改編自 EPA 1995。

銅

銅在露天礦和地下礦中開採，具體取決於礦石品位和礦床的性質。 銅礦石通常含有少於 1% 的硫化物礦物形式的銅。 一旦礦石運到地面以上，它就會被破碎並研磨成粉末狀，然後濃縮以進行進一步加工。 在濃縮過程中，磨碎的礦石用水製成漿料，加入化學試劑並向漿料中吹入空氣。 氣泡附著在銅礦物上，然後從浮選槽的頂部撇去。 精礦中含有 20% 至 30% 的銅。 礦石中的尾礦或脈石礦物落到槽底，然後被去除、通過濃縮機脫水並作為漿液輸送到尾礦池進行處理。 該操作中使用的所有水，來自脫水濃縮機和尾礦池，都被回收並循環回工藝中。

銅可以通過火法冶金或濕法冶金生產，具體取決於用作裝料的礦石類型。 含有硫化銅和硫化鐵礦物的精礦經過火法冶金工藝處理，可生產高純度銅產品。 氧化礦石，其中含有可能在礦山其他部分出現的氧化銅礦物，與其他氧化廢料一起，通過濕法冶金工藝處理，以生產高純度銅產品。

銅從礦石到金屬的轉化是通過熔煉完成的。 在熔煉過程中，精礦被乾燥並送入幾種不同類型的熔爐中的一種。 在那裡，硫化物礦物被部分氧化並熔化，形成一層冰銅，一種混合的銅鐵硫化物和爐渣，即上層廢物。

通過轉換進一步處理遮罩。 爐渣從熔爐中取出並儲存或丟棄在現場的爐渣堆中。 出售少量礦渣用於鐵路道碴和噴砂砂礫。 冶煉過程的第三種產品是二氧化硫，這種氣體被收集、純化並製成硫酸用於銷售或用於濕法冶金浸出操作。

熔煉後，冰銅被送入轉爐。 在此過程中，冰銅被倒入裝有一排管道的水平圓柱形容器（大約 10×4 m）中。 稱為風口的管道伸入氣缸，用於將空氣引入轉爐。 冰銅中加入石灰和二氧化矽，與工藝中產生的氧化鐵反應生成熔渣。 也可以將廢銅添加到轉爐中。 旋轉熔爐，使風口被淹沒，空氣被吹入熔融冰銅中，使剩餘的硫化鐵與氧氣反應形成氧化鐵和二氧化硫。 然後轉爐旋轉，倒出矽酸鐵渣。

一旦所有的鐵都被移除，轉爐將旋轉回來並進行第二次空氣吹掃，在此期間，剩餘的硫被氧化並從硫化銅中移除。 然後旋轉轉爐以倒出熔融銅，此時稱為粗銅（如此命名是因為如果允許在此處凝固，由於氣態氧和硫的存在，它將具有凹凸不平的表面）。 轉爐產生的二氧化硫被收集起來，與熔煉爐產生的二氧化硫一起送入氣體淨化系統，製成硫酸。 由於其殘留的銅含量，爐渣被回收回熔煉爐。

粗銅至少含有 98.5% 的銅，分兩步精煉成高純度銅。 第一步是火法精煉，其中將熔化的粗銅倒入圓柱形爐中，外觀類似於轉爐，首先將空氣然後天然氣或丙烷吹過熔體以除去最後的硫和任何來自銅的殘餘氧氣。 然後將熔化的銅倒入鑄輪中，形成足夠純淨的陽極，用於電解精煉。

在電解精煉中，將銅陽極裝入電解槽中，並在硫酸銅溶液浴中與銅起始板或陰極間隔開。 當直流電通過電池時，銅從陽極溶解，通過電解質傳輸並重新沉積在陰極起始板上。 當陰極堆積到足夠的厚度時，將它們從電解槽中取出，並在其位置放置一組新的起始板。 陽極中的固體雜質作為污泥落到電池底部，最終被收集和處理以回收貴金屬，如金和銀。 這種材料被稱為陽極泥。

從電解槽中取出的陰極是銅生產商的初級產品，含有 99.99% 的銅。 這些可以作為陰極出售給線材軋機或進一步加工成稱為棒材的產品。 在製造銅棒時，陰極在豎爐中熔化，熔化的銅被倒在鑄造輪上以形成適合軋製成直徑為 3/8 英寸的連續銅棒的銅棒。 該棒材產品被運送到線材廠，在那裡被擠壓成各種尺寸的銅線。

在濕法冶金過程中，氧化礦石和廢料用冶煉過程中的硫酸浸出。 進行浸出 現場，或在特別準備的堆中，將酸分佈在頂部並使其滲透到收集它的材料中。 浸出墊下方的地面襯有耐酸、不透水的塑料材料，以防止浸出液污染地下水。 一旦收集到富含銅的溶液，它們就可以通過兩種工藝中的任何一種進行處理——滲碳工藝或溶劑萃取/電解沉積工藝 (SXEW)。 在滲碳過程中（今天很少使用），酸性溶液中的銅沉積在廢鐵表面以換取鐵。 當滲出足夠的銅後，富銅的鐵與精礦一起被放入冶煉廠，通過火法冶金途徑回收銅。

在 SXEW 工藝中，富集浸出液 (PLS) 通過溶劑萃取進行濃縮，萃取銅但不萃取雜質金屬（鐵和其他雜質）。 然後在沉澱池中將載銅有機溶液與浸出液分離。 將硫酸添加到富有機混合物中，將銅剝離到電解液中。 含有鐵和其他雜質的浸出液返回浸出操作，其中的酸用於進一步浸出。 富含銅的剝離溶液被送入稱為電解槽的電解槽中。 電解提取槽不同於電解精煉槽，因為它使用永久性不溶性陽極。 然後將溶液中的銅鍍到起始片狀陰極上，其方式與在電解精煉槽中的陰極上的方式大致相同。 貧銅電解液返回溶劑萃取工藝，用於從有機溶液中剝離更多的銅。 電解提取工藝生產的陰極然後以與電解精煉工藝生產的陰極相同的方式出售或製成棒材。

通過將銅電鍍到不銹鋼或鈦陰極上，然後剝離電鍍銅，電解沉積槽還用於製備用於電解精煉和電解沉積工藝的起始板材。

危害及其預防

主要危害是接觸礦石加工和冶煉過程中的礦塵、冶煉過程中的金屬煙霧（包括銅、鉛和砷）、大多數冶煉操作過程中的二氧化硫和一氧化碳、破碎和研磨操作以及熔爐產生的噪音、來自電解過程中的熔爐、硫酸和電氣危險。

預防措施包括： 二氧化硫和一氧化碳的局部排氣和稀釋通風； 噪聲控制和聽力保護計劃； 防護服和防護罩、休息時間和應對熱應激的液體； LEV、PPE 和電解過程的電氣預防措施。 通常佩戴呼吸保護裝置以防止灰塵、煙霧和二氧化硫。

表1列出了銅冶煉和精煉各步驟的環境污染物。

表 1. 銅冶煉和精煉的過程材料輸入和污染輸出

領導

原鉛生產過程包括四個步驟：燒結、熔煉、浮渣和火法精煉。 首先，將主要由硫化鉛形式的鉛精礦組成的原料送入燒結機。 可以添加其他原材料，包括鐵、二氧化矽、石灰石熔劑、焦炭、蘇打、灰分、黃鐵礦、鋅、苛性鹼和從污染控制裝置收集的微粒。 在燒結機中，鉛原料經受熱空氣沖擊，硫被燒掉，產生二氧化硫。 經過此過程後存在的氧化鉛材料含有約佔其重量 9% 的碳。 然後將燒結礦與焦炭、各種回收和清理材料、石灰石和其他助熔劑一起送入高爐進行還原，在高爐中碳充當燃料並熔煉或熔化鉛材料。 熔化的鉛流到熔爐底部，形成四層：“speiss”（最輕的材料，主要是砷和銻）； “啞光”（硫化銅和其他金屬硫化物）； 高爐礦渣（主要是矽酸鹽）； 和鉛塊（按重量計 98% 的鉛）。 然後排出所有層。 精礦和冰銅出售給銅冶煉廠以回收銅和貴金屬。 含有鋅、鐵、二氧化矽和石灰的高爐礦渣堆放起來，部分回收利用。 高爐中的硫氧化物排放來自於燒結進料中的少量殘留硫化鉛和硫酸鉛。

來自高爐的粗鉛塊在進行精煉操作之前通常需要在釜中進行預處理。 在除渣過程中，金條在除渣釜中攪拌並冷卻至剛好高於其冰點（370 至 425°C）。 由氧化鉛以及銅、銻和其他元素組成的浮渣漂浮到頂部並在熔融鉛上方凝固。

將浮渣去除並送入浮渣爐以回收無鉛有用金屬。 為了提高銅的回收率，通過添加含硫材料、鋅和/或鋁來處理浮渣鉛塊，將銅含量降低到大約 0.01%。

在第四步中，使用火法冶金方法精煉鉛塊，以去除任何剩餘的非鉛可銷售材料（例如，金、銀、鉍、鋅和金屬氧化物，如銻、砷、錫和氧化銅）。 鉛在鑄鐵鍋中經過五個階段精煉。 首先除去銻、錫和砷。 然後加入鋅，去除鋅渣中的金和銀。 接下來，通過真空去除（蒸餾）鋅來精煉鉛。 通過添加鈣和鎂繼續精煉。 這兩種材料與鉍結合形成不溶性化合物，可從釜中撇出。 在最後一步中，可將苛性鈉和/或硝酸鹽添加到鉛中以去除任何殘留的痕量金屬雜質。 精煉鉛的純度為 99.90% 至 99.99%，可以與其他金屬混合形成合金，也可以直接鑄造成型。

危害及其預防

主要危害是接觸礦石加工和冶煉過程中的礦塵、冶煉過程中的金屬煙霧（包括鉛、砷和銻）、大多數冶煉操作過程中的二氧化硫和一氧化碳、研磨和破碎操作以及熔爐產生的噪音以及熱應激從熔爐。

預防措施包括： 二氧化硫和一氧化碳的局部排氣和稀釋通風； 噪聲控制和聽力保護計劃； 以及防護服和防護罩、休息時間和應對熱應激的液體。 通常佩戴呼吸保護裝置以防止灰塵、煙霧和二氧化硫。 鉛的生物監測是必不可少的。

表 2 列出了鉛冶煉和精煉各個步驟的環境污染物。

表 2. 鉛冶煉和精煉的工藝材料輸入和污染輸出

鋅

鋅精礦是通過破碎和浮選將含鋅量低至 2% 的礦石從廢石中分離出來的，這一過程通常在採礦現場進行。 然後通過以下兩種方式之一將鋅精礦還原為鋅金屬：通過蒸餾進行火法冶金（在爐中乾餾）或通過電解沉積進行濕法冶金。 後者約佔鋅精煉總量的 80%。

濕法冶煉鋅一般採用四個工藝階段：煅燒、浸出、提純和電積。 煅燒或焙燒是一種高溫過程（700 至 1000 °C），可將硫化鋅精礦轉化為不純的氧化鋅，稱為煅燒。 焙燒爐類型包括多爐床、懸浮床或流化床。 通常，煅燒從含鋅材料與煤的混合開始。 然後加熱或烘烤該混合物以蒸發氧化鋅，然後氧化鋅與所得氣流一起移出反應室。 氣流被引導至布袋除塵器（過濾器）區域，氧化鋅在布袋除塵器粉塵中被捕獲。

所有的煅燒過程都會產生二氧化硫，二氧化硫受到控制並轉化為硫酸作為可銷售的過程副產品。

脫硫煅燒的電解處理包括三個基本步驟：浸出、淨化和電解。 浸出是指將捕獲的煅燒物溶解在硫酸溶液中以形成硫酸鋅溶液。 煅燒物可以浸出一次或兩次。 在雙浸出法中，將煅燒物溶解在弱酸性溶液中以去除硫酸鹽。 然後將煅燒物在溶解鋅的更強的溶液中第二次浸出。 第二個浸出步驟實際上是第三個純化步驟的開始，因為許多鐵雜質和鋅一起從溶液中析出。

浸出後，溶液通過添加鋅粉分兩步或多步進行純化。 溶液被淨化，因為灰塵迫使有害元素沉澱，以便它們可以被過濾掉。 純化通常在大型攪拌罐中進行。 該過程在 40 至 85°C 的溫度範圍和從大氣壓至 2.4 個大氣壓的壓力範圍內進行。 提純過程中回收的元素包括餅狀銅和金屬鎘。 純化後，溶液可用於最後一步，即電解沉積。

鋅電解沉積發生在電解池中，涉及從鉛銀合金陽極流過鋅水溶液的電流。 該過程使懸浮的鋅帶電並迫使其沉積在浸入溶液中的鋁陰極上。 每 24 到 48 小時，每個電池都會關閉，鍍鋅陰極被移除並沖洗，鋅從鋁板上機械剝離。 然後將鋅精礦熔化並鑄成錠，純度通常高達 99.995%。

電解鋅冶煉廠包含多達數百個電池。 一部分電能轉化為熱量，從而提高了電解液的溫度。 電解槽在大氣壓力下的工作溫度範圍為 30 至 35°C。 在電解提取過程中，一部分電解液通過冷卻塔以降低其溫度並蒸發其在該過程中收集的水。

危害及其預防

主要危害是接觸礦石加工和冶煉過程中的礦塵、精煉和焙燒過程中的金屬煙霧（包括鋅和鉛）、大多數冶煉過程中的二氧化硫和一氧化碳、破碎和研磨操作以及熔爐產生的噪音、來自電解過程中的熔爐、硫酸和電氣危險。

預防措施包括： 二氧化硫和一氧化碳的局部排氣和稀釋通風； 噪聲控制和聽力保護計劃； 防護服和防護罩、休息時間和應對熱應激的液體； LEV、PPE 和電解過程的電氣預防措施。 通常佩戴呼吸保護裝置以防止灰塵、煙霧和二氧化硫。

表 3 列出了鋅冶煉和精煉各步驟的環境污染物。

表 3. 鋅冶煉和精煉的過程材料輸入和污染輸出

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