硫化铜矿是重要的铜矿石类型,主要成分为黄铜矿(CuFeS₂)等。由于其含铜量较低,需经过一系列冶炼工艺才能提取出金属铜。现代工业主要采用火法冶金,其核心流程包括富集、熔炼、吹炼和精炼。
第一步:矿石富集
硫化铜矿首先经过破碎和磨细,再采用浮选法进行富集。通过添加捕收剂和起泡剂,使含铜矿物附着气泡上浮,从而得到铜精矿(含铜量约20%-30%),大幅减少后续处理量。
第二步:熔炼
铜精矿送入熔炉进行高温熔炼。在氧化气氛中,部分硫化亚铁(FeS)被氧化为氧化亚铁(FeO)并与二氧化硅(SiO₂)形成炉渣,而硫化亚铜(Cu₂S)则与未反应的FeS形成冰铜(含铜量40%-70%)。炉渣因密度较低被分离排出。
第三步:吹炼
冰铜转入转炉,鼓入空气进行吹炼。通过氧化反应,残留的FeS被进一步氧化造渣,而Cu₂S则转化为粗铜(含铜量约98.5%)。
第四步:精炼
粗铜需进一步精炼以提升纯度。火法精炼中,粗铜被熔化并氧化,去除少量杂质(如砷、锑),然后通过还原反应得到阳极铜(含铜99.5%)。随后进行电解精炼:以阳极铜为阳极,纯铜薄片为阴极,硫酸铜溶液为电解液。通电后,阳极铜溶解,纯铜在阴极析出,最终得到纯度高达99.99%的电解铜。
综上所述,从低品位的硫化铜矿到高纯度的电解铜,现代火法冶金通过富集、熔炼、吹炼和精炼四个核心步骤,逐步实现了铜的高效提取与纯化。