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1、冶金环境工艺概述1、从矿石中提取金属及金属化合物的生产过程称为提取冶金，简称冶金（又称化学 冶金）。矿石的主要成分是金属的氧化物和硫化物（少数卤化物）。2、按提取金属工艺过程中的不同，分为火法冶金、湿法冶金及电冶金。电冶金包括 电炉冶炼、熔盐电解及水溶液电解。（1）火法冶金：是在高温下从冶金原料提取或精炼金属的的冶炼工艺，是物理化 学原理在高温化学反应中的应用。（2）湿法冶金：是利用浸出剂将矿石、精矿、焙砂及其他物料中有价金属组分溶 解在溶液中或以新的固相析出，进行金属分离、富集和提取的冶 金工艺，是水溶液化学及电化学原理的应用。湿法冶金温度不高，一般低于100C ；高温高压过程中温度不过20
2、0C.（3）电冶金：是利用电能提取金属的冶金工艺。据电能作用不同，电冶金分为电 热冶金和电化冶金两类。3、火法冶金工艺：火法冶金一般包括三大过程：原料准备；熔炼吹炼；精炼。（1）原料准备：原料准备一般包括采矿、选矿、原料储存、配料、混合、干燥、制粒、制团、焙烧、煅烧、烧结（造块）、焦化等工序。（2）熔炼：是指炉料在高温熔炼炉内发生一定的物理、化学变化，产出粗金属或 金属富集物和炉渣的冶金过程。（3）精炼：是粗金属去除杂质的提纯过程。精炼分为化学精炼和物理精炼两类。 化学精炼：利用杂质和主金属的某些化学性质不同而实现分离的过程。化学精炼分为氧化精炼、硫化精炼、氯化精炼、碱性精炼等。A、氧化精炼：
3、利用氧化剂将粗金属中的杂质氧化造渣或氧化挥发除去的精炼方法。（铜的火法精炼）B、硫化精炼：加入硫或硫化物以除去粗金属中的杂质的火法精炼方法。反应的必要条件是主金属硫化物在给定条形下的离解压大于杂质 硫化物的离解压。（粗铅、粗锡和粗锑加硫除铜）C、氯化精炼：是通入氯气或加入氯化物使杂质形成氯化物与主金属分离的火法精炼方法。该法前提条件：氯对杂质的亲和力大于主金 属，而生成的氯化物不溶或少溶于主金属。（粗铅通氯气除锌，粗 铝除钠、钙、氢，粗锡除铅，粗铋除锌）D、碱性精炼：在粗金属熔体中加入碱，使杂质氧化与碱结合成渣而被除去的火法精炼方法。方法实质是在精炼过程中用氧或其他氧化 剂（如NaN03）使杂
4、质氧化，然后与加入的碱金属或碱土金属化 合物溶剂反应，生成更稳定的盐渣，加速反应进行。（粗铜除镍， 粗铅除砷、锑、锡，粗锑除砷） 物理精炼：利用主体金属盒杂质元素的物理性质不同，将杂质分离并脱除的精炼方法。如精馏精炼、真空精炼、熔析精炼、区域精炼等。A、精馏精炼：利用物质沸点的不同，交替进行多次蒸发和冷凝除去杂质的火法精炼方法。精馏精炼包括精馏和分凝回流两个过程。B、真空精炼：在低于或远低于常压下脱除粗金属中杂质的火法精炼方 法。真空精炼主要包括真空蒸馏（升华）和真空脱气。C、熔析（凝析）精炼：利用杂质或其化合物在主金属中的溶解度随温度变化的性质，通过改变精炼温度将其脱除的火法精炼方法。4、湿
5、法冶金工艺：湿法冶金主要包括浸出、液固分离、溶液净化、溶液中金属提取及废水处理 等单元操作过程。（1）浸出：是利用溶剂（浸出剂）选择的从矿石、精矿、焙砂等固体物料中提取某些可溶性组分的湿法冶金过程。据浸出剂的不同分为：酸浸出、碱浸出、盐浸出 据浸出化学过程分为：氧化浸出、还原浸出 据浸出方式分为：堆浸、就地浸、渗滤浸、搅拌浸出、热球浸出、管 道浸出、流态化浸出据浸出过程压力分为：常压浸出、加压浸出 酸浸出：用酸做溶剂浸出有价金属的方法。常用酸有无机酸和有机酸。工业上采用硫酸、盐酸、硝酸、亚硫酸、氢氟酸和王水。 硫酸：沸点高，来源广，价格低，腐蚀性较弱，是使用最广泛的浸出 剂。常用于氧化铜矿浸出
6、、锌焙砂浸出、镍锍和硫化锌精矿 的氧压浸出。盐酸：反应能力强，能浸出多种金属、金属氧化物和某些硫化物。如 浸出镍锍、钴渣。但盐酸及生成的氯化物腐蚀性较强，设备 防腐要求较高。硝酸：强氧化剂，价格高，反应析出有毒氮氧化物，少数特殊情况下 使用。 碱浸出：用碱性溶剂做浸出剂的方法。常用有氢氧化钠、碳酸钠、硫化钠。碱性溶液的浸出能力一般较酸性溶液弱，但浸出的选择 性较好，浸出液较纯，对设备腐蚀性小，不需特殊防腐，工 艺设备的材质较易解决。 氧化浸出：加入氧化剂使矿石、精矿或其他固体物料中的有价组分在浸出过程中发生氧化反应的浸出方法。工业上常用氧化剂有空 气、氧、 Fe3+、 MnO 和 Cl 等。2
7、2 盐浸出：以盐做溶剂浸出有价金属的过程。如硫化矿用硫酸铁浸出铜，氯化钠浸出铅，氰化钠浸出矿石中的金和银。 还原浸出：加入还原剂使被浸出固体物料中的有价组分在浸出过程中发生还原反应的浸出方法。工业常用还原剂有S02、FeSO4等。 堆浸：就地浸出（溶液采矿）和渗滤浸出，处理的基本是比较低的氧化矿、表外矿和地表矿。矿石浸出之前一般不作深加工。浸出 的速度一般都不快，提取率相当较低，但投资省，加工费用 低。 常压和加压搅拌浸出：管道化浸出和流态化浸出和热球浸出方式一类。浸出前矿石要深加工。为浸出创造热力学和动力学条件。溶 液中颗粒分布均匀，反应速度快，金属提取率高，单位生产 能力强。（2）固液分离
8、：将 浸出液分离成固相和液相的过程。常用分离方法有沉降分 离和过滤两种。过滤又有离心分离和过滤分离。 沉降分离：用重力作用将浸出矿浆分离为含固体量较多的低流和清亮的溢流。提高低流浓度的设备为浓缩槽（浓密机）或澄清 槽，为提高容量，节省占地面积，采用多层浓缩槽。处理极细物料时，用离心力代替重力加速颗粒沉降或化 学试剂聚凝剂或絮凝剂促进矿浆分离。聚凝剂（如石灰） 可使颗粒互相凝聚，絮凝剂可使细颗粒形成絮团强化沉降过 程。 过滤分离：利用多孔介质拦截浸出矿浆中的固体粒子，用压强差或其他外力为推动力，使液体通过微孔的液固分离方法。拦截固体粒子的介质分为编织物、多孔陶瓷、多孔金属、 纸浆及石棉等多种类型
9、。常用的过滤器有回转筒真空过滤机、带式过滤机、板框 式过滤机。（3）溶液净化：工业上常用的有结晶、蒸馏、沉淀、置换、溶剂萃取、离子交换、电渗析和膜分离等净化方法。 结晶：物质从溶液、熔融物或蒸气中以晶体状态析出的过程叫结晶。 物质从溶液中结晶析出主要是依赖于它的过饱和度，产生过饱和度的方法有：A、降温结晶：将溶液冷却使之变为过饱和溶液而发生结晶的过程。B、蒸发结晶：将溶液在常压或减压下蒸发掉部分溶剂，使之变为过饱和溶液而发生的结晶过程。C、真空结晶：将溶液在真空和外界绝热的条件下闪急蒸发，由于部分溶剂移除和固溶剂快速蒸发时吸收热量则造成溶液冷却的 双重作用，使溶液变为过饱和而发生结晶的过程。D
10、、盐析结晶：向溶液中加入溶解度大的盐类，以降低被结晶物得溶解度，使之达到过饱和而发生的结晶过程。 蒸馏：使物料的某成分蒸发并冷凝以提取或纯化物质的过程。主要是利用液体混合物中各组分蒸汽压的差异，加热混合物至 一定的温度使蒸汽压大的部分蒸发，然后再冷凝成液体或固 体的过程。蒸馏效果取决于提取或纯化物与混合物的蒸汽压 的差异，差异越大效果越好。蒸馏方法有：简单蒸馏、真空蒸馏、分子蒸馏。常用于锌、镉、 汞、镓、锂、铷、铯的合金分离和精炼。 沉淀：使水溶液中的金属离子生产难溶固体化合物从溶液中析出的过程。方法有：A、水解沉淀：金属盐类和水发生复分解反应生成氢氧化物或碱式盐沉淀的过程。有中和水解、稀释水
11、解。B、中和沉淀：向酸性溶液中加入碱或向碱性溶液中加入酸使溶液中的金属离子水解成氢氧化物或碱性盐沉淀的过程。C、硫化沉淀：向溶液中加入 硫化剂生成难溶的金属硫化物沉淀的过程。D、成盐沉淀：使水溶液中的金属离子生成某些难溶盐沉淀析出 的过程。常用难溶盐：硫酸盐：CaSO4、BaSO4、SrSO4等卤盐： CaF2、 AgCl、 PbCl2 等碳酸盐： BaCO3 草酸盐： CoC2O4 复盐： CaWO4、 Ca（AsO3）、（NH4）2PdCl6、（NH4）2PtCl6、43426426等。E、离子浮选：用F、共沉淀：溶液中的几种物质同时发生沉淀的现象。在湿法炼锌中用铁以氢氧化铁的形态吸附溶液
12、中的砷、锑等杂志而共沉 淀除去。 溶剂萃取：利用水溶液中某些金属在有机溶剂和水溶液中分配比例 的不同，当有机相和水相充分接触，水相中的某些金属会选 择性的转移到有机相，金属的这种转移称为萃取。 萃取体系通常由互不相溶解的有机相和水相组成。有机相由 萃取剂和稀释剂组成，水相常含一种或多种被提取货分离的 金属离子。被萃取物从有机相转移到水溶液的过程称为反萃 取。 离子交换法：是离子交换剂功能基中的阳离子或阴离子与溶液中的 同性离子进行可逆交换的过程。（4）从溶液中提取金属： 将净化后水溶液中所含的金属离子以金属或其他化合物形 式析出回收的过程。分为电解法和化学法两种。腈法冶金介 于两者间。 化学提
13、取：化学提取是用还原剂将水溶液中的金属离子还原成金属的过程。工业常用还原剂有：氢气、 SO2Q 气体、亚铁 离子、铁、锌、铝、铜等金属以及草酸和联胺等。常用方法 有：加压氢还原法、二氧化硫还原法、亚铁还原法、置换法、 联胺还原法和歧化沉淀法等。 腈法冶金：是利用乙腈（甲基腈）浸取固体物料中的金属，然后用歧化法沉淀从含乙腈液中提取 金属的冶金方法。 该法只适用于提取铜、金、银等少数几种金属，主要从含铜的 固体物料（粗铜粉、置换铜、废杂铜屑及氧化铜离析产物）、 氧化铜矿和硫化铜中提取铜。但工业上应用少。5、电冶金： 以电能为能源进行提取和处理金属的工艺过程。据电能转化形式的不同 分为电化冶金和电热
14、冶金。（1）电化冶金：又称电解是将直流电通入电解槽，发生电极反应使金属离子 还原成金属的过程，本质是将电能转化为化学能。据电解液不同，分为：水溶液电解和熔盐电解 据阳极不同，分为：不溶阳极电解和可溶阳极电解 水溶液电解：以金属的浸出液做电解液，使用不溶电积做阳极，对 溶解于电解液中的金属离子进行还原、分解，主体金属在阴 极表面上析出的冶金过程。此法：槽电压必须高于电解液的分电压；一般电流效率较低，耗电量较大等。 电解精炼：以粗金属做阳极，水溶液为电解液，通过电积反应使阳极溶解，目的金属在阴极上析出的电化冶金方法。主要用于 电积电位较正的金属，如铜、镍、钴、金、银等。 熔盐电解：是在高温下以熔融
15、盐类为电解质进行金属提取或金属提纯的电化学冶金过程。熔盐电解在高温下进行，金属溶解损 失较大。2）电热冶金：是在电炉内利用电能转化为热能进行提取或处理金属的过 程。6、铜冶金工艺：（1）有色重金属包括：铜、镍、铅、锌、钴、镉、锡、汞、铋、锑元素 表 110 种有色重金属冶炼工艺金属原料预处理金属生产精炼主要回收元素Cu硫化矿、 氧化矿焙烧、造锍熔炼 浸出一萃取转炉吹炼 电积电解S、Au、Se、Te、Bi、Co、Pb、Zn、AgNi硫化矿 氧化矿 混合矿造锍熔炼磨浮 造锍熔炼、焙烧 加压、氨浸炭还原 还原 加压氢还原电解 电解Co、Pt、Pt 族、S、CuCo铜镍矿 伴生硫酸化焙烧一浸出还原电解CoZn硫化矿烧结焙烧一浸出一净化炭还原 电积精馏S、Cd、In、Ge、Ga、Co、Cu、Pb、Ag、HgCd烟尘 净化渣浸出一净化锌置换 电积精馏TlPb硫化矿烧结炭还原电解 火法精炼S、Tl、Ag、Bi、Sn、Te、Cu、ZnBi硫化矿
