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銅電解精煉的原理如下:

陽極反應(yīng):Cu - 2e = Cu

Me - 2e= Me

H2O - 2e= 2H + 1/2O2

SO4 - 2e = SO3 + 1/2O2

式中Me代表Fe、Ni、Pb、As、Sb等比Cu更負電性的金屬,LTW1它們從陽極上溶解進入溶液。H2O和SO4 2-失去電子的反應(yīng)由于其電位比銅正,LTW1故在正常情況下不會發(fā)生。貴金屬的電位更正,LTW1不溶解,LTW1而進入陽極泥。

陰極反應(yīng):Cu + 2e = Cu

2H+ 2e = H2

Me + 2e = Me

在這些反應(yīng)中,LTW1具有標準電位比銅正、濃度高的金屬離子才可能在陰極上被還原,LTW1但它們在陽極不溶解,LTW1因此只有銅離子還原是陰極反應(yīng)的主要反應(yīng)。

在自然界中自然銅存量極少，一般多以金屬共生礦的形態(tài)存在。銅礦石中常伴生有多種重金屬和稀有金屬，如金、銀、砷、銻、鉍、硒、鉛、碲、鈷、鎳、鉬等。根據(jù)銅化合物的性質(zhì)，銅礦物可分為自然銅、硫化礦和氧化礦三種類型，主要以硫化礦和氧化礦，特別是硫化礦分布最廣，世界銅產(chǎn)量的90%左右來自硫化礦。銅礦石經(jīng)過選礦富集獲得精礦，常見為褐色、灰色、黑褐色、黃綠色，成粉狀，粒度一般小于0.074mm。含銅量13-30%，按行業(yè)標準YS/T318-1997《銅精礦》的規(guī)定，其化學(xué)成分和產(chǎn)品分類如表1。

2、未精煉銅

按國家標準GB/T11086-1989《銅及銅合金術(shù)語》規(guī)定，未精煉銅包括冰銅、黑銅、沉淀銅和粗銅。冰銅主要由硫化亞銅和硫化亞鐵組成的中間產(chǎn)品，黑銅通常用鼓風(fēng)爐熔煉廢雜銅或氧化銅礦石而產(chǎn)生的含雜質(zhì)較多的銅，銅含量一般為60%-85%。沉淀銅通常用鐵從含銅的溶液中置換，沉淀而獲得的銅和氧化銅的不純混合物，干量計算銅含量一般約50%-85%。粗銅是用轉(zhuǎn)爐吹煉冰銅而產(chǎn)生的純度不高的銅，粗銅中銅的含量一般約為98%，本標準中規(guī)定的未精煉銅，主要指的是粗銅。粗銅按行業(yè)標準YS/T70-1993《粗銅》的規(guī)定，按化學(xué)成分分為三個品級。

3、銅廢碎料

銅廢碎料涉及的范圍較廣，包括紫銅、黃銅、青銅、白銅的廢雜料，本標準規(guī)定的銅廢碎料僅指紫雜銅。紫雜銅為銅制品所產(chǎn)生的各類廢料、廢件。如廢舊電纜、紫銅管、棒、板、塊、帶及帶薄鍍層的上述材料和其它非合金類銅廢料等。有以下5種分類及規(guī)格:

第一類:

(a)紫銅管、棒、板、塊、帶，表面干凈，無油泥和其它沾附、夾雜。

(b)各種裸銅線、短線和其它純銅廢料。

第二類:

(a)1類銅廢料中混有紙屑、各種絕緣材料、少量油泥、銹垢、雜物，但重量必須小于1%。

(b)直徑0.3mm以上的漆包線，無污物和雜物。

第三類:各種報廢的純銅或有薄鍍鋅層的純銅電器開關(guān)，零部件。

第四類:

(a)直徑0.1-0.3mm的漆包線。

(b)有油泥或少量其它夾雜的漆包線。

(c)干凈、發(fā)脆的火燒線。

第5類:各種純銅水箱、蒸發(fā)器、熱交換器具、但其內(nèi)部不得有充填物，只允許有少量自然形成的水垢。

1、火法冶金

火法煉銅的方法很多,主要有:鼓風(fēng)爐熔煉、反射爐熔煉、閃速熔煉、電爐熔煉等。從以上煉銅的工藝流程圖看出:硫化銅精礦(含銅量為13%-30%)可以采用幾種不同的冶金方法進行熔煉,得到冰銅,再經(jīng)過轉(zhuǎn)爐吹煉得到含銅大于97.5%的粗銅,因粗銅的質(zhì)量仍滿足不了工業(yè)用銅的要求,必須精煉后得到的精銅要求含銅99.95%以上。在硫化銅精礦冶煉的過程中同時還可以回收硫、金、銀、銻、鉍、鎳、硒等有價元素

在中國,從銅精礦中提取金屬銅,主要采用火法冶金的方法,比較先進的就是閃速熔煉,其產(chǎn)量占全國產(chǎn)銅量的30%以上。由于能耗低,規(guī)模大,能有效控制環(huán)境污染等優(yōu)點。這一冶煉技術(shù)正在煉銅工業(yè)上得到日益發(fā)展。閃速熔煉根據(jù)不同爐型的工作原理可分為兩種類型:OutokumPU閃速熔煉、InCo閃速熔煉。

2、立陶宛濕法冶金

濕法冶金在許多情況下與火法相配合的。其過程的主要化學(xué)反應(yīng)是在水溶液中進行的。銅(鋅)礦物預(yù)先通過氧化或硫酸焙燒,轉(zhuǎn)變可溶狀態(tài),然后再進行浸出、凈化電積、以提取電解銅。通常有RLE法、常壓氨浸出法(阿比特法)、高壓氨浸出法、細菌浸出法等。從焙燒→浸出→凈化→電積,簡稱RLE法。其生產(chǎn)流程,濕法冶金主要適用從低品位氧化礦、廢礦堆及浮選尾礦中提取金屬銅。

所采用工藝流程是根據(jù)銅工業(yè)冶煉工藝:萃取-電積工藝進行蝕刻液電解銅技術(shù),這一技術(shù)成熟可靠,廣泛使用工藝。其工藝流程如下:

本標準只考慮了工藝損耗,途耗未計算在內(nèi)。

1、工藝損耗

爐渣含銅損失是銅冶煉的主要損失,按損失的形態(tài)可分為三種類型:

①化學(xué)損失

是指銅以Cu2O形態(tài)造渣引起的損失。只要爐料中含有足夠的硫,Cu2O都將變成硫化物。但如果含硫不足或者氧化氣氛太大,而又沒有足夠的反應(yīng)條件時,爐渣含Cu2O對就可能較高。②物理損失

是指銅以Cu2S形態(tài)溶解于爐渣中引起的損失。它取決于爐渣成分,酸性爐渣溶解較少,FeO含量高的爐渣對Cu2S溶解度大,因此,為了降低銅的物理損失,應(yīng)盡可能減少爐渣中的FeO量,或者提高酸度,或者加入CaO代替一部分FeO。

③機械損失

是由于冰銅顆粒未能從爐渣中沉清所引起的。爐渣粘度和比重過大,熔點過高使冰銅不易沉清;爐渣過熱度不夠,熔池容積和形狀不合理,沉清時間沒有保證;化學(xué)反應(yīng)不完全,產(chǎn)生氣泡的浮游作用;冰銅顆粒大細,來不及結(jié)合成大顆粒沉降。此外,煙氣和電解液的排放都會引起銅的損失。

銅冶煉生產(chǎn)過程中的金屬損失(以葫蘆島東北有色金屬集團公司為例)情況:

①鼓風(fēng)爐熔煉工序金屬回收率97.8%,金屬損失2.2%;

②轉(zhuǎn)爐吹煉工序金屬回收率99.5%,金屬損失占投入工序金屬量的0.5%;

③陽極爐精練工序金屬回收率99.5%,金屬損失占投入工序金屬量的0.5%;

④銅電解工序金屬回收率99%,金屬損失占投入工序金屬量的1%。

按以上各工序金屬回收率計算,銅冶煉總回收率為96.0%,金屬損失4.0%。

2、途耗

精礦在運輸、貯存的損耗比較復(fù)雜,一般可以按下述規(guī)定執(zhí)行,但在本標準中,途耗將不包括在內(nèi)。

①精礦在港口落地后裝車,貨損按0.1%計算,若在5天后裝車,每增加1天,貨損增加0.01%。

②精礦在落地后,每倒動一次,貨損0.1%。

③火車運輸過程,貨損按0.3%-0.4%計算,運輸距離超過500公里,每100公里增加0.1%。

④因外界因素影響,貨損有時增加。下大雨2小時以上貨損加0.05;下中雨連續(xù)4小時以上貨損加0.05%;下小雨8小時以上,貨損加0.05%。貨物落地后,因風(fēng)大造成損失,應(yīng)根據(jù)實際情況進行取證(現(xiàn)場記錄、排照、錄象等)后確定。

⑤精礦進廠后倉儲損失(包括檢斤后倉外損失、卸車損失、倉內(nèi)存放和運輸損失)按0.3%計算。

1、物理性質(zhì)

銅是一種玫瑰紅色金屬,柔軟、有金屬光澤,密度為8.92克/厘米,溶點為1083.5℃,沸點為2595℃,富于延展性,易彎曲,強度較好,在導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性方面,銅僅次于銀,居第二位,它可以進行冷熱壓力加工,由于其具有面心立方晶格,銅及其化合物無磁性。熔點時銅的蒸氣壓很小,因而在冶金過程溫度下,不易揮發(fā)。

2、化學(xué)性質(zhì)

液體銅能溶解某些氣體,H2、O2、SO2、CO2、CO和水蒸氣等,溶解氣體對銅的機械性質(zhì)及導(dǎo)電性均有一定影響,純銅在常溫下與干燥空氣和濕空氣不起作用,但在CO2濕空氣中,表面會產(chǎn)生綠色薄膜CuCO3Cu(OH)2又稱銅綠,它能保證銅不再被腐蝕。銅在空氣中加熱到185℃即開始與氧作用,表面生成一層暗紅色銅氧化物,當溫度高于350℃時,銅顏逐漸從玫瑰色變成黃銅色,最后變成黑色。銅能溶解于硝酸和有氧化劑存在的硫酸中,銅能溶解于氨水中,也能與氧、鹵等元素直接化合。

銅在電氣、電子工業(yè)中應(yīng)用最廣、用量最大,占總消費量一半以上。用于各種電纜和導(dǎo)線,電機和變壓器的繞阻,開關(guān)以及印刷線路板等。

在機械和運輸車輛制造中,用于制造工業(yè)閥門和配件、儀表、滑動軸承、模具、熱交換器和泵等。

在化學(xué)工業(yè)中廣泛應(yīng)用于制造真空器、蒸餾鍋、釀造鍋等。

在國防工業(yè)中用以制造子彈、炮彈、槍炮零件等,每生產(chǎn)100萬發(fā)子彈,需用銅13——14噸。

在建筑工業(yè)中,用做各種管道、管道配件、裝飾器件等。

繼出臺一系列規(guī)定整頓鋼鐵行業(yè)后,發(fā)改委又開始出拳整治銅冶煉行業(yè)。上周五,發(fā)改委公布了《銅冶煉行業(yè)準入條件》,從投資條件、工藝裝備、能源消耗、環(huán)境保護等方面做出了具體規(guī)定,以規(guī)范銅冶煉行業(yè)的投資行為,制止盲目投資和低水平重復(fù)建設(shè)。在高銅價的刺激下,中國內(nèi)正在掀起新一輪的銅冶煉產(chǎn)能擴張浪潮。除行業(yè)龍頭企業(yè)外,一些從來沒有做過銅冶煉的企業(yè)也紛紛涉足其間,在電解鋁行業(yè)盲目投資熱似乎又在銅冶煉領(lǐng)域顯現(xiàn)。一些業(yè)內(nèi)人士對此頗為憂慮,他們擔心如果任其發(fā)展,過不了多久,中國銅冶煉也將重蹈電解鋁行業(yè)整體虧損的覆轍。據(jù)《第一財經(jīng)日報》了解,中國內(nèi)第一個大銅企業(yè)——江西銅業(yè)(集團)。福建一家企業(yè)更是準備上馬40萬噸的銅冶煉生產(chǎn)線。在建設(shè)和準備上馬的銅冶煉項目產(chǎn)能高達238萬噸,相當于中國內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)能�！躲~冶煉行業(yè)準入條件》最值得注意的就是對銅冶煉企業(yè)的資質(zhì)做出了明確的規(guī)定,規(guī)定銅冶煉必須符合自有礦山原料比例達到25%以上(或者自有礦山原料和通過合資合作方式取得5年以上礦山長期合同的原料達到總需求的40%以上),項目資本金比例達到35%及以上等條件。

中國銅的生產(chǎn)流程以銅精礦和火法冶煉粗銅為主導(dǎo)。而現(xiàn)狀是,加工能力大于冶煉能力,冶煉能力又大大超過銅精礦的保障能力,銅精礦資源和廢雜銅都需要進口。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,21世紀以來,國內(nèi)銅精礦的產(chǎn)量一直沒有明顯增長,保持在年產(chǎn)60萬噸(含銅量,下同)上下,2007年底將形成近370萬噸冶煉能力,遠遠超過屆時全中國銅精礦資源的保障能力和國際市場可能提供的銅精礦量。在中國銅礦山的生產(chǎn)能力也只能滿足冶煉能力的40%。"資源自給率下降,將導(dǎo)致中國內(nèi)大型企業(yè)喪失在產(chǎn)業(yè)鏈上游的話語權(quán)和支配權(quán),慢慢淪為國際銅礦和冶煉商在中國內(nèi)的代理加工基地,危及整個行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,進而對國家戰(zhàn)略和經(jīng)濟安全造成不利影響。"安徽銅陵有色金屬(集團)公司總經(jīng)理韋江宏說。

銅金屬屬出口征稅商品,海關(guān)和外經(jīng)貿(mào)主管部門在審批、備案、核銷企業(yè)加工貿(mào)易合同時,其單耗標準值應(yīng)在標準中規(guī)定的單耗上下限之間,尤其不得低于下限。