砷黝铜矿(Cu3AsS3)、赤铜矿(Cu2O)、黑铜矿(CuO)、蓝铜矿(2CuCO3·Cu(OH)2))、孔雀石(CuCO3·Cu(OH)2)、硅孔雀石(CuSiO3·2H2O)、胆矾(CuSO4·5H2O)、水胆矾(2CuSO4·3Cu(OH)2)、氯铜矿(Cu(OH)3Cl)等。铜矿物主要为硫化铜矿,分布最广的为黄铜矿,其次为斑铜矿。
世界上铜资源最丰富的国家是智利、美国、赞比亚等,按人均资源衡量,我国是一个资源不丰富的国家。我国大型铜矿少,中小型铜矿多。铜矿品位与美国、加拿大等相近,但远低于智利、赞比亚等国。总的说来,我们的铜资源,大都是一些难回收、品位低、贫、细、杂矿体,要对它们进行经济有效的开发利用,研发成本低、投资省的回收工艺是唯一的手段。
世界上铜矿床的工业类型较多,分类方法也不一样,结合我国情况,主要有斑岩型铜矿、矽卡岩型铜矿、层状型铜矿、火山沉积型铜矿、铜镍硫化物型铜矿五大类。我国主要铜矿床类型及典型矿床举例见表1-1[1]。
表1-1我国主要铜矿类型及典型矿床举例
类型 斑岩型铜矿
典型铜矿
江西德兴铜矿、富家坞,山西
主要含铜矿物及伴生组分
黄铜矿、斑铜矿、黝铜矿、辉铜矿,伴生
中条山铜矿峪,西藏江达玉龙,组分油Mo、Au、Ag、Co、Se、Te、Re内蒙古乌奴格吐等
等
特点:贫,但储量大,伴生组分多
矽卡岩型铜矿 长江中下游地区的许多大中型矿山均属此类,如铜绿山、封山洞、城门山、武山等
黄铜矿居主,亦见斑铜矿、铜蓝、黝铜矿等;Pb、Zn、Mo、Au、Ag、Co、Se、Te等因矿床不同而略有差异 特点:较富,但规模不及前者
层状型铜矿(包括变质岩层状型和含铜砂页岩型)
云南东川、易门、大姚,湖南车江、麻阳,山西箅子沟和内蒙古霍各乞等
以辉铜矿、斑铜矿、孔雀石居主,硅孔雀石及黄铜矿为次,有时见有砷黝铜矿、硫砷铜矿,伴生组分有时有Au、Ag、Co、Ge
特点:氧化率高,铜的状态及分配较复杂,难选
火山沉积型铜矿
甘肃白银,新疆阿含勒 主要矿物为黄铜矿,亦可见有铜蓝、辉铜矿、斑铜矿、黝铜矿、方铅矿、闪锌矿,伴生元素有Au、Ag、Cd、Se、Tl、In、Te、Bi等
特点:多呈大型,品位高
铜镍硫化物型铜矿
甘肃金川、吉林盘石,新疆喀拉通克等
主要有价矿物为镍黄铁矿、紫硫镍铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿等,有时有黑铜矿,可伴生有铂族元素、Co、Au等
特点:Cu-N关系密切,只有靠冶金方法分离i
1.2.2 铜的再生资源[3]
我国铜的年消耗量已达100万吨,资源矛盾已显然非常突出。再生铜生产比原生铜节能80%以上,生产费用仅为原生铜的35%?40%,具有明显的优势,因此扩大利用再生铜资源很有必要,1995?1997年期间,我国平均年冶炼回收再生铜42.4万吨,其中直接利用30万吨,回收利用率达63.6%。 国内再生铜原料的来源、组成以及处理方法见表1-2。
表1-2国内再生铜原料的来源、组成以及处理方法
名称 1 特紫铜(纯废铜) 2 紫杂铜
废料的来源 导电用铜材轧制加工过程产生的废料 紫铜废型材、线材及废屑
3 纯废黄铜
黄铜轧材生产、加工过程生产的废料
Cu≥90~98,Zn2~5 主要成分含量% Cu≥99
处理方法
直接回炉处理,生产再生铜线、铜锭
生产阳极铜进行电解精炼、化学法生产硫酸铜
H90:Cu89~91,杂生产相应牌号的黄铜锭 质0.2,Zn余量 H80:Cu79~81,杂质0.3,Zn余量 H68:Cu67~70,杂质0.3,Zn余量
4 黄杂铜
各种黄铜废件、废料、Cu50~80 废屑、废弹壳及废旧生产用具
5 白杂铜
铜、镍、锌合金废料 Cu54~70,Zn18~用鼓风炉生产黑铜
30,Ni2.5~15
6 青废杂铜
铜锡合金废料
Cu70~75 Sn10~20
7 铜镍合金废料
Cu27~42
制取硫酸镍、硫酸铜或金属铜、镍、钴
8 复铜钢废料
废旧弹壳、军工单位边角废料
Cu27~42 Fe2~4 Ni+Co余量
9 铜灰及铜工业垃圾 铜渣
铜合金铸造加工时生
Cu6~30
预处理分级、选别后火法或湿法处理
鼓风炉还原熔炼产出黒铜
氨浸出生产电铜 用转炉生产次粗通
Cu10~30
用鼓风炉生产黑铜
产的炉渣及扫地灰尘 Zn5~20 精炼炉产出的炉渣
Cu10~60 SiO212~45
1.3 铜的冶炼方法
1.3.1 火法[1]
铜资源种大部分为硫化铜矿,由于硫化铜矿选矿工艺简单,成本低,所以,硫化铜精矿的火法冶金成为最重要的铜生产方法。
火法炼铜工艺可分为造锍熔炼、铜锍吹炼、粗铜精炼这三大工艺流程。其原则工艺流程如图1-1。
熔剂硫化铜精矿(20%~30%Cu)空气、燃料造锍熔炼SO2烟气冰铜锍(30%~70%Cu)吹 炼经处理后回收生产硫酸等产品粗 铜火法精炼阳极板(99.5%Cu)电解精炼电解铜(99.5%~99.98%Cu)图1-1火法炼铜的原则流程
1.3.1.1 熔炼
进行造锍熔炼时,投入熔炼炉的炉料有硫化铜精矿、各种返料及熔剂等。这些物料在炉中将发生一系列物理化学变化,最终形成烟气和互不相溶的铜锍和炉渣,其中主要的化学反应如下。
(1)高价硫化物的分解:
2FeS2(s)→2FeS(s)+S2(s)
2 CuFeS2(s)→Cu2S(s)+2FeS(s)+1/2 S
炉渣经处理回收铜后弃去