1. 引言
火法冶煉銅仍是精煉原生銅的主要生產方式，佔全球產能的80%以上。此製程透過一系列高溫冶金操作，將硫化銅精礦（主要成分為黃銅礦，CuFeS₂）轉化為高純度陰極銅（≥99.99% Cu）。本文詳細介紹了包括閃速熔煉、轉爐、陽極精煉和電解精煉在內的主流一體化製程流程。
2. 濃縮液製備與混合
銅精礦（含銅量25-35%）以散裝船運抵，並儲存於有蓋的堆場中。其水分含量通常為8-12%，必須使用迴轉窯或流體化床乾燥機將其降低至≤0.3%，以防止爆炸和下游冶煉過程中能源消耗過高。
乾燥精礦與助熔劑（石英、石灰石）、回爐渣和轉爐渣以精確控制的比例混合。現代化的工廠採用自動圓盤給料機和稱重感測器系統，混合精度可達±0.5%。
3. 閃速熔煉
閃速熔煉是處理硫化銅精礦最先進的技術，全球以奧圖泰克（現為美卓）閃速熔爐和中國開發的氧氣底吹熔爐為代表。
3.1 製程原理
乾燥精礦被注入到溫度 850-950°C 的高溫富氧氣流（氧氣濃度 75-90%）。反應（乾燥、氧化、爐渣和冰銅的形成）在 3-5 秒內完成，反應產生的熱量維持自熱運作。主要反應包括：4CuFeS₂ + 9O₂ → 4CuS + 2Fe₂O₃ + 8SO₂；2FeS + 3O₂ + 2SiO₂ → 2FeO·SiO₂ + 2SO₂
3.2 主要設備
- 反作用井：高 11-14 米，直徑 7-9 米，內襯高級菱鎂鉻磚和銅水套。
- 沉澱器和輸送豎井：利用重力分離冰銅（含銅量 65-75%）和爐渣。
- 廢熱鍋爐：從約 550°C 的廢氣中回收顯熱，用於蒸汽產生。
- 氧氣與濃縮液的比例：1.15-1.25 Nm³ O₂/t 乾燥濃縮液
- 反作用軸溫度：1250-1300°C
- 霧面溫度：1180-1220°C
- 爐渣中Fe/SiO₂比：1.1-1.4，爐渣中銅含量≤0.6%
3.3 關鍵控制參數
單台閃爐產能可達 4000-5500 噸/天精礦，熱效率 >98%，SO₂ 捕獲率接近 100%。
4. 轉換
冰銅透過電加熱溜槽或鋼包輸送到皮爾斯-史密斯轉爐或連續式轉爐。
4.1 結渣階段
吹入富氧空氣（25-35% O₂）以氧化硫化鐵。撇去含銅量為2-8%的爐渣，並將其送回閃速熔煉爐。
4.2 煉銅階段
持續吹製使 Cu₂S 在 1180-1230°C 下氧化成泡狀銅（98.5-99.3% Cu）。
5.陽極爐火精煉
將粗銅裝入 50-500 噸固定式或傾斜式陽極爐中進行氧化還原精煉。
5.1 氧化階段
空氣或氧氣噴槍可去除殘留的鐵、鎳、砷、銻和鉍等浮渣。
5.2 還原階段
利用天然氣、柴油或木桿將氧氣含量降至 150-300 ppm。精煉後的銅被鑄造成 300-450 公斤的陽極（銅含量≥99.0%）。
6. 電解精煉
將陽極置於電解池中，以鉛或鈦母坯作為陰極，電解液為 CuSO₄-H₂SO₄。
6.1 運轉條件
- 電流密度：220-320 A/m²
- 電池電壓：0.22-0.32伏
- 電解液溫度：60-65°C
- Cu²⁺：40-55 g/L，遊離 H2SO₄：150-220 g/L
6.2 電化學反應
陽極溶解：Cu → Cu²⁺ + 2e⁻ 較貴金屬（Au、Ag、Se、Te）進入陽極泥；較不貴金屬進入溶液。陰極沉積產率≥99.993% Cu，符合倫敦金屬交易所（LME）A級標準。
7. 廢氣處理與環境控制
來自閃爐、轉爐和陽極爐的富含二氧化硫的廢氣經冷卻、除塵後，在雙接觸式酸廠進行處理，硫回收率超過99.8%。廢氣中二氧化硫含量遠低於100 mg/Nm³。砷、汞和其他重金屬則是透過專門的製程去除。
8. 結論
現代銅火法冶金技術已實現高度連續性、自動化和環保性能。整合式閃速熔煉-連續轉化-陽極精煉-電解精煉製程可實現98.5%以上的銅回收率和280-320 kgce/t陰極的單位能耗，達到世界一流水準。氧氣富集、連續煉銅技術和數位化製程控制的持續發展將進一步提升效率和永續性。
發佈時間：2025年12月22日