知识产权仍为外国掌握。闪速熔炼是充足利用细磨物料巨大活性表面，强化冶炼反应过程熔炼方法。将金属硫化物精矿细粉和熔剂经干燥和空气一起喷入炽热闪速炉膛内，造成良好传热、传质条件，使化学反应以极高速度进行。这种方法关键用于铜、镍等硫化矿造锍熔炼。将细粒硫
18、化物精矿和熔剂干燥至含水 0.3％以下，和空气或富氧空气一并喷入炽热闪速炉膛内，固体颗粒悬浮在紊流气流中，造成气、固、液三相间良好传质、传热条件，使化学反应以极高速度进行。熔炼铜精矿生产过程中，悬浮在炉膛空间物料颗粒熔融后，落入沉淀池继续进行造冰铜（铜锍）和造渣反应。反应生成冰铜和炉渣，按比重在池内分层，定时分别将它们放出。含高浓度SO2炉气，可用以制取硫酸或单质硫。 闪速熔炼优点：脱硫率高，烟气中SO2浓度大，有利于SO2回收，并可经过控制入炉氧量，在较大范围内控制熔炼过程脱硫率，从而取得所要求品位冰铜，同时也有效地利用了精矿中硫、铁氧化反应热，节省能量，所以闪速熔炼适于处理含硫高浮选精矿
19、 使用空气时，熔炼反应放出热，不足以维持熔炼过程自热进行，须用燃料补充部分能量，如使用预热空气、富氧空气或工业纯氧，降低炉气带出热，可节省燃料，维持熔炼自热进行。闪速熔炼是近代发展起来一个优异冶炼技术，能耗低，规模大，含有劳动条件好、自动化水平和劳动生产率高优点，其金属回收率甚至高于传统法工艺，还能处理难以分选混合精矿，克服了传统火法炼铜无法克服间接加热缺点。因为闪速熔炼含有上述优点，所以发展很快，全世界新建大型炼铜厂几乎全部采取这一方法。到20世纪70年代末，用闪速熔炼法生产铜年产量已超出 100万吨。除铜、镍冶炼外，用闪速炉处理高端硫化铅精矿试验也已取得良好成绩；有工厂还用闪速炉处理硫化
20、铁精矿，生产单质硫。 闪速熔炼关键缺点是渣含主金属较多，须经贫化处理，加以回收。贫化方法有电炉法和浮选法。有厂在沉淀池后部安装电极加热，使贫化和熔炼在同一设备中进行。 熔池熔炼：包含特尼恩特炼铜法、三菱法、奥斯麦特法、瓦纽柯夫炼铜法、艾萨熔炼法、诺兰达法、顶吹旋转转炉法(TBRC)、白银炼铜法、水口山炼铜法和东营底吹富氧熔炼法等10种。其中白银炼铜法、水口山炼铜法和东营底吹富氧熔炼法为中国研发拥有自主知识产权国产化优异技术。 其它优异技术知识产权仍为外国掌握。熔池熔炼是在细小硫化精矿加入熔体同时，向熔体鼓入空气或工业氧气，供气方法有顶喷枪或经过埋入溶池风口。因为鼓风向溶池中压人了气泡
21、当气泡经过熔池上升时，造成“熔体柱”运动，这么便给熔体输入了很大功效。 熔池熔炼特点是：(1)含有很大搅拌能，熔体和炉料传热、传质速率很大，可使精矿快速熔入熔体。如诺兰达炼铜法，精矿熔入熔体速率达1.5t/( m2·h)。(2)硫化物氧化、造渣反应放出热起源于熔体，传热在强烈搅拌熔体内进行，而不是靠辐射或对流从外部供热，熔体和乳化状固体粒子之间传热系数为56.78W/( m2·K)，传热效果优于闪速熔炼。(3)因为分散性氧化性气泡和熔体间接触面很大，传质系数和氧化反应速度也应很大，尽管气泡在熔池中停留时间很短，但氧利用系数很高。如诺兰达炼铜法，氧利用率超出98%。因为熔池熔炼过程中传热和传
22、质效果好，可大大强化冶金过程，达成了提升设备生产率和降低冶炼过程能耗目标，所以70年代后得到了快速发展。依据供风和加料方法不一样，熔池熔炼又可分为侧吹、顶吹和底吹三种类型(见表2)。 表2 熔池熔炼供风和加料方法 表-3 现代铜精矿优异熔炼技术汇总表 优异炼铜法类型 方法种类 研发国家 原料 产物 送风方法 闪速熔炼法 奥托昆普闪速炉 芬兰 铜精矿 冰铜 顶送风加料 国际镍企业Inco闪速炉 加拿大 铜精矿 冰铜 顶送风加料 旋涡顶吹熔炼Contop炉 - 铜精矿 冰铜 顶送风加料- 熔池熔炼法 艾萨熔炼法 澳大利亚 铜精矿 冰
23、铜 顶吹 奥斯麦特熔炼法 澳大利亚 铜精矿 冰铜 顶吹 诺兰达法、 加拿大 铜精矿 冰铜 侧吹 三菱法 日本 铜精矿 冰铜 顶吹 特尼恩特炼铜法 智利 铜精矿 冰铜 侧吹 瓦纽柯夫炼铜法 苏联 铜精矿 冰铜 侧吹 白银炼铜法、 中国 铜精矿 冰铜 侧吹 水口山炼铜法 中国 铜精矿 冰铜 富氧底吹 顶吹旋转转炉法(TBRC) 加拿大 高镍铜精矿 冰铜 顶吹 东营富氧底吹熔炼法 中国 铜精矿 冰铜 富氧底吹 2、吹炼优异技术 （冰铜→粗铜） 任务是把火法熔炼工序取得冰铜，在高温和氧化气氛下吹炼，深入
24、脱除硫和铁等杂质，产物为中间产品粗铜，含铜98%～99%，贵金属也进入粗铜中。现代传统成熟吹炼技术包含PS转炉吹炼、固定反射炉侧吹式连续吹炼。现代中国外得以实际应用推广优异高效吹炼技术包含闪速炉吹炼、三菱法吹炼炉、奥斯麦特炉吹炼，很有发展前景和潜力优异高效吹炼技术如艾萨炉吹炼法、诺兰达炉吹炼法和富氧底吹炉吹炼法正处于工业试验阶段，从发展趋势看，传统吹炼技术正在逐步让在优异高效吹炼技术，现在优异吹炼技术知识产权仍关键为外国掌握。 3、火法精炼优异技术 （粗铜→阳极铜） 任务是高温条件下把吹炼工序取得粗铜深入精炼，深入脱除杂质，取得适合铜电解阳极铜或阳极板。现代中国外得以实际应用推广优异火
25、法精炼技术包含回转式阳极炉和铜阳极板全自动定量浇铸圆盘机组，而传统火法精炼技术固定式反射炉和机械式圆盘机+人工浇铸方法正在逐步被优异火法精炼技术替换。 （1）回转式阳极炉 是相对于固定式阳极炉而言一个火法精炼炉型，二者工艺原理相同，但结构和作业方法完全不一样，中国现在巳有3台，其中江西铜业集团2台是从国外成套引进，大冶有色企业1台是在消化引进技术基础上自行设计。和固定式阳极炉相比，回转炉阳极炉是一个优异精炼炉型，是和现代化大生产方法相适应新精炼炉型，尤其适合生产量大、机械化自动化程度高条件下应用。 和冰铜吹炼转炉相同，回转式阳极炉炉体横卧在四组托轮上，可在一定范围
26、内转动，回转阳极炉作业时其转动角度大约130度，为了满足出渣和出铜时炉体角度微量调整需要，回转炉设置了快速驱动和慢速驱动，炉体转速分别为0.56r/min和0.05r/min，相差十倍。另外考虑到交流停电事故，为了使出铜口和氧化还原口能够离熔体，还要备有事故复位。贵冶阳极炉事故复位单独采取专门气动马达，动力源是贮存在气罐中高压空气。有厂则把事故复位和慢速驱动合二而一，用小功率直流电机，电源是蓄电池，这种设计更简明而实用。回转阳极炉重油燃烧器由重油烧嘴和配风器组成，为方便清打燃烧喷口粘结物，通常只把配风器固定在端盖上，而重油烧嘴只是套装在配风器中，便于拆卸。出烟口和燃烧口相对，S型出烟短管一端固
27、定在端盖上，和出烟口对正，另一端为自由端，但和炉体轴线同心，所以不管炉体怎样转动，它全部和余热锅炉进烟口对齐。回转式阳极炉关键有氧化、出渣、还原、燃烧等项操作，回转式阳极炉通常见重油作燃料，适于用气态还原剂，如液化石油气、氨气等。 和固定式阳极炉相比，回转炉优点关键表现在其氧化、出渣、还原操作方法上。固定式阳极炉上述作业，要依靠人工插管、人工扒渣来完成，劳动条件之恶劣，劳动强度大;同时因为人力条件限制，炉子不能做得太宽，熔池也不能太深，所以炉子容量也受到制约。回转炉式阳极炉氧化还原喷管嵌在炉衬之中，需要氧化或还原时，只要导人足够压力空气或还原剂，然后把炉体转到一定位置上，使喷口浸没在熔
28、池面下400~50Omm深，即可自行进行氧化或还原，操作者只需调整相关操作参数。出渣时，打开炉口盖，把炉体转到炉口下沿和熔体面相平位置，这时在氧化空气鼓动下，熔池表面浮渣被一阵一阵地推涌到炉口处自行流下来。回转阳极炉氧化、出渣和还原操作比固定式阳极炉优越得多，也正因为这一点，炉子尺寸不受人工插管和扒渣限制，容量能够做到两三百吨以上 从而大大提升了生产效率，取得很好技术经济指标，这是回转阳极炉发展快速原因之一。具体优点①劳动条件好，操作方便。因为整体密封密封好，所以除了还原期间内基础上不冒黑烟，即使在还原期，也能够采取微负压操作，把大部分黑烟吸入烟道，以降低厂房低空污染。回转式阳极炉因为取消了人
29、工插管、人工扒渣，工人劳动强度低，所以深受工人欢迎。②回转式阳极炉出铜时，能够转动炉体来调整出铜口高度，使铜水流出速度和浇铸速度保持同时。利于阳极浇铸采取自动生产线，缩短出铜作业时间。③回转式阳极炉最突出优点是其公称能力大，所以生产效率高，能耗低，重油耗也可降到60~70kg/t铜(包含还原用重油)，经济效益好，这是固定式阳极炉无法相比。 现在中国回转式阳极炉已经国产化，设计成熟，设备精良，操作已实现标准化。这种阳极炉，大大改善了氧化、还原和出渣操作条件，炉子容量大，技术经济指标优异，劳动生产率高，炉体密封很好，有利于保护环境。出铜时因为能够随意调整出铜口高度，可和浇铸作业保持同时。回转式阳
30、极炉优点①集中表现在大型化和能力大上，大型化是回转炉发展趋势。②回转式阳极炉配置有一套稳定、可靠、正确自动控制系统，使其作业控制在最好状态下。③ 适应了大阳极板电解工艺发展方向。 中国回转式阳极炉工艺实践中存在需要继续改善问题：①不宜处理冷杂铜；②氧化还原喷管使用寿命不长(只用一个炉次)，更换喷管，既费力，又占用了作业时间，还消耗较多钢管和氧气；③风口区域炉衬损坏快；④回转阳极炉适宜于快速出铜，需要配置优异高效可靠浇铸设备；⑤热损失仍然较大，除了炉口水套耗热、炉口处烟气外溢损失外，炉衬较薄造成炉壳温度高，辐射散热较固定式炉大；⑦回转式阳极炉只有和现代化大生产方法相适，只有在生产量大、机械化自
31、动化程度高条件下，其优点才能得到最充足表现，而缺点也才能得到有效控制，不然难以取得良好效益。 （2）铜阳极板全自动定量浇铸优异技术 传统生产阳极板浇铸通常采取半自动化圆盘浇铸机，它由涡轮蜗杆减速机驱动圆盘浇铸机、人工控制浇铸包及捞取板三部分组成。这种方法缺点是，采取机械驱动式圆盘浇铸机，需要车轮沿路轨转动，没有刹车制动，存在摩擦力大，车轮和路轨易磨损，开启和停止时机组因惯性而造成摆动大，运行稳定性差，轻易使阳极板产生毛刺飞边等等严重质量问题。人工控制浇铸包更是落后浇铸方法，人为原因影响大，人员劳动强度大，易疲惫，阳极板单重和厚度均匀性差，误差大，物理规格不合格率高，给电解工序和产品质量造成了
32、极大影响，也影响了技术经济指标优化。另外这种传统圆盘浇铸机还存在可靠性能差、自动化信息化水平落后、维修保养工作量大、生产效率低等缺点。 现在中国外优异企业普遍应用全自动定量圆盘浇铸机技术，它是芬兰奥托昆普企业研制技术，为现代世界上优异铜阳极板生产技术。它由定量浇铸系统、圆盘浇铸机、取板系统和计算机控制系统四大部分组成。定量浇铸实现了浇铸包动作全自动化，阳极板重量或厚度正确度高达成 ；圆盘浇铸机集成了液压驱动、液压制动刹车和光电控制等新技术，无路轨行走，开启、行走和停止平稳性大大提升，有效地克服了阳极板毛刺飞边等严重质量问题。另外浇铸系统、圆盘机系统和取板系统经过PLC实现计算机集成在线控制，
33、使浇铸作业实现了次序控制和全自动化,对提升生产效率、确保高质量阳极板生产发挥关键作用，现在该技术在中国外铜电解厂得到了广泛应用。中国上个世纪80年代中期由江西铜业集团从芬兰奥托昆普企业首家成套引进，经近30年消化吸收和再创新，现在该技术已经完全国产化，它对提升铜电解工序和产品质量、实现高效节能及改善电解工序技术经济指标是关键支撑。 中国现在应用该技术厂家靠近10家。包含江西铜业企业、安徽金隆铜业企业、云南铜业企业、湖北大冶有色企业、金川集团铜冶炼厂和山东祥光铜业企业等。中国有色金属报 [/6/1]报道，江西华正新技术为山东祥光铜业设计制造全自动定量圆盘浇铸机经过3个月试生产,已经经过验收。该
34、全自动定量圆盘浇铸机是含有世界优异水平阳极铜浇铸设备,自主开发定量浇铸系统含有完全自主知识产权,定量精度达成±2kg即±0.533% (阳极板重量375kg),含有定量精度高、性能稳定、适应性强等优点,能够生产出满足高品质阴极铜生产所需要阳极板。 4、电解精炼优异技术 （阳极铜→电解铜） 任务是在电解槽中通入直流电，把阳极板精炼成纯度更高和用途更广成品电解铜。铜电解生产工艺现在划分法为：传统法（常规法）和现代法，大极板长周期工艺和小极板短周期工艺。 传统法铜电解精炼工艺，不管是大极板长周期电解，还是小极板短周期电解，其阴极均用厚度为 0.6ｍｍ左右薄铜片制成，又称始极片。一片始极片使用
35、寿命只有一个阴极周期，所以传统法工厂全部配置一定数量种板槽和始极片加工机械，生产制作始极片，传统铜电解工艺是一个有种板或始极片铜电解法。传统法铜电解生产中始极片制作和组装是一项劳动强度大、消耗人工多生产步骤，所需工作量占全部极板处理作业工作量50%以上，其缺点是工人劳动强度大、机械化自动化水平低、生产效率低、工艺质量、产品质量和技经指标优化难于确保和实现，通常适合中小规模企业生产，现在仍为中国外绝大多数中小企业采取。 现代铜电解工艺为永久不锈钢阴极电解法，也称无种板或无始极片铜电解工艺。永久不锈钢阴极法是适应铜电解产业大规模、高效率、低成本、大极板（阴极板规格长×宽=1000×1000）、高
36、电流密度和高纯阴极铜方向发展而开发现代世界最优异铜电解技术。它是以不锈钢阴极技术为关键，集成了当今铜电解领域各项优异技术而衍生优异铜电解技术，它整体上处理了传统铜电解工艺存在问题，并衍生出了一系列成套高效能、高自动化和信息化技术和装备，包含不锈钢阴极技术和装备、成品阴极剥离技术和装备、阳极校正技术和装备、残阳极洗涤技术和装备、电解专用吊车、添加剂自动探测监控技术、电解槽短路和槽电压自动探测监控技术、新型电解液循环方法、电解液精细过滤技术等。永久不锈钢阴极电解法使工人劳动强度大大降低，机械化自动化水平、生产效率低、工艺质量、产品质量和技经指标得到了显著优化和提升。现在永久不锈钢阴极电解法关键关键
37、技术仍为外国企业掌握，世界上拥有永久不锈钢阴极法知识产权有澳大利亚PTY铜精炼研制ISA法、加拿大鹰桥企业开发KIDD法和芬兰Outokumpu企业开发OK法三种。而且三种方法均得到了商业化应用。 永久性阴极铜电解技术最早由澳大利亚芒特艾萨(Mount Isa)矿业企业汤斯维尔精炼厂(CRL)在1978年研制成功并投入生产,称为艾萨(ISA)电解法。芒特艾萨企业从1978年开始把艾萨技术卖到国际上,至世界上有54家得到芒特艾萨企业专利许可证,用艾萨法生产阴极铜总能力已达500万t/a,占全世界总阴极铜产量33%。现在中国采取永久性阴极铜电解技术唯一工厂是江西铜业企业贵溪冶炼厂,该厂三期电解采
38、取ISA电解法,设计能力为20万t/a,并于投产。使用ISA电解法最大工厂是德国北德精炼厂,阴极铜生产能力达37万t/a。 1986年加拿大鹰桥企业Kidd Creek冶炼厂也开发了另一个不锈钢阴极生产工艺,称为KIDD法。1992年KIDD工艺技术实现商业化,到现在为止,采取KIDD工艺电解厂共有8家,生产能力达245万t/a;其中最大工厂是智利楚基卡马塔冶炼厂,阴极铜生产能力达87万t/a。 芬兰奥托昆普企业利用其优异不锈钢生产和制造技术,和在阳极机组、阴极剥片机组、行车等方面良好业绩,多年来开发OK不锈钢阴极法也已投入了工业化生产。中国山东阳谷铜业企业选择了OK不锈钢阴极法。 中国
39、不少企业和学者进行了永久阴极铜电解技术和传统铜电解工艺工程投资和经济效益具体论证分析比较，说明了永久阴极铜电解技术优异性，从而提出永久阴极铜电解技术是中国大中型铜电解工厂发展方向，永久不锈钢阴极电解法能够应用于铜精矿或废杂铜为原料冶炼厂。 现代中国外铜精矿火法冶金优异技术设备或步骤见附图。 四、现代中国外铜精矿火法冶金优异技术应用概况 1、现代中国铜精矿火法冶金优异技术应用概况 表-4 中国优异铜冶炼工艺应用工厂实例 公 司 原料种类 阴极铜产能规 模 （万吨/年） 阴极铜质量标准 优异技术数 量和类型 优异铜冶炼工艺技术 整体工艺水 平 熔炼 吹炼
40、火法 精炼 电解 精炼 1 江西铜业集团贵溪冶炼厂 硫化铜精矿 100 大极板高纯阴极 铜 3项 引进型 闪速熔炼炉 （日本引进） - 回转式阳极炉（国产）+自动定量浇铸（芬兰引进） 永久不锈钢阴极电解法（艾莎ISA法，澳大利亚引进） 国际先 进 2 安徽铜陵有色集团金隆铜业企业 硫化铜精矿 40 大极板高纯阴极 铜 2项 引进型 闪速熔炼炉 （日本引进） - 回转式阳极炉（国产）+自动定量浇铸（芬兰引进） 永久不锈钢阴极电解法（OK法，芬兰引进） 国际先 进 3 安徽铜陵有色集团金昌冶炼厂 硫化铜精矿 20 中极板高纯阴
41、极 铜 1项 引进型 奥斯麦特熔炼炉（澳大利亚引进） - - - 中国先 进 4 云南铜业企业 硫化铜精矿 60 大极板高纯阴极 铜 2项 引进型 艾莎熔炼炉（澳大利亚引进） - 回转式阳极炉（国产）+自动定量浇铸（国产） - 国际先 进 5 湖北大冶有色企业 硫化铜精矿 40 大极板高纯阴极 铜 2项 引进型 诺兰达熔炼炉（加拿大引进）+奥斯麦特熔炼炉（澳大利亚引进） - 回转式阳极炉（国产）+自动定量浇铸（国产） - 国际先 进 6 山西中条山企业侯马冶炼 厂 硫化铜精矿 20 中极板高纯阴极 铜 2项 引
42、进型 奥斯麦特熔炼炉（澳大利亚引进） 奥斯麦特吹炼炉（澳大利亚引进） - - 国际先 进 7 山东祥光铜业集团 硫化铜精矿 40 大极板高纯阴极 铜 4项 引进型 闪速炉熔炼 （美国引进） 闪速炉吹炼（美国引进） 回转式阳极炉（国产）+自动定量浇铸（国产） 永久不锈钢阴极电解KIDD法（加拿大引进） 国际先 进 8 山东东营方圆集 团 硫化铜精矿、金银精矿等 40 中极板高纯阴极 铜 1项 中国自主研 发 富氧底吹熔炼炉（中国自主研发） - - - 国际领 先 9 甘肃白银有色企业 硫化铜精矿 20 中极板高纯阴极 铜
43、 1项 中国自主研发 白银熔炼炉（中国自主研发） - - - 中国领先 ，国际优异 10 甘肃金川有色企业 铜镍精 矿 20 大极板高纯阴极 铜 1项 引进型 顶吹旋转转炉法（卡尔多炉） - - - 中国先 进 11 湖南水口山有色企业 硫化铜精矿 20（拟建 中极板高纯阴极 铜 1项 中国自主研 发 水口山炼铜 法（中国自主研发） - - - 中国领先 ，国际优异 2、现代国外铜精矿火法冶金优异技术应用概况 表-5国外优异铜冶炼工艺工厂应用实例 公 司 原料种类 阴极铜产能规 模 （万吨/年） 阴极铜质量标准
44、 优异技术数 量和类型 应用优异铜冶炼工艺技术 工艺技术水 平 熔炼 吹炼 火法 精炼 电解 精炼 1 日本三菱企业直岛冶炼厂 硫化铜精矿 28 大极板高纯阴极 铜 3项自主研发 三菱熔炼炉和贫化炉（研发者） 三菱吹炼炉（研发者） - 久 - 三菱连续炼铜法国际先 进 2 芬兰奥托昆普铜企业 硫化铜精矿 20 大极板高纯阴极 铜 4项 自主研发 奥托昆普闪速熔炼炉（研发者） 闪速炉吹炼（研发者） 阳极板自动定量浇铸（研发者） 永久不锈钢阴极电解法（OK法（研发者） 国际领 先 3 澳大利亚芒
45、特·艾萨矿物控股 硫化铜精矿 - 大极板高纯阴极 铜 3项 自主研发 艾莎熔炼炉（研发者） 艾萨炉连续吹炼（研发者） - 永久不锈钢阴极电解法（ISA法研发者） 艾萨炼铜法国际领先 4 澳大利奥斯麦特公 司 硫化铜精矿 - - 2项 自主研发 奥斯麦特熔炼炉（研发者） - 奥斯麦特吹炼炉（研发者） - 国际先 进 5 加拿大诺兰达公 司 硫化铜精矿 40 大极板高纯阴极 铜 1项 自主研发 诺兰达熔炼炉（研发者） - - - 诺兰达连续炼铜法国际先 进 6 美国尤她肯尼柯特冶炼厂 硫化铜精矿 - 大极
46、板 高纯阴极 铜- 2项（引进+自主研发） 闪速熔炼技术（引进奥托昆普） - 闪速吹炼技术（研发者） - 双闪工艺国际领 先 7 智利国营铜企业所属特尼恩特分企业 硫化铜精矿 - - 1项 自主研发 特尼恩特熔炼炉（特尼恩特改良转炉）（研发者） - - - 国际先 进 8 加拿大鹰桥企业 - - - 1项 自主研发 - - - 永久不锈钢阴极电解法 国际先 进 9 前苏联诺里尔斯克铜镍矿业企业 硫化铜精矿 - - 1项 自主研发 瓦纽科夫熔炼炉（研发者） - - - 瓦纽科夫工艺国际先 进 1
47、0 加拿大铜崖冶炼厂 铜镍精 矿 - - 1项 自主研发 顶吹旋转转炉法（TBRC法研发者） - - - 国际先 进 11 美国尤她洲炼铜厂 硫化铜精矿 20 - 1项 引进 诺兰达熔炼炉（引进） - - - 国际先 进 12 比利时霍博肯冶炼厂 硫化铜精矿 - - 1项引进+1项自主研发 艾萨熔炼炉（澳大利亚引进） 艾萨炉连续吹炼（合作研发者） - - 双闪工艺国际优异 13 北德精炼企业凯撒冶炼厂 硫化铜精矿 - - 2项 引进 艾萨熔炼炉（澳大利亚引进） 艾萨炉连续吹炼（引进） - - 国际优异
48、 五、现代中国外铜精矿冶金前沿技术 1、中国铜精矿冶金前沿技术 依据国家中长久科技计划（-）、有色金属工业中长久科技计划（-）和有色金属工业“十二五”科技发展计划（初稿）相关内容和精神，现代中国铜精矿火法冶金发展前沿技术归结以下。 ⑴ 短步骤连续炼铜清洁冶金技术 缩短铜冶炼工艺步骤是处理冶炼低空污染和节能关键路径。国外在铜连续冶炼方面取得成功有三菱法和“双闪”工艺。但这两种连续炼铜工艺，即使处理了吹炼作业环境保护问题，但也存在如投资较高或运行成本高或不能处理粗铜冷料等问题。同时，这两种工艺均须引进国外技术，不仅费用高，而且技术上受制于人。中国除了侯马冶炼厂采取Ausmelt吹炼和阳谷
49、祥光铜业采取闪速吹炼工艺之外，其它冶炼厂全部是采取PS转炉吹炼，或是单系列生产规模在3万吨以下已被国家列为淘汰鼓风炉+连吹炉工艺。因PS转炉间断操作，存在烟气量波动大、炉口漏风率高、二氧化硫烟气泄漏等问题。采取连续炼铜技术，缩短冶炼工艺步骤或取消PS转炉吹炼，是未来处理冶炼低空污染关键路径。因为铜冶炼工艺步骤长、不连续，“熔炼—吹炼”2个阶段，需在2个独立炉子中进行，造成铜冶炼工艺步骤长、能耗高、投资大等一系列问题。步骤工业重大节能减排效果取得，必需在步骤上有重大创新。为处理该技术难题，中国正在研究有两种工艺技术路线，一是氧气底吹炉连续炼铜技术；二是闪速炉短步骤一步炼铜技术。 氧气底吹连续炼
50、铜工艺技术 氧气底吹铜熔炼技术中国已经成熟，借鉴氧气底吹熔炼和其它连续吹炼成功经验，开发底吹连续炼铜技术已经含有工业化试验基础。氧气底吹连续炼铜技术开发关键是铜锍连续吹炼。工业化试验开发内容关键包含：连续炼铜工艺技术，含工艺条件、工艺参数和过程控制等；包含喷枪、炉体在内连续吹炼炉规格和结构选择开发；熔炼炉和连吹炉相配套成套装置研究开发。 闪速炉短步骤一步炼铜工艺技术 本技术采取技术集成及优化方法，将白银炉、闪速炉及粗铜连吹炉进行工程性结合，达成取消节能排放瓶颈—PS转炉吹炼工序，发明出一个含有中国自主知识产权“连续炼铜”短步骤新工艺，可实现重大节能效果。技术指标：冰铜品位70%；粗铜品位98
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