铜冶金学第1章

第一章绪论在人类文明进程中，铜的生产与应用一直起着非常重要的作用。从青铜时代开始，到几千年后的电气化时代，电子时代，直至今天的信息社会，铜都是最广泛应用和不可替代的金属材料。我国在夏代已进入了青铜时代，商、周是青铜文化的鼎盛时期，这一时期出土的大批文物表明，我国的炼铜技术已处于当时世界的最高水平。在甘肃武威皇娘娘台发现的红铜铜刀和铜锥距今已达四千年。在甘肃马家窑文化遗址中发现的青铜刀距今已有五千年历史。湿法炼铜更是源于我国，古称胆铜法，早在西汉《怀南万毕术》中就有用铁从硫酸铜(胆铜)溶液中置换铜的记载，唐末、五代时此法已用于生产。1.1铜冶金发展史略我国第一个近代铜矿冶炼厂是20世纪30年代沈阳的奉天金制炼所（沈阳冶炼厂前身），使用的工艺流程是烧结锅烧结－敞开鼓风炉熔炼－真吹炉吹炼电解精炼。在国内经济持续快速发展，对铜需求不断增加，以及环境保护、能源和剧烈市场竞争的推动下，我国铜冶金工厂的技术与装备发展迅速。以新一代闪速炉、艾萨法和诺兰达法为代表的许多新工艺，已经被和正在被我国主要铜企业引进采用。西亚地区在世界上是最早应用铜并掌握炼铜技术的地区。伊朗西部的阿里喀什和卡约努泰佩舍发现的小铜针、铜锥等距今已有9000年以上。在土尔其南部的安纳托利亚的查塔尔萤克，发现的炉渣中含有铜粒，这种炉渣距今约有8000～9000年(公元前7000～6000年)历史。到14～15世纪时，欧洲普遍采用“德国法”炼铜，此法是将硫化铜矿全部氧化焙烧成氧化铜，然后在矮竖炉内还原粗铜。1698年英国开始采用反射炉冶炼富铜矿(含Cu10%~30%)。真正引起炼铜工艺革命的是19世纪后期，即1880年出现的转炉(贝塞麦特炉)。用转炉吹炼铜锍，大大缩短了冶炼周期，使炼铜工业进入到一个新时期。1865年欧洲出现了电解精炼法，从而使铜的纯度大大提高。从20世纪70年代末开始，全世界炼铜工业面貌发生了巨大变化，以美国犹他冶炼厂的奥托昆普闪速炉为代表的绿色冶金工业正在发展和推广。铜的用途十分广泛，一直是电气、轻工、机械制造、交通运输、电子、邮电、军工等行业不可缺少的原材料。铜的电导率高，仅次于银。铜的导热性能好，因此常用铜制造加热器、冷凝器与热交换器等。铜的延展性能好，易于成型和加工。铜能与锌、锡、铝、镍和铍等形成多种重要合金。铜的化合物是电镀、原电池、农药、颜料、染料和触媒等行业的重要化工原料。1.2铜的用途全世界有40多个国家或地区生产铜，国内的铜生产仍不能满足国民经济发展需求，每年需进口大量铜产品以祢补不足。表1.2列出了我国主要冶铜厂的生产量1.3铜的生产、消费铜的生产原料分为铜矿石、铜精矿和铜的二次回收料。由前二者生产的铜称之为矿铜，由二次原料生产的铜一般称为再生铜。1.4铜的生产原料硫化铜矿石一般不进行直接冶炼，而先经过矿物加工处理即选矿后得到精矿。浮选是选矿的主要方法，重选、磁选、离析及溶浸等也有应用。铜选矿厂由破碎、筛分、磨矿、分级、选别和脱水等作业组成。1.5铜精矿的化学成分与矿物组成铜精矿由于矿石产地、矿石种类和选矿技术条件的不同，其化学成分和矿物组成是十分复杂的。一些铜冶炼厂处理的典型铜精矿成分见表1.3。1.5.1铜精矿的化学成分1.5.2铜的矿物在铜矿石中铜的矿物主要有表1.4中所列的种类。表1.3铜冶炼厂处理的铜精矿成分(%)表1.4重要的铜矿物目前世界上原生铜产量中80%用火法冶炼生产，约20％用湿法冶炼生产。湿法炼铜通常用于处理氧化铜矿、低品位废矿、坑内残矿和难选复合矿。火法炼铜用于处理硫化铜矿的各种铜精矿、废杂铜。火法炼铜和湿法炼铜的工艺流程如图1.1、图1.2和图1.2所示。1.6铜的生产方法与流程图1.1火法炼铜流程图1.2硫化铜精矿的湿法处理流程图1.3铜氧化矿和低品位矿的湿法冶炼流程单元作业1、当今铜的主要消费领域是哪些？2、试从资源综合利用和生产过程对环境的友好两方面，分析火法炼铜和湿法炼铜的主要优缺点。