第1章 原材料
1.1 铜矿石和铜精矿
1.1.1 铜的矿物及矿床
自然界发现的含铜矿物有200多种，但重要的矿物仅20来种。除少见的自然铜外，主要有原生硫化铜矿物和次要的次生氧化铜矿物。常见的有工业价值的铜矿物见表1-1。
表1-1 重要的铜矿物
全球开发的铜矿类型主要有斑岩型、砂页岩型、黄铁矿型和铜镍硫化物型，分别占世界总储量的55.5%、29.2%、8.8%和3.1%。
斑岩型铜矿主要分布在环太平洋、中亚-蒙古和特提斯3大成矿带上，特别是美洲大陆西部科迪勒拉-安第斯山沿岸山脉中的斑岩型铜矿最多。主要分布的国家是智利、美国、秘鲁、菲律宾、印度尼西亚、巴布亚新几内亚和加拿大、伊朗、哈萨克斯坦、蒙古等。斑岩铜矿具有规模大、品位低的特点，常易形成大型铜业基地。在世界储量大于500万吨的铜矿床中，斑岩铜矿就有34个，占60.7%，是最重要的铜矿床类型。
砂页岩型铜矿床为沉积岩溶矿的层状矿床，具有规模大、品位高、伴生组分多等特点。产于陆块边缘和内部的裂陷带中，主要见于赞比亚、扎伊尔、俄罗斯、美国、波兰、阿富汗、巴西和澳大利亚等国。
黄铁矿型铜矿床为产于火山岩系中的层状铜矿床，又称为火山成因块状硫化物型铜矿床。这类矿床的规模一般小于斑岩型和砂页岩型，在世界56个大于500万吨的铜矿床中，该类矿床只占2个。但矿床品位高、伴生组分多、开发价值大。铜镍硫化物型主要与基性、超基性侵入杂岩有关，在俄罗斯、美国、加拿大和澳大利亚等铜矿床中占有重要地位。铜储量大于500万吨的56个矿床中，该类矿床有3个，占53%。
除上述铜矿床类型外，尚有铜-铀型、自然铜型、矽卡岩型和脉型等类型。铜-铀型矿床是20世纪70年代在澳大利亚南部发现的一种新类型，目前在世界上只发现了一个这类矿床——澳大利亚奥林匹克坝铜铀矿床，该矿床至少有矿石储量20亿吨，共有铜金属储量3200万吨、平均含铜1.6%，铀储量120万吨、品位0.06%，金1200吨。
在我国，矽卡岩型铜矿占有较大的比例，因此我国铜矿床可分为5大类型：斑岩型占总储量42.1%，矽卡岩型占22.3%，黄铁矿型占15.0%，砂页岩型占11.3%，铜镍硫化物型占7.3%。我国主要铜矿床类型及典型矿床举例见表1-2。
表1-2 我国主要铜矿床类型及典型矿床举例
1.1.2 铜储量
世界铜矿资源主要分布在北美、拉丁美洲和中非三地，据统计，截至2008年，世界已探明的铜储量共5.5亿吨，其中智利1.6亿吨，中国0.3亿吨（约占5%），储量基础6300万吨（表1-3）。
表1-3 世界铜储量分布
中国铜资源储量主要分布于西藏、江西、云南、安徽等地。铜查明资源储量最多的三个省（区）为：江西1282万吨、云南1052万吨、西藏1148万吨。
中国铜矿类型较多。主要类型有斑岩型、砂页岩型、黄铁矿型、矽卡岩型和铜镍硫化物型5大类，分别占总资源储量的44.4%、23.5%、11.9%、11.8%和6.7%。铜矿品位一般较低。如斑岩型铜矿床平均品位一般仅达到0.5%左右，铜矿品位大于1%的储量只占总量的35%左右，平均品位仅0.87%，远低于智利、赞比亚等国的铜矿石品位。中国初步形成了江西、铜陵、大冶、白银、中条山、云南、东北7大铜业基地，目前正在基建的铜矿山有云南新平大红山、江西城门山和富家坞、青海赛什塘、西藏甲玛及新疆阿舍勒。尚未开发的大中型铜矿床主要位于新疆、西藏、青海、内蒙古、黑龙江等地区。
1.1.3 铜矿石的选矿
硫化铜矿经过矿物加工处理后得到精矿。浮选是矿物加工工艺的主要方法，重选、磁选、离析及溶浸等也有应用。当前，铜选矿厂由破碎、筛分、磨矿、分级、选别和脱水等作业组成。由于入选矿石的品位越来越低，难选复合矿、氧化矿比例增加，能源和设备涨价以及环保的限制，选矿成本增加，因此铜选厂必须进行改造和应用节能技术，扩大选矿厂规模，提高选矿自动化水平，增加矿产资源的综合利用程度，充分回收伴生的金、银、铝等有价值金属。
近年来，在硫化铜矿的浮选工艺研究中，低品位、复杂难选硫化铜矿的浮选回收逐渐成为研究重点。邱廷省等以某低品位硫化铜矿石为分选对象，对其开展了系统的铜硫分离试验研究。通过使用高效捕收剂LP-01，采用分步优先浮选和中矿再磨再选的工艺流程，实现了铜硫的低碱、高效分离，获得了铜品位为18.43%、回收率为87.54%的铜精矿，分选指标较为理想；吕子虎等对西藏某低品位铜矿石开展浮选试验研究，采用铜硫“混合浮选—混合精矿再磨—铜硫分离”工艺流程对该矿石进行分选，获得了铜精矿含铜23.39%、铜回收率82.17%、硫精矿含硫36.58%、硫回收率61.97%的良好技术指标。王世辉以新疆某硫化铜矿石为研究对象，采用铜部分优先、铜锌混浮、再磨再分离新工艺，并将新型捕收剂ZJ900用于铜浮选作业中。小型闭路试验获得了良好的技术指标，铜精矿品位和回收率分别达到21.29%和89.17%。陈代雄等采用磁选—浮选联合工艺对内蒙古某难选铜铅锌硫化矿石进行试验研究。通过磁选脱除磁黄铁矿，应用优先浮选流程，采用组合抑制剂（Na2S+ZnSO4+Na2SO3）和高效捕收剂BP，可以获得较好的技术指标。为高硫复杂难选铜铅锌硫化矿石的有效分选提供了一条新途径。
1.1.4 铜精矿
铜精矿由于矿石产地、矿石种类和选矿技术条件的不同，其化学成分和矿物组成是十分复杂的冶炼厂对这些化学成分和矿物组成不作具体规定，仅根据冶炼方法、冶炼工艺特点及冶炼技术的不同，对某些成分加以适当限制，但出于冶炼对精料的要求以及对选冶联合成本的考虑，我国规定了铜精矿的质量标准，见表1-4。
表1-4 铜精矿质量标准（YB 112—82）
注：1.表中注有“—”者为该项杂质不限制。
2.采用电炉熔炼时，精矿含MgO不在此限。
3.精矿水分不超过14%，在取暖期内不超过8%。
4.对精矿中银、硫有价元素，必须报分析数据。
铜矿石和精矿的组成，常常是决定采用何种冶炼工艺的关键因素。在现有技术条件下，硫化铜矿的可选性好，易于富集，经选矿后产出的铜精矿多数采用火法冶炼工艺。氧化铜矿的可选性差，一般难以进行选矿富集，而直接采用湿法工艺生产电积铜。品位较高的以硅酸铜为主的难选氧化铜矿或氧化与硫化混合矿，也有的采用离析法处理后，选出铜精矿再以火法冶炼。