学文网摘要：以辉铜矿为主的高品位硫化铜精矿铜金属品位高，硫和铁含量低，该类精矿采用湿法冶炼可以直接产出质量较高的阴极铜，但需要增加焙烧工序，工艺流程长，硫回收难度大；采用火法冶炼生产粗铜，工艺流程短，投资和运行成本低，但需要购买硫铁矿或黄铜矿配料。
Abstract： High grade copper sulfide concentrate with high copper metal grade and low iron content， can be produced by wet process， and the cathode copper with high quality can be produced directly， but it needs to increase the roasting process， the process is long， sulfur recovery is difficult. The production of crude copper smelting by pyrometallurgical process， with short process， low investment and operating costs， but it needs to buy chalcopyrite pyrite or ingredients.
关键词：辉铜矿；湿法冶炼；火法冶炼
Key words： chalcocite；hydrometallurgy；pyrometallurgical process
中***分类号：F270 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）32-0232-02
0 引言
位于刚果金加丹加铜矿带的某大型铜矿山，产出的硫化铜精矿是独具特色的高品位硫化铜精矿，其含Cu 63.93%，Fe 2.16%，S 13.7%，SiO2 7.88%，CaO 1.26%。铜矿物主要为辉铜矿，由于精矿含铜高，其它杂质特别是Fe含量低，该类铜精矿没有生产实例，类似的高铜低铁硫化铜精矿在刚果金地区一般采用焙烧后采用湿法浸出工艺回收金属铜，在其它地区只能在火法冶金炉内作为配料处理，配矿比例一般不超过20%。本文探讨处理该类型铜精矿的不同冶炼工艺的优缺点。
1 原料
1.1 铜精矿处理量及组成
1.2 硫化铜精矿性质分析
硫化铜精矿存在以下特点：
①铜品位高。由于品位高，硫化铜精矿采用火法冶炼工艺不需要造锍熔炼，可以一步吹炼成粗铜，也可以焙烧脱硫后通过电炉还原成粗铜，火法冶炼流程短，渣率低，金属回收率较高。硫化铜精矿也可以焙烧后采用湿法冶炼，由于品质高，不需要萃取工艺，可以缩短湿法冶炼工艺流程。高品位的硫化铜精矿让火法冶炼和湿法冶炼工艺都成为可能。
②硫化铜精矿S/Cu低。硫化铜精矿S/Cu低，熔炼反应放热少，火法冶炼的能量平衡需要补充大量燃料。
③铜精矿Fe/SiO2低。铜精矿Fe/SiO2低，精矿中94%的Fe以氧化态存在，熔池熔炼需要造熔点较低的钙铁橄榄石炉渣（CaO-FeO-SiO2），Fe要以亚铁存在，熔池熔炼需要添加石灰石和黄铁矿调整炉渣组成。电炉熔炼对炉渣组成要求不高，可以不添加黄铁矿，但炉渣熔点要高很多，能耗相对较高。
④MgO、Al2O3相对含量较高。铜精矿中MgO、Al2O3的含量值并不高，但在总杂质组分中的比例比较大，由于渣率低，造渣组分中MgO、Al2O3的含量达到7～9%，提高了炉渣熔点，炉渣属于复杂的多元渣系。
2 冶炼工艺
2.1 湿法冶炼
硫化铜精矿采用湿法冶炼需要把铜的硫化物转化成在硫酸铜溶液或水溶液中可溶解的铜的氧化物，也就是在进入湿法冶炼之前增加一段硫化铜精矿的焙烧工序。（硫化铜精矿也可以采用细菌浸出，但应用规模都很小，本文不做讨论）。
焙烧分硫酸化焙烧和氧化焙烧，硫酸化焙烧就是把铜的硫化物直接转换成可以直接溶解于水的铜的硫酸盐，硫酸化焙烧可以省去烟气制酸工序，但工艺控制难度大。氧化焙烧就是把硫化铜精矿死焙烧，硫化态的铜全部转换成氧化态的铜，硫全部进入烟气回收，工艺可控性好。
实现硫化铜精矿焙烧的设备有沸腾焙烧炉和烧结焙烧炉，沸腾焙烧炉有湿式进料和干式进料之分，沸腾炉干式进料需要对硫化铜精矿进行脱水干燥，烧结焙烧炉需要对铜精矿进行制粒处理。
沸腾焙烧炉的焙渣产品为粉状，硫化铜精矿的脱硫率达到95%；烧结焙烧炉的焙渣产品为块状，由于块状原料透气性不好，脱硫率约70%左右。
焙烧炉产出的焙渣进入湿法流程，浸出后进行液固分离，浸出液由于铜浓度高杂质含量低，可以直接进入电积工序生产阴极铜产品。
2.2 火法冶炼
火法冶炼有两条工艺路线：强化熔炼和电炉还原熔炼，两种路线都能直接产出粗铜产品。
①强化熔炼技术。
强化熔炼就是把铜精矿和熔剂直接加入高温炉内，与鼓入炉内的氧气发生氧化反应，迅速完成脱硫和造渣过程，实现铜渣的分离，硫在烟气中回收。强化熔炼技术充分利用铜精矿的表面能和氧化反应热，能耗低、生产能力大。
强化熔炼技术分熔池熔炼和闪速熔炼，闪速熔炼配置复杂、投资高，适合20万吨以上的产能规模，本方案研究不讨论闪速熔炼技术。熔池熔炼的炉型很多，国内均有比较成功的应用，可选的有纯氧顶吹炉、澳斯麦特炉、底吹炉等。
强化熔炼方案以纯氧顶吹炉为主要研究方向。
强化熔炼技术在国内发展迅速，多金属的综合回收也是主要因素，强化熔炼过程中因为各种金属的行为不同，可以在金属相、渣相、气相（烟灰）中回收不同的金属。纯氧顶吹炉可以连续或间接的排放粗铜，直收率达到90%以上，炉渣进入一台还原电炉，通过还原回收其中被氧化的铜和金属钴，产出含钴粗铜，约90%的金属钴从炉渣中得以回收。硫化铜精矿钴金属的回收，采用强化熔炼技术是最为理想的手段。
②电炉还原熔炼技术。
电炉还原熔炼需要先把硫化铜精矿转化成氧化态的铜，通过在电炉中加入还原剂把氧化铜还原成金属铜。
采用还原电炉熔炼首先需要把硫化铜精矿进行死焙烧脱硫处理，焙烧脱硫有沸腾炉焙烧和烧结焙烧之分，沸腾炉焙烧脱硫率达到95%，但产出的是粉状焙渣，透气性不好不适合电炉熔炼，电炉熔炼的硫化铜精矿脱硫只能采用烧结焙烧脱硫。烧结焙烧需要对精矿进行制粒，脱硫率约70%左右。
烧结脱硫后的焙渣还有精矿总硫量约30%的硫会进入电炉，进入电炉内残余的硫理论上会与焙烧后的氧化铜进行交互反应再次脱硫，但电炉内的冶炼气氛总体属于还原气氛，该反应不会彻底，大概还会有占精矿总硫量约10%的硫会进入粗铜产品，导致粗铜品质不高。
电炉熔炼钴的回收率会低很多，为保证较高的产品质量，电炉不能控制很强的还原冶炼气氛，金属钴很难被彻底还原进入金属相。
3 冶炼方案技术经济分析
表2从湿法和火法两条工艺路线对硫化铜精矿的四种冶炼方案进行技术经济分析。（计算略）。
表2中计算没有考虑纯氧顶吹炉多回收的硫酸价值。
工艺优缺点对比（表3）
4 结论
以辉铜矿为主的硫化铜焙烧后焙渣走湿法流程生产阴极铜，流程长，投资高，耗电量大，铜回收率低，不管是硫酸化焙烧还是氧化焙烧，硫的走向不单一，硫回收难度大。
辉铜矿采用烧结氧化焙烧再进还原电炉生产次粗铜冶炼方案，虽然流程最、短运行成本低，但产品品质低、烧结过程中脱硫率低，烧结烟气和电炉烟气均含低浓度SO2，制酸难度大。
推荐采用纯氧顶吹炉―电炉冶炼方案，该方案投资和运行成本较低，铜钴回收率高，需要添加硫铁矿或黄铜矿造渣，配矿来源有待落实。
参考文献：
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