在自然界中自然铜的含量极少,一般都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、钴、镍、钼等。根据化合物的性质,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,目前电解铜90%来自硫化矿。金、银等贵金属常和铜共生。铜矿石经采矿和选矿富集获得铜精矿,含铜13-30%。 可直接供冶炼厂炼铜。
铜矿石分类
一、自然铜
主要成分:Cu(Fe、Ag、Au、);产地:⑴世界:美国密执安州的苏必利尔湖南岸(1857年这里发现重达 420吨的自然铜块)、俄罗斯的图林斯克和意大利的蒙特卡蒂尼等地;⑵中国:湖北、云南、甘肃、长江中下游等地铜矿床氧化带中。
二、硫化矿
1.黄铜矿
主要成分:CuFeS2 (Ag、Au、Tl、Se、Te);产地:⑴中国:长江中下游地区、川滇地区、山西南部中条山地区、甘肃的河西走廊以及西藏高原等。其中以江西 德兴、西藏 玉龙等铜矿最著名;⑵世界:西班牙的里奥廷托,美国亚利桑那州的克拉马祖、犹他州的宾厄姆、蒙大那州的比尤特,墨西哥的卡纳内阿,智利的丘基卡马塔等。
2.斑铜矿
主要成分Cu5FeS4(Pt 、Pd);产地:⑴中国:云南东川等铜矿床;⑵世界:美国蒙大那州的比尤特,墨西哥卡纳内阿和智利丘基卡马塔等。
3.辉铜矿
主要成分:Cu2S;产地:⑴中国:云南东川铜矿;⑵世界:美国布里斯托、康涅狄格州、比尤特、蒙大拿、亚利桑那州、宾厄姆峡谷、犹他州、鸭城、田纳西州、英国康瓦耳、纳米比亚楚梅布、意大利托斯卡纳和西班牙的力拓矿区、美国的内华达州的Ely矿区、Arizone州的Morenci、Miami和Clifton矿区以及蒙大拿州的比尤特矿区等地。
三、氧化矿
1.蓝铜矿
主要成分:Cu3(OH)2(CO3)2 ;产地:⑴中国:广东阳春、湖北大冶和赣西北;⑵世界:赞比亚、澳大利亚、纳米比亚、俄罗斯、扎伊尔、美国等地区。
2.赤铜矿
主要成分:Cu2O;产地:⑴世界:法国、智利、玻利维亚、南澳大利亚、美国等地有世界主要矿区;⑵中国:云南东川铜矿和江西、甘肃等地铜矿区。
3.孔雀石
主要成分:Cu2(OH)2CO3;产地:⑴世界:赞比亚、澳大利亚、纳米比亚、俄罗斯、扎伊尔、美国等地区;⑵中国:广东阳春、湖北大冶和赣西北
铜矿的选矿、冶炼
铜矿的选矿工艺
铜矿的选矿工艺主要是破碎--球磨--分级--浮选--精选等,对含镍钴钼金等稀贵多金属矿,可将粗选铜精矿再分别浮选镍精矿、钴精矿、钼精矿、金精矿。
浸染状铜矿石的浮选
一般采用比较简单的流程,经一段磨矿,细度-200网目约占50%~70%,1次粗选,2~3次精选,1~2次扫选。如铜矿物浸染粒度比较细,可考虑采用阶段磨选流程。处理斑铜矿的选矿厂,大多采用粗精矿再磨—精选的阶段磨选流程,其实质是混合—优先浮选流程。先经一段粗磨、粗选、扫选,再将粗精矿再磨再精选得到高品位铜精矿和硫精矿。粗磨细度-200网目约占45%~50%,再磨细度-200网目约占90%~95%。
致密铜矿石由于黄铜矿和黄铁矿致密共生,黄铁矿往往被次生铜矿物活化,黄铁矿含量较高,难于抑制,分选困难。分选过程中要求同时得到铜精矿和硫精矿。通常选铜后的尾矿就是硫精矿。如果矿石中脉石含量超过20%~25%,为得到硫精矿还需再次分选。处理致密铜矿石,常采用两段磨矿或阶段磨矿,磨矿细度要求较细。药剂用量也较大,黄药用量100g/(t原矿)以上,石灰8~10kg(t原矿)以上。
铜矿的冶炼工艺
从铜矿中开采出来的铜矿石,经过选矿成为含铜品位较高的铜精矿或者说是铜矿砂,铜精矿需要经过冶炼提成才能成为精铜及铜制品,目前,世界上铜的冶炼工艺主要有两种:即火法冶炼与湿法冶炼(SX-EX)
1.火法冶炼选矿方法:
至今铜的冶炼仍以火法治炼为主,其产量约占世界铜总产量的85%。
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矿。
火法冶炼一般是先将含铜百分之几或千分之几的原矿石,通过选矿提高到20-30%,作为铜精矿,在密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉进行造锍熔炼,产出的熔锍(冰铜)接着送入转炉进行吹炼成粗铜,再在另一种反射炉内经过氧化精炼脱杂,或铸成阳极板进行电解,获得品位高达99.9%的电解铜。该流程简短、适应性强,铜的回收率可达95%,但因矿石中的硫再造硫和吹炼两阶段作为二氧化硫废气排出,不易回收,易造成污染。近年来出现如白银法、诺兰达法等熔池熔炼以及日本的三菱法等、火法冶炼逐渐向连续化、自动化发展。
除了铜精矿之外废铜做为精炼铜的主要原料之一,包括旧废铜和新废铜,旧废铜来自旧设备和旧机器,废弃的楼房和地下管道;新废铜来自加工厂弃掉的铜屑(铜材的产出比为50%左右)一般废铜供应较稳定,废铜可以分为:裸杂铜:品位在90%以上;黄杂铜(电线);含铜物料(旧马达、电路板);由废铜和其他类似材料生产出的铜,也称为再生铜。
2.湿法冶炼选矿方法:
现代湿法冶炼的技术正在逐步推广,湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。 一般适于低品位的氧化铜,生产出的精铜称为电积铜。现代湿法冶炼有硫酸化焙烧-浸出-电积,浸出-萃取-电积,细菌浸出等法,适于低品位复杂矿、氧化铜矿、含铜废矿石的堆浸、槽浸选用或就地浸出。湿法冶炼技术正在逐步推广,预计本世纪末可达总产量的20%,湿法冶炼的推出使铜的冶炼成本大大降低。
湿法冶炼选矿工艺原理为:Fe+CuSO4=FeSO4+Cu,不一定用铁,金属活动性比铜强就行。也不一定用硫酸铜,可溶性的铜盐就可以。湿法炼铜就是电解饱和硫酸铜溶液。 在电解池中,用铁作阳极,用铜作阴极,饱和硫酸铜溶液作电解液。通电以后阳极上的铁由于失电子形成亚铁离子,铜离子在阴极上得电子而变成铜原子。这样能够得到一个比较纯净的铜单质。
电化学方程式:
阳极:Fe=Fe2+ + 2e-(电子)
阴极:Cu2+ +2e-=Cu
总的方程式:Fe+CuSO4->Cu+FeSO4