当“碳中和”“循环经济”这些热词频繁出现在新闻里，当智能工厂的机械臂在屏幕上灵活运转，您是否好奇：这些改变工业格局的科技创新，到底藏着怎样的秘密？9月，首个全国科普月如约而至，这场以“提升全民科学素质、夯实科技强国基础”为主题的科技盛宴，正邀请每个人走进科技的奇妙世界。

  铜在电子、数字与绿色经济领域中扮演着关键角色——一辆新能源汽车的用铜量，平均是传统燃油汽车的四倍；无论是普通芯片，还是高精尖电子芯片，都离不开铜的支撑。正因如此，铜被誉为“电气化和新能源的基石”“数字时代的血脉”，更有 “工业领域黄金”的美称。

  您是否试想过，手机、电脑、家用电线与电器等日常用品中不可或缺的铜，是如何从深山矿石蜕变为纯度高达 99.99% 的阴极铜？今天，中国瑞林将带您走进火法铜冶炼的“魔法世界”，拆解从铜精矿到阴极铜的全流程，看看那些藏在生产线上的“黑科技”。

  一、原料解密：不起眼的铜矿石，藏着火法炼铜的密码

  要了解炼铜，得先认识它的“原材料”——铜矿石。铜在自然界中主要以硫化矿和氧化矿两种类型存在：硫化铜矿常用火法冶炼，氧化铜矿常用湿法冶炼，目前全球火法炼铜的产量约占世界铜总产量的80%。

  铜矿石的品位（即含铜量）是衡量其经济价值的重要指标，一般来说，含铜量在0.2%以上的矿石具有工业开采价值。为了提高铜的冶炼效率，需要先对铜矿石进行选矿处理，通过破碎、磨矿、浮选等步骤，将铜矿石“浓缩”成铜精矿。浓缩后的铜精矿，含铜量能达到20%-40%，更适合后续的冶炼。

  不过，硫化铜矿的成分很复杂，除了含有铜的硫化物外，还含有铁、硫、硅、钙、镁等元素以及少量的金、银、铂等贵金属和砷、锑、铋等杂质。铜冶炼就是把铜从这些“杂物”里分离出来，现代火法炼铜工艺过程主要有四个关键步骤：造锍熔炼、铜锍吹炼、粗铜火法精炼和阳极铜电解精炼，最终产出纯度达99.99%的阴极铜，这背后藏着一连串精密的物理化学反应。

  二、造锍熔炼：铜矿石的“初次提纯”，产出“冰铜”

  造锍熔炼是火法炼铜的“第一关”，其目的是将铜精矿中的铜和部分铁的硫化物与脉石分离，形成一种叫“铜锍”（俗称冰铜）的中间产物。目前主流的造锍熔炼工艺有两种：熔池熔炼和闪速熔炼，中国瑞林在这两种工艺里都有“拿手绝活”。

  侧吹炼铜技术是现代熔池熔炼的主流工艺之一。该技术将炉料由上部加料口直接加入，两侧风口吹入富氧空气，炉料在翻腾的熔池中迅速完成气、液、固相间主要反应，并直接产出含铜75%的高品位冰铜。与传统工艺相比，侧吹炼铜优势明显：原料适应性强、无需预处理、投资少、占地面积小、建设工期短、作业率高、且环保效果好。
  闪速熔炼的特点是“快”——把铜精矿和富氧空气一起，通过喷嘴喷进炽热的反应塔里。塔里温度极高，物料能在瞬间完成传热、传质，化学反应速度极快，所以叫“闪速”。这种工艺具有生产能力大、热效率高、自动化程度高、环保效果好等优点，在现代大型铜冶炼厂得到广泛应用。

  中国瑞林是国内最早研究闪速冶金工艺和装备的工程技术公司，在该领域拥有数十项专利技术，目前已完成全球十余座大型闪速炼铜工厂的设计，包括国内首个铜闪速冶金工厂、首个“双闪”（闪速熔炼+闪速吹炼）铜冶金工厂，同时也是中国第一家也是唯一一家设计了海外大型铜闪速冶金工厂的公司。

中国瑞林在印尼设计建成的大型闪速炼铜工厂

  三、铜锍吹炼：给“冰铜”“瘦身”，得到粗铜

  造锍熔炼得到的冰铜，还含有不少铁和硫。铜锍吹炼的任务，就是给冰铜“瘦身”——通过氧化反应去掉铁和硫，最终得到“粗铜”。这时候的粗铜，含铜量能达到98%-99%，但还残留着金、银、铅、锌等杂质，需要进一步处理。
  目前常用的吹炼工艺主要有三种，它们各有特点：

  传统P-S转炉吹炼：成熟但有短板

  传统工艺用的是P-S转炉，优点是技术成熟、操作简单、耗氧少，但缺点也很明显：存在周期性作业，吹炼烟气量及浓度大幅度波动，不利于烟气制酸，且逸散的烟气收集困难，低空污染严重，环保压力大。

  闪速吹炼：规模效益突出

  闪速吹炼与闪速熔炼相似，不同之处在于闪速吹炼处理的是闪速熔炼产出的冰铜，产出的是粗铜。与转炉吹炼相比，具有生产过程连续稳定、生产效率高（一台闪速吹炼炉可代替多台转炉）、烟气量少且稳定（有利于节省制酸成本）等优势。不过，由于冰铜显热未能完全利用等不足，需通过充分发挥单条生产线能力大的特点，才能凸显其规模效益。

  “侧吹+顶吹”连续炼铜：方兴未艾

  这是中国瑞林的又一“拿手绝活”——在侧吹炉中产出高品位冰铜，通过溜槽直接自流进入顶吹炉吹炼产出粗铜，实现从熔炼到吹炼的连续生产。既解决了传统转炉工艺“断断续续、烟气难收集”的问题，还能让高品位冰铜“趁热”连续吹炼，实现了“流程短、投资少、成本低、更环保”的目标。

  2019年，中国瑞林将“侧吹+顶吹”技术用在广西南国铜业一期年产30万吨铜冶炼项目中，首次实现了“侧吹+顶吹”技术的大规模工程化应用。此后，由于其突出的优势，该技术在国内外得到迅速推广应用，目前国内利用该技术已建成9条铜冶炼生产线。

  四、火法精炼：给粗铜“精修”，铸成阳极板

  经过铜锍吹炼产生的粗铜中还含有铅、锌、砷、锑等杂质，火法精炼就是给粗铜“精修”——在阳极炉里进一步去除这些杂质，将粗铜精炼成精铜，铜水则通过圆盘浇铸机铸成阳极板（阳极铜），阳极板含铜约99.3%，为下一步电解做准备。

  中国瑞林在这一步也有自主研发的技术：

  回转式阳极炉：结构可靠、自动化程度高、可控性强，处理量大，能高效去除杂质产出阳极铜；中国瑞林曾研发并供货了目前世界上最大的回转式阳极炉。

  机器人取板圆盘浇铸机：功能齐全，能定量浇铸、喷淋冷却、提取废阳极、取板运送，甚至给浇铸模具喷保护涂层。全球首套“双26模”大产能圆盘浇铸机，便由中国瑞林研制，其中机器人取板技术同样是公司专利。

  五、电解精炼：铜的“终极提纯”，产出阴极铜
  电解精炼是铜冶炼的“最后一关”，在直流电的作用下，电解液中的铜离子在阴极上析出得到金属铜，而其它阳极板中的微量杂质（如镍、砷、锑、铋等）因为电位较负而不能在阴极上析出，留在电解液中，从而达到铜和其它杂质分离的目的。电解过程让铜的纯度提升到99.99%，最终得到符合工业标准的“阴极铜”。

  目前，全球应用较为广泛的电解精炼工艺为永久性不锈钢阴极电解工艺。该工艺是用不锈钢板作为阴极基体，通过电解过程在不锈钢表面沉积纯铜，后续将纯铜剥离得到“阴极铜”，这种技术成熟、操作稳定、阴极铜质量均匀，不锈钢阴极可重复使用（寿命5-8年）。常规的不锈钢阴极电解工艺的电流密度一般控制在280-330A/m²，当进一步提高电流密度时，将产生严重的浓差极化和阳极钝化等现象，影响阴极铜质量。如何提高铜电解的电流密度，已成为常规不锈钢阴极电解工艺的瓶颈。

  为解决这一技术难题，中国瑞林创新研发了双向平行流高电流密度电解技术。该技术将铜电解电流密度提高至400A/m²及以上，不仅提高了电解生产效率，还可以减少20%的电解槽数量及不锈钢阴极板、导电排等配套装置，缩短厂房长度，节约用地，综合投资降低10%以上，阴极出槽周期缩短至6天，并稳定产出合格高纯阴极铜。

中国瑞林设计的大型铜冶炼厂电解机组

  双向平行流高电流密度电解技术先后获得中国有色金属工业科学技术一等奖及江西省科学技术进步二等奖，并成功应用于国内多家大型铜冶炼厂。

  从深山里的铜矿石，到能用于电子设备的99.99%高纯阴极铜，火法炼铜的每一步，都是科技赋能工业的生动体现。在这一全链条生产工艺中，中国瑞林不仅以闪速炼铜、“侧吹 + 顶吹” 连续炼铜、双向平行流高电流密度电解等核心技术，创新了从铜精矿到阴极铜的高效冶炼路径，更通过多维度技术创新构建起“绿色+ 智能”的完整体系，如面向有色产业链全流程数智化整体解决方案NDI产品，通过实时数据采集、生产工艺数字化、装备智能化等功能，为铜冶炼工厂装上了“智慧大脑”。还有非衡态高浓度SO₂转化烟气制酸、H₂S气体法连续处理含砷污酸等技术，实现了污染物“变废为宝”。

中国瑞林NDI工业互联网平台

  从核心工艺突破到环保、智能技术补位，中国瑞林以“全链条技术创新”为全球有色金属行业提供了“效率更高、成本更低、环境更友好”的“瑞林方案”。