銅冶金技術的發展是個漫長的過程,目前冶煉方法主要有火法冶煉與濕法冶煉,前者多用于硫化礦的冶煉,后者一般用于氧化礦的冶煉。
⒈ 陰極銅火法冶煉過程
火法冶煉主要分采礦、選礦、熔煉、電解等步驟。
采礦就是將礦石與廢石分離的過程。分離后的礦石運往選礦廠進行選礦。
選礦就是將采礦得到的礦石進行破碎、篩選獲得品位較高的銅精礦的過程,包括破碎、浮選、分離、濃縮、脫水等步驟。礦石經過旋回破碎機、中細碎圓錐破碎機進行三級破碎后變成細顆粒狀,再經球磨機碾磨成粉狀進入浮選池。浮選池內加入藥劑,經浮選機不斷攪拌,金屬吸附在攪拌后形成的泡沫上,泡沫懸浮在池的表面,金屬隨泡沫流入浮選池邊上的槽內得到分離。分離后的礦漿經濃縮和過濾相結合的脫水手段,比較后形成銅精礦。通過此過程,含銅量可由原礦的0.5%提高到30%(在干燥狀態下)。
熔煉就是將銅精礦冶煉成合格的陽極銅,包括預干燥、閃速熔煉、轉爐吹煉、陽極爐精煉及陽極澆鑄等工序。
經過預干燥,礦的水分降至13%以下;干燥后,礦的水分降至3%以下。經閃速爐熔煉后的產物稱“冰銅”,液體狀,銅含量50%--75%,與硫混合。“冰銅”經轉爐吹煉后的產物是“粗銅”,銅含量98.5%左右。粗銅再經陽極爐精煉并經過圓盤澆鑄機澆鑄,即形成陽極銅。陽極銅外型與陰極銅相似,但表面缺少光澤,厚度一般為陰極銅的2―3倍,是下一道工序電解中的陽極。
電解就是利用氧化-還原反應原理,陽極的銅電解進入電解液成為Cu離子,Cu離子帶正電,流向陰極,在陰極富集,還原為金屬銅,吸附在陰極上,陰極銅的純度高于陽極。一般經過12天(陰極的反應周期)的電解反應,陰極上的銅就是所謂的“陰極銅”。陽極的反應周期24天。剛出爐的陰極銅呈磚紅色,表面平整而光亮,銅的含量達99.95%以上。而陽極銅含多種其他元素,經電解后,這些元素在陽極沉淀下來,成為“陽極泥”。陽極泥再經處理可以得到金、銀、粗硒和精碲等副產品。
電解的陰極,又稱“始極片”,由專門的加工廠生產。始極片有三種:①由陰極銅制成,這種始極片電解后成為陰極銅的一部分;②鈦板;③不銹鋼板。后兩種可以重復使用,又稱“陰極”。
⒉ 火法冶煉的主要工藝
20世紀70年代以前,火法冶煉普遍采用的煉銅設備是鼓風爐、反射爐和電爐。這幾種工藝的共同缺點是能耗高、硫利用率低和污染環境。由于全球性的能源和環境問題突出,促使銅冶金技術從80年代起獲得飛速發展。傳統的冶煉方法逐漸被淘汰,隨之興起的是以閃速熔煉和熔池熔煉為代表的強化冶煉技術,其中比較重要的突破是氧氣的