火法炼铜
铜位于元素周期表第四周期IB族，是人类最早使用的金属。铜具有优异的性能，易于加工和广泛的用途，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。
在地壳中铜含量约0.01%，自然界中的铜多以化合物存在，铜冶金中所用的是两种不同类型的矿石——氧化矿和硫化矿。硫化矿物：黄铜矿（CuFeS2）、斑铜矿（Cu3FeS2）、辉铜矿（Cu2S）、铜蓝（CuS）等；氧化矿物有：孔雀石（CuCO3·Cu(OH)2）、硅孔雀石（CuSiO3·2H2O）、赤铜矿（Cu2O）、胆矾（CuSO4·5H2O）等。
火法炼铜是当今生产铜的主要方法，铜矿石（ω(Cu)=0.5%-2%）经过采矿、选矿得到含铜品位较高的铜精矿（ω(Cu)=20%-30%），然后送冶炼厂炼铜。火法炼铜工艺流程一般有①造锍熔炼得到冰铜（ω(Cu)=30%-50%）；②转炉吹炼得到粗铜（ω(Cu)=98.5%-99.5%）；③火法精炼得到阳极铜（ω(Cu)=99%-99.8%）；④电解精炼得到阴极铜（ω(Cu)=99.95%-99.997%）。
一、 造锍熔炼
造锍熔炼是在高温和氧化气氛条件下将硫化铜精矿熔化生成MeS共熔体的方法，即将精矿中的铜富集于冰铜中，而大部分铁的氧化物与加入的溶剂造渣，也称冰铜熔炼。
造锍熔炼的目的是：（1）使炉料中的铜尽可能进入冰铜（Cu2S+FeS熔体，也称锍），部分铁以FeS形式也进入冰铜；（2）使大部分铁氧化成FeO与脉石矿物造渣（SiO2，FeO，CaO，MgO， Al2O3）；（3）使冰铜与炉渣分离。
造锍熔炼基本原理：
造锍熔炼所用的炉料主要是硫化铜精矿和含铜的返料，除含有Cu、Fe、S等元素外，还有一定量的脉石成分。需要先进行氧化焙烧，脱去部分硫然后熔炼，才能获得要求品位的冰铜。
高温下，铜对硫的亲和力大于铁；而铁对氧的亲和力大于铜。能按以下反应使铜硫化：
FeS(l)?Cu2O(l)?FeO(l)?Cu2S(l) （1）
?04.6T （2）反应自由能： ?G??3500
平衡常数：
0?CuS??FeOK? （3）
?CuO??FeS22
?G0又 lgK?? （4）
4.576T在熔炼温度1200℃下， 可计算得K=104.2，平衡常数非常大。说明Cu2O几乎完全被FeS硫化。 实践证明，不论铜的氧化物成什么形态，反应都能进行。铜硫化物原料造锍熔炼时，只要氧化气氛控制得当，保证有足够的FeS存在，就可使铜以Cu2S形态进入冰铜。
造琉炼铜过程的化学反应: 1．热分解反应
①高价硫化物的热分解：
2Cu3FeS3→3Cu2S+2FeS+1/2S2
FeS2→FeS+1/2S2 2CuS→Cu2S+1/2S2
反应分解所得的Cu2S、FeS高温下稳定，不再进行分解。 ②高价氧化物的分解：
2CuO→Cu2O+1/2O2 3Fe2O3→2Fe3O4+1/2O2
③碳酸盐的分解
CaCO3→CaO+CO2 MgCO3→MgO+CO2
硫蒸汽最终被氧化成SO2，与CO2一起进入烟气。 2.氧化反应
①高价硫化物的氧化：
2CuFeS3+5/2O2→Cu2S+FeS+FeO+2SO2
2CuS+O2→Cu2S+SO2 FeS2+5O2→FeO+2SO2
②低价硫化物的氧化：
FeS+3/2O2→FeO+SO2 3FeS+5O2→Fe3O4+3SO2 ZnS+3/2O2→ZnO+SO2 PbS+3/2O2→PbO+SO2 Cu2S+3/2O2→Cu2O+SO2
炉料中的主要成分是FeS和Cu2S，FeS先氧化，Cu2S后氧化，从而为冰铜熔炼提供了基础性条件。
3.交互反应
热分解和氧化反应的产物及炉料中的SiO2相互接触而相互反应。
Cu2O+FeS→Cu2S+FeO 2Cu2O+Cu2S→6Cu+SO2
4.造渣反应
2FeO+SiO2→2FeO·SiO2
3Fe3O4+FeS+5SiO2→5(2FeO·SiO2)+SO2
造琉炼铜可以使矿物中任何形态的铜化合物，几乎完全以稳定的Cu2S形式富集在冰铜中。冰铜密度比炉渣大，且两者不互溶，从而分离。得到的冰铜进一步进行转炉吹炼。
二、 冰铜的转炉吹炼
冰铜是Cu-Fe-S体系，主要成分是Cu2S和FeS，此外，还有少量的PbS、ZnS、Ni3S2、Fe3O4等。
吹炼的目的：通过氧化除去冰铜中的Fe和S以及部分其他有害杂质，从而将冰铜转变成粗铜。
吹炼是周期性作业：造渣期——FeS强烈氧化生成FeO，并放出SO2气体，冰铜（Cu2S和FeS等）变成白冰铜（Cu2S）；造铜期——Cu2S氧化成CuO，并与为氧化的Cu2S反应生成金属Cu和SO2。
1. 造渣反应
这个阶段将冰铜（Cu2S和FeS等）变成白冰铜（Cu2S）。 首先将FeS氧化造渣并放出大量热
2FeS+3O2→2FeO+2SO2 2FeO+ SiO2→2FeO·SiO2
FeO还会被氧化成Fe3O4进而造渣：
6FeO+O2→2Fe3O4
3Fe3O4+FeS+5SiO2→5(2FeO·SiO2)+SO2
2. 造铜反应
造渣反应阶段除渣后，得到白冰铜，进一步吹炼得到粗铜：
2Cu2S+3O2→2Cu2O+2SO2 Cu2S+2Cu2O→6Cu+SO2
经冰铜转炉吹炼得到的粗铜还含有其它的少量杂质元素，如Fe、Pb、Zn、Ni、As、Sb、S、Au、Ag等，因此，需进一步进行火法精炼，制成阳极铜以便电解。
三、粗铜的火法精炼
火法精炼原理：粗铜中多数杂质对O的亲和力大于Cu对O的亲和力，而且，杂质氧化物在Cu中的溶解度非常小，因此，杂质以氧化物炉渣的形
式除去。同时氧化过程的进行使铜中产生过量的氧化铜，最终需要还原得到粗铜。即粗铜的火法精炼分为氧化过程和还原过程 1.氧化过程 （氧化除渣阶段）
空气进入铜熔体，首先与铜反应生成Cu2O，再与其它金属杂质作用使杂质氧化，化学反应式如下：
4Cu+O2→2Cu2O Cu2O+Me→MeO+Cu
反应式中的Me代表金属杂质。 2.还原过程（还原得到阳极铜）
氧化除渣后铜液中的Cu2O，用还原剂进行还原：
Cu2O+H2→2Cu+H2O Cu2O+CO→2Cu+CO2 Cu2O+C→2Cu+CO
还原剂有：重油、天然气、液化石油气、木炭等。得到的阳极铜送电解车间进行电解精炼。
四、铜的电解精炼
铜的电解精炼，是将火法精炼的铜浇铸成阳极板，用纯铜薄片作为阴极片，相间地装入电解槽中，用硫酸铜和硫酸的水溶液作电解液，在直流电的作用下，阳极上的铜和电位较负的金属溶解进入溶液，而贵金属和某些金属（硒、碲）不溶，成为阳极泥沉淀于电解槽底，溶液中的铜在阴极上优先析出，而其他电位较负的金属不能在阴极上析出。这样，阴极上析出的金属铜纯度很高，称为阴极铜或电解铜。
电解精炼过程： 阳极：火法精炼铜； 阴极：电解铜；
电解液：硫酸铜和硫酸的水溶液。
引入直流电，阳极铜溶解，在阴极析出纯铜， 杂质进入阳极泥或电解液，从而实现铜和杂质的分离。
1. 阳极反应
电解液中含有H+、Cu2+、SO42-和水分子，当通入直流电时，在阳极上可能的氧化反应为：
Cu–2e→Cu2+ Me–2e→Me2+ SO42--2e→SO3+1/2O2 H2O-2e→2H++1/2O2
Me指Fe、Pb、Ni、As、Sb等，电极电位比铜负，与铜一起溶解进入电解液； SO42-和H2O电极电位比铜正得多，在阳极上不可能进行反应。因此，阳极的主要反应是Cu溶解形成Cu2+。
2. 阴极反应
阴极上可能进行的反应为：
Cu2++2e→Cu 2H++2e→H2 Me2++2e→Me
在这些反应中，只有电极电位比铜更正的金属离子能够优先还原。因此，阴极的主要反应是铜离子的还原得到电铜。
火法炼铜
