湿法炼铜

http://www.ltlu.com/ 2007-10-10 20:26:19
[Brief] 我国劳动人民很早就认识了铜盐溶液里的铜能被铁置换，从而发明了水法炼铜。
我国劳动人民很早就认识了铜盐溶液里的铜能被铁置换，从而发明了水法炼铜。它成为湿法冶金术的先驱，在世界化学史上占有光辉的一页。
水法炼铜的原理是： CuSO4+Fe=Cu+FeSO4
在 汉代许多著作里有记载“石胆能化铁为铜”，晋葛洪《抱朴子内篇•黄白》中也有“以曾青涂铁，铁赤色如铜”的记载。南北朝时更进一步认识到不仅硫酸铜，其他 可溶性铜盐也能与铁发生置换反应。南北朝的陶弘景说：“鸡屎矾投苦洒（醋）中涂铁，皆作铜色”，即不纯的碱式硫酸铜或碱式碳酸铜不溶于水，但可溶于醋，用 醋溶解后也可与铁起置换反应。显然认识的范围扩大了。到唐末五代间，水法炼铜的原理应用到生产中去，至宋代更有发展，成为大量生产铜的重要方法之一。
水法炼铜也称胆铜法，其生产过程主要包括两个方面。一是浸铜，就是把铁放在胆矾（CuSO4•5H2O） 溶液（俗称胆水）中，使胆矾中的铜离子被金属置换成单质铜沉积下来；二是收集，即将置换出的铜粉收集起来，再加以熔炼、铸造。各地所用的方法虽有不同，但 总结起来主要有三种方法：第一种方法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，排放在沟槽里，将胆水引入沟槽浸泡，利用铜盐溶液和铁 盐溶液颜色差异，浸泡至颜色改变后，再把浸泡过的水放去，茅席取出，沉积在茅席上的铜就可以收集起来，再引入新的胆水。只要铁未被反应完，可周而复始地进 行生产。第二种方法是在胆水产地设胆水槽，把铁锻打成薄片排置槽中，用胆水浸没铁片，至铁片表面有一层红色铜粉覆盖，把铁片取出，刮取铁片上的铜粉。第二 种方法比第一种方法麻烦是将铁片锻打成薄片。但铁锻打成薄片，同样质量的铁表面积增大，增加铁和胆水的接触机会，能缩短置换时间，提高铜的产率。第三种方 法是煎熬法，把胆水引入用铁所做的容器里煎熬。这里盛胆水的工具既是容器又是反应物之一。煎熬一定时间，能在铁容器中得到铜。此法长处在于加热和煎熬过程 中，胆水由稀变浓，可加速铁和铜离子的置换反应，但需要燃料和专人操作，工多而利少。所以宋代胆铜生产多采用前两种方法。宋代对胆铜法中浸铜时间的控制， 也有比较明确的了解，知道胆水越浓，浸铜时间可越短；胆水稀，浸铜的时间要长一些。可以说在宋代已经发展从浸铜方式、取铜方法、到浸铜时间的控制等一套比 较完善的工艺。
水法炼铜的优点是设备简单、操作容易，不必使用鼓风、熔炼设备，在常温下就可提取铜，节省燃料，只要有胆水的地方，都可应用这种方法生产铜。
在欧洲，湿法炼铜出现比较晚。15世纪50年代，人们把铁片浸入硫酸铜溶液，偶尔看出铜出现在铁表面，还感到十分惊讶，更谈不上应用这个原理来炼铜了。
湿法炼铜给铜工业带来的影响
湿法炼铜给铜工业带来的影响
(1) 可以处理低品位铜矿，美国采用堆浸处理的铜矿石品位甚至低到0.04％。过 去认为无法处理的表外矿、废石、尾矿等均可作为铜资源被重新利用，因此大大扩大 了铜资源的利用范围； (2) 湿法炼铜由于工艺过程简单，能耗低，因此生产成本低。1997年西方SX－EW 铜平均的生产成本为43美分/ 磅，这包括8 美分/ 磅采矿费、15美分/ 磅浸出费用、1 8 美分/ 磅的SX－EW费用、2 美分/ 磅的管理费用。而1997年西方火法铜的平均生产 成本为70美分/ 磅； (3) 投资费用低、建设周期短。国外大型的湿法炼铜厂的单位投资费用为2300$/t Cu，而火法铜的单位投资费用超过4500＄/tCu。中国湿法炼铜厂由于设备简陋，单位 投资费用只有1 ～1.2 万元/t； (4) 没有环境污染问题。湿法炼铜工艺没有SO2 烟气排放，硫化矿加压浸出时硫 可以S 。的形式产出，避免了硫酸过剩问题。特别是地下溶浸技术不需要把矿石开采 出来，不破坏植被和生态，从根本上改善了采矿工人的劳动条件； (5)阴极铜产品质 量高。由于溶剂萃取技术对铜的选择性很好，因此铜电解液纯度很高，产出的阴极铜 质量可以达到99.999％，再加上采用了Pb-Ca-Sn合金阳极以及在电解液中加Co2+等措 施，有效地防止了铅阳极的腐蚀，保证了阴极产品的质量； (6)生产规模可大可小， 这尤其适合于中国企业的特点。 正因为湿法炼铜有这样一些显著的优点才使其得以迅速的发展，当1997年下半年 到1998年由于亚州金融危机而引发了有色金属价格急剧下滑，铜价持续走低，西方一 些铜公司关闭了他们成本较高的火法炼铜厂，但在此期间世界湿法炼铜产量仍然强劲 地增长著，由此可以说明湿法炼铜技术的生命力。 过去认为浸出－萃取－电积工艺 只适于处理那些废石、氧化矿、低品位矿，即只适于处理那些火法冶金不好处理或不 经济的矿石，但近几年由于生物技术、加压浸出技术的发展和工业化已经改变了人们 这种认识，采用生物堆浸完全可以处理高品位的次生硫化矿，而且达到了很大的生产 规模，已成为一种很成熟的生产方法。采用加压浸出技术处理高品位的次生硫化矿也 已实现了工业化，并且达到了5 万t/aA级铜的生产规模，操作成本只有35美分/ 磅。 可以看到近年来湿法炼铜的主攻方向已经从氧化矿和废石转向了硫化矿，甚至把以黄 铜矿为主要成份的铜精矿作为了挑战的目标。相信在不久的将来人们可以实现采用湿 法冶金技术处理任何铜矿，而且在投资和成本上能与火法冶金展开竞争。