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銅電解精煉的原理如下:

陽(yáng)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(fù)電性的金屬,LTW1它們從陽(yáng)極上溶解進(jìn)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(huì)發(fā)生。貴金屬的電位更正,LTW1不溶解,LTW1而進(jìn)入陽(yáng)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(biāo)準(zhǔn)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?cè)陉?yáng)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(lèi)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(lái)自硫化礦。銅礦石經(jīng)過(guò)選礦富集獲得精礦，常見(jiàn)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(biāo)準(zhǔn)YS/T318-1997《銅精礦》的規(guī)定，其化學(xué)成分和產(chǎn)品分類(lèi)如表1。

2、未精煉銅

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11086-1989《銅及銅合金術(shù)語(yǔ)》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(jì)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的未精煉銅，主要指的是粗銅。粗銅按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS/T70-1993《粗銅》的規(guī)定，按化學(xué)成分分為三個(gè)品級(jí)。

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(biāo)準(zhǔn)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(lèi)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(lèi)銅廢料等。有以下5種分類(lèi)及規(guī)格:

第一類(lèi):

(a)紫銅管、棒、板、塊、帶，表面干凈，無(wú)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(lèi):

(a)1類(lèi)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(wú)污物和雜物。

第三類(lèi):各種報(bào)廢的純銅或有薄鍍鋅層的純銅電器開(kāi)關(guān)，零部件。

第四類(lèi):

(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(lèi):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(jìn)行熔煉,得到冰銅,再經(jīng)過(guò)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(mǎn)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(guò)程中同時(shí)還可以回收硫、金、銀、銻、鉍、鎳、硒等有價(jià)元素

在中國(guó),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(jìn)的就是閃速熔煉,其產(chǎn)量占全國(guó)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(diǎn)。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(lèi)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(guò)程的主要化學(xué)反應(yīng)是在水溶液中進(jìn)行的。銅(鋅)礦物預(yù)先通過(guò)氧化或硫酸焙燒,轉(zhuǎn)變可溶狀態(tài),然后再進(jìn)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(xì)菌浸出法等。從焙燒→浸出→凈化→電積,簡(jiǎn)稱(chēng)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)只考慮了工藝損耗,途耗未計(jì)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(lèi)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(méi)有足夠的反應(yīng)條件時(shí),爐渣含Cu2O對(duì)就可能較高。②物理?yè)p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(duì)Cu2S溶解度大,因此,為了降低銅的物理?yè)p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(jī)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(guò)大,熔點(diǎn)過(guò)高使冰銅不易沉清;爐渣過(guò)熱度不夠,熔池容積和形狀不合理,沉清時(shí)間沒(méi)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(xì),來(lái)不及結(jié)合成大顆粒沉降。此外,煙氣和電解液的排放都會(huì)引起銅的損失。

銅冶煉生產(chǎn)過(guò)程中的金屬損失(以葫蘆島東北有色金屬集團(tuán)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(yáng)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(jì)算,銅冶煉總回收率為96.0%,金屬損失4.0%。

2、途耗

精礦在運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)中,途耗將不包括在內(nèi)。

①精礦在港口落地后裝車(chē),貨損按0.1%計(jì)算,若在5天后裝車(chē),每增加1天,貨損增加0.01%。

②精礦在落地后,每倒動(dòng)一次,貨損0.1%。

③火車(chē)運(yùn)輸過(guò)程,貨損按0.3%-0.4%計(jì)算,運(yùn)輸距離超過(guò)500公里,每100公里增加0.1%。

④因外界因素影響,貨損有時(shí)增加。下大雨2小時(shí)以上貨損加0.05;下中雨連續(xù)4小時(shí)以上貨損加0.05%;下小雨8小時(shí)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(shí)際情況進(jìn)行取證(現(xiàn)場(chǎng)記錄、排照、錄象等)后確定。

⑤精礦進(jìn)廠后倉(cāng)儲(chǔ)損失(包括檢斤后倉(cāng)外損失、卸車(chē)損失、倉(cāng)內(nèi)存放和運(yùn)輸損失)按0.3%計(jì)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(diǎn)為1083.5℃,沸點(diǎn)為2595℃,富于延展性,易彎曲,強(qiáng)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(jìn)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(wú)磁性。熔點(diǎn)時(shí)銅的蒸氣壓很小,因而在冶金過(guò)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(duì)銅的機(jī)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(huì)產(chǎn)生綠色薄膜CuCO3Cu(OH)2又稱(chēng)銅綠,它能保證銅不再被腐蝕。銅在空氣中加熱到185℃即開(kāi)始與氧作用,表面生成一層暗紅色銅氧化物,當(dāng)溫度高于350℃時(shí),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(fèi)量一半以上。用于各種電纜和導(dǎo)線,電機(jī)和變壓器的繞阻,開(kāi)關(guān)以及印刷線路板等。

在機(jī)械和運(yùn)輸車(chē)輛制造中,用于制造工業(yè)閥門(mén)和配件、儀表、滑動(dòng)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(guó)防工業(yè)中用以制造子彈、炮彈、槍炮零件等,每生產(chǎn)100萬(wàn)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(tái)一系列規(guī)定整頓鋼鐵行業(yè)后,發(fā)改委又開(kāi)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(zhǔn)入條件》,從投資條件、工藝裝備、能源消耗、環(huán)境保護(hù)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(jià)的刺激下,中國(guó)內(nèi)正在掀起新一輪的銅冶煉產(chǎn)能擴(kuò)張浪潮。除行業(yè)龍頭企業(yè)外,一些從來(lái)沒(méi)有做過(guò)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(duì)此頗為憂慮,他們擔(dān)心如果任其發(fā)展,過(guò)不了多久,中國(guó)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(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào)》了解,中國(guó)內(nèi)第一個(gè)大銅企業(yè)——江西銅業(yè)(集團(tuán))。福建一家企業(yè)更是準(zhǔn)備上馬40萬(wàn)噸的銅冶煉生產(chǎn)線。在建設(shè)和準(zhǔn)備上馬的銅冶煉項(xiàng)目產(chǎn)能高達(dá)238萬(wàn)噸,相當(dāng)于中國(guó)內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)能。《銅冶煉行業(yè)準(zhǔn)入條件》最值得注意的就是對(duì)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(dá)到25%以上(或者自有礦山原料和通過(guò)合資合作方式取得5年以上礦山長(zhǎng)期合同的原料達(dá)到總需求的40%以上),項(xiàng)目資本金比例達(dá)到35%及以上等條件。

中國(guó)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(guò)銅精礦的保障能力,銅精礦資源和廢雜銅都需要進(jìn)口。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,21世紀(jì)以來(lái),國(guó)內(nèi)銅精礦的產(chǎn)量一直沒(méi)有明顯增長(zhǎng),保持在年產(chǎn)60萬(wàn)噸(含銅量,下同)上下,2007年底將形成近370萬(wàn)噸冶煉能力,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)屆時(shí)全中國(guó)銅精礦資源的保障能力和國(guó)際市場(chǎng)可能提供的銅精礦量。在中國(guó)銅礦山的生產(chǎn)能力也只能滿(mǎn)足冶煉能力的40%。"資源自給率下降,將導(dǎo)致中國(guó)內(nèi)大型企業(yè)喪失在產(chǎn)業(yè)鏈上游的話語(yǔ)權(quán)和支配權(quán),慢慢淪為國(guó)際銅礦和冶煉商在中國(guó)內(nèi)的代理加工基地,危及整個(gè)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,進(jìn)而對(duì)國(guó)家戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)安全造成不利影響。"安徽銅陵有色金屬(集團(tuán))公司總經(jīng)理韋江宏說(shuō)。

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