国内外铜精矿先进铜冶炼工艺技术综述

国内外铜精矿生产电解铜先进冶炼

工艺技术综述

材料撰写：技术中心有色研究所铜材室 周灼刚 材料搜集整理：科技部项目管理科 付 丽

二〇一〇年十一月

目 录

一、炼铜原料概述 .................................................................................... 1 二、铜冶金方法概述 ................................................................................ 1

1、火法冶金 .................................................................................. 2 2 、湿法冶金 ................................................................................ 4 3、火法炼铜和湿法炼铜比较 ...................................................... 5 三、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术概述 .................................... 5

1、熔炼先进技术 （铜精矿→冰铜） ...................................... 6 2、吹炼先进技术 （冰铜→粗铜） .......................................... 9 3、火法精炼先进技术 （粗铜→阳极铜） ............................ 9 4、电解精炼先进技术 （阳极铜→电解铜） ........................ 13 四、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术应用概况 .......................... 15

1、当代国内铜精矿火法冶金先进技术应用概况 .................... 15 2、当代国外铜精矿火法冶金先进技术应用概况 .................... 17 五、当代国内外铜精矿冶金的前沿技术 .............................................. 19

1、国内铜精矿冶金的前沿技术 ................................................ 19 2、国外铜精矿冶金的前沿技术 ................................................ 21 附图：铜火法冶金先进技术设备或流程示意图 .................................. 23

一、炼铜原料概述

世界上生产电解铜（阴极铜）的原料分为铜精矿和废杂铜。用铜精矿和废杂铜生产电解铜的比例大致为7：3，铜精矿依然是当今生产电解铜的主要原料。

铜精矿：在自然界中自然铜存量极少，一般多以金属共生矿的形态存在。铜矿石中常伴生有多种重金属和稀有金属，如金、银、砷、锑、铋、硒、铅、碲、钴、镍、钼等。根据铜化合物的性质，铜矿物可分为自然铜、硫化矿和氧化矿三种类型，主要以硫化矿和氧化矿，特别是硫化矿分布最广，目前世界电解铜产量的90％左右来自硫化矿。金银等贵金属常和铜共生，一般铜矿都是含有金银等贵金属。铜矿石经采矿和选矿富集获得铜精矿，常见为褐色、灰色、黑褐色、黄绿色，粉状，粒度一般小于0.074mm。含铜量13-30％，国内铜精矿标准目前执行YS／T318-1997《铜精矿》行业标准的规定，其产品分类和化学成分如表1。 表1 铜精矿的化学成分 ％ （YS/T 318—1997）

Cu 品级 杂质含量，≤ Bi 0.05 品级 Cu 杂质含量，≤ Bi 0.30 0.50 ≥ As Pb+Zn MgO 2 5 1 3 ≥ As Pb+Zn MgO 20 0.30 13 0.40 8 12 4 5 一级品 30 0.05 二级品 25 0.20 三级品 四级0.20 品 二、铜冶金方法概述

铜冶金方法是指由铜精矿获取金属铜（精炼铜或电解铜）所采取的工艺技术途径和手段。世界上由铜精矿生产电解铜的冶炼方法分为两大类：火法冶金和湿法冶金。目前世界上精炼铜产量的85％以上是用火法冶金从硫化铜精矿和再生铜中回收的，湿法冶金生产的精炼铜只占15％左右。

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1、火法冶金

火法冶金是指在高温下应用冶金炉把铜精矿中的大量脉石分离开,脱除各种杂质元素，提取纯金属铜的最古老、最常用的方法。火法炼铜通过熔融冶炼和电解精火炼生产出阴极铜，也即电解铜，一般适于高品位的硫化铜精矿。目前全世界的火法炼铜工艺都分为两段，第一段是造锍熔炼，由铜精矿炼成含铜40～75%的铜锍（或称冰铜），第二段是将铜锍炼成含铜98％以上的粗铜。火法炼铜所采用的步骤有焙烧、熔炼、吹炼、火法精炼和电解精炼。焙烧：分半氧化焙烧和全氧化焙烧（死焙烧），目的是脱除精矿中部分或全部的硫，同时除去部分砷和锑等易挥发的杂质。随着铜冶金技术的进步，现代铜冶炼厂已经能够直接进行生精矿的冶炼，当代绝大多数铜冶炼厂已经取消了焙烧步骤。熔炼：主要是造锍熔炼，目的是使铜精矿或焙烧矿中的部分铁和其他金属杂质氧化，并与脉石和熔剂等造渣除去，产出含铜较高的冰铜。吹炼：目的是进一步脱除冰铜中的硫、铁等杂质，回收精矿中的硫，获取粗铜。 精炼：分火法精炼和电解精炼，火法精炼是利用某些杂质对氧的亲和力大于铜，而其氧化物又不溶于铜液等性质，通过氧化造渣或挥发除去，获得纯度较高阳极铜或火精铜。电解精炼可以使用火法冶金炼出来的阳极铜达到更高的纯度。

现代铜精矿火法冶金的通常步骤和工艺流程如下：

步骤：铜精矿（含铜13～30%）→冰铜或铜锍（含铜40～70%）→粗铜（含铜≥97%）→阳极铜（含铜≥99%）→电解铜（含铜≥99.95%）

工艺流程：铜精矿→熔炼→冰铜（铜锍）→吹炼→粗铜→火法精炼 →阳极铜→电解精炼→电解铜（阴极铜）

传统火法炼铜流程一般是将含铜百分之几或千分之几的原矿石，通过选矿提高到含铜20～30％作为铜精矿，在密闭鼓风炉、反射炉、和矿热电炉内进行造锍熔炼，产出的熔融铜锍(冰铜)接着送入转炉吹炼成粗铜，粗铜再在固定式精炼反射炉内经过氧化精炼脱杂，铸成阳极板，阳极板最后采用传统法电解精炼，获得品位高达99.95％以上的电解铜。在硫化铜精矿冶炼的过程中同时还可以回收和提取硫、金、银、锑、铋、镍、硒等有价元素。

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图-1 传统火法炼铜流程图

该工艺流程特点是：简短、工艺传统成熟、适应性强，铜的回收率可达95％。严重缺点是热效率低、能耗高、环保差、装备自动化程度低，生产效率低下，尤其对矿石中的硫在造锍和吹炼两阶段以二氧化硫废气排出时回收率低，污染大，为典型高能耗高污染工艺。近年来出现了如闪速炉闪速炼铜工艺，白银法、诺兰达法和艾萨发等熔池熔炼工艺，日本的三菱法连续炼铜工艺和永久不锈钢电解法等先进工艺，现代火法炼铜正逐渐向连续化、自动化、高效节能和清洁环保方向发展。 在当代中国从铜精矿中提取金属铜，主要采用火法冶金方法，中国铜冶金的生产流程以从铜精矿至获得粗铜的火法冶炼为主导。

火法冶金的中间产物包括冰铜或铜锍粗铜阳极铜，最终产成品为电解铜（阴极铜）。冰铜：冰铜主要由硫化铜和硫化铁互相熔解形成，它的含铜在20％～70％之间，含硫在15％～25％之间。冰铜较重，沉于下层，从熔炼炉的排铜口流出来，熔炼渣则从上部渣层排渣口排出。冰铜主要作为吹炼炉生产粗铜的原料使用，冰铜为各企业自主内定标准。粗铜：是经吹炼炉吹炼后获得的含铜约98％左右的铜，其外表粗糙含气孔，由此得名，又称“泡铜”（英文名：Blister Copper）。我国粗铜行业标准（YS/T 70—93）：粗铜按化学成分分为3个牌号：Cu99.30C、Cu99.00C、Cu97.50C，化学成分应符合下表的规定。 表2 粗铜化学成分 % （YS/T 70—93） 品级 一号 二号 三号 牌号 Cu99.30C Cu99.00C Cu97.50C Cu不小于 99.30 99.00 97.50 杂质含量 不大于 As 0.06 0.12 0.34 Sb 0.05 0.10 0.29 Bi 0.01 0.02 0.07 Pb 0.08 0.12 0.40 阳极铜：是粗铜在阳极炉中精炼火法精炼后的产物，铸成阳极铜板，为各

企业自主内定标准。

阴极铜：是阳极铜通过电解精炼的获得的产物，目前执行国家标准GB/T467-1997 ： 阴极铜划分为两类标准阴极铜（牌号Cu-CATH-2）和高纯阴

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极铜（牌号Cu-CATH-1）。两者的化学成分如下表3和表4。

表3 GB/T467-1997标准阴极铜(Cu-CATH-2)化学成分 % Cu+Ag不小于 杂质含量，不大于 As Sb Bi Fe Pb Sn Ni Zn S P 99.95 0.0015 0.0015 0.0006 0.0025 0.002 0.001 0.002 0.002 0.0025 0.001 注:供方需按批测定标准阴色铜中的铜、砷、锑、铋含量，并保证其他杂质符合本标准的规定。 表4 GB/T467-1997高纯阴极铜(Cu-CATH-1)化学成分 % 元素组 杂质元素 含量，不大于 元素组总含量，不大于 Se 0.00020 0.00300 1 Fe 0.00020 0.0005 Bi 0.00020 Cr - Mn - Sb 0.0004 2 0.0015 Cd - As 0.0005 P - 3 Pb 0.0005 0.0005 4 S 0.00150 0.0015 Sn - Ni - Fe 0.0010 5 0.0020 Si - Zn - Co - 6 Ag 0.0025 0.0025 2 、湿法冶金

由于铜矿石品位不断下降，难处理的复杂矿增加等原因，人们对湿法冶炼越来越重视。湿法冶金过程的主要化学反应是在水溶液中进行的，在许多情况下它需要与火法冶金相配合来完成，生产出的精铜称为电积铜。一般铜矿物预先通过氧化或硫酸化焙烧，转变可溶状态，然后再进行浸出、净化和电积获取电解铜。溶剂萃取电积法(SX―EW)提取铜的技术已在美国、智利、赞比亚、秘鲁、澳大利亚和墨西哥等地推广应用，大大提高了铜的回收率并降低了生产成本。现代湿

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法炼铜技术通常有硫酸化焙烧--浸出--电积（简称RLE法）、浸出--萃取--电积、常压氨浸出法（阿比特法）、高压氨浸出法、细菌浸出法等，通常适用于低品位复杂矿、氧化铜矿、浮选尾矿和含铜废矿石的堆浸槽浸或就地浸出。湿法冶炼的工序可简单地分为三个步骤：浸出、萃取、电解。

铜矿湿法冶金的一般工艺流程为：

铜矿→焙烧→浸出→净化除杂→萃取→电积→电积铜（阴极铜）

湿法冶炼技术正在逐步推广，湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低，预计本世纪湿法冶铜占总产量的比例将逐步提高， 在当代中国铜矿物湿法冶金生产流程还不占主导地位。

3、火法炼铜和湿法炼铜比较

（1）湿法炼铜设备更简单，但杂质含量较高，是火法炼铜的有益补充。 （2）湿法炼铜有局限性，受制于矿石的品位及类型。 （3）火法炼铜的成本要比湿法炼铜高。

⑷湿法炼铜技术具有相当大的优越性，但其适用范围却有局限性，并不是所有铜矿的冶炼都可采用该种工艺。不过通过技术改良，这几年已经有越来越多的国家，包括美国、智利、加拿大、澳大利亚、墨西哥及秘鲁等，将该工艺应用于更多的铜矿冶炼上。湿法冶炼技术的提高及应用的推广，降低了铜的生产成本，提高了铜矿产能，增加了社会资源供给。

⑸湿法炼铜周期长、效率低、产能规模小，而火法炼铜周期短、效率高、产能规模大。

三、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术概述

当代国内外火法冶金技术正朝着：短流程连续炼铜、高富氧、低能耗、高效率、低碳冶金、清洁生产、自动化、信息化和智能化先进方向发展。当代铜精矿火法冶金获取电解铜需经熔炼、吹炼、火法精炼和电解精炼四大工序，四大工序的现代先进技术归纳如下。

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1、熔炼先进技术 （铜精矿→冰铜）

主要任务是对硫化铜精矿熔炼，脱除硫、铁、铅、锌、锡、砷、锑、铋、镍等杂质和精矿中的大量脉石，火法熔炼的主要化学反应是氧化-还原反应，产物为冰铜或铜锍（中间产品）。火法熔炼的同时还可以富集金、银、铂、钯、硒、碲等稀贵有价元素。20世纪70年代以前，传统的火法熔炼方法，包括鼓风炉熔炼、反射炉熔炼和电炉熔炼，这几种工艺的共同和难以克服的缺点是能耗大、硫利用率低、环境污染严重和劳动生产率低等。由于20世纪中叶以来全球性的能源和环境问题突出，能源日趋紧张，环境保护法规日益严格，以及劳动代价逐步上涨，促使铜冶金技术从20世纪80年代起获得飞速发展，迫使传统的火法冶金方法不得不被新的强化熔炼方法来代替，传统的冶炼方法逐渐被淘汰。随之兴起的是以闪速熔炼和熔池熔炼为代表的强化冶炼先进技术，其中最重要的突破是氧气或富氧的广泛应用。经过二三十年的努力，闪速熔炼与熔池熔炼已成为目前取代传统火法冶金最有前途的方法。据统计，目前世界铜产量中，这两类火法炼铜方法所产的粗铜分别占到总产量的1/3。二者之间的区别在于，闪速熔炼主要反应发生在炉膛空间，反应体系连续相是气相(炉气);熔池熔炼主要反应发生熔池内，反应体系连续相是液相(锍、金属或炉渣)。

闪速熔炼（flash smelting）包括国际镍公司闪速炉、奥托昆普闪速炉和旋涡顶吹熔炼3种，目前闪速熔炼先进技术的知识产权仍为外国掌握。闪速熔炼是充分利用细磨物料巨大的活性表面，强化冶炼反应过程的熔炼方法。将金属硫化物精矿细粉和熔剂经干燥与空气一起喷入炽热的闪速炉膛内，造成良好的传热、传质条件，使化学反应以极高的速度进行。这种方法主要用于铜、镍等硫化矿的造锍熔炼。将细粒硫化物精矿和熔剂干燥至含水 0.3％以下，与空气或富氧空气一并喷入炽热的闪速炉膛内，固体颗粒悬浮在紊流气流中，造成气、固、液三相间良好的传质、传热条件，使化学反应以极高的速度进行。熔炼铜精矿生产过程中，悬浮在炉膛空间的物料颗粒熔融后，落入沉淀池继续进行造冰铜（铜锍）和造渣反应。反应生成的冰铜和炉渣，按比重在池内分层，定时分别将它们放出。含高浓度SO2的炉气，可用以制取硫酸或单质硫。

闪速熔炼优点：脱硫率高，烟气中SO2浓度大，有利于SO2的回收，并可通

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过控制入炉的氧量，在较大范围内控制熔炼过程的脱硫率，从而获得所要求的品位的冰铜，同时也有效地利用了精矿中硫、铁的氧化反应热，节约能量，所以闪速熔炼适于处理含硫高的浮选精矿。 使用空气时，熔炼反应放出的热，不足以维持熔炼过程的自热进行，须用燃料补充部分能量，如使用预热空气、富氧空气或工业纯氧，减少炉气带出的热，可节省燃料，维持熔炼自热进行。闪速熔炼是近代发展起来的一种先进的冶炼技术，能耗低，规模大，具有劳动条件好、自动化水平和劳动生产率高的优点，其金属回收率甚至高于传统法工艺，还能处理难以分选的混合精矿，克服了传统火法炼铜无法克服的间接加热缺点。由于闪速熔炼具有上述优点，所以发展很快，全世界新建的大型炼铜厂几乎都采用这一方法。到20世纪70年代末，用闪速熔炼法生产的铜年产量已超过 100万吨。除铜、镍冶炼外，用闪速炉处理高品位硫化铅精矿的试验也已取得良好成绩；有的工厂还用闪速炉处理硫化铁精矿，生产单质硫。

闪速熔炼的主要缺点是渣含主金属较多，须经贫化处理，加以回收。贫化方法有电炉法和浮选法。有的厂在沉淀池后部安装电极加热，使贫化和熔炼在同一设备中进行。

熔池熔炼：包括特尼恩特炼铜法、三菱法、奥斯麦特法、瓦纽柯夫炼铜法、艾萨熔炼法、诺兰达法、顶吹旋转转炉法(TBRC)、白银炼铜法、水口山炼铜法和东营底吹富氧熔炼法等10种。其中白银炼铜法、水口山炼铜法和东营底吹富氧熔炼法为我国研发拥有自主知识产权的国产化先进技术。 其余先进技术的知识产权仍为外国掌握。熔池熔炼是在细小的硫化精矿加入熔体的同时，向熔体鼓入空气或工业氧气，供气方式有顶喷枪或通过埋入溶池的风口。由于鼓风向溶池中压人了气泡，当气泡通过熔池上升时，造成“熔体柱”运动，这样便给熔体输入了很大的功能。

熔池熔炼特点是：(1)具有很大的搅拌能，熔体与炉料的传热、传质速率很大，可使精矿迅速熔入熔体。如诺兰达炼铜法，精矿熔入熔体的速率达1.5t/( m2·h)。(2)硫化物氧化、造渣反应放出的热来源于熔体，传热在强烈搅拌的熔体内进行，而不是靠辐射或对流从外部供热，熔体与乳化状固体粒子之间的传热系数为56.78W/( m2·K)，传热效果优于闪速熔炼。(3)由于分散性的氧化性

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气泡和熔体间的接触面很大，传质系数和氧化反应速度也应很大，尽管气泡在熔池中的停留时间很短，但氧的利用系数很高。如诺兰达炼铜法，氧的利用率超过98%。由于熔池熔炼过程中的传热与传质效果好，可大大强化冶金过程，达到了提高设备生产率和降低冶炼过程能耗的目的，因此70年代后得到了迅速发展。根据供风和加料方式的不同，熔池熔炼又可分为侧吹、顶吹和底吹三种类型(见表2)。

表2 熔池熔炼的供风和加料方式

表-3 当代铜精矿先进熔炼技术汇总表 先进炼铜法类型 闪速熔炼法 奥托昆普闪速炉 国际镍公司Inco闪速炉 旋涡顶吹熔炼- 8

方法种类 研发国家 原料 产物 送风方式 芬兰 加拿大 铜精矿 铜精矿 冰铜 冰铜 顶送风加料 顶送风加料 铜精矿 冰铜 顶送风加料- / 36

Contop炉 熔池熔炼法 艾萨熔炼法 奥斯麦特熔炼法 诺兰达法、 三菱法 特尼恩特炼铜法 瓦纽柯夫炼铜法 白银炼铜法、 水口山炼铜法 顶吹旋转转炉法(TBRC) 东营富氧底吹熔炼法 中国 铜精矿 冰铜 富氧底吹 澳大利亚 澳大利亚 加拿大 日本 智利 苏联 中国 中国 加拿大 铜精矿 铜精矿 铜精矿 铜精矿 铜精矿 铜精矿 铜精矿 铜精矿 高镍铜精矿 冰铜 冰铜 冰铜 冰铜 冰铜 冰铜 冰铜 冰铜 冰铜 顶吹 顶吹 侧吹 顶吹 侧吹 侧吹 侧吹 富氧底吹 顶吹 2、吹炼先进技术 （冰铜→粗铜）

任务是把火法熔炼工序获得的冰铜，在高温和氧化气氛下吹炼，进一步脱除硫和铁等杂质，产物为中间产品粗铜，含铜98%～99%，贵金属也进入粗铜中。当代传统成熟的吹炼技术包括PS转炉吹炼、固定反射炉侧吹式连续吹炼。当代国内外得以实际应用推广的先进高效吹炼技术包括闪速炉吹炼、三菱法吹炼炉、奥斯麦特炉吹炼，很有发展前景和潜力的先进高效吹炼技术如艾萨炉吹炼法、诺兰达炉吹炼法和富氧底吹炉吹炼法正处于工业试验阶段，从发展趋势看，传统吹炼技术正在逐步让位于先进高效吹炼技术，目前先进吹炼技术的知识产权仍主要为外国掌握。

3、火法精炼先进技术 （粗铜→阳极铜）

任务是高温条件下把吹炼工序获得的粗铜进一步精炼，进一步脱除杂质，获得适合铜电解的阳极铜或阳极板。当代国内外得以实际应用推广的先进火法精炼技术包括回转式阳极炉和铜阳极板全自动定量浇铸圆盘机组，而传统的火法精炼技术固定式反射炉和机械式圆盘机+人工浇铸方式正在逐步被先进火法精炼技术

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取代。

（1）回转式阳极炉 是相对于固定式阳极炉而言的一种火法精炼炉型，两者的工艺原理相同，但构造与作业方式完全不同，我国目前巳有3台，其中江西铜业集团2台是从国外成套引进的，大冶有色公司1台是在消化引进技术基础上自行设计的。与固定式阳极炉相比，回转炉阳极炉是一种先进的精炼炉型，是与现代化大生产方式相适应的新的精炼炉型，尤其适合生产量大、机械化自动化程度高的条件下应用。

与冰铜吹炼转炉相似，回转式阳极炉的炉体横卧在四组托轮上，可在一定的范围内转动，回转阳极炉作业时其转动角度大约130度，为了满足出渣和出铜时炉体角度微量调节的需要，回转炉设置了快速驱动和慢速驱动，炉体转速分别为0.56r/min和0.05r/min，相差十倍。另外考虑到交流停电事故，为了使出铜口和氧化还原口能够离熔体，还要备有事故复位。贵冶阳极炉的事故复位单独采用专门的气动马达，动力源是贮存在气罐中的高压空气。有的厂则把事故复位与慢速驱动合二而一，用小功率的直流电机，电源是蓄电池，这种设计更简明而实用。回转阳极炉的重油燃烧器由重油烧嘴与配风器组成，为方便清打燃烧喷口的粘结物，一般只把配风器固定在端盖上，而重油烧嘴只是套装在配风器中，便于拆卸。

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出烟口与燃烧口相对，S型的出烟短管一端固定在端盖上，与出烟口对正，另一端为自由端，但与炉体轴线同心，因而不论炉体怎样转动，它都与余热锅炉的进烟口对齐。回转式阳极炉主要有氧化、出渣、还原、燃烧等项操作，回转式阳极炉通常用重油作燃料，适于用气态还原剂，如液化石油气、氨气等。

与固定式阳极炉相比，回转炉的优点主要体现在其氧化、出渣、还原的操作方式上。固定式阳极炉的上述作业，要依靠人工插管、人工扒渣来完成，劳动条件之恶劣，劳动强度大;同时由于人力条件的限制，炉子不能做得太宽，熔池也不能太深，因而炉子的容量也受到制约。回转炉式阳极炉的氧化还原喷管嵌在炉衬之中，需要氧化或还原时，只要导人足够压力的空气或还原剂，然后把炉体转到一定位置上，使喷口浸没在熔池面下400~50Omm深，即可自行进行氧化或还原，操作者只需调节有关的操作参数。出渣时，打开炉口盖，把炉体转到炉口下沿与熔体面相平的位置，这时在氧化空气的鼓动下，熔池表面的浮渣被一阵一阵地推涌到炉口处自行流下来。回转阳极炉的氧化、出渣与还原的操作比固定式阳极炉优越得多，也正因为这一点，炉子的尺寸不受人工插管与扒渣的限制，容量可以做到两三百吨以上 从而大大提高了生产效率，取得较好的技术经济指标，这是回转阳极炉发展迅速的原因之一。具体优点①劳动条件好，操作方便。由于整体密封密封好，因此除了还原期间内基本上不冒黑烟，即使在还原期，也可以采用微负压操作，把大部分黑烟吸入烟道，以减少厂房低空污染。回转式阳极炉由于取消了人工插管、人工扒渣，工人劳动强度低，因而深受工人欢迎。②回转式阳极炉出铜时，可以转动炉体来调节出铜口的高度，使铜水流出的速度和浇铸速度保持同步。利于阳极浇铸采用自动生产线，缩短出铜作业时间。③回转式阳极炉最突出的优点是其公称能力大，因而生产效率高，能耗低，重油耗也可降到60~70kg/t铜(包括还原用重油)，经济效益好，这是固定式阳极炉无法相比的。

目前我国回转式阳极炉已经国产化，设计成熟，设备精良，操作已实现标准化。这种阳极炉，大大改善了氧化、还原与出渣的操作条件，炉子容量大，技术经济指标先进，劳动生产率高，炉体密封较好，有利于保护环境。出铜时由于可以随意调节出铜口的高度，可与浇铸作业保持同步。回转式阳极炉的优点①集中体现在大型化和能力大上，大型化是回转炉发展的趋势。②回转式阳极炉配备有一套稳定、可靠、准确的自动控制系统，使其作业控制在最佳状态下。③ 适

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应了大阳极板电解工艺的发展方向。

我国回转式阳极炉工艺实践中存在的需要继续改进问题：①不适宜处理冷杂铜；②氧化还原喷管使用寿命不长(只用一个炉次)，更换喷管，既费力，又占用了作业时间，还消耗较多的钢管与氧气；③风口区域炉衬损坏快；④回转阳极炉适宜于快速出铜，需要配备先进高效可靠的浇铸设备；⑤热损失仍然较大，除了炉口水套耗热、炉口处烟气外溢损失外，炉衬较薄导致炉壳温度高，辐射散热较固定式炉大；⑦回转式阳极炉只有与现代化大生产方式相适，只有在生产量大、机械化自动化程度高的条件下，其优点才能得到最充分的体现，而缺点也才能得到有效的控制，否则难以取得良好的效益。

（2）铜阳极板全自动定量浇铸先进技术 传统生产阳极板的浇铸通常采用半自动化的圆盘浇铸机，它由涡轮蜗杆减速机驱动的圆盘浇铸机、人工控制浇铸包及捞取板三部分组成。这种方式的缺点是，采用机械驱动式的圆盘浇铸机，需要车轮沿路轨转动，没有刹车制动，存在摩擦力大，车轮和路轨易磨损，启动和停止时机组因惯性而造成摆动大，运行稳定性差，容易使阳极板产生毛刺飞边等等严重质量问题。人工控制浇铸包更是落后的浇铸方式，人为因素影响大，人员劳动强度大，易疲劳，阳极板单重和厚度均匀性差，误差大，物理规格不合格率高，给电解工序和产品质量造成了极大影响，也影响了技术经济指标的优化。此外这种传统圆盘浇铸机还存在可靠性能差、自动化信息化水平落后、维修保养工作量大、生产效率低等缺点。

目前国内外先进企业普遍应用全自动定量圆盘浇铸机技术，它是芬兰奥托昆普公司研制的技术，为当代世界上先进的铜阳极板生产技术。它由定量浇铸系统、圆盘浇铸机、取板系统和计算机控制系统四大部分组成。定量浇铸实现了浇铸包动作全自动化，阳极板重量或厚度精确度高达到 ；圆盘浇铸机集成了液压驱动、液压制动刹车和光电控制等新技术，无路轨行走，启动、行走和停止的平稳性大大提高，有效地克服了阳极板的毛刺飞边等严重质量问题。此外浇铸系统、圆盘机系统和取板系统通过PLC实现计算机集成在线控制，使浇铸作业实现了顺序控制和全自动化,对提高生产效率、保证高质量的阳极板生产发挥重要作用，目前该技术在国内外铜电解厂得到了广泛应用。我国上个世纪80年代中期由江西铜业集团从芬兰奥托昆普公司首家成套引进，经近30年的消化吸收和再创新，

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目前该技术已经完全国产化，它对提升铜电解工序和产品质量、实现高效节能及改善电解工序的技术经济指标是重要的支撑。

国内目前应用该技术的厂家接近10家。包括江西铜业公司、安徽金隆铜业公司、云南铜业公司、湖北大冶有色公司、金川集团铜冶炼厂和山东祥光铜业公司等。中国有色金属报 [2009/6/1]报道，江西华正新技术有限公司为山东祥光铜业设计制造的全自动定量圆盘浇铸机经过3个月的试生产,已经通过验收。该全自动定量圆盘浇铸机是具有世界先进水平阳极铜浇铸设备,自主开发的定量浇铸系统具有完全自主知识产权,定量精度达到±2kg即±0.533% (阳极板重量375kg),具有定量精度高、性能稳定、适应性强等优点,能够生产出满足高品质阴极铜生产所需要的阳极板。

4、电解精炼先进技术 （阳极铜→电解铜）

任务是在电解槽中通入直流电，把阳极板精炼成纯度更高和用途更广的成品电解铜。铜电解生产工艺目前划分法为：传统法（常规法）和现代法，大极板长周期工艺和小极板短周期工艺。

传统法铜电解精炼工艺，不管是大极板长周期电解，还是小极板短周期电解，其阴极均用厚度为 0.6ｍｍ左右的薄铜片制成，又称始极片。一片始极片的使用寿命只有一个阴极周期，所以传统法的工厂都配备一定数量的种板槽和始极片加工机械，生产制作始极片，传统铜电解工艺是一种有种板或始极片的铜电解法。传统法铜电解生产中始极片的制作与组装是一项劳动强度大、消耗人工多的生产环节，所需的工作量占全部极板处理作业工作量的50%以上，其缺点是工人劳动强度大、机械化自动化水平低、生产效率低、工艺质量、产品质量和技经指标的优化难于保证和实现，一般适合中小规模企业生产，目前仍为国内外绝大多数中小企业采用。

现代铜电解工艺为永久不锈钢阴极电解法，也称无种板或无始极片的铜电解工艺。永久不锈钢阴极法是适应铜电解产业大规模、高效率、低成本、大极板（阴极板规格长×宽=1000×1000）、高电流密度和高纯阴极铜方向发展而开发的当代世界最先进铜电解技术。它是以不锈钢阴极技术为核心，集成了当今铜电解领域的各项先进技术而衍生的先进铜电解技术，它整体上解决了传统铜电解工艺存在

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的问题，并衍生出了一系列成套高效能、高自动化和信息化的技术和装备，包括不锈钢阴极技术和装备、成品阴极剥离技术和装备、阳极校正技术和装备、残阳极洗涤技术和装备、电解专用吊车、添加剂自动探测监控技术、电解槽短路和槽电压自动探测监控技术、新型电解液循环方式、电解液精细过滤技术等。永久不锈钢阴极电解法使工人劳动强度大大减少，机械化自动化水平、生产效率低、工艺质量、产品质量和技经指标的得到了显著的优化和提升。目前永久不锈钢阴极电解法关键核心技术仍为外国公司掌握，世界上拥有永久不锈钢阴极法知识产权的有澳大利亚PTY铜精炼有限公司研制的ISA法、加拿大鹰桥公司开发的KIDD法和芬兰Outokumpu公司开发的OK法三种。并且三种方法均得到了商业化应用。

永久性阴极铜电解技术最早由澳大利亚芒特艾萨(Mount Isa)矿业公司汤斯维尔精炼厂(CRL)在1978年研制成功并投入生产,称为艾萨(ISA)电解法。芒特艾萨公司从1978年开始把艾萨技术卖到国际上,至2003年世界上有54家得到芒特艾萨公司的专利许可证,用艾萨法生产阴极铜总能力已达500万t/a,占全世界总阴极铜产量的33%。目前国内采用永久性阴极铜电解技术唯一工厂是江西铜业公司贵溪冶炼厂,该厂三期电解采用ISA电解法,设计能力为20万t/a,并于2003年投产。使用ISA电解法的最大工厂是德国北德精炼厂,阴极铜生产能力达37万t/a。

1986年加拿大鹰桥公司的Kidd Creek冶炼厂也开发了另一种不锈钢阴极生产工艺,称为KIDD法。1992年KIDD工艺技术实现商业化,到目前为止,采用KIDD工艺的电解厂共有8家,生产能力达245万t/a;其中最大工厂是智利楚基卡马塔冶炼厂,阴极铜生产能力达87万t/a。

芬兰奥托昆普公司利用其先进的不锈钢生产与制造技术,以及在阳极机组、阴极剥片机组、行车等方面的良好业绩,近年来开发的OK不锈钢阴极法也已投入了工业化生产。国内的山东阳谷铜业公司选择了OK不锈钢阴极法。

我国不少企业和学者进行了永久阴极铜电解技术和传统铜电解工艺的工程投资和经济效益详细论证分析比较，阐明了永久阴极铜电解技术的先进性，从而提出永久阴极铜电解技术是我国大中型铜电解工厂的发展方向，永久不锈钢阴极电解法可以应用于铜精矿或废杂铜为原料的冶炼厂。 当代国内外铜精矿火法冶金先进技术设备或流程见附图。

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四、当代国内外铜精矿火法冶金先进技术应用概况

1、当代国内铜精矿火法冶金先进技术应用概况

表-4 国内先进铜冶炼工艺应用工厂实例

阴极先进铜产 公 司 原料种类 能规 模 （万吨/年） 1 江西铜硫化100 业集团铜精贵溪冶矿 炼厂 大极3项 板高引进纯阴型 极 铜 闪速熔炼- 炉 （日本引进） 闪速熔炼- 炉 （日本引进） 回转式阳极炉（国产）+自动定量浇铸（芬兰引进） 回转式阳极炉（国产）+自动定量浇铸（芬兰引进） - 永久不锈钢阴极电解法（艾莎ISA法，澳大利亚引进） 阴极技术铜质数 量量标和类准 型 平 国际先 进 熔炼 吹炼 精炼 火法 电解 精炼 工艺水 体先进铜冶炼工艺技术 整2 安徽铜硫化40 陵有色铜精集团金矿 隆铜业公司 大极2项 板高引进纯阴型 极 铜 永久不锈国钢阴极电际解法（OK先 法，芬兰进 引进） - 国内先 进 3 安徽铜硫化20 陵有色铜精集团金矿 昌冶炼厂 奥斯麦特- 熔炼炉板高引进（澳大利亚引进） 纯阴型 中极1项 极 铜 4 云南铜硫化60 业公司 铜精矿 艾莎熔炼- 炉（澳大板高引进利亚引进） 纯阴型 极 铜 大极2项 15 / 36

回转式- 阳极炉（国产）+自动定量浇铸（国产） 国际先 进

5 湖北大硫化40 冶有色铜精公司 矿 6 山西中硫化20 条山公铜精司侯马矿 冶厂 炼 诺兰达熔炼炉（加板高引进拿大引进）+奥斯纯阴型 麦特熔炼极 铜 炉（澳大利亚引进） 奥斯麦特中极2项 熔炼炉引进板高（澳大利型 亚引进） 纯阴 极 铜 大极2项 - 回转式- 阳极炉（国产）+自动定量浇铸（国产） 国际先 进 奥斯- 麦特吹炼炉（澳大利亚引进） 回转式阳极炉（国产）+自动定量浇铸（国产） - 国际先 进 7 山东祥硫化40 光铜业铜精集团 矿 闪速炉熔闪速炼 炉吹板高引进炼（美（美国引国引纯阴型 进） 进） 极 铜 大极4项 永久不锈国钢阴极电际解KIDD先 法（加拿进 大引进） 8 山东东硫化40 营方圆铜精集 团 矿、金银精矿等 富氧底吹- 熔炼炉国内板高（国内自自主主研发） 纯阴研 发 极 铜 中极1项 - - 国际领 先 9 甘肃白硫化20 银有色铜精公司 矿 中极板高纯阴极 铜 1项 国内自主研发 白银熔炼- 炉（国内自主研发） - - 国内领先 ，国际先进 16 / 36

10 甘肃金铜镍20 川有色精 公司 矿 大极1项 顶吹旋转- - - 国内先 进 板高引进转炉法纯阴型 极 铜 （卡尔多炉） 1项 国内自主研 发 水口山炼- 铜 法（国内自主研发） - - 11 湖南水硫化20（拟中极口山有铜精建 色公司 矿 板高纯阴极 铜 国内领先 ，国际先进 2、当代国外铜精矿火法冶金先进技术应用概况

表-5国外先进铜冶炼工艺工厂应用实例

阴极先进铜产 公 司 原料种类 能规 模 （万阴极技术铜质数 量量标和类准 型 吨/年） 日本三硫化28 大极3项自菱公司铜精板高主研直岛冶矿 纯阴发 炼厂 极 铜 芬兰奥硫化20 托昆普铜精铜公司 矿 三菱熔炼炉和贫化炉（研发者） 大极4项 奥托昆普板高自主闪速熔炼纯阴研发 炉（研发极 铜 者） 三菱- 吹炼 炉（研发者） 闪速炉吹炼（研发者） 阳极自动量浇（研者） 三久菱- 连续炼铜法国际先 进 板永久不国际定锈钢阴领 先 铸极电解发法（OK法（研发者） 熔炼 吹炼 精炼 火法 电解 精炼 工艺技术水 平 应用先进铜冶炼工艺技术 1 2 17 / 36

3 4 澳大利亚芒特·艾萨矿物控股有限公司 澳大利奥斯麦特公 司 硫化- 铜精矿 大极3项 艾莎熔炼板高自主炉（研发纯阴研发 者） 极 铜 艾萨- 炉连续吹炼（研发者） 硫化- 铜精矿 - 5 加拿大硫化40 诺兰达铜精公 司 矿 2项 奥斯麦特- 自主熔炼炉研发 （研发者） 大极1项 诺兰达熔- 板高自主炼炉（研纯阴研发 发者） 极 铜 2项大极（引进+自板 主研高纯发） 阴极 铜- - 1项 自主研发 闪速熔炼- 技术（引进奥托昆普） 永久不锈钢阴极电解法（ISA法研发者） 奥斯麦- 特吹炼炉（研发者） - - 艾炼法际先 萨铜国领国际先 进 6 美国尤他肯尼柯特冶炼厂 硫化- 铜精矿 闪速吹- 炼技术（研发者） - - 诺兰达连续炼铜法国际先 进 双闪工艺国际领 先 7 8 智利国营铜公司所属特尼恩特分公司 加拿大鹰桥公司 硫化- 铜精矿 - - - 1项 自主研发 特尼恩特- 熔炼炉（特尼恩特改良转炉）（研发者） - - 国际先 进 - 前苏联诺里尔9 斯克铜镍矿业公司 加拿大铜崖冶10 炼厂 美国尤11 他洲炼铜厂 比利时霍博肯冶炼厂 12 硫化- 铜精矿 铜镍- 精 矿 硫化20 铜精矿 硫化- 铜精矿 - - - - 1项 瓦纽科夫自主熔炼炉研发 （研发者） 1项 顶吹旋转自主转炉法研发 （TBRC法研发者） 1项 诺兰达熔引进 炼炉（引进） 1项引艾萨熔炼进+1炉（澳大项自利亚引主研进） 发 2项 引进 - - - - 永久不国际锈钢阴先 进 极电解法 - 瓦纽科夫工艺国际先 进 - 国际先 进 - - 国际先 进 双闪工艺国际先进 国际先进 - - 北德精硫化- 炼公司铜精13 凯撒冶矿 炼厂 - 艾萨- 炉连续吹炼（合作研发者） 艾萨熔炼艾萨- 炉（澳大炉连利亚引续吹进） 炼（引进） - 18 / 36

五、当代国内外铜精矿冶金的前沿技术

1、国内铜精矿冶金的前沿技术

根据国家中长期科技规划（2006-2020年）、有色金属工业中长期科技规划（2006-2020年）和有色金属工业“十二五”科技发展规划（初稿）相关内容和精神，当代我国铜精矿火法冶金发展的前沿技术归结如下。

⑴ 短流程连续炼铜清洁冶金技术

缩短铜冶炼工艺流程是解决冶炼低空污染和节能的重要途径。国外在铜连续冶炼方面获得成功的有三菱法和“双闪”工艺。但这两种连续炼铜工艺，虽然解决了吹炼作业的环保问题，但也存在如投资较高或运行成本高或不能处理粗铜冷料等问题。同时，这两种工艺均须引进国外的技术，不仅费用高，而且技术上受制于人。我国除了侯马冶炼厂采用Ausmelt吹炼和阳谷祥光铜业采用闪速吹炼工艺之外，其他冶炼厂全部是采用PS转炉吹炼，或者是单系列生产规模在3万吨以下的已被国家列为淘汰的鼓风炉+连吹炉工艺。因PS转炉间断操作，存在烟气量波动大、炉口漏风率高、二氧化硫烟气泄漏等问题。采用连续炼铜技术，缩短冶炼工艺流程或取消PS转炉吹炼，是未来解决冶炼低空污染的重要途径。由于铜冶炼工艺流程长、不连续，“熔炼—吹炼”2个阶段，需在2个独立的炉子中进行，造成铜冶炼工艺流程长、能耗高、投资大等一系列问题。流程工业重大节能减排效果的取得，必须在流程上有重大创新。为解决该技术难题，国内正在研究的有两种工艺技术路线，一是氧气底吹炉连续炼铜技术；二是闪速炉短流程一步炼铜技术。

氧气底吹连续炼铜工艺技术 氧气底吹铜熔炼技术国内已经成熟，借鉴氧气底吹熔炼和其他连续吹炼的成功经验，开发底吹连续炼铜技术已经具备工业化试验基础。氧气底吹连续炼铜技术开发的核心是铜锍连续吹炼。工业化试验开发的内容主要包括：连续炼铜工艺技术，含工艺条件、工艺参数和过程控制等；包括喷枪、炉体在内的连续吹炼炉规格和结构的选择开发；熔炼炉与连吹炉相配套的成套装置的研究开发。

闪速炉短流程一步炼铜工艺技术 本技术采用技术集成及优化方法，将白银

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炉、闪速炉及粗铜连吹炉进行工程性结合，达到取消节能排放瓶颈—PS转炉吹炼工序，创造出一种具有我国自主知识产权的“连续炼铜”短流程新工艺，可实现重大的节能效果。技术指标：冰铜品位70%；粗铜品位98%；粗铜综合能耗 260kgce/t-cu；硫控制率99.7%；初期产业化规模100-200 kt/a粗铜。

⑵ 难冶炼复杂铜资源复合型冶炼新工艺与成套装置

我国自上世纪末以来巳陆续引进了闪速熔炼的芬兰奥托昆普技术以及熔池熔炼的澳大利亚奥斯麦特/艾萨炼铜技术、加拿大诺兰达炼铜法等。闪速熔炼和奥斯麦特熔炼在原料适应性方面各有长处和短处，针对全球铜资源不断向难冶炼与复杂性的发展趋势，凭借我国已同时充分掌握上述两方面技术的优势，依托国内相关“产、学、研”科技力量，通过消化吸收与集成创新，自主开具有自主知识产权的复合型铜冶炼新工艺与成套装置，实现难冶炼复杂矿的高效、节能、环保冶金具有重大意义。

主要开展低品位难冶炼铜原料闪速熔炼工艺技术与装置，复杂铜原料奥斯麦特熔炼工艺技术与装置，复杂铜资源伴生元素的污染控制与资源化，复杂铜资源粗铜质量控制和“闪速熔炼—闪速吹炼”技术创新研究。在原料铜品位 15～35 %条件下，粗铜综合能耗300 kgce /t-Cu；硫捕集率99.7 %。

⑶ 生物技术提取金属

采用生物技术处理传统选冶工艺不能经济回收的大量低品位、难处理的矿产资源，可以大幅度提高我国复杂低品位铜镍钴、铜锌硫化矿资源的开发利用率，增强国民经济可持续发展的能力，提高矿产资源的保障程度。重点研究复杂低品位硫化矿资源（铜、镍、钴、锌、金等金属矿资源）生物冶金浸矿体系微生物种群组合技术，构建高效种群配伍与高效浸矿工程菌；解决生物冶金工程条件、物理化学因素调控和微生物群落结构与功能分析相结合的难题，提出适用于我国复杂低品位铜镍钴和铜锌硫化矿产资源的生物冶金新体系设计的基本原则，形成生物浸出新技术。该技术工艺流程短、设备简单、投资低、环境友好、金属回收率高，建厂规模可大可小。主要技术指标：金属浸出率：Cu≥80%、Ni≥85%、Co≥80%、Zn≥95%，Au≥95%；金属综合回收率: Cu≥75%、Ni≥80%、Co≥75%、Zn≥90%，Au≥90%。

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⑷ 有色金属矿物中有害元素的无害化处理及资源化利用

铜精矿常伴生有毒有害元素，比如As、Pb、F、Hg、Cd等，有些还伴生放射性元素。这些元素对生产过程影响大，污染控制要求高，如果不能很好的开路，循环和富集后不但影响产品质量，还对人身安全造成威胁。长期以来，许多企业对伴生复杂元素的铜精矿望而生畏，而我国铜精矿资源的短缺又限制了企业对铜精矿来源的选择性，无论自产矿还是进口矿都存在有害元素增高的情况。

因此开展对铜精矿中有害元素的无害化处理和资源化利用的基础工艺研究，对控制有色金属环境污染、拓宽原料适应范围、缓解资源短缺矛盾和实现废弃资源的循环利用有重大意义。除了有害元素污染的高效控制技术，更重要的是研究有害元素在生产过程中的行为特征和有效收集方法，包括分布在废水、废气、废渣中的有害元素的处理及收集，同时寻求有害元素的新用途和加工方法，取得最大的经济效益和环境效益。

⑸ 实现无碳底吹连续炼铜清洁生产

山东东营方圆铜业集团和北京有色研究总院联合开发的、拥有国内自主知识产权的第一期工程“氧气底吹无碳熔炼多金属捕集新工艺”，及国产化的核心设备“氧气底吹熔池熔炼炉”，经过全国百余家企业和资深炼铜的专家院士组鉴定，已向世界宣告，无碳铜熔炼氧气底吹新工艺在黄河三角洲的山东东营方圆铜业集团试验成功并推广应用。方圆集团第二期工程是20万吨粗铜、100万吨多金属铜精矿的冶炼，目前正在研制和设计中。将在原有的基础上，取消转炉吹炼工序，将以第二台氧气底吹炉代替现在吹炼转炉，厂房高度下降近10米，取消吊车，不用吊包装铜锍在车间内倒运，采用液流的办法，彻底消除二氧化硫污和低空烟害的逸散。这种“氧气底吹无碳连续炼铜的清洁生产新工艺”预将于计2012年建投产，方圆集团铜冶炼工将率先成为无碳连续炼铜的清洁生产的榜样，提前跨入世界先进行列，并将引领中国铜冶金行业走出一条低碳经济发展的新路子。

2、国外铜精矿冶金的前沿技术

短流程连续炼铜清洁冶金技术也将是未来国外铜精矿先进火法冶金发展的前沿技术之一。在国外现有连续炼铜清洁冶金技术如三菱法、“双闪”工艺和双

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奥斯麦特炉工艺取得成功的基础上，未来几年 国外将着重在双艾萨炉连续炼铜和双诺兰达炉连续炼铜技术等进行技术创新研究，并将取得突破性进展。

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附图：铜火法冶金先进技术设备或流程示意图

⑴ 闪速炼铜法

图-1 闪速炉立体结构图

世界闪速炉炼铜工艺流程的历史变迁如下图-2和图-3

图-2 1982-1985年应用闪速炉铜熔炼工艺流程

图-3 2004年双闪炼铜工艺流程

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⑵ 艾萨炼铜法

图-4艾萨熔炼法铜冶炼工艺流程

图-5云南铜业艾萨法炼铜工艺流程

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⑶ 奥斯麦特炼铜法

图-6 奥斯麦特炉立体结构

图-7 一般奥斯麦特工厂示意图

图-8奥斯麦特炼铜工艺流程

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⑷ 诺兰达炼铜法

图-9 诺兰达炉结构图

图-10 诺兰达炼铜法工艺流程

⑸ 三菱连续炼铜法

图-11 三菱法连续炼铜法工艺流程图

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⑹ 特尼恩特炼铜法

图-12 特尼恩特熔炼炉示意图

图-13 特尼恩特改良转炉(TMC )

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⑺瓦纽柯夫炼铜法

图-14瓦纽科夫熔池熔炼炉

⑻ 氧气顶吹旋转转炉法

图-15氧气顶吹旋转转炉法卡尔多炉

⑼ 白银炼铜法

1－燃烧器；2－炉料；3―风口；4―隔墙；

5―烟道；6―熔炼区；7―沉淀区

图-16白银炼铜炉示意图

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（10）水口山炼铜法

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水口山炼铜法工艺流程图

（11）东营富氧底吹熔炼法

东营富氧底吹熔炼法工艺流程图

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富氧底吹造锍熔炼炉示意图

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（12）回转式精炼炉或阳极炉

回转式阳极炉精炼工艺流程图

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（13）阳极板全自动定量浇铸机组图

江西铜业集团阳极板全自动定量浇铸工艺流程

江西铜业集团阳极板全自动定量浇铸机组图

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山东祥光铜业公司铜阳极国产化全自动定量浇铸圆盘机

（14）永久不锈钢阴极法铜电解先进工艺

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江西铜业集团先进永久不锈钢阴极法（ISA法）铜电解车间

永久不锈钢阴极法电解铜剥离和堆垛机组

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