炼铜手册 带你进一步了解 炼铜史 和 如何炼铜
铜是人类使用最早的金属，对人类历史起到了不可缺少的推动作用。早在史前时期，人类就开始使用铜的原矿制作工具、武器、器皿等。后来在东方又被当做祭祀器具、装饰品、镜子还有最重要的——货币。
中国古代最早记录“炼铜”一词，并且可以考据的史书是《战国策·赵策一》。其中原文是“臣闻 董子 之治晋阳也，公宫之室，皆以鍊铜为柱质。”背景是知伯要攻打赵国，赵国的张孟谈给赵襄子解决在晋阳战斗物资缺乏的问题，此处的炼铜不作动词，而是指“精炼过的铜”。原句意思是：我听说董安于治理晋阳时，官署室内都用炼铜做柱子的基础。[1]
我国很早就有关于铜的记载。先秦文献《墨子·耕柱篇》提到:“昔日夏后开使蜚廉折金于山川,而陶铸之于昆吾。”其中“折金”就是指开采铜矿,表明铜的利用在我国是相当早的。
古代炼铜法中的湿法炼铜，学名为“胆铜法”。中国是世界上第一个使用湿法炼铜的国家，而在欧洲则到17世纪后期，西班牙的里奥廷托铜矿才开始采用湿法取铜，并于1752年创造了与淋铜法相似的堆积收铜法。[2]
胆铜法原理并不复杂，就是把铁放在硫酸铜（胆矾）溶液中，通过铁与铜离子的置换，将铜从溶液中析出。我们小学二年级就学过它的主要反应式：Fe+CuSO4═FeSO4+Cu 。《淮南万毕术》中“曾青得铁则化为铜”也记载了早在西汉时期，就已经有人观察到铁与铜离子的置换现象。宋代周煇在《清波杂志》卷十二更是记载了这一逸闻：“ 信州 铅山 胆水自山下注，势若瀑布，用以浸铜，铸冶是赖。虽乾溢系夫旱涝，大抵盛於春夏，微於秋冬。古传一人至水滨，遗匙钥，翌日得之，已成铜矣。”
有史可考的胆铜法炼铜主要有三种：
第一种是在胆水产地就近随地形高低,挖掘沟槽,用茅席铺底,把生铁击碎,排砌在沟槽里,把胆水引入沟槽浸泡,分节用木板闸断,看上去呈阶梯状。利用铜和铁颜色不一,浸泡后待颜色改变,说明胆水中的铜离子已被铁置换,把浸泡过的水放走,取出茅席,收取沉积在茅席上的铜。再引入新的胆水,周而复始地进行生产。[2]
第二种在《宋史·食货志》有记载:“以生铁锻成薄片,排置胆水槽中,浸渍数日,铁片乃为胆水所薄,上生赤煤,取括赤煤入炉,三炼成铜。大率用铁二斤四两,得铜一斤。饶州兴利场、信州铅山场各有岁额,所谓胆铜也”。但同时《宋史·食货志下七》：“ 信州胆铜古阬二：一为胆水浸铜，工少利多，其水有限；一为胆土煎铜，土无穷而为利寡。”也指出了此种方法在某些地区的局限。
第三种是煎熬法,把胆水引入用铁做的容器里煎熬。煎熬一定时间,就在铁容器上得到铜。煎熬法的长处在于加强和煎熬过程中胆水由稀变浓,都可加速铁和胆水中铜的置换反应,但这种方法需用燃料和专人操作,成本高,工多而利少。这种方法的应用不如前两种普遍。在胆铜的生产中,浸铜时间随胆水浓度不同而有长有短。要浸得一定数量的铜,胆水越浓,含铜离子越多,浸铜时间可短些;胆水稀,含铜离子少,浸铜时间就要长一些。[2]
火法炼铜技术则应用时间更长，范围更广。（待补充）
1865年，欧洲发明了铜电解精炼，极大促进了铜冶炼技术的发展。
火法炼铜熔炼原理：2CuFeS2+O2→Cu2S+2FeS+SO2Cu2O+FeS→Cu2S+FeO
2FeS+3O2+SiO2→2FeO·SiO2+2SO22FeO+SiO2→2FeO·SiO2
冰铜吹炼原理：2FeS+3O2→2FeO+2SO22FeO+SiO2→2FeO·SiO2
2Cu2S+3O2→2Cu2O+2SO2Cu2S+2Cu2O→6Cu+SO2
火法炼铜包括以下几个工艺：
1.造锍熔炼 ：使铁氧化，造渣除去
2.铜锍（冰铜）吹炼：氧化冰铜、造渣脱铁硫，生产粗铜。
3.粗铜火法精炼 ：氧化粗铜造渣进一步脱除杂质元素，产出阳极铜。
4.阳极铜电解精炼：通过引入直流电，阳极铜溶解，在阴极析出纯铜，杂质进入阳极泥或电解液，从而实现铜和杂质的分离，产出阴极铜。
(火法精炼的产品叫火精铜，一般含铜99.5%以上。火精铜中常含有金、银等贵金属和少量杂质，通常要进行电解精炼。若金、银和有害杂质含量很少，可直接铸成商品铜锭。电解精炼是以火法精炼的铜为阳极，以电解铜片为阴极，在含硫酸铜的酸性溶液中进行。电解产出含铜99.95%以上的电铜，而金、银、硒、碲等富集在阳极泥中。 来源：百度百科）
现代炼铜技术相较以前已经有了很大提升。传统工艺有：如鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼。但进入20世纪中叶，全球能源问题和环境问题突出，能源日趋紧张，环境保护法规日益严格，劳动成本逐步上涨，促使铜冶炼技术从20世纪80年代起获得飞速发展，迫使传统的方法不得不被新的强化方法来代替。[8]比较成熟的现代强化工艺炼铜技术有闪速炉熔炼法和熔池熔炼法，这两种方法之间的区别为，熔池熔炼中硫化铜精矿发生的熔炼和吹炼反应主要不是在炉膛空间进行而主要发生在冶金炉熔池中。目前现代强化工艺炼铜方法（不完全） [3]
1. 闪速熔炼（奥托昆普闪速炉是目前最先进的炼铜技术）
闪速熔炼自从1949年芬兰奥托昆普问世以来，经过不断改进完善，逐步取代了反射炉和鼓风炉的地位。也成为当今铜冶金所采用最具竞争力的熔炼技术，被认为是最标准的清洁炼铜工艺。世界上有49座用于炼铜的闪速炉，占产能的50%以上。该方法是用富氧空气或热风，将干精矿喷入闪速炉的反应空间，使精矿离子悬浮在高温氧化性气流中，迅速发生硫化矿物的氧化反应，并放出大量的热。
2.艾萨熔炼法（熔池熔炼；顶吹）
艾萨熔炼法是芒特艾萨矿业有限公司（MIM）和澳大利亚联邦科学工业研究机构（CSIRO）在20世纪80年代联合开发的。艾萨熔炼法、闪速熔炼法、诺兰达法等一样，工艺过程可以用计算机控制。艾萨熔炼法工艺流程短，设备简单，因而控制系统比较简单。艾萨炼铜法处理的原料范围非常广，包括MIM公司自产的黄铜精矿、转炉渣精矿和其他外购的各种铜精矿。
3. 白银炼铜法（瓦纽科夫炼铜法\金峰炼铜法）
白银炼铜法是一种新的熔炼铜精矿获得冰铜的炼铜法。白银炼铜法研究实验开始于1972年。1975年初开始进行工业生产规模的设计，先设计了一座每日能处理300t炉料的装置，该装置于1976年建设完成，连续生产122天。1980年，白银有色金属公司[]用白银炼铜法取代了传统的反射炉熔炼法，在原反射炉基础上建立了一座每日能处理800t炉料的白银炼铜炉，现在已经用于生产。白银炼铜法的一个特点是对燃料要求不严格。以前用重油作燃料，在炉头和炉顶中部各设有一个燃烧器。
白银炼铜法
瓦纽科夫法4. 奥斯麦特炼铜法（熔池熔炼；顶吹）
当今铜硫吹炼主要采用PS转炉工艺，该工艺由于熔体需要用冶金包转运，炉口密闭性差，存在严重的SO2烟气低空污染和安全问题。奥斯麦特吹炼技术是三菱法和闪速吹炼技术之后的一项新技术，采用固定冶金炉代替转炉，熔体采用溜槽转运，溜槽上有密闭烟罩，炉口密闭性好，操作过程中无组织排放的烟气少，并且可以集中回收，环保问题有效解决，同时自动化控制水平高。
奥斯麦特技术在原有赛罗熔炼法和艾萨熔炼法的基础上，进行了大量的应用性技术开发，特别是增加了喷枪外层套筒，使炉内所需二次燃烧风可以直接从同一支喷枪喷入炉脸，使熔池上方的金属蒸气和未完全燃烧的碳质颗粒得以充分燃烧，并由激烈搅动的熔体将其吸收，较大幅度地提高炉内反应的热效率，同时也改善了烟气性质。[6]
5. 水口山炼铜法（氧气底吹炼铜技术 ；熔池熔炼炼铜法）
水口山炼铜法属于熔池熔炼炼铜法[4]。水口山矿务局[5]在20世纪70年代初期，为了解决自产的含铀铜精矿的冶炼问题，自行设计和建设了年产5000t小规模的炼铜厂，当时由于没有新的适应于小规模的炼铜工艺，选用了国内普遍采用的密闭鼓风炉流程。经过两年多的理论分析、小型实验、设备研究等充分准备下，在日处理50t炉料的装置下进行了条件实验，1991~1992年进行了较长期的半工业实验，取得非常满意的技术经济指标。1994年获得中国专利权，1997年被中国专利局授予中国专利优秀奖。
6.诺兰达法炼铜
诺兰达法是将加到熔池表面的含铜物料迅速熔炼成高品位铜铣的铜熔炼方法，是一种重要的强化、低能耗、少污染的炼铜新方法。（风眼为侧开口（侧吹），与艾萨和奥斯麦特炼铜法顶吹的区别之一）
诺兰达反应器
按照冶炼炉种类分类可以分为：
1.鼓风炉熔炼2.反射炉熔炼 3.白银炼铜法 4.闪速熔炼 5.诺兰达熔炼 6.奥斯麦特熔炼 7.电炉熔炼 8.侧吹炉熔炼 9.底吹炉熔炼
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[4] 熔池熔炼 (bath smelting),是将炉料直接加入鼓风翻腾的熔池中迅速完成气、液、固相间主要反应的熔炼方法。这种强化熔炼的冶金方法适用于有色金属原料熔化、硫化、氧化、还原、造锍和烟化等冶金过程。
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