課程冶金工程概論
指導老師張傳福
專業班級冶金11級試驗班
姓名冷進
學號 0505110120
學習報告——煉銅
我們的冶金概論課終於迎來了有色金屬裡最重要的金屬—銅冶煉的學習。銅是一種堅韌、柔軟、富有延展性的紫紅色而有光澤的金屬，又被稱為紫銅。1克的銅可以拉成3000公尺長的細絲，或壓成10多平方公尺幾乎透明的銅箔。
純銅的導電性和導熱性很高，僅次於銀，但銅比銀要便宜得多。他優越的特性和便宜的**決定了它能夠廣泛的應用在各個領域。下面我將從煉銅工藝的一些方面對銅的冶煉做一些簡單的介紹。
銅礦物 從總體上，銅礦物大致分為三類：硫化銅精礦，氧化銅礦，雜銅礦（二次銅物料）。世界上絕大部分的金屬銅從硫化礦中提取，生產出的金屬銅叫做礦銅，而雜銅生產出的金屬銅叫做再生銅。
常見的硫化銅礦有：黃銅礦:cufes2、輝銅礦cu2s、斑銅礦:
cu5fes4、銅藍:cus等；常見的氧化銅礦物有孔雀石: cuco3cu(oh)2、藍銅礦:
2cuco3cu(oh)2、矽孔雀石cusio3.2h2o、塊銅礦:cu3so4(oh)4、赤銅礦:
cu2o、黑銅礦:cuo。
我國銅資源特點
（1）銅礦儲量少,資源短缺,人均占有量遠遠低於世界平均水平。
（2）超大型、大型礦床少,中小型礦床多,不利於規模化開採生產。
（3）貧礦多、富礦少。
（4）坑採礦多,露採礦少。
（5）共生礦多、單一礦少。
（6）許多礦的選冶性不好。
（7）相當數量的現有銅礦山資源接近枯竭。
（8）難以開發邊遠地區的礦床。我國成礦遠景區主要分布在西南三江地區、**一江二河地區、藏東地區、青海東崑崙～可可西里地區、東天山地區、北天山地區等西部地區,這些地區遠離我國銅冶煉生產能力集中(50%以上)的華中及長江下游地區,交通運輸、基礎設施不豐厚,外部建設條件差,生態環境十分脆弱,難以開發利用。
2023年的銅冶金行業狀況
近幾年來銅冶煉整體實力大幅提高。在我國銅冶煉企業中,既有引進並消化創新的閃速熔煉法和諾蘭達、艾薩法、奧斯麥特等熔煉技術,又有自主研發的氧氣底吹煉銅新工藝,濕法煉銅技術也得到了長足發展,我國銅冶煉技術已經達到世界先進水平。
至22023年,我國精煉銅產量達到378萬t,已連續8年居世界第一位。不過受金融危機的影響，國內銅的消費市場一直疲軟，眾多銅的冶煉企業都虧損著。這是由於前些年就是金融危機以前在銅需求階段性快速增長、銅價暴漲的影響下，一些地方和企業受利益驅動，不顧市場、資源等外部條件，盲目投資銅冶煉行業。
導致市場無序、過度競爭，相互爭奪原料，銅冶煉利潤將大幅下降，出現了全行業虧損。但我認為也正是這次危機可以幫助企業改革，讓它們更具有生命力和競爭能力。
火法煉銅
約85%的銅由火法冶煉方法生產。火法煉銅的原則流程為:
銅礦石（0.4~2%cu） →浮選→銅精礦(15~30%cu) →造鋶熔煉→銅鋶（銅鋶25~70%cu）→吹煉→粗銅（98~99%cu）→火法精煉→陽極銅（99%cu）→電解精煉→電銅(99.95-99.
98 %cu) 。其流程圖如下：
火法煉銅技術因具有生產能力大、工藝技術先進、成熟可靠、環保好、自動化程度高、執行費用低、so2濃度高等優點,可能成為未來煉銅發展的方向。
濕法煉銅
濕法約生產15%的cu。濕法煉銅的原則流程為:
銅礦石→浸出→低濃度含銅溶液→萃取→富銅有機相→反萃→高含銅溶液→電積→電銅。其流程圖如下：
濕法煉銅的主要優點有：工藝過程簡單，能耗低，因此生產成本低，而且投資費用低、建設周期短；可以處理低品位銅礦並且不會造成過多的環境汙染。
造鋶熔煉
現代造鋶熔煉是在1150-1250℃的高溫下，使硫化銅精礦和熔劑在熔煉爐內進行熔煉。爐料中的銅、硫與未氧化的鐵形成液態銅鋶。這種銅鋶是以fes-cu2s為主,並溶有au、ag等***及少量其他金屬硫化物的共熔體。
爐料中的sio2，al2o3，cao等成分與feo一起形成液態爐渣。這種以產出鋶為主產品的熔煉稱為造鋶熔煉。熔煉硫化銅精礦，不但需要將脈石除去，而且還要使銅與鐵、硫及其他雜質分開，現代銅冶金採用造鋶熔煉的方法來處理硫化銅精礦。
造鋶熔煉過程涉及很多物理化學反應，大致分為三類：
**硫化物的熱分解：熔煉未經焙燒或燒結處理的生精礦或幹精礦時，爐料中含有較多的**硫化物，在熔煉爐內被加熱後，離解成低價化合物，主要反應（吸熱反應）有：
fes2 = fes + 1/2 s2
fensn+1 = nfes + 1/2 s2)
2cufes2 = cu2s + 2fes + 1/2 s2)
2cus = cu2s + 1/2 s2
2cu3fes3 = 3cu2s + 2fes + 1/2 s2
生成的cu2s 和fes在熔煉工藝條件生成互熔體，稱為銅鋶（習慣上稱為冰銅），是銅鋶的基本組分。
氧化物和碳酸鹽、硫酸鹽、矽酸鹽等的熱分解：常見化學反應（吸熱反應）有：
2cuo = cu2o + 1/2o2 (黑銅礦)
caco3 = cao + co2 (石灰石)
mgco3 =mgo + co2 (菱鎂礦)
= 3mgsio3 + h2o +sio2 (滑石)
caso4 = cao + so3 (石膏)
氧化反應和造渣反應：在熔煉工藝條件下，發生如下氧化反應和造渣反應：
s2(g) + 2o2 (g) = 2so2(g) + 熱量
2fes(l)+3o2(g) = 2feo(g)+2so2(g) +熱量
2feo+sio2 = 2feo· sio2 + 熱量
3feo(l) + 1/2o2 (g) = fe3o4(l,s) + 熱量
3fe3o4+fes+5sio2 = 5(2feo·sio2) +so2 （吸熱反應，需要高於1500k以上）
熔鏈條件下由於區域性過氧化等原因回產生cu2o。但由於cu對s的親和力大於fe對s的親和力，因此還發生如下所示的硫化反應: cu2o + fes = cu2s + feo + 熱量
比較cu2o和fes的氧化反應，如下圖所示。二者均為放熱反
應，相同溫度之下，fes氧化反應的吉布斯自由能變值（為負值）小些，反應越容易進行，這也是fes 比cu2s優先氧化的原因。
造鋶熔煉的最終產物是富集有爐料中幾乎全部銅的銅鋶（冰銅），聚集有爐料中被氧化的鐵、全部脈石和熔劑中的氧化物的爐渣，以及包含有爐料中除進入冰銅外的全部硫的煙氣。下面重點介紹一下銅鋶和爐渣：
銅鋶 反應生成的cu2s 和fes在熔煉工藝條件生成互熔體，稱為銅鋶（習慣上稱為冰銅），是銅鋶的基本組分。其主要性質有：
熔點比爐渣低。工廠銅鋶的熔點一般在950～1050℃範圍內波動；銅鋶中的fe3o4和zns會使熔點公升高，pbs則會降低熔點。
比重比爐渣重：3.97(cu2s)~5.27(fes)。工廠實踐中，液態銅鋶的比重為4.13～4.8 。
銅鋶的熱容：0.586～0.628千焦/克·度。銅鋶的熔化熱為125.58千焦/克。銅鋶熱容與其品位、溫度等呈函式關係式。
銅鋶的粘度：0.02～0.04泊;
爐渣 造鋶熔煉爐渣是由爐料中的氧化物和熔煉時優先氧化產生的氧化鐵組成，除了sio2外，鐵的氧化物是主要成分，次要成分有cao、mgo和al2o3等。這種複雜的鐵矽酸鹽爐渣一般屬於feo- sio2系和feo-sio2-cao系爐渣。其主要特點有：
爐渣中的各種氧化物雖然有很高的熔點，但熔煉過程中，這些氧化物相互作用形成了低共熔共晶物、化合物和固溶體，因此爐渣的熔點一般只有1050-1150攝氏度；
銅爐渣的粘度高，為0.2-1泊；
爐渣的密度與爐渣的體系組成、溫度、渣含銅等因素有關。sio2-feo-cao爐渣的密度為3.3～4.1，當渣的鐵矽高、渣含銅
高的情況下密度會增大。
和造鋶熔煉爐渣相比，高爐煉鐵爐渣的主要成分也是主要由sio2、cao、mgo和al2o3等組成；同樣，由於氧化物相互作用形成了低共熔共晶物、化合物和固溶體，高爐煉鐵爐渣的熔點也不高，大致在1300攝氏度左右。與造鋶熔煉爐渣不同的是，高爐煉鐵爐渣的粘度取決於溫度和爐渣成分：隨溫度公升高，爐渣粘度降低；酸性渣的粘度大於鹼性渣，且隨著sio2含量增加，粘度迅速公升高。
這裡我們先介紹到造流熔煉，造流熔煉得到的冰銅還要經過，銅鋶的吹煉、火法精煉或者電解精煉後才能得到高純度的成品銅，我們的煉銅還任重道遠，關於銅鋶的吹煉、火法精煉或者電解精煉，我們留著下一次介紹。
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