有色金屬冶金技術(shù)

基礎(chǔ)知識(shí)講座

主講人：杜新玲

2008年3月主要內(nèi)容

一、基本概念二、冶金方法的分類(lèi)及冶金工藝過(guò)程三、幾種常用的冶金爐四、濕法煉鋅的原則流程五、發(fā)展趨勢(shì)一、基本概念

1.有色金屬:在元素周期表中的80種金屬元素中:除Fe、Mn、Cr和Sb、Pm、Fr及十種超鈾元素外的64種元素都列為有色金屬。

2.冶金:礦石(精礦或其他原料)金屬加工處理應(yīng)用。（1）化學(xué)冶金:

（2）物理冶金：

3.有色冶金的任務(wù)：把要提取的金屬?gòu)某煞謴?fù)雜的礦物集合體中分離出來(lái)，得到粗金屬產(chǎn)品（粗煉），再將粗金屬進(jìn)行提純得到合格的精煉金屬產(chǎn)品（精煉）。

4.冶金過(guò)程：應(yīng)用各種化學(xué)方法或物理化學(xué)方法使原料中的主要金屬與其他金屬或非金屬元素化合物分開(kāi)，以獲得純度較高的金屬。（1）煉前處理（2）粗煉（3）精煉5.冶金原理：是用物理化學(xué)的基本原理來(lái)分析研究冶金過(guò)程的物化反應(yīng)。內(nèi)容：（1）化學(xué)熱力學(xué)方法、研究冶金過(guò)程的方向和平衡，以確定冶金反應(yīng)進(jìn)行的可能性及其限度。（2）化學(xué)動(dòng)力學(xué)方法、研究冶金過(guò)程的速度和機(jī)理，以分析影響冶金反應(yīng)進(jìn)行的因素和探索提高反應(yīng)速度的途徑。（3）物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)、研究參與反應(yīng)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以了解冶金反應(yīng)的內(nèi)在原因。

6.冶金方法：是使礦石或精礦中的金屬與脈石分開(kāi)，并破壞金屬化合物的鍵以游離金屬且使之純化到工業(yè)品位。7.回收率:是指原料開(kāi)始到產(chǎn)出最終金屬產(chǎn)品止，產(chǎn)出合格金屬量占消耗物料金屬量的百分比。8.浸出率:浸出液中被提金屬總量與被浸出礦物中所提金屬總量的百分比。二、冶金方法的分類(lèi)及冶金工藝過(guò)程(一)冶金方法的分類(lèi)

1.火法冶金:礦石(精礦)物理化學(xué)變化金屬。如干燥、焙解、熔煉、蒸餾、真空冶金、電熱冶金等。

2.濕法冶金:礦石(精礦)溶解溶液金屬。

高溫低溫（<100℃）酸、堿電解、電積

包括浸出、凈化、置換沉積（電積）三大過(guò)程。近年發(fā)展的生物冶金、原地熔浸等都屬于濕法冶金。

3.電冶金:電能金屬。分為：

a.電熱冶金:電能熱能。（如工業(yè)硅的生產(chǎn)）

b.電化冶金:含金屬鹽類(lèi)的水溶液(熔體)中-→電化學(xué)反應(yīng)→析出→金屬。（如Cu、Zn的電解電積Li、Al等的精煉）（二）冶金工藝過(guò)程

1.干燥:—除水份。

2.焙解:—分解水化物或氫氧化物及碳酸鹽，除去其中的水份、二氧化碳及有機(jī)物等。如鎢酸、氫氧化鋁等（>200℃）。

3.焙燒:礦石(精礦)→加熱(<熔點(diǎn))→化學(xué)變化。包括有：

①氧化焙燒、如MeS+1?O2=MeO+SO2

②硫酸化焙燒、如濕法提Cu、Zn等：

MeS+1?O2=MeO+SO2SO2+?O2=SO3MeO+SO3=MeSO4（Me---表示金屬）

③氯化焙燒、礦石（精礦）+氯化劑→可溶性氯化物（稀有金屬冶金）如

TiO2+2CaCl2=TiCl4+2CaO④還原焙燒、礦石（精礦）+還原劑→低價(jià)氧化物或金屬。

4.燒結(jié)、粉礦（精礦）→塊狀物料。

5.熔煉、礦石（精礦、焙燒或燒結(jié)的物料）→溶化（化學(xué)反應(yīng)）→兩種或以上互不相溶的液體產(chǎn)物（粗金屬或锍）。

①還原熔煉、金屬氧化物（焙砂、燒結(jié)塊）→還原氣氛熔煉→粗金屬。

SnO2+CO=SnO+CO2SnO+CO=Sn+CO2②氧化熔煉、利利用某些元素素易氧化的特特性，除去合合金中的雜質(zhì)質(zhì)。2FeS+3O2=2FeO+SO2③造锍熔煉、如如氧化鎳礦煉煉鎳锍FeO+CaS=FeS+CaO3NiO+3CaS=Ni3S2+3CaO+?S23NiO+3FeS=Ni3S2+3FeO+?S2④沉淀熔煉（置置換熔煉）、、如煉銻Sb2S3+Fe=2Sb+3FeS⑤反應(yīng)熔煉、MeS+2MeO=3Me+SO2MeS+MeSO4+2Me+2SO2⑥熔析熔煉、不不經(jīng)化學(xué)作用用而將熔體分分成幾相。⑦電解熔煉、利利用電的化學(xué)學(xué)效應(yīng)在高溫溫下將物質(zhì)分分離。如Mg2++2e=Mg6.蒸餾、用于處處理低沸點(diǎn)金金屬的原料。。7.精煉、將熔煉煉或蒸餾得到到的粗金屬中中所含的雜質(zhì)質(zhì)除去，得到到較純的金屬屬。有：a.電解精煉、b.火法精煉、8.浸出、礦石（（焙砂）+溶劑溶溶液液。9.凈化、用水解解法或置換法法除去與被提提金屬一起進(jìn)進(jìn)入溶液中的的雜質(zhì)。10.金屬的沉積、、將金屬?gòu)娜苋芤褐谐练e出出來(lái)。有：a.電積法、利用用電化學(xué)反應(yīng)應(yīng),將金屬在陰極極上析出.如陰極：Zn2++2e=Zn陽(yáng)極：SO2-+2e+H2O=H2SO4+?OZnSO4+H2O=Zn+H2SO4+?O2金屬b.置換法、負(fù)電電金屬正正電金金屬。如CuSO4+Fe=Cu+FeSO4c.水解法、金屬屬鹽類(lèi)氫氫氧化物物(堿性鹽鹽類(lèi))如NaAlO2+2H2O=Al(OH)3+NaOHd.化學(xué)沉沉積法法、金金屬化化合物物金金屬難難溶鹽鹽。如如Ag2SO4+NaCl=2AgCl+Na2SO4三、幾幾種常常用的的冶金金爐1.豎爐：：用于于礦物物原料料的焙焙燒、、鍛燒燒及熔熔煉等等方面面。如如煉Cu、Pb、Sn、Ni、Sb的鼓風(fēng)風(fēng)爐、、Sb、Hg焙燒爐爐、煉煉Mg工業(yè)的的豎式式氯化化爐等等。鼓風(fēng)爐爐：?jiǎn)螁挝簧a(chǎn)率率(床能力力)；a=η--鼓風(fēng)時(shí)時(shí)率(0.9--0.95)；V--熔煉每每噸爐爐料(不包括括焦碳碳)所需的的空氣氣量；；Nm3/t。K0--最佳鼓鼓風(fēng)強(qiáng)強(qiáng)度。。Nm3/m2.min1440K0ηVt/(m2.d)2.火焰爐爐：用用于加加熱、、焙燒燒、熔熔化、、熔煉煉、精精煉等等工藝藝。有有：①.回轉(zhuǎn)窯窯：用用于干干燥、、焙燒燒和鍛鍛燒。。如圖圖：②.反射爐爐：用用于熔熔煉、、熔化化、精精煉等等。(煉Cu、Sn、Pb等)3.沸騰爐爐：是是利用用流態(tài)態(tài)化技技術(shù)的的熱工工設(shè)備備。用用于Zn、Cu精礦的的氧化化焙燒燒和硫硫酸化化焙燒燒，含含鈷硫硫鐵精精礦的的硫酸酸化焙焙燒，，錫精精礦、、輝鉬鉬礦、、富鎳鎳冰銅銅的氧氧化焙焙燒、、高鈦鈦渣的的氯化化焙燒燒、汞汞礦石石的焙焙燒。。（如如圖））沸騰爐爐圖示示4.電爐：：電能能熱熱能能。有有：①.電阻爐爐；②.電弧爐爐;用于熔熔煉、、爐渣渣貧化化、熔熔煉產(chǎn)產(chǎn)物的的過(guò)熱熱與③.感應(yīng)電電爐。。四、用用濕法法從硫硫化鋅鋅精礦礦生產(chǎn)產(chǎn)金屬屬鋅的的原則則流程程圖五、發(fā)發(fā)展趨趨勢(shì)1.技術(shù)進(jìn)進(jìn)步步步伐不不斷加加快積極汲汲取相相關(guān)學(xué)學(xué)科和和工程程技術(shù)術(shù)的新新成就就進(jìn)行行充實(shí)實(shí)、更更新和和深化化，更更加深深入地地研究究冶金金熱力力學(xué)、、金屬屬、熔熔锍、、熔渣渣、熔熔鹽結(jié)結(jié)構(gòu)及及物性性和冶冶金動(dòng)動(dòng)力學(xué)學(xué)、冶冶金反反應(yīng)工工程學(xué)學(xué)。建建立智智能化化熱力力學(xué)、、動(dòng)力力學(xué)數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)，應(yīng)應(yīng)用計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)逐步步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對(duì)冶冶金全全流程程進(jìn)行行系統(tǒng)統(tǒng)最優(yōu)優(yōu)設(shè)計(jì)計(jì)和自自動(dòng)控控制。。冶金金生產(chǎn)產(chǎn)技術(shù)術(shù)將實(shí)現(xiàn)生生產(chǎn)柔柔性化化、高高速化化和連連續(xù)化化，達(dá)達(dá)到資資源、、能源源的充充分利利用和和生態(tài)態(tài)環(huán)境境的最最佳保保護(hù)。2.新材料料發(fā)展展迅速速隨著冶冶金新新技術(shù)術(shù)、新新設(shè)備備、新新工藝藝的出出現(xiàn)，，冶金金產(chǎn)品品將在在超純純凈和和超高高性能能等方方面發(fā)發(fā)展。。有色色金屬屬向高高效益益、低低成本本、低低能耗耗、短短流程程方向向發(fā)展展，產(chǎn)產(chǎn)品科科技含含量高高，應(yīng)應(yīng)用于于高新新技術(shù)術(shù)產(chǎn)業(yè)業(yè)的新新材料料品品種多多、規(guī)規(guī)格全全，應(yīng)應(yīng)用范范圍也也逐漸漸擴(kuò)大大。3.產(chǎn)業(yè)向向高度度集中中方向向發(fā)展展有色金