湿法冶金简介教材

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1、湿法冶金湿法冶金 崔鑫鑫崔鑫鑫 湿法冶金 CHAPTER 2CHAPTER 2 冶金历史 冶金，从古代陶术中发展而来。首先是冶铜。铜的熔点相对较低（1083），青铜是红铜( 纯铜)与锡或铅的合金，因为颜色青灰，故名青铜，熔点在700900之间，随着陶术的发 展，陶术需要的工作温度越来越高，达到铜的熔点温度。而在陶术制作过程中，在一些有铜 矿的地方制作陶术，铜自然成了附生物质而被发现。随着经验慢慢的积累，古人也逐渐掌握 了铜的冶炼方法。 仰韶文化彩陶 公元前5000年至前3000年 铜器时代 公元前4000年至公元初年 1.1.冶金的历史冶金的历史 湿法冶金 CHAPTER 2CHAPTER 2

2、 冶金分类 2.2.冶金的分类冶金的分类 电冶金 电冶金是利用电能提取金属的方法。根据利用电能效应的不同，电冶金又分为电热冶金和电化冶金。 1、电热冶金是利用电能转变为热能进行冶炼的方法。 在电热冶金的过程中，按其物理化学变化的实质来说，与火法冶金过程差别不大，两者的主要区别只是冶炼 时热能来源不同。 2、电化冶金（电解和电积）是利用电化学反应，使金属从含金属盐类的溶液或熔体中析出。前者称为溶液 电解，如锕的电解精炼和锌的电积，可列入湿法冶金一类；后者称为熔盐电解，不仅利用电能的化学效应， 而且也利用电能转变为热能，借以加热金属盐类使之成为熔体，故也可列入火法冶金一类。从矿石或精矿中 提取金属

3、的生产工艺流程，常常是既有火法过程，又有湿法过程，即使是以火法为主的工艺流程，比如，硫 化锅精矿的火法冶炼，最后还须要有湿法的电解精炼过程；而在湿法炼锌中，硫化锌精矿还需要用高温氧化 焙烧对原料进行炼前处理。 火法冶金 火法冶金又称为干式冶金，把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化 为液体，生成所需的化学反应，从而分离出粗金属，然后再将粗金属精炼。 矿石或精矿中的部分或全部矿物在高温下经过一系列物理化学变化，生成另一种 形态的化合物或单质，分别富集在气体、液体或固体产物中，达到所要提取的金属 与脉石及其它杂质分离的目的。实现火法冶金过程所需热能，通常是依靠燃料燃烧 来供给，也有依靠过程

4、中的化学反应来供给的，比如，硫化矿的氧化焙烧和熔炼就 无需由燃料供热；金属热还原过程也是自热进行的。 火法冶金包括：干燥、焙 解、焙烧、熔炼，精炼，蒸馏等过程。 2.2.冶金的分类冶金的分类 利用高温从矿石中提取金属或其化合物的冶金过程。此过程没有水溶液参加，故又称 为干法冶金。 火法冶金的工艺流程一般分为矿石准备、冶炼、精炼3个步骤。 矿石准备。选矿得到的细粒精矿不易直接加入鼓风炉（或炼铁高炉），须先加入冶 金熔剂（能与矿石中所含的脉石氧化物、有害杂质氧化物作用的物质），加热至低于 炉料的熔点烧结成块；或添加粘合剂压制成型；或滚成小球再烧结成球团；或加水混 捏；然后装入鼓风炉内冶炼。 冶炼。

5、此过程形成由脉石、熔剂及燃料灰分融合而成的炉渣和熔锍（有色重金属硫 化物与铁的硫化物的共熔体）或含有少量杂质的金属液。有还原冶炼、氧化吹炼和造 锍熔炼3种冶炼方式. 精炼。进一步处理由冶炼得到的含有少量杂质的金属，以提高其纯度。 2.2.冶金的分类冶金的分类 湿法冶金这种冶金过程是用酸、碱、盐类的水溶液，以化学方法从矿石中提取所需金属组分，然后用水 溶液电解等各种方法制取金属。 此法主要应用在低本位、难熔化或微粉状的矿石。 现在世界上有75的锌和镉是采用焙烧-浸取-水溶液电解法制成的。这种方法已大部分代替了过去的火 法炼锌。其他难于分离的金属如镍-钴，锆-铪，钽-铌及稀土金属都采用湿法冶金的技

6、术如溶剂萃取或离子交 换等新方法进行分离，取得显著的效果。湿法冶金在锌、铝、铜、铀等工业中占有重要地位，世界上全部的 氧化铝、氧化铀，大部分锌和部分铜都是用湿法生产的。 湿法冶金的优点在于对非常低品位矿石（金、铀）的适用性，对相似金属（铪与锆）难分离情况的适用 性；以及和火法冶金相比，材料的周转比较简单，原料中有价金属综合回收程度高，有利于环境保护，并且 生产过程较易实现连续化和自动化。 湿法冶金湿法冶金 2.2.冶金的分类冶金的分类 湿法冶金是在溶液中进行的冶金过程。湿法冶金温度不高，一般低于100，现代湿法冶金中的高温高 压过程，温度也不过200左右，极个别情况温度可达300。 湿法冶金包

7、括：浸出、净化、制备金属等过程。 1、浸出用适当的溶剂处理矿石或精矿，使要提取的金属成某种离子（阳离子或络阴离子）形态进入溶 液，而脉石及其它杂质则不溶解，这样的过程叫浸出。浸出后经沉清和过滤，得到含金属（离子）的浸出液 和由脉石矿物绢成的不溶残渣（浸出渣）。对某些难浸出的矿石或精矿，在浸出前常常需要进行预备处理， 使被提取的金属转变为易于浸出的某种化合物或盐类。例如，转变为可溶性的硫酸盐而进行的硫酸化焙烧等 ， 都是常用的预备处理方法。 2、浸取溶液与残渣分离，同时将夹带于残渣中的冶金溶剂和金属离子回收。 3、净化：在浸出过程中，常常有部分金属或非金属杂质与被提取金属一道进入溶液，从溶液中除

8、去这 些杂质的过程叫做净化。 4、制备金属：用置换、还原、电积等方法从净化液中将金属提取出来的过程。 2.2.冶金的分类冶金的分类 湿法冶金与火法冶金的异同点 共同点： 1) 大部分反应都在多相系统中进行；2）质量迁移和相分离是主要参考的因素。 不同点： 湿法低温更受溶液化学反应动力学影响；火法高温主要受热力学条件的支配 湿法冶金与火法冶金比较，优点有： （1）适应范围更广。湿法冶金适合高、中、低品位的原 料，而火法冶金要求用高品位的原料。 （2）能耗低。湿法冶金一般在较低温度下进行，能耗低， 而火法冶金都是在高温下进行的。 （3）工艺过程绿色环保。湿法冶金在提取有价组分的过 程中，原料中的某

9、些有毒有害的组分大都以沉淀物的 形式留在渣中，容易处理，对环境的危害小。 （4）成本低。 （5）综合利用能力强。能同时提取原料中的各种有价组分。 （6）湿法冶金更容易制备出高纯甚至超高纯的产品。 （7）湿法冶金获得的产品的种类多样化。 2.2.冶金的分类冶金的分类 提取冶金简图 湿法冶金 CHAPTER 3CHAPTER 3 浸出过程 湿法冶金浸出过程 1.浸出物料及浸出剂 2. 浸出方法 3. 浸出种类 浸出是湿法冶金中最重要的单元过程。浸出的目的是选择适当的溶剂使矿 石、精矿或冶炼中间产品中的有价成分或有害杂质选择性溶解，使其转入溶 液中，达到有价成分与有害杂质或与脉石分离之目的。浸出物料

10、也可能是冶 炼后的残渣、阳极泥、废合金等。 一、浸出物料 矿石和精矿通常都是由一系列的矿物组成，成分十分复杂，有价矿物常呈氧化物、硫化 物、碳酸盐、硫酸盐砷化物、磷酸盐等化合物存在，也有以金属形态存在的金、银、天 然铜等。必须根据原料的特点选用适当的溶剂和浸出方法。表3-1是常见矿物的名称及其组 成。 第一节 浸出物料及浸出剂 表3-1 常见金属矿物的名称及组成 表3-1 常见金属矿物的名称及组成（续表） 二、矿物浸出特性和浸出剂的选择 1）酸性浸出的矿物特性 大部分金属的氧化物和含氧酸盐都能溶于酸中; 大部分金属硫化物都不易与酸作用，只有少数硫化物 （如FeS、NiS、CoS、MnS等），但

11、是在有氧化剂存在 时，几乎所有硫化物在酸中都不稳定。 脉石矿物中，碳酸盐、钙镁氧化物等在低酸和室温下 都容易与酸反应，游离态的二氧化硅则在酸中不溶解， 铁、铝氧化物在酸中也较稳定，但水和黏土和其它酸溶 性硅酸盐则能部分溶于酸，溶解度随酸度和温度提高而 增大。 1、矿物浸出特性 矿石中的某些氧化物、硫化物、和硫酸盐能够与碳酸盐溶 液作用。硫 化物在有氧化剂时被氧化，并与碳酸盐作用碳酸 钠和碳酸氢钠。磷、钒化合物可被Na2CO3溶液分解；呈氧化态 的Cu、As等也能Na2CO3与反应。 矿石中的硅酸盐和碳酸盐不与碱性溶液作用。氧化硅、氧 化铁、氧化铝在碳酸钠溶液中一般很稳定，但在较高温度和 压力下

12、也可能发生反应。因此，对于低品位氧化矿，当含有 较多碱性脉石矿物时，用酸浸出很不经济，应用碱浸。 2）碱性浸出的矿物特性 不同浓度的NaOH能直接用于浸出方铅矿、闪锌 矿、铝土矿、菱锰铁矿、白钨矿和独居石等。特别 是高品位矿石，比硫酸溶液浸出更能获得较纯净的 浸出液。 Cu、Co、Ni等由于能与氨形成稳定配合物而易 于溶解在氨液中，使常压氨浸出法成为处理金属铜 和氧化铜的有效方法。As、Sb、Sn、Hg的硫化物能 与NaS 作用生成可溶解性的硫代酸盐形式而被溶 解。 3）单质金属矿物的浸出特性 自然金属以及在冶金过程中产生的金属，如阳极泥副产品或还 原氧化矿得到的铜、镍等金属单质。它们的浸出特

13、点是必须氧化成 一定价态后才能溶于水溶液中。（见表5-2） 1） 一般无络合剂存在下，非氧化性酸不能溶解； 2） 一般都能被氧化性酸溶解。铜和镍易溶于硝酸；钯溶于浓硫 酸；钯、银和铜溶于热浓硫酸；钯、铂和金溶解于王水；钌、银、 铑和铱在氧化剂（HNO3)存在下与碱(NaOH)一起熔融，转变成可溶性 化合物。 3） 所有金属单质最有效的浸出方法是络合浸出法。在浸出过程 中一般用空气作氧化剂。如氨水浸出铜、镍、钴，氰化物浸出金银 等。 2、浸出剂的选择 主要考虑以下因素： 1）被浸出物料的物理性质和化学性质。 2）浸出剂的价格 3）没有危险，便于使用 4）对设备的腐蚀性小 5）能再生循环使用 最重

14、要的因素是成本！ 选择浸出剂的原则是热力学上可行，反应速度快，经济合理，来源容易。有时矿石成 分复杂，需同时使用多种浸出剂。 表3-2 常用浸出剂及其应用 有的矿物很难溶解，需 要加氧化剂。如空气中的 氧是一种优良的氧化剂。 金属硫化物在无氧参加反 应时达到水的临界温度 也不溶于水。但只要有氧 参加时，在150就可以 溶解。 表3-3 根据浸出剂的浸出方法分类 4、浸出反应的分类 按照有价成分转入溶液中的溶解反应（主要反应）的特点 分为三类反应： 1）简单溶解反应 MeSO4(s) + eq MeSO4(eq) 2)溶质价态不发生变化的化学溶解反应 （1）金属氧化物与酸反应，生成溶于水的盐 M

15、eO(s) + H2SO4 MeSO4(eq) + H2O （2）某些难溶于水的化合物与酸作用，化合物的阴离子按 下式转化为气相： MeS(s) + H2SO4 MeSO4(eq) + H2S 或 MeCO3(s) + H2SO4 MeSO4(eq) + H2CO3 H2O+CO2 （3）难溶于水的有价金属化合物与另一种金属的可溶性盐发生复分解反应，形成第 二种金属的难溶盐和第一种金属的可溶性盐。 MeS(s) + MeSO4 MeSO4(eq) + MeS 如： NiS(s) + CuSO4 CuSO4(eq) + NiS 白钨矿用苏打溶液的加压溶解也属于这种类型 CaWO4(s) + Na

16、2CO3 Na2WO4(eq) + Ca2CO3 3)溶质价态发生变化的氧化-还原反应 （1）金属的氧化靠酸中的H+还原而发生： Me + H2SO4 MeSO4(eq) + H2 （2）金属的氧化靠空气中的氧而发生： Me + H2SO4 + O2 MeSO4(eq) + H2O （3）金属的氧化靠加入溶液中的氧化剂而发生： Me + Fe2(SO4)3 MeSO4(eq) + FeSO4(eq) 或 Me + H2SO4 + H2O2 MeSO4(eq) + H2O （4）与阴离子氧化有关的溶解： 硫化精矿的加压氧浸出时硫离子氧化成元素硫或SO42+ MeS + H2SO4 + O2 MeSO4(eq) + H2O+S MeS + Me Clx MeCl2(eq) + Me Clx-1 +S (如 MeS + FeCl3 MeCl2(eq) + FeCl2 +S) MeS + O2