产7.5万t的ISA法铜电解精炼车间毕业设计.doc

摘 要本设计的任务是设计一个年产7.5万t的ISA法铜电解精炼车间。原料为含铜99.48%的火法精炼阳极铜，要求电解精炼后使铜的含量达到99.95%以上的一级铜。通过综合考虑交通、气象、地理、供水、供电、原料供应等多方面的因素，确定了建厂地址。通过查阅文献了解ISA法电解铜的诸多优点，并根据已经确定的条件，进行了电解过程的物料平衡、热量平衡和电解液净化的有关计算。并进行了主要设备的计算和选型。然后，由前面得出的结论绘出了车间的设备连接图及车间平面布置图。在对车间生产的污染源作出分析后，给出了三废处理、劳动卫生与安全的具体解决方案。最后，本设计还进行了车间定员和财务分析。关键词：电解精炼；ISA法铜电解 ；电解槽；极板处理机组ABSTRACTThe task is to design a copper refining plant which can produce 75000t electrolytic copper per year by the way of ISA law. The raw materials containing 99.48 percent of the copper is produced in fire refining process and request for at least 99.95 percent of the copper in the product after electric refining. Consider the adoption of transportation, meteorology, geography, water, electricity, raw materials supply and many other factors to determine the location of the site. According to the established conditions for the electrolysis process to calculate the material balance, heat balance and electrolyte purification. In addition, it have calculated and selected the major equipment. Then, by the conclusion, it has drawn the picture about the connection of each equipment. After an analysis of the sources of pollution, it has given the specific solutions of wastes, industrial health and safety. Finally, the design also had a workshop about the staffing and financial analysisKeywords: copper electrowinning; ISA law; electrobath; electrode process machine毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第一章 绪论1第二章 文献综述22.1铜元素的介绍22.1.1铜的物理性质22.1.2铜的化学性质32.1.3铜矿资源的分布42.1.4铜以及其铜合金的应用52.1.5铜的产能与消费62.2铜的生产方法92.2.1 火法炼铜92.2.2 湿法炼铜212.3中国铜工业的现状与发展262.3.1概述262.3.2我国铜资源总体状况272.3.3我国铜冶炼工业现状282.3.4我国铜资源开发利用的技术现状292.3.5我国铜工业入世后之变化302.4 对于我国铜工业发展的建议32第三章 厂址的选择与论证333.1 厂址选择的一般原则333.2 厂址选择要求333.3厂址的选择与论证34第四章 生产工艺、技术经济指标的选择与论证364.常规法电解铜364.1.1电解液的成分、净化和循环364.1.2添加剂404.1.3电解铜的阳极、种板与阴极424.1.4电解温度434.1.5 电流密度434.2永久阴极法电解铜444.2.1永久阴极法铜电解概况444.2.2工程设计464.3周期反向电流法电解494.4 工艺的选择与技术指标的确定504.4.1 工艺的选择504.4.2 技术指标的确定50第五章 冶金计算535.1铜电解精炼物料平衡计算535.1.1计算条件535.1.2计算过程545.2铜电解精炼热平衡计算565.2.1计算条件565.2.2热收入565.2.3热支出565.3 电解液净化及硫酸盐生产冶金计算585.3.1 净液量的计算585.3.2 硫酸盐生产物料平衡计算60第六章 主要设备选择646.1 电解槽646.1.1 电解槽的材质646.1.2 电解槽的构造646.1.3 电解槽衬里材质646.1.4 电解槽的进出液方式656.1.5 铜电解槽的安装656.1.6 电解槽的相关计算676.2 起重机736.3 循环液贮槽746.4 高位槽746.5 阳极泥贮槽756.6 电解液加热器756.7 电解液循环泵766.8 极板作业机组776.9 设备清单79第七章 车间配置80第八章 环境保护与劳动安全及卫生818.1环保设计依据818.2设计原则818.3污染源818.4三废处理818.4.1废气818.4.2废水828.4.3废渣828.4.4环境绿化828.4.5环境监测、管理及投资828.5劳动保护838.5.1增加设备防护措施838.5.2加强个体保护838.5.3切实执行工业卫生法规83第九章 劳动定员849.1管理系统849.2劳动定员84第十章 财务估算8610.1投资估算8610.1.1 固定投资估算8610.1.2 流动资金估算8710.2 产品成本计算8710.2.1 原材料和辅助材料费8710.2.2 燃料费8710.2.3 水费8810.2.4 生产工人工资及工资附加费8810.2.5 车间经费8810.2.6 期间费用8810.3 清偿能力及盈利能力8910.3.1 产品销售利润8910.3.2 所得税8910.3.3 年折旧费8910.3.4 贷款偿还期8910.3.5 投资回收期89总 结91参考文献92致 谢94附录：外文翻译及原文95第一章 绪论 铜是人类最早发现和使用的金属。约一万年前，人们就把自然铜加工成针、珠和锥等，迄今发现人类最早炼制的铜器当推伊朗境内泰配海亚出土的刮刀、凿子和锥子等，年代约为公元前3800年。据考古表明，公元前3000年塞浦路斯（Cyprus）命名的，写成Cyprium,随后派生出铜的名词有：Copper、Kupfer1。中国是世界上最早使用铜器的国家之一。1978年在甘肃东乡马家窑遗址中出土的锡青铜小刀，是迄今中国发现的最早青铜器件，其年代约为公元前2750年。中国最早在公元前770年就掌握了竖炉炼铜技术，宋元丰年（1078年）铜产量达到7300t，铜冶金技术一大相当水平1。因铜具有许多优良的物理和化学性质：高的热导率和电导率、强的化学稳定性、大的抗拉强度、易熔接、具抗蚀性、可塑性、延展性；能与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金，所以金属铜及其合金广泛用于电器工业、交通运输、建筑物及其构件、机械制造等方面2。目前，炼铜的方法主要分为火法和湿法两大类2，其中80%用火法冶炼生产，约20%用湿法冶炼生产1。湿法冶炼通常用于处理氧化铜矿2，低品位废矿，坑内残矿和难选复合矿等。火法炼铜主要用于处理硫化铜矿的各种精矿。铜火法精炼一般能产出含铜99.099.8%的粗铜产品，但其质量仍然不能满足电器和其他工业的要求。为了达到纯度4N（99.99%）以上的工业应用，还需要对火法精炼的粗铜进行电解精炼。70年代以来，铜电解精炼技术有了很大的发展。出现了周期反向电流（PRC）电解，永久性不锈钢阴极（ISA）电解等新工艺；极板作业机组、多功能专用吊车、短路自动检测装置、大型可控硅整流器等设备。铜电解精炼生产趋向于大型化、高效率、低能耗的目标发展。本设计的任务是以含铜99.48%的铜阳极为原料设计一个用艾萨法年产7.5万吨的铜电解精炼车间。第二章 文献综述2.1铜元素的介绍 铜是人类最早发现和应用的金属之一，据考证，西亚地区是世界上最早应用铜并掌握铜技术的地区。在靠近西亚的土耳其南部的查塔尔萤克发现的含有铜粒的炉渣距今已有80009000年的历史。我国是世界四大文明古国之一，大批出土文物表明，我国在夏代就进入青铜时代，在甘肃马家窑文化遗址发现的青铜刀，距今已达5000年，湖北大冶铜绿山矿附近的古矿冶遗址距今已达25002700年。2.1.1铜的物理性质铜是玫瑰红色的金属，固体铜具有良好的展性和延性，可拉成0.0799毫米的细丝，或加工成0.0799毫米的薄片。液态铜能溶解许多气体，如H2、O2、SO2、CO2、CO和水蒸气，因此铜精矿在铸锭之前，要突出溶解的气体，否则铜锭会有气孔。铸铜含氧应维持0.030.05%。铜的导电和导热性仅次于银2，如以银的导电和导热性为100%，则铜分别为93%和73.2%。铜的导电性受杂质的影响很大，例如砷含量为0.0013%时，可使其导电率降低1%。铜的机械加工性能优于铝，例如，当铜和铝丝每单位长度电阻相同时，以铜的截面积、直径、重量和破坏强度相应为1时，则铝的分别为1.61，1.27，0.488和0.64。可见，虽然铝丝重量减轻一半，但由于其强度差，尺寸大，故使电机和马达的体积相应增大。铜与其他金属互溶性好，很容易与锌、锡、铅、锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金。（主要分成三类：黄铜是铜锌合金，青铜是铜锡合金和铜铝合金，白铜是铜钴镍合金）铜在熔点（1083°C）时的蒸气压低于1.3×10-1Pa，因此在冶炼温度下，铜几乎不挥发。表2-1列出了铜的一些物理性质。表2-1 铜的物理性质原子量63.54熔点t/°C1083.6熔化热Q/（KJ·mol-1）13.0沸点t/°C2567铜液的蒸气压/Pa11411142°C12721273°C2207°C13×10-113.01.3×104汽化热Q/（KJ·mol-1）306.7比热容/J·g-1·°CCp=0.3895+9100×105T(T=100600°C)铜液密度/g·cm-39.351-0.996×10-3T(T=12501650°C)线膨胀系数t/K-116.5×10-6T(293K)电阻率µ/(·m) 1.673×10-3T(293K)热导率/(W·m-1·K-1)401(300K)莫氏硬度/(kg·mm-2)42502.1.2铜的化学性质金属铜，元素符号Cu，位于周期表中第IB族元素，原子量为63.54，电子结构为Ar3d104s1，有两种不同的化合价+1、+2。铜的化学性质不活泼，在干燥空气和水中无反应，与含有二氧化碳是空气接触时表面积逐渐形成绿色的铜锈。2Cu+O2+CO2+H2O=Cu(OH)2·CuCO3Cu（）具有d10结构，所以它具有相对的稳定性。在干燥状态下，Cu（）化合物是比较稳定的，但在晶体与溶液中。铜离子与介质的相互作用主要是静电作用，Cu（）离子之间的相互作用能常常大于两个Cu（）离子之间的作用能。以至其稳定性与在气相时相反1。铜在空气中加热至185以上便开始氧化，表面产生一层暗红色的铜氧化物，但温度高于350时，铜的颜色逐渐由玫瑰色变为黄铜色，最后变为黑色氧化铜外层，中间层为氧化亚铜。铜与硫蒸汽反应3，能形成硫化铜CuS、硫化亚铜Cu2S或非化学计量的硫化铜。铜在常温下与卤素有反应；与氮气即使在高温下也无反应；在加热情况下与氧化二氮、氧化氮作用形成Cu2O；与二氧化氮作用形成CuO1。2.1.3铜矿资源的分布铜在地壳中的蕴藏量约百万分之七。从国家分布来看4，世界铜资源主要集中在智利、美国、赞比亚、独联体和秘鲁等国（见表2-2）。智利是世界上铜资源最丰富的国家1，探明储量达1.5亿吨，约占世界储量的1/4；美国探明储量9100万吨，居第二；赞比亚居第三，我国也属于铜资源丰富的国家之一。世界上约85%的铜资源集中在美国和北美苏必利尔湖、加拿大西部、秘鲁和智利的安第斯山脉、赞比亚相扎尔的中非地带、前苏联哥萨克地区的乌拉尔山脉。目前世界上开采铜矿的国家大约有60多个，但矿产铜产量在100万吨以上的只有智利、美国和前苏联。智利是全世界铜产量最高的国家，占全球总产量的23%，美国的产量居第二，占世界总产量的21%。按照美国地质勘查局（USGS）提供的数据，2003年全球陆地铜储量达4.7亿吨，储量基础9.4亿吨。表2-2 1994年世界铜储量和储量基础（金属量）（万t）1国 家 储 量 储量基础 国 家 储 量 储量基础智 利 8800 14000 澳大利亚 700 2100美 国 4500 9000 哈萨克斯坦 1400 2000 波 兰 2000 3600 印 尼 1100 1700 赞 比 亚 1200 3400 菲 律 宾 700 1100俄 罗 斯 2000 3000 中 国 300 800刚果（金） 1000 3000 其他国家 5500 10000秘 鲁 700 2500加 拿 大 1100 2300 世界总计 31000 59000海底结核与海底沉积层中也蕴藏有大量铜。结核中电信含铜品味为1%。金属铜总量约有1亿吨。储量诱人。但开采与提取海底铜的难度很大，目前尚未计入世界铜资源总量中。1993年11约，在澳大利亚新南威尔土州的北帕克斯又发现了两个金铜新矿体（E48、E26矿体）。据查表明，E48的储量为1900万吨。钳舱位为2%（含铜量约为23万吨）。金品味为0.7%（含金量约为13吨）。该矿体以澳大利亚NBHP矿山公司为主进行开发，住友金属矿山公司拥有20%的权益，预订从1997年开始每年认购3万吨铜精矿。在E26矿体中储量为6800万吨，铜品位值为1.26%（含铜量约为86万吨），金品味为0.658%（含金量约为44t）。由于新矿体的发现，被帕克斯金铜矿山的寿命将从21年延长到26年。我国铜矿资源具有以下特点11,16：全国铜矿资源分布较广，人均占有率低；矿床类型较全，易采易选矿少；贫矿多富矿少，小矿多大矿少；单一矿床少，复杂伴生矿多。截至2005年，我国已探明铜矿产地约985处，铜矿资源基础储量约为6300万吨，占世界总储量的6.17%，居世界第五位。可供经济利用的储量只有1915万吨，矿床多为多金属矿共生，伴生元素多。主要矿区分布在江西（1265万吨）、湖北、安徽（346万吨）、云南（693万吨）、四川、甘肃（346万吨）和山西等省及西藏东部（952万吨）。我国矿山规模一般不大，比较分散，矿石含铜一般低于1%。2.1.4铜以及其铜合金的应用铜及铜合金的性质相差悬殊，这就决定它在各种工业上的实际应用也不大相同1。19世纪后期，电器工业发展对铜应用的需求在继续增加，特别是今年来，铜及铜合金在电机工程、建筑物和构件、运输工具、一般工程、船舶上的应用，都有不同程度的变化，现分别叙述如下：（1） 电机工程由于电的用途扩大，在低压架空线与地下电缆、远距离通讯网络和电话机设备、马达和变压器、家用电线、汇流排和开关机械等方面，铜的消耗量大幅度增加。未来陆路运输的新设备，例如线性马达和制导监控系统，似乎也更依赖于铜。在远距离通讯波导管、防火保护装置和报警系统上所用的铜也在不断增加。未来的低温技术中，特别是对具有工业实用价值的超导体新型设备，将大大影响铜大体的应用。实际上，在冷却设备无法使温度低到410K的临界值时，超导体就要用到铜。（2） 建筑物与构件在民用建筑中，铜的最大用途是在热水容器、自来水和煤气管、暖气和下水道设备方面，连同电线总计在一起，在英国每间住房大约需要100120kg铜。商用建筑除上述设备外，还有大型热风机、空间对流加热韶、冷藏和空调设备，因此铜的需要量更多。例如，拥有500多个房间的旅馆，仅供水的设备就需要铜管20吨。在英国，铜屋顶的薄板每年总计需要大约2000吨。可见铜材在建筑行业的消费量是相当大的，而且有增无减。（3） 交通运输工具在车辆中，用于发动机和变速箱的铜合金零件、燃油泵、化油器、小齿轮和轴瓦、垫圈和火花塞、散热器和加热器等部件，通常是由铜管和铜箔制成的。还有黄铜型轮胎阀门、制动器等。同时，由于电气比道路运输工具的发展，铜的需要量可能增加。铜在汽车电线铺设方面仍居统治地位。现有14种新型的轿车和轻型卡车仍在使用铜和黄铜散热器，在美国散热器市场仍占48%，而日本站87%。日本商选择铜是因为设计了一种效率较高的“分离片”式散热芯。1990年世界汽车散热器和加热器芯部铜和黄铜的消费总量为34万吨，其中大约17万吨是制作翅片用的带材及管材。飞机上各种各样的配线系统、液压线和气动线、发动机和热交换器零件、起落轮上的盘式制动器、紧密导航设备和仪表操纵的起落设备，都要用到铜，因此可以说飞机是铜的主要使用者。（4） 一般工程种类繁多的齿轮、轴承、轴瓦、泵体、压缩机及类似的部件都是用黄铜、青铜或铝青铜制造的。气阀、连接管及其它气密铸件可以用炮铜、黄铜或铝青铜来制造。而各种用途的弹簧则是用铜、黄铜、磷青铜、镍银、白钢以及铰铜合金的线材或带材制成的。铜也作为重要的合金元素应用于钢铁工业。少量铜（0.05%0.50%）可以大大降低低碳钢生锈的趋势。在20世纪50年代末出现了一种新钢种铬铜钢。由于铬铜钢表面腐蚀时，生成铁钢复杂氧化物的深褐色薄膜，有极强的抗腐蚀作用。大量的铜用于各种盐类和更复杂的化合物中。农业和园艺业中，与杀菌剂有关的其它一些行业（如木材腐蚀）中，铜的应用也很广泛。2.1.5铜的产能与消费在历史上，铜是仅次于铁的最重要的功能性金属。铜主要用于电气、水管、热交换器，其消耗量是衡量一个国家生活水平高低的标志。在美国和其他发达国家，人均用铜量为10kg，中国为0.6kg，印度为0.2kg（1990年的数据），全球人均年用铜量为2kg。为使世界其他国家达到发达国家的生活水平，在不明显提高资源生产率（每单位金属提供的服务）的情况下，全球目前的生产恩那个李至少要提高将近400%。20世纪初和工业革命中期，全世界的年产铜量仅为50万吨。1929年，产铜量翻了四番，达到200万吨，1950年略增加到250万吨。此后的40年里，精铜消费量再度翻了四番，1990年高达1100万吨，2002年世界铜产量估计为1502.8万吨，2003年世界铜产量可达1506.7万吨。20世纪后50年人类所消耗的铜比过去60个世纪的总消耗量还要多。统计数据显示，在2007年前3季度，矿山产量为1140万吨，同比增长3%。精炼铜产量增长2.4%至1322万吨16。中国铜产量增长301,000吨，印度、日本和智利产量分别增长92,000吨、48,000吨和90,000吨。赞比亚产量下滑19,000吨。全球产量的增量中国所占的比重加大，占约30%的份额。CRU预期全球的铜产量同比增长4.4%，约 为75万吨，达到1795万吨3。我国的冶炼产能增长很快，目前我国在建、拟建铜冶炼项目达18个，总产能约205万吨，是2004年全国产能的1.3倍3。2007年国内精炼产能出现较大的提高导致产量出现很大的增幅，1-10月份国内精铜产量达到285万吨的水平，同比增长15.7%。祥光铜业、云铜赤峰和江西铜业约55万吨新增 （年） 产能在6-8 月的产能投产后导致8 月份以后国内的精铜产量迈进30 万吨的水平线3。在2007年的增产大潮中，我国的各大冶炼企业均有不俗的表现，江西铜业、云南铜业和铜陵有色做为中国铜冶炼企业的三强，也是增产的三强。冶炼厂产能扩张使得我国国内原材料自给率降低，我国铜精矿自给率2001年为46%，而目前国内铜矿自给率仅为20%至30%， 2007年前10个月，我国精炼铜产量为285万吨，国内矿山产量为64万吨。2007年前10个月，铜精矿和矿石进口为375万吨，同比增长28.9%，预计年度进口量约450万吨。2007年前11个月，废铜进口约为514万吨，同比增长14.8%16。我国2006年的铜产量为293万吨，较2005年增加了17.8%。2006年12月的铜产量为248,500吨，同比增加2.1%。2007年我国的表观消费同比增长16%，中国以外的其他地区消费整体增长0.5%。2007年我国铜的消费又进入一个快速增长的时期，根据国家统计局公布的数据预测，2007年我国铜材产量有望实现同比120万吨增长。1-10月的表观消费量达到394万吨，同比增长28%，全年的表观消费可达到477万吨。铜的价格在2001年大部分时间一直在下降，并且在9月上旬突破了两年的新低，直到2002年形势好转。AME Mineral Economics公司预测铜的年消费量到2006年将逐步增加到1820万。从2000年开始，年平均增长率为3%。这会回调到上5年的增长率，但仍高于前30年的平均值。1、 欧洲需要持续下降据英国商品研究机构2003年4月份的月刊报道，欧洲半成品铜制造商受到企业产能过剩和利润下降的双重压力。多数欧洲国家需求疲弱，竞争异常激烈。虽然铜需要量年比持稳，这从某种程度上说明2003年第一季欧洲铜需求增长疲弱。欧洲的交易仍然非常清淡，没有任何升温的迹象。许多黄铜轧制品厂仍苦于利润微薄，而且2002年年底的疲弱持续至今，许多产品的生意一直不景气。德国2002年精铜消费下降了5.1%，在目前的淡季里，需求仍然有限。德国冬季寒冷，使德国营建业铜需求雪上加霜，德国汽车业铜需求增长也开始放缓。这一方面是德国经济增长疲弱，另一方面是塑料及环保型建材挤占了铜消费市场。据美国商品研究机构分析，虽然2月底，欧洲市场的铜需求显露出一丝希望之光。德国的漆包线工业和电缆生产最先显示增长迹象，同时汽车业的需求保持稳定。但是，在黄铜轧制品部分却看不到上述温和的成长信号。黄铜制品严重依赖于建筑业，而目前德国的建筑业已连续第八个年头出现下滑。最近德国政府宣布计划给住宅营建业月150亿欧元的预算支持，预期将大大推动德国营建业的增长。西班牙的情况要好得多，国内亚特兰大铜业（Atantic Copper）的Cordaba线棒厂正以满负荷产能运转，2003年的线棒产量将超过17万吨。Halco正在索菲亚建造一座铜板片生产厂，并计划于9月份开工，这将推动保加利亚的铜需求。法国Longueville管道提前关闭，在管道重复铺设的情况下，对铜市场需求影响甚微。2003年，欧洲的铜需求因各国具体情况不同而有所区别，整体来讲，欧洲的铜消费适中，预计2003年的整体需求增幅只有1.5%。2、 美国需求下降2003年年初，美国铜需求增长放缓。最近的数据显示，1月份美国铜线需求年比下降11.4%，含金铜棒销售年比下降3.3%，铜棒销售年比下降11%，铜及合金铜板消费年比基本持平。1月份铜管销售年比增长5%。最近美国新屋开工率下降、汽车减产更打击了铜的消费信心。3、 日本需求正在复苏最近的数据显示日本电缆销售7月份增长3.5%。日本铜制品生产开始增长，来自汽车工业的订单已经排到了2003年年中。据美国商品研究机构分析，日本铜及黄铜协会（JapanCopper and Brass Association）的最新统计数据显示，铜带和铜板市场在2003年初的两个月里已接近复苏，并且这一势头将持续下去。4、 中国需求旺盛谈到中国的铜消费。无论对于国外还是国内铜企业，这种事一个令人倍受鼓舞的话题。进入20世纪90年代，中国经济进入发展的快速时期，由于国民经济基本保持两位数的增长速度。铜的消费也随之保持快速的增长速度，从1995年起中国精铜的消费量平均增长速度在10%以上，特别是从1999年开始。年平均增长率在15%以上。自2002年开始，中国的精铜消费量已经超过美国而成为世界精铜消费的第一大国，并且仍然保持快速增长。根据有关部门的统计数据，中国目前精铜消费的主要领域是电力、轻工、机械制造、交通运输以及邮电行业。并且这几个行业仍有发展空间。同时，我国其他一些领域发展潜力巨大，如建筑领域。它包括供水管道、燃气管道以及采暖铜管。另外，汽车和空调制冷行业仍有较大发展空间。可以预见，在未来510年中，中国的精铜消费仍会保持平均8%左右的增长速度，到2010年，预计中国的精铜消费量可达到450万吨以上。表2-3和表2-4分别为20002003年国内精铜供需平衡表和世界精铜供需平衡表。表2-3 我国精铜供需平衡表（单位：万吨）32000年 2001年 2002年 2 003年 2004年 2005年 2006年 2007年1-10月 供应量 192.4 230.7 175.4 265.0 324.6 369.2 358.3 402.7消费量 180.0 220.0 250.0 270.0 330.0 360.0 385.0 353.4供需平衡 12.4 10.7 25.4 -5.0 -5.6 9.2 -26.7 39.3 表2-4 世界精铜供需平衡表（单位：万吨） 2000年 2001年 2002年 2003年1季度西 供应量 1197 1228.5 1147.3 292.3方 消费量 1259.4 1131.1 1144.3 279.8国 供需平衡 -62.4 97.3 3 12.4家全 球 供应量 1458.9 1529.5 1503.2 387.5市 消费量 1509.3 1428.8 1487.5 367.4场 供需平衡 -50.4 100.7 15.6 20.12.2铜的生产方法目前，炼铜的方法主要分为火法和湿法两大类。火法炼铜是生产铜的主要方法，它适合处理硫化铜精矿，现今世界上矿铜产量的8590%是从硫化铜矿用火法炼铜生产出来的。活法处理硫化铜精矿的主要优点是适应性强，冶炼速度快，能充分利用硫化铜中的硫，能耗低。火法炼铜一般包括：浮选铜精矿的焙烧或烧结；铜精矿或焙烧矿的造锍熔炼；铜锍吹炼成粗铜；粗铜火法精炼；阳极铜电解精炼得电解铜4。湿法炼铜主要用来处理氧化铜矿。氧化铜矿一般不易用选矿方法富集，而多用稀硫酸溶液直接浸出，所得溶液一般含铜15g/l，然后用萃取电积法提取铜。湿法炼铜的步骤一般包括：用对铜有选择性的萃取剂萃取铜；用高浓度的H2SO4溶液反萃取，得到含铜约50g/l的溶液；电解沉积硫酸铜溶液得到电铜7。2.2.1 火法炼铜火法炼铜的原则流程图如图2-1所示7。2.2.1.1 熔炼熔炼是火法炼铜最重要的冶炼过程，它的目的是将铜精矿中的铜形成含铜、硫、铁及贵金属等的铜锍，然后吹炼成粗铜；铜精矿中的脉石成分与熔剂形成含铜尽可能低的炉渣，直接废弃或回收铜以后废弃；熔炼排出的SO2用以制造硫酸或其它硫制品1,4。近半个世纪以来，铜熔炼（包括吹炼）技术的变革是有色金属火法冶金领域发展中最活跃的部分。火法炼铜中的造锍熔炼的方法有多种, 可分为传统方法和现代方法两种。传统方法主要包括反射炉、鼓风炉和电炉熔炼工艺。现代方法主要包括闪速熔炼、诺兰达熔炼、澳斯麦特熔炼、艾萨炉熔炼，以及三菱法熔炼与白银法熔炼等11。传统熔炼方法在能耗、环保方面存在着严重的缺陷，现已逐渐被淘汰。近三四十年来，不少的强化熔炼工艺已在工业上推广应用，归纳起来有两大类1,4：1、闪速熔炼法闪速熔炼是芬兰的奥托昆普公司Har javalta炼铜厂在1949年首先采用闪速熔炼铜精矿的。近年来，闪速熔炼炉由于自动化程度高而得以迅速发展。到1999年的不完全统计全世界有27国家已建成或将建成闪速炉共56座，其中奥托昆普型炼铜炉41台，Inco型炼铜炉7台。炼铜厂采用闪速炉熔炼的生产能力约占粗铜生产能力的50%。在技术上有了很大的进展，热风温度已从400500提高到8001000；富氧鼓风已得到普遍推广，送风氧浓度已提高到80%左右，从而使炼出的铜锍品味提高到6070%；并已在个别工厂直接炼出粗铜。一致认为闪速炉是现在取代反射炉等传统炼铜法的最完善方法。闪速熔炼是用富氧空气或热风，将干精矿喷入闪速炉的反应塔空间，使精矿粒子悬浮在高温氧化性氧流中进行氧化反应。由于精矿颗粒与气流之间的热和质传递条件优越，使硫化矿物的氧化反应迅速进行并放出大量的热。这些放出的热能加热、溶化和过热炉料。所以闪速熔炼的能耗低。闪速炉根据不同炉型的工作原理可以分为两种类型：（1） 奥托昆普闪速熔炼此类闪速熔炼是采用热风或富氧空气，将干精矿垂直喷入靠闪速炉一段的反应塔中进行氧化，熔体落于沉淀池中完成最终造渣与造锍反应，然后澄清分层分别放出，烟气从沉淀池的另一端的上升烟道排出。此种类型的炉子结构在许多工厂中已作了许多改进，但炉体的基本部分仍然差别不大。我国贵溪冶炼厂的铜闪速炉即为此类闪速炉熔炼方式。（2） Inco闪速熔炼此类熔炼是用工业氧将干精矿和熔剂从熔池两端的喷枪喷在熔池上的空间进行氧化反应，烟气从靠近炉子中央的烟道排出。过程完全是自热进行。（炉渣贫化回收铜）图2-1 火法炼铜原则流程图2、熔池熔炼法工业上已采用的熔池熔炼方法有反射炉熔炼、电炉熔炼、诺兰达法、白银法、三菱法、Teniente法、瓦纽柯夫法、奥斯麦特艾萨法等2,6。熔池熔炼法是国外所采用的一种自热熔炼工艺，是在广泛研究熔体物理化学性能、硫化物氧化机理和动力学以及熔炼中形成的相分离规律的基础上研制出来的。他们在近10年时间内进行了试验研究和设计，使这一高效率新工艺得以确定。在诺里尔期克矿冶公司建立并投产了第一座工业规模的熔池熔炼炉。前苏联已把熔池熔炼作为改造铜冶炼的新方向。美国根据该方法所具有的特点，在2005年，60%的铜用自热熔炼法生产，40%的铜改用连续吹炼。（1） 反射炉熔炼第一台炼铜反射炉始于1879年，此后反射炉炼铜迅速发展，在20世纪60年代达到顶峰，其产量占世界铜总量的70%。但反射炉熔炼有它难以克服的缺点，如能耗高、环境污染严重等，这些缺点制约了它的发展。到20世纪70年底，以闪速炉为代表的低能耗、高效率、低污染的现在熔炼方法迅速崛起，致使反射炉熔炼逐渐被新的炼铜方法取代。（2） 诺兰达法 诺兰达法从1964年开始研究，1974年工业应用，80年代末该方法所用的炉子生产能力已达15万t/a，炉子寿命超过1年。70年代中后期美国肯尼阿待公司建成3台5.2×21.3m（高）诺兰达炉，熔炼铜精矿生产白冰铜。到1988年澳大利亚南方铜公司为改造肯布拉港冶炼厂，选择了诺兰达炉取代原有的反射炉，建成由4.5×17.3m（高）诺兰达炉一座，年产铜6万吨，加拿大弗林弗隆冶炼厂宣称，该厂铜系统将采用诺兰达炉代替原有反射炉。中国炼铜界，期望着诺兰达炼铜法在大冶冶炼厂技术改造中取得成功可望将生产能力扩大到粗铜10万t/a，能耗由现在的1.34吨标煤每吨铜降到0.536吨标煤每吨铜，硫利用率从目前的60%提高到95%。经国家批准合资兴建的天津诺兰达法炼铜厂也正在积极筹备中，该厂规模是7万t/a。一年前该新建炉子投产，石阶上诺兰达将增加到8台，年产铜可达70万吨。2.2.1.2 铜电解精炼