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铜冶金固体废物的综合利用

冶金行业的铜渣主要来自于火法炼铜的过程，包括采矿过程中废石、冶炼过

程中的废渣和尾矿渣。其他的铜渣则是炼锌、炼铅过程中的副产物。铜渣含有铜、

锌等重金属和金、银等贵金属。目前，我国的粗铜年产量为52万吨左右，产出

的炉渣约为150万吨，再加上副产废铜渣，数量巨大。这些固体废物大量堆积，

不仅侵占了土地、污染了环境，而且这些废渣含有的大量的有用物质没有被充分

利用。目前，铜渣的利用方法很多，利用率也较高，主要包括提取有价金属、生

产化工产品和建筑材料等。

1.化学组成

铜渣由于炼铜原料的产地、成分以及冶炼的方法的不同，其组成具有较大的

差异性。表13-5所示为铜渣的化学组成。

由表13-5中数据可知，铜渣中铁的含量很高，还含有Cu、Pb、Zn、Cd等金

属，具有回收金属元素的价值，铜渣中的主要矿物包括硅酸铁、硅酸钙、少量的

硫化物和金属元素等。在提取有价金属后，可以作为水泥的原料。

2.粒度组成

水淬铜渣颗粒形状不规则，尺寸也不同。有个别滤渣状多孔颗粒和细针状颗

粒。粒径组成略大于普通沙的一级配区。如表13-6。

一、含铜废渣中回收铜

根据美国国家地质调查局（USGS）发布的NERALCOMMODITYUMMARIES2012

显示：截至2011年年底，全球铜储量为6.9亿吨，智利以1.9亿吨的铜储量居

于全球首位，中国以3000万吨位居全球第五。但我国主要以贫矿为主，且开发

程度不高。而我国铜消耗量在逐年增长，精炼铜和矿山铜（精矿）多年来供不应

求。自给率仅为65%左右，长期靠进口弥补。因此，一些低品位矿、尾矿、表外

矿及含铜矿渣等难以开采和洗选矿脉的开发利用，不仅能满足铜的需求，还能减

少废渣对环境造成的危害，能产生巨大的社会和环境效益。

为了回收铜渣中的铜，研究人员将难选的氧化铜矿类矿渣经过氨浸、蒸馏、

酸化和结晶等工艺流程后得到五水硫酸铜产品。在实验中探讨了氨浸的机制，研

究了铜浸出率的主要影响因素，确定了最佳的浸出液配比，得出了氨浸、蒸氨、

酸化、浓缩和结晶过程中的工艺条件，为难选氧化铜类矿石及其废渣中回收铜提

供了有效的方法和基本工艺参数。

1.氨浸氧化铜的原理

目前，主要采用硫化浮选法处理氧化铜矿，但是由于硫化过程要求高、投资

大，不适合小工厂应用实施。从氧化铜矿中取铜的化学方法一般有：盐浸、酸浸、

碱浸。但若采用酸浸，酸浸过程中Fe、Al、Mg和Ca等活泼金属也会同时进入溶

液中，使浸出液成分复杂难以分离，因而产品的纯度很低。与此同时，浸出过程

中产生的酸性废水和废渣将造成二次污染。当采用氨溶液浸取氧化铜矿渣时，铜

形成配位化合物溶解，其他的金属如Fe、Al、Mg和Ca等均不溶解，具有较好的

选择性，从而达到铜与杂质分离的目的。

根据配位原理，Cu2+的电子组态为d9，在与氨配位时将一个d电子激发到

4pz轨道，用空下来的dx2-y2轨道与孔的4s、4px和4py轨道形成dsp2杂化轨

道，并分别与氨中氮原子的非键轨道重叠，接受其孤对电子，形成σ共价配键，

形成四配位的平面正方形络合物。由于其分裂能（26304cm-1）和晶体场稳定化

能（37068cm-1）都较大，所以铜氨络合离子容易生成且很稳定。在此条件下，

Fe、Al、Mg和Ca等都不发生配位作用，仍然留在固相中，从而达到分离的目的。

Cu+易与自然铜发生歧化反应，使金属铜被氧化成Cu+，并形成［Cu（NH）2］

3

+，从而使自然铜溶解，酸浸不能达到此效果。在体系中加入铵盐使得配位反应

更容易进行。浸出过程的主要反应为

+2+

CuO+2NH·HO+2NH→［Cu（NH）］+3HO（13-10）

324342

2++

Cu+［Cu（NH）4］→2［Cu（NH）］