《能源监测与评价》——高耗能企业的节能监测（三）

(二)有色金属行业主要工艺流程

在现代冶金中，由于矿石(或精矿)性质和成分、能源、环境保护以及技术条件等情况的不同，实现上述冶金作业的工艺流程和方法也是多种多样的。根据各种方法的特点，大致可将其归纳为三类：火法冶金、湿法冶金和电冶金。我国有色金属产量最多的是铝，其次是铜，下面对铜和铝的生产予以简介。

1.铜的生产工艺流程

铜的冶炼可分为火法炼铜和湿法炼铜两种，火法炼铜是当今生产铜的最主要方法，占铜产量的80%～90%，主要原料为硫化矿，其主要工艺流程如图4-9所示。

火法炼铜的工艺过程主要包括四个主要步骤：造锍熔炼、铜锍吹炼、粗铜火法精炼和阳极铜电解精炼。火法炼铜的优点是适应性强、能耗低、生产效率高、金属回收率高。

(1)造锍熔炼。硫化铜精矿含铜一般为10%～30%，除脉石外，常伴有大量铁的硫化物，其含量超过主金属铜，所以由精矿直接炼出粗金属，在技术上仍有一定困难。因此，世界上普遍采用造锍熔炼—铜锍吹炼的工艺来处理硫化铜精矿。

造锍熔炼的过程为，将硫化铜精矿、部分氧化物焙烧矿和适量的溶剂等炉料，在1423～1523K的高温下进行熔炼，产出两种互不相溶的液相，即铜锍(冰铜)和熔渣。铜锍(CuzS.FeS)中铜、铁、硫的总量占85%～95%，炉料中的贵金属几乎全部进入铜锍;炉渣是以Si02、Fe0、Ca0等为主的硅酸盐熔体，两者互不相容，从而实现铜锍与熔渣的相互分离。

传统的造锍熔炼法有反射炉熔炼、电炉熔炼和密闭鼓风炉熔炼;现代的强化熔炼法有闪速炉熔炼、诺兰达法、三菱法、瓦纽柯夫法、白银法和艾萨法或奥斯麦特法。随着科学技术的进步，传统熔炼方法的缺点日益明显，因此，这些传统熔炼工艺正逐步地被节能、环境友好的强化熔炼新工艺代替。

(2)铜锍吹炼。铜锍吹炼的任务是将铜锍吹炼成含铜98.5%～99.5%的粗铜。吹炼的实质是在一定压力下将空气送到液体铜锍中，使铜锍中FeS氧化成Fe0与加入的石英溶剂造渣，进一步脱出硫和铁等杂质，Cu2S则与氧化生成的Cu2O发生相互反应变成粗铜(含铜98%～99%)。吹炼过程所需热量全靠熔锍中的硫和铁的氧化及造渣反应所放出的热量供给，为自热过程，吹炼过程的温度为1473～1533K。

当代传统成熟的吹炼技术包括卧式转炉(P-S转炉)吹炼、固定反射炉侧式连续吹炼，国际中先进高效吹炼技术包括闪速炉吹炼、三菱法吹炼炉、奥斯麦特吹炼炉。我国大都采用卧式转炉进行吹炼，其结构如图4-10所示。

(3)粗铜火法精炼。粗铜火法精炼过程为氧化还原反应，利用杂质对氧的亲和力大于铜对氧的亲和力以及杂质氧化物在铜中溶解度低的特点，在炉内装入粗铜后加入燃料和氧气，使杂质氧化而被除去，然后在铜水中加入还原剂氧化，最后得到阳极铜。灭法精炼步骤分为加料、熔化、氧化、还原和浇铸几个步骤，精炼过程的时间较长，燃料消耗很大。精炼的设备可以在反射炉、回转炉或倾动炉中进行，我国使用最为普遍的是反射炉。

(4)阳极铜电解精炼。铜的电解精炼是在钢筋混凝土制作的长方形电解槽中进行，槽内衬铅皮或聚氯乙烯塑料以防腐蚀，电解槽放置于钢筋混凝土的横梁上，槽子底部与横梁之间要用瓷砖或橡胶板绝缘，相邻两个电解槽的侧壁间有空隙，上面放瓷砖或塑料板绝缘，再放导电铜排连接阴阳极。电解精炼以火法精炼的铜为阳极，硫酸铜和硫酸水溶液为电解质，电铜为阴极，向电解槽通直流电使阳极溶解，在阴极析出更纯的金属铜的过程，如图4-11所示。杂质进入阳极泥或保留在电解液中，需要定期抽出电解液进行净化。