湿法冶金在有色冶金中的作用课件

1、真空冶金国家工程实验室谢克强 博士湿 法 冶 金考查方式：平时成绩 50； 作业（三次）30； 小论文 20主要内容： 第一部分 基础理论 第二部分 湿法冶金专题技术第一讲湿法冶金在有色冶金中的作用 有色金属包括元素周期表中的64种元素，是构建人类文明的重要材料，有色金属可分为以下几大类： 铜、镍、钴、铅、锌、锡、锑、汞、钒、镉、铋 铝、镁、钛、钠、钾、钙、钡 金、银 铂族金属（铂、钯、锇、铱、钌、铑） 稀有轻金属：锂、铍 高熔点金属：钨、钼、钽、铌、锆、铪 稀 散 金 属：锗、镓、铟、铊、铼、钪 稀 土 金 属：镧 、铈、镨、钕等15个 放射性金属：铀、钍、钚、镭 硅、硒、碲、砷1、有色金属

2、重金属：轻金属：贵金属：稀有金属：其 它： 冶金是基于资源的开发利用和材料的生产加工过程的一门工程科学和技术，它涉及有效合理地把自然界赋予的矿产资源进行开发利用、采用各种方法提取金属及其化合物并加工成具有一定性能的金属或合金材料的基础工业部门之一。2、提取冶金概述 3、提取冶金含义 提取冶金又称为 化学冶金 （chemical metallurgy），它与 物理冶金 （physical metallurgy）构成了广义 冶金学（metallurgy）的两大部分。(1)化学冶金 化学冶金涉及从矿产资源中提取出金属及其化合物的过程，在这些过程中常伴随着各种化学反应，同时包括有关的生产工艺、流程及设

3、备等，所以也把化学冶金称为过程冶金。 （process metallurgy）(2)物理冶金 物理冶金则涉及通过成型加工制备出具有一定性能的金属和合金材料，并研究它的组成、结构、组织与性能的内在联系，以及在各种条件下的变化规律等。随着电子、信息、计算机及宇航等高新技术的飞速发展，对金属及各种合金材料的品质、质量及纯度提出了新的要求，从而扩展了冶金材料的领域，使物理冶金进一步发展成为新的材料科学与工程。4、提取冶金的分类 提取冶金按过程及方法分类，可以分为火法冶金、湿法冶金和电冶金三大类。因为也有人把电冶金归入火法冶金的范畴，所以习惯说法是将其分为火法冶金和湿法冶金两大类。(1)火法冶金 火法冶

4、金是指在高温下对矿石进行还原、氧化熔炼等反应及熔化作业制取金属和合金的过程。火法冶金的流程一般包括原料的准备（选矿、烧结、球团、焙烧等）、熔炼过程和精练过程等主要工序。它是提取冶金的主要方法，目前工艺上大规模的钢铁冶炼、主要的有色金属冶炼和某些稀有金属的提取，都是用火法冶金方法生产的。(2)电冶金 电冶金是指用电能从矿石或其他原料中提取和精炼金属的过程。例如：熔盐电解铝、电弧炉炼合金钢、电渣重熔等。(3)湿法冶金 湿法冶金是采用液态溶剂，通常为无机水溶液或有机溶剂，进行矿石浸出、分离和提取金属及其化合物。湿法冶金的流程主要包括浸出、固液分离、溶液净化与富集、从溶液中制取产品等工序。目前湿法冶金

5、主要用于有色金属、稀有金属及贵金属的提取，应用范围正在日益扩大。优缺点 火法冶金和湿法冶金均有其各自的特点及相应的适用范围，但也到具有一定的局限性。 优缺点 湿法冶金和火法冶金是两种基本的冶金过程，前者在稀有金属、贵金属及铝、镍和钴的提取、富集和分离中占主导地位，后者则在钢铁、铜铅等金属生产中占绝对优势。 目前80以上的锌、15%20%的铜、全部Al2O3都是用湿法冶金的方法生产的。除钛、锆以外几乎所有稀有金属矿物原料的处理及其纯化合物的制备、硅金属的提取等也都是用湿法冶金的方法完成的。近年来许多领域采用（或正在研究采用）湿法冶金的方法制取具有优异性能的材料（或粉末），如钠米级复合金属粉、超导

6、材料、陶瓷材料等。发展 目前，由于世界可供开采矿石品位不断下降，资源的综合利用越来越迫切，各国对环境保护的要求日益严格，对产品纯度要求越来越高，溶液采矿和海洋冶金两大类技术的兴起，以及一些新技术如高温（373K以上）和高压技术、离子交换、溶剂萃取等的广泛应用，都促进了湿法冶金技术的发展，并使它的作用不断增大。 火法冶金 冶金过程在高温下进行，通常物料都要进入熔融状态。 湿法冶金 主要特点是有水溶液参加，因此其温度不可能很高。 5、冶金技术湿法冶金的优越性： 污染较容易得到控制；劳动条件好、无高温及粉尘危害，一般有毒气体排放少； 对原料的适应性强；冶金过程具有较强的选择性； 规模可大可小，机动性

7、强；有利于综合回收有价金属；对许多矿物原料的处理而言，湿法冶金的成本较低； 能够得到纯度较高的产品。湿法冶金的不足之处： 常温下反应速度一般较慢，相应地占用的设备容积及厂房面积较大； 流程一般较长。 但随着冶金技术的发展，这些不足之处都在逐步改进中。1）原料的贫化和复杂化；2）社会对环境的要求越来越高；3）科学技术的发展使过去因为腐蚀、成本问题而无法使用湿法冶金的情况得到改观；4）生物冶金技术和海洋冶金的兴起为湿法冶金开辟了新的天地。 冶金技术的发展趋势表明，湿法冶金的作用越来越大。因为： 湿法冶金和火法冶金各有优缺点及其适用的场合，与其把湿法冶金说成是火法冶金的竞争者，倒不如把它们看成是互为

8、补充、相辅相成的两个方面更为恰当。因此，今后的冶金方式，已经不是选择湿法和火法中的哪一种的问题，而是需要把两者很好地配合，以建立能量消耗低，而又无环境污染的冶金方式。关系6、湿法冶金在资源 开发中的地位地位与作用破碎、碾磨焙烧焙砂海洋资源（海水、海底资源）精矿矿藏资源（陆地）湿法冶金在冶金中的地位与作用湿 法 冶 金采矿选矿金属应用废金属二次资源地位与作用原位浸出(leaching in situ)堆浸(heap leaching)堆浸(heap leaching)硫化矿精矿直接浸出(槽浸)焙砂浸出(槽浸)7、湿法冶金过程的基本框架与主要单元构架液固分离分离净化净化后液成品金属浸出液冶金原料（

9、矿石、精矿、中间产品、二次资源）湿法冶金过程的基本构架金属制取浸出选矿浸出渣构架预处理(1)目的 主要是改变原料的物理化学性质，为后续的浸出过程创造良好的热力学和动力学条件，或预先除去某些有害杂质。0. 原料的预处理构架预处理(2)过程粉碎：粒度变细，增大比表面积，提高浸出反应的速度；预活化：利用机械活化、热活化等手段，提高待浸物料的活性。 例如：锂辉石在用H2SO4分解前预先在9501100下煅烧，使之由型转变为结构较疏松的活性较强的型结构。0. 原料的预处理构架预处理(2)过程矿物的预分解：通过某些化学反破坏原料的稳定结构，而变成易浸出的形态。 例如：白钨矿预先用盐酸分解，使其中的钨由Ca

10、WO4形态变为易溶于NH4OH的H2WO4形态： CaWO42HClH2WO4+CaCl2 预处理除有害杂质：该过程往往与矿物的分解、高温预活化等过程结合在一起。0. 原料的预处理构架浸出(1)定义 浸出就是借溶液提取固体物料中的目的物（有价金属或杂质）的过程，即以溶剂为介质进行固体组分分离的过程，通常有赖于化学反应的参与。1. 浸出（2）浸出剂酸（硫酸、盐酸、硝酸、王水）碱（NaOH）盐Fe2（SO4）3、FeCl3、NaCN、NaCl等氨水（NH3溶于水中）水（H2O）构架浸出构架浸出(3)浸出方式堆浸槽浸管道式浸出(4)浸出条件常压浸出加压浸出Zaldivar 生物浸铜工厂（智利）澳大利

11、亚泰坦公司硫化镍矿生物堆浸中间工厂GeoCoat技术用于难处理金矿堆浸预氧化(南非）德兴铜矿堆浸现场（Dump leaching) 德兴铜矿堆浸厂左：酸性水库 右：集液库(合格液库) 紫金山铜矿万吨级生物堆浸提铜矿山 330采矿主巷道 运输轨道 卸矿点与粗矿仓 中细碎厂房 中细碎设备 矿石运输皮带 粉矿仓 堆场 紫金山铜矿万吨级生物堆浸提铜矿山 萃取-电积车间 污水处理车间 选冶办公大楼 集液池 紫金山铜矿万吨级生物堆浸提铜矿山 紫金山铜矿千吨级生物堆浸提铜厂紫金山铜矿300吨级生物堆浸提铜厂 入堆品位：0.45%Cu 浸出周期7个月，铜浸出率大于80% 吨铜成本1.3万元 铜储量由50万吨扩

12、大到150万吨墨江低品位镍钴矿生物堆浸中间工厂 含砷低品位硫化镍矿：Ni 0.6%，Co 0.05%，As 0.5%中温菌、中等嗜热菌混合应用，年浸出率65% 浸出液硫化沉淀产出硫化镍中间产品：Ni 20%构架浸出(5)运行方式逆流与顺流周期式与连续式单级与多级构架液固分离(1)概述 冶金、化工、轻工、食品、制药、环境治理、生物制品等过程工业中无不包括液固分离。对于湿法冶金来说，液固分离的重要性就更为突出了。从某种意义上来说，一个湿法冶金过程的成功与失败，液固分离往往起决定性的作用。2. 液固分离 液固分离是一个常常被人们忽略却又十分重要的问题，这个问题解决得不好可以使整个生产无法进行。构架液

13、固分离（2）分类第一类：沉降分离 重力沉降 澄清槽（以获取清液为主） 浓缩槽（以获取浓矿浆为主） 脱泥槽（以脱除固体中的细泥为主） 分级箱（将固体分离成粗、细两种组分）构架液固分离离心分离 水力旋流器（浓、稀分流，粗、细分级） 沉降式离心机（液体上清，固体下沉）构架液固分离第二类：过滤重力过滤砂滤（以净化水为主）格筛（粗矿石的过筛）真空过滤间歇式（板式、管式）连续回转式（鼓式、折带式、水平带式）构架液固分离压滤机板框式、管式、叶式、带式、螺旋式压榨机离心式过滤篮式、筐式（间歇、三足式）锥形、桶形（沉降式，间歇、连续）深层过滤（以获取清液为主）构架溶液净化(1)作用与目的 湿法冶金在浸出过程中，铁、砷、锑、锗等杂质大部分随中和水解作用可从溶液中除去，但仍残留有铜、镉、钴、镍及少量砷、锑、锗等杂质。这些杂质的存在不符合后续工序（电积或电解）对溶液的要求，将显著降低电流效率和金属产品质量，增大电能消耗，对于电积或电解极为有害，故必须进行净化。净化的目的是：一方面除去有害杂质，提高电积或电解溶液的质量；另一方面有利于有价金属的综合回收。3. 溶液净化重要性 ：净化是获得合格产品的重要前提。（2)净化方法 ：沉淀（硫化物、氢氧化物、 碳酸盐、草酸盐等特殊沉淀剂） 置换 离子交换 有机溶剂萃取 液膜分离技术构架金属制取方法化学还原法置换法电积与电解法4.