冶金资源工程讲课稿硕士

冶金资源工程第一章冶金资源概论金属及其在地壳中的分布冶金矿产资源的分类矿产资源是自然资源中最重要的组成部分，是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。矿产资源在国民经济中起最重要作用，一个国家矿产资源丰富程度及其开发利用的水平，是这个国家综合国力的重要表现，也反映了这个国家的经济实力。冶金矿产资源在矿产资源上占重要地位，按工业用途，可分为两大类，金属矿产和非金属矿产。金属矿产黑色金属矿产：Fe,Mn,Cr,V(也有将Ti,Ni,Co列入黑色金属)有色金属矿产：有色重金属：Cu,Zn,Pb,Sn,Bi(铋),Sb(锑),Hg(汞),Ni,Co,Cd(镉)有色轻金属：Al,Mg③稀有金属矿产：铌(Nb)，钽(Ta)，W,Mo,Ti,Zr,铍(Be)，锂(Li)贵金属矿产：金(Au),银(Ag),铂(Pt),铑(Rn),钯(Pd),铱(Ir),钌(Ru),锇(Os)⑤稀散金属：镓(Ga)，钪(Sc)，铟(In)⑥稀土金属：钇(Y)，镧(La)，铈(Ce)等17个元素非金属矿产用于冶金工业的原料有：石灰石、菱镁矿、萤石、耐火粘土、白云石、石墨、石英、铝土矿地球的构造和矿床的形成地球的构造地球由地壳、地幔、地核构成。地壳：平均厚度为35公里，最厚处达75公里，最薄处为5公里；地幔：平均厚度为2881公里,占地球体积的83.4%,温度600～4200℃；地核：2898公里以下称为地核，平均半径3473公里，占地球体积的16.3%，温度<10000℃。地球各层的化学成分（质量百分比）如下表氧化物地壳（平均）地幔地核SiO257.844.50TiO20.90.50Al2O316.63.00Fe2O33.31.50FeO4.68.50MgO3.437.50CaO6.43.00Na2O3.40.50K2O1.80.10H2O1.41.00FeS（陨硫铁）0020.0Fe（未化合的）0073.5Ni(未化合的))006.5矿床的形成矿床是在一定地质作用影响下，形成于地壳中的有用矿物或物质的集合体，其质和量适用于工业要求，并在现有的社会经济和技术条件下，能够被开采和利用。矿床的形成是由多种成矿作用把分散在地壳中的元素或有用物质集中的结果，成矿的实质是有用矿物的形成和富集，矿物的主要形成方式有6种。岩浆结晶：岩浆冷却或岩浆中发生化学变化，过饱和矿物结晶出来，如磁铁矿；升华：地壳内部的热能使某些物质气化，又在温度较低的地方沉积下来，如硫；蒸发沉淀：水溶液蒸化后使溶解的组分过饱和而沉淀；气体、液体和固体间的化学反应；例如岩浆喷出气体与水或固体反应，生成矿物；细菌沉淀：例如厌氧细菌可沉淀硫化物；胶体沉淀：从自然界存在的胶体溶液（如金属氢氧化物胶体）沉淀出矿物。地壳和上地幔中的有用物质和化学元素在成矿作用下形成矿床。成矿作用可分为三大类（金属矿床成因）：内生成矿作用：由于地壳内部热能，在较高温度和压力条件下，导致矿床形成的地质作用，另外还包括到过地壳的部分火山成矿作用。外生成矿作用：发生在地壳表面，主要是在太阳能作用下，并在生物化学能作用下，在低的温度和压力条件下发生的矿床形成的地质作用。③变质成矿作用：在热变质、区域变质等地质过程中发生的成矿作用或使先存矿床发生变质的作用。3.金属在地壳中的分布地壳是由各种元素组成的。地壳的平均化学成份，经过地质学家们的共同努力和多次分析，得出了相当精确的数据。地壳中元素的分布量用丰度表示，即质量百分比。地壳中元素的丰度表（质量百分比）1级O=47.25Si=30.5445级V=9.5×100-3Ce=7.5×110-3Cr=7×10--3Zn=6.0×110-3La=4.4×110-3Ni=4.4×110-3Y=3.4×100-3Cu=3.0×110-3Li=3.0×110-3Nd=3.0×110-3Nb=2.0×110-3Ga=1.7×110-3Pb=1.5×110-3Si=1.4×110-3Co=1.2×110-3Th=1.1×110-37级Hg=8×10--5Sb=2×10--5Bi=2×10--5Cd=2×10--5In=1×10--52级Al=7.8Fe=3.54Ca=2.87Na=2.45K=2.82Mg=2.828级Ag=8×10--6Pb=1×10--63级Ti=0.476级B=9×10-44Gd=8.8×110-4Sm=8.6×110-4Pr=7.6×110-4V=3.5×100-4Hz=3×10--4Cs=2.7×110-4Sn=2×10--4Ta=1.6×110-4Ge=1.3×110-4As=1.3×110-4W=1.3×100-4Mo=1.3×110-49级Pt=5×10--7Au=5×10--7Re=1×10--7Os=1×10--7Ru=1×10--7Ir=1×10--7Rb(h)=1××10-74级P=8×10-22F=7.2×100-2Mn=6.9×110-2Ba=5.9×110-2Cl=3.2×110-2C=3.2×100-2S=3.1×100-2Zr=1.6×110-2Sr=1.2×110-2Rb=1.2×110-21级占77.79％，1+2级占98.66％，1+2+3级占99.13％，其余仅占0.87％。第二节矿石以下简介部分主要金属矿的资源，矿区及工业品位等情况1.铁⑴铁矿资源据统计，世界铁矿石总储量达3431×108t，其中工业储量约1497×108t。铁矿储量排在前5位的国家有：前苏联，澳大利亚，加拿大，巴西，印度，如下表：国家总储量工业储量矿石品位108t％108t％TFe％苏联澳大利亚加拿大巴西印度美国111135039780022017431.71011.322.96.35.0673236187123.5855543.715.512.18.05.53.636.950-6722-6040-68.530-6020.8中国46230-35中国铁矿石特点：贫、难选，四大铁矿：鞍山、攀西、冀东、晋北，可开采40-50年。⑵铁的工业矿物和矿石类型自然界中已知含铁矿物有300多种，主要矿物有：磁铁矿（Fe3O4），含铁72.4％赤铁矿（Fe2O3），含铁70％褐铁矿（Fe2O3·nH2O），含铁48-62.9％针铁矿（Fe2O3·H2O），含铁48-63％菱铁矿（FeCO3），含铁48.3％铁矿石按矿物成份可分为五种类型①磁铁矿矿石②赤铁矿矿石③褐铁矿矿石④钛磁铁矿矿石⑤菱铁矿按铁的含量可分为富铁矿石和贫铁矿石，我国一般按以下分类富铁矿石－含Fe45％以上磁铁矿石、赤铁矿石，含铁30-35％菱铁矿矿石贫铁矿石－含铁25-45％的磁铁矿石、赤铁矿石，含铁20-30％的菱铁矿石工业上对铁矿石的要求铁矿石的边界品位一般为TFe20-25%,经选矿后才可使用。一般入高炉的富矿品位要求大于50%(Fe),S、P、Pb、Zn、Sn为有害组分。当矿石中CaO+MgO/SiO2+Al2O3在0.8-1.2之间称为自熔性矿石。2．锰（1）锰矿资源陆上锰矿储量（金属含量）为16.74×108t。海底锰潜在储量为163×108t，海底锰结核含锰8.2-50.1%。陆上锰矿绝大部分集中在南非、苏联、澳大利亚、加蓬、巴西、印度等六个国家。我国锰矿储量占世界总储量的6%左右（5.5亿t矿石，已利用矿2.95亿t），低于世界人均拥有量。（2）锰的工业矿物和矿石类型及工业要求已知含锰矿物有150多种，但主要的有：软锰矿(MnO2)，硬锰矿（mMnO,MnO2.nH20），水锰矿［MnO2,Mn(OH)2）］，褐锰矿(Mn2O3)，黑锰矿(Mn3O4)，菱锰矿(MnCO3）。锰矿石分为两大类：冶金矿石和化学矿石。冶金锰矿石一般要求：Mn/Fe≥6-7,Mn含量15-30%.化学锰矿（用于制造干电池）的工业品位：MnO255-75%锰矿通常因含锰低和存在有害杂质，利用前需经选矿，主要采用重力选矿。3.铬铬的世界储量为1362-1878×106t,苏联和南非的铬产量居世界前列。我国铬矿石约为900万吨，约占世界总储量的1%，资源缺乏。含铬矿物约有40多种，但只有铬尖晶石矿物具有工业价值，主要包括：铬铁矿（FeCr2O4），镁铬铁矿［(Mg,Fe)Cr2O4］,铝铬铁矿［(Fe,Mg).(Cr,Al)2O4］。冶金工业一般要求矿石中Cr2O3＞32%,Cr2O3/FeO≥2.5致密矿状富矿石可不经选矿直接利用。我国每年铁、锰、铬矿石大量进口。4.钒钛钒的储量较多的国家排名为前苏联、南非、中国、美国，其工业储量分别为263万吨，86万吨，60.8万吨16.8万吨。我国钒资源主要是钒钛磁铁矿（比较很丰富，超过世界人均占有量）。世界钛储量为7.1亿吨，其中钛铁矿5.6亿吨，金红石1.5亿吨。中国的钛资源十分丰富，储量约3.5亿吨（均以TiO2计）自然界含钒矿物有数十种，但工业矿物很少，主要矿物有钒云母KV2［AlSi3O10］［OH］2,含V2O519-29%绿硫矾矿VS2或V2S5V2O5＜25%钒酸钾铀矿K2V2［VO4］2O4.3H2O,含V2O520%钒铅矿Pb5［VO4］3Cl，含V2O522.7%钒钛磁铁矿含钒较高,通常在5%以下，是钒的主要来源，工业一般要求V2O5＞0.7%。我国攀枝花钒钛磁铁矿含V2O50.13-0.56%。钛矿物约有一百七十余种，具有工业价值的主要是钛铁矿:FeTiO3(Fe36.8%,TiO252.65%)钛磁铁矿:含TiO2的磁铁矿(攀枝花钒钛磁铁矿含TiO27.7—17%）金红石:TiO2,(混有Fe2+，Fe3+等,是重要的含钛矿物）5．镍钴地球的内核是由铁镍构成的，含镍达5—50%，镍的资源分布不均，主要集中在新喀里多尼亚，古巴，加拿大，苏联等地，占总储量的70%。我国镍储量777万吨，其中金川镍矿的镍金属储量548.6万吨，仅次于加拿大，居世界第二位，但低于世界人均拥有量。钴主要由非洲提供，占世界产量的80—88%。我国金川镍矿含Co，储量约为16万吨。镍矿石主要由硫化镍矿和氧化镍矿%和1%，镍矿中常伴生有Cu,Co,Pt,Rh等元素。钴大部分由伴生元素产出，其工业品位（矿石）含钴0.03—0.06%6.钨世界上钨的工业储量近460万吨，我国W储量和产量居世界首位（占世界W工业储量的37%，为世界W资源的54%），超过了世界人均拥有量。其它几个主要钨资源国家为加拿大，苏联，美国，朝鲜。具有工业价值的矿物仅有两种，即黑钨矿（Mn，Fe）WO4和白钨矿CaWO4,世界钨产量的75%来自黑钨矿，25%来自白钨矿，其工业品位分别为0.12-0.15%(黑钨矿)，0.15—0.20%（白钨矿）。7.钼全世界钼的工业储量为1500万吨，美国的钼储量最多（为350万吨），中国居第二（为297万吨，超过世界人均拥有量），其次为加拿大,智利，苏联，秘鲁。世界上已发现的6个巨大型钼矿床，中国就占3个（河南栾川，辽宁大黑山，陕西金堆城）。已知钼矿物有20种，工业矿物只有辉钼矿（MoS）。钼矿石类型较简要，在成份上只有硫化物矿石。根据钼矿石品位，可分为三级：含Mo＜0.1%为贫矿；含Mo0.1—0.5为中等品位的矿石；含Mo＞0.5%为富矿。8.锡世界锡资源约为1000万吨，世界上锡资源较丰富的国家有泰国152万t，马来西亚124万t，玻利维亚100万t，其次为印尼，苏联、巴西、缅甸。我国锡矿约有390万t（云南个旧90万t，广西大厂100.45万t）,高于世界人均拥有量。最重要的含锡矿物是锡石（SnO2）和黝锡矿（Cu2FeSnS4）。锡矿石必须经过选矿；获得Sn40-70%的精矿后才能冶炼。含Sn1-2%以上为富矿石。原生矿床锡的最低工业品位为0.2-0.4%。砂锡矿的开采品位为Sn0.02-0.07%9.铜铜是一个储量相当丰富的金属。世界铜储量为49400万t，排序为智利（9700万t），美国（9200万t），苏联（3629万t），赞比亚（3300万t），加拿大（3200万t）、秘鲁（3200万t），中国铜的工业储量为2802万t，其中江西居首位占910万t，我国铜低于世界人均拥有量。此外，海底锰结核中含有丰富的铜。最重要的工业矿物有黄铜矿（CuFeS2），斑铜矿（Cu5FeS4）和辉铜矿（Cu2S）。铜矿石的工业品位Cu为0.4-0.5%。随着工艺技术的进步，有人预测，到本世纪末，全世界铜矿可开采品位可能降到0.25%。10.铅锌铅锌资源主要分布在美国、加拿大、苏联和澳大利亚等国，这四个国家的储量占世界的一半。中国铅锌资源也十分丰富，居世界前列,锌9256万t，铅3530万t，略低于世界人均拥有量。铅的主要矿物为方铅矿（PbS），锌最重要的矿物为闪锌矿（ZnS）和纤维锌矿（ZnS）。铅锌通常共生，铅锌矿石可划分为：铅锌矿石，铜铅锌矿是和锡铅锌矿石。各类矿石中，锌含量一般较铅高，铅锌比例多数在1.15-1.2之间。一般铅锌综合矿石最低工业品位要求为1.8-2%。11.铝铝在地壳的丰度为7.51%，仅次于氧和硅，世界铝土矿储量很大，估计有50亿吨，其中几内亚占首位，其次为澳大利亚、巴西等。中国铝土矿资源也十分丰富.含铝矿物很多，重要的有水铝矿（Al2O3·3H2O），水铝石（Al2O3·H2O）等。氧化铝含量和铝硅比（Al2O3/SiO2）是评价铝土矿质量的主要依据，其比值高者为好，一般铝矿石的工业品位为Al2O3≥55%，Al/Si≥12.稀土我国稀土储量9043万t，居世界第一，人均拥有量也居世界第一。提取冶金的基本方法火法冶金的基本方法钢铁冶金生铁生产：铁矿石还原钢的生产：铁水中C、Si、P、………等元素的氧化铁合金生产：各种合金元素的氧化物的还原基本原理是在高温下通过氧化物还原或元素的氧化反应，达到金属与脉石分离，去除杂质，提取金属的目的。有色金属的火法冶金有色金属硫化物矿的火法冶金方法铜、镍的火法冶金方法例：铜精矿（Cu20-30%）(CuFeS2+脉石）反射炉（CuS熔析和脉石成渣）烧结—密闭鼓风炉（FeS-FeO与脉石成渣）闪速炉（富氧鼓风，Fe氧化与脉石成渣）冰铜（Cu30-50%,Fe~30%,S~25%）(Cu2S,FeS)卧式碱性转炉（富富氧空气）（SSO2,FeFeeO）粗铜（Cu999%）反射炉精炼电解（电解铜）(2)铅、锌的火火法冶金方法法铅、锌精矿焙烧（PbS-PbO,ZnS-ZnO）鼓风炉C还原（PPbO-Pbb,ZnOO-Zn）(Pb沉淀，Zn挥发)精炼去除杂质(3)钼的火法冶冶金方法钼精矿焙烧（MooS-MoOO）铝热法还原（MooO-Moo）2．有色金属氧化物矿矿的火法冶金金方法例:(1)锡精矿（SnO2）反射炉C还原(SSnO2Sn)精炼去除杂质铌精矿（Nb2OO5）铝热法还原(Nbb2O5Nb)湿法冶金的基本方方法湿法冶金的特点与火法冶金相比，湿湿法冶金有如如下特点1.湿法冶金特别别适于处理低低品位及复合合矿，金属综综合回收率高高；2.绝大部分湿法法冶金在室温温下操作，或或在250℃以下进行，比比火法消耗燃燃料低；3.湿法浸取多数在水水溶液中进行行，矿中硅酸酸盐类脉石不不与大多数浸浸取剂作用，而而火法中这些些脉石则需要要造渣；4.可自浸取液中直接接获得纯金属属。例如:溶液置换,电解或氢还还原5.湿法的规模可大可可小，比较灵灵活，投资较较少，易于上上马。湿法冶金的缺点有有：①在低温下进行行，过程进度度较慢；②浸取液与残残渣分离较困困难。二、湿法冶金工艺艺过程1、矿石准备主要是将矿石破碎碎及磨细,便于浸取。有有时,经过选矿将将品位提高。或经过高温焙烧改改变矿物成份份，以利于浸浸出。例如：：氧化焙烧、还还原焙烧、氯氯化焙烧或硫硫酸化焙烧等等，将金属矿矿物变成易于于取的氧化物物、金属、氯氯化物或硫酸酸盐。2、浸出在一定温度及压力力条件下，将将矿粉与溶剂剂搅拌混合，使使矿中的有用用成份转入溶溶液，从而使使金属与脉石石分离。浸出溶剂通常为水水、盐水溶液液、氨水、酸酸、碱等。浸浸出温度为25-250℃，浸出压力力为常压至50大气压，用用机械或气体体搅料浸出数数小时后反应应已完全。固液分离及净化浸出操作完毕的矿矿浆，要把浸浸出后的溶液液与残渣分开开，通常在沉沉淀池，过滤滤机等设备中中进行。固液分离后的溶液液中尚含有很很多杂质，需需净化处理，以以便得到纯净净的溶液，通通常使用化学学沉淀、置换换、结晶、溶溶剂萃取及离离子交换等方方法。4、金属回收从澄清、净化后的的溶液中回收收金属，可得得到纯金属或或金属化合物物，常用置换换、电解、氢氢还原及化学学沉淀等方法法。如果以金属化合物形式式回收，其后后再经金属热热还原或熔盐盐电解方法制制成金属。5、溶剂再生在许多场合下，可可使浸取溶剂剂再生而循环环使用，通常常所用的酸、碱碱、盐等溶剂剂均可再生。在工业实践中，根根据具体情况况可省略某个个步骤，但必必不可少的基基本步骤是：：浸出→溶液净化→金属回收。第三节氯化冶冶金一、氯化冶金的特特点1、氯化冶金为处理理一些低品位位矿石以及复复杂难处理的的氧化矿提供供了有力的手手段。2、可使黑色金属与与有色金属分分离，不仅回回收了有色金金属，还使分分离后的黑色色金属得到利利用。3、提炼一些难熔金金属，例如：：钛、锆、钽钽、铌等。4、也可作为金属提纯纯的一种良好好手段。缺点是氯化冶金对对设备腐蚀严严重。二、氯化冶金原理理氯化冶金过程是利利用氯化剂焙焙烧矿石（或或含金属的冶冶金产品），根根据不同的金金属元素氯化化的顺序和生生成的氯化物物的熔点、沸沸点及蒸气压压等性质的差差异，以达到到金属相互分分离或金属与与脉石分离，为为进一步提取取金属做准备备。三、氯化冶金工艺艺1）中温氯化焙烧：：一般为500℃-550℃，目的在于于得到易溶于于水或弱酸的的金属氯化物物。2)高温氯化焙烧：一一般在1000℃以上，目的的是使金属氯氯化物挥发，使使之于脉石分分离，同时根根据氯化物不不同的蒸气压压及沸点，分分别凝集，得得到不同金属属的分离。固体氯化剂：NaaCl、CaCl2MgCll2等；气体氯化剂：Cll2、HCl等。第四节微生物冶金金20世纪50-70年代，细细菌浸出硫化化铜矿引起人人们的关注，由由于浸出时间间长，人们的的兴趣逐渐减减弱。80年代中期，用用氧化亚铁硫硫杆菌从难选选金矿中提金金获得高回收收率，微生物物冶金技术再再度复苏。目目前，该技术术已得到国家家广泛应用，估估计用生物回回收技术提取取金属的总产产值可达5亿美元。微生物冶金的原理理间接作用基于细菌生命活动动中生成的代代谢物作用，即即通过细菌作作用产生硫酸酸和硫酸铁，然后通过硫酸或硫酸铁作为溶剂浸出矿石的有用金属。例如：氧化亚铁硫硫杆菌能引起起S氧化成硫酸酸，将硫酸亚亚铁氧化成硫硫酸铁，通过过下列反应，细细菌得到所需需能量。2S+3O2+22H2O→2H2SO44FeSO4+22H2SO4+O2→2Fe2(SO4)3+2H2O然后，FeS2(黄铁矿矿)+7FFe2(SO4)3+8H2O→15FeSSO4+8H2SO4Cu2S(辉铜矿矿)+Fee2(SO4)3→FeSO4+2CuSSO4+S收集含酸溶液，通通过置换、萃萃取、电解或或离子交换将将各种金属浓浓缩和沉淀。直接作用某些细菌对矿石有有直接浸出作作用，即细菌菌对矿石有直直接氧化能力力，细菌与矿矿石间通过物物理化学接触触将金属溶解解出来。二、细菌浸出的工工业方法1、堆浸法2、槽浸；3、就地浸出三、细菌冶金技术术在工业上的的应用1、铜据报导，美国有119个难采选铜铜矿采用细菌菌堆浸或井下下就地浸出提提铜，处理矿矿石量从百万万吨到数亿吨吨，所产铜产产量占美国年年产总量的11%以上，总产产值5亿美元。智利从低品位铜矿矿中堆浸产出出铜达30万吨，占全全国铜产量的的20%。2、金金矿中约有1/55包裹在硫化化物中，这类类金矿称为难难处理金矿。近年来，细菌氧化化法处理这类类金矿发展迅迅速，世界上上至少已有10个以上正在在生产或筹造造的细菌氧化化提金厂，南南非有3个厂，其中中金科（Genconn）公司是世世界上第一个个建厂的，1986年投资，金金矿浸出率已已达98%以上，氧化化时间3—4天。加拿大有一个厂，澳澳大利亚有2个厂，美国国有1个厂。3、铀加拿大、法国、美美国都有细菌菌浸铀的生产产厂。四、微生物冶金的的发展前景正在研究的技术：：1、细菌浸锰；2、高磷铬矿微生物物脱P；3、煤炭脱S；4、硫化锌的浸出；；5、含氰废水的微生生物处理；6、废水脱砷；7、微生物处理含重重金属的废水水；8、基因技术改造微生生物。9、从废渣、废矿等等废弃物中提提取有用金属属元素。第三章共生矿中中有价元素的的分离与提取取我国资源综合利用用概况我国已开发利用的的139个矿种中，87种矿产来源源于共生矿产产，占总数的的62.6%。目前，全国共生矿矿综合开发利利用占总数1/3，综合利用用率仅20%，我国已建建在六大共生生矿资源综合合利用基地。1、攀枝花钢钛磁铁铁矿：年产钒钒渣11万t，V2O50.2万t，钛渣矿10万t，钛白0.4万t；2、包头白云鄂博稀稀土铌共生铁铁矿：年产混混合稀土1.4万t，混合稀土土金属7000tt，单一稀土土氧化物1000tt，稀土硅锭1万t，以及单一一稀土金属、稀稀土永磁铁块块、稀土储氢氢合金数百tt；3、金川镍铜多金属属共生矿：年年产镍4万t，铜2万t，硫酸40万t，综合回收收钴、金、铂铂等14种有价元素素；4、辽宁硼镁钛矿：：尚未开发利利用；5、湖南柿竹园多金金属共生矿：：Pb、Zn、Bi、Sb、Cu等稀散金金属；6、广西大厂多金属属锡矿：锢、镉镉、镓、锗、钪钪、铂等。第二节钒钛磁磁铁矿中钒钛钛的提取一、钒的提取1、钒的资源和用途途钒储量最大的为钒钒钛磁铁矿，世世界上70%的钒来自钒钒钛磁铁矿，钒钒钛磁铁的储储量排序：前前苏联→南非→中国→美国。钒：90%用于钢铁工工业，5%用于化学化化工，5%用于有色金金属合金工业业；低C微合金化高强度钢钢：加0.05--0.10%%V，主要形成成碳化钒（V4C3）、氮化钒钒质点，钢受受到了弥散强强化，抑制奥奥氏体晶体长长大，细化晶晶粒，提高强强度和韧性。我国主要的含V铁铁矿资源地区矿石类型原矿品位V2O55%精矿成份矿石储量(亿t))V2O5含量(万t)TFeV2O5TiO2攀枝花钒钛磁铁矿51-5510-1596.6417.86承德钒钛磁铁矿56-610.786-82.457.89马鞍山含钒铁矿0.256-6214.362、钒的提取(1)南非南非有两个生产钒钒的大公司。1)南非海威尔德钢钒钒公司世界钒工业最大的的生产厂家，使用布什维尔地区钒铁磁铁矿，原矿成份：TFeV2O5TiO256%1..5-1.99%13%%采用如下工艺流程程：铁矿石回转窑预还原（1100℃，还原率45％）电弧炉炼铁（60t）摇包提铁矿石回转窑预还原（1100℃，还原率45％）电弧炉炼铁（60t）摇包提钒（60t顶吹氧，30rpm偏心转动）半钢进转炉炼钢钒渣煤、石灰石、白云石、硅石→摇包提钒工艺：70t铁水70t铁水顶吹氧50分钟（0.18MPa，30m3/min）停氧空摇8分钟出钢口放出半钢，炉口倒出钒渣吹氧过程加生铁和和铁矿石做冷冷却剂，过程程温度1180--1370℃℃，终点温度度<13700℃。碳钒选择性氧化（钒氧氧化，碳少量量氧化）。2[C]+O2==2CO⑴4/3[V]+OO2=2/3((V2O3)⑵4/3[V]+2CO=22/3(V22O3)+2[[C](3)＝0，T=T转，熔池T>T转,[CC]氧化熔池T<T转,[VV]氧化表摇包提钒铁水、半半钢成份（％％）CSiMnPSVTiV氧化率铁水3.950.240.220.080.0371.100.22半钢3.170.010.090.090.040.070.1193.6表摇包提钒钒渣成份份（％）V2O5FeOSiO2Al2O3CaOMgOMFe钒渣27.822.417.33.50.50.3<52）南非德兰士瓦合金金有限公司矿石磨细、造球←矿石磨细、造球←硫酸钠回转窑（1270℃，60-110分钟，钒分解率92％）水浸出钒酸铵沉淀←硫酸铵离心分离，滤饼（偏钒酸铵）氧化气氛回转窑分解V2O5熔化炉熔铸V2O5片⑵前苏联钒钛磁铁矿储量非非常丰富，占占全苏铁矿石石10％矿区V2O5TFeTiO2SiO2Cr2O3库辛矿原矿0.6848-4913-146-7.50.65精矿62-644-5乌拉尔矿（原矿）0.5542-434-4.513-140.13下塔吉尔钢厂提钒钒流程：高炉→含钒铁水→→顶吹氧转炉炉→半钢转炉炼炼钢+钒渣库辛矿高炉铁水CSiMnVTi4-4.5转炉提钒：吹氧88分钟，中间间加入5-8％氧化铁皮皮冷却，控制制温度<13380℃。半钢CVV氧化率<0.04>90%钒渣V2O5SiO2MnOTFe16-2512-1626-32⑶中国1）攀枝花钢铁公司高炉冶炼钒铁磁铁铁矿，高炉中中生产Ti（C、N），渣非常常粘稠，渣铁铁不易分离，在在高炉炉缸部部位吹入氧化化性气体（空空气），生成成TiO2，渣铁分离离。铁水成份CSiMnPSVTi4.30.140.240.040.050.320.15提钒方法：<1>原工艺（雾雾化提钒）缺点：过氧化，温温度损失大，铁铁损大，钒渣渣含金属铁球球多<2>现工艺（顶顶吹氧转炉，120t×2）1995年投产，吹吹氧5-8分钟，倒出出钢和钒渣，分分离出钒渣后后半钢转炉吹吹炼。提钒加转炉粉尘球球团冷却提钒工艺技术经济济指标对比铁水成份半钢成份CVCV攀钢转炉4.40.323-3.8攀钢雾化4.40.3230.074下塔吉尔转炉4.50.43<0.04T终V氧化率%攀钢转炉1377（13550-14331）℃88.2攀钢雾化1350℃82.4下塔吉尔转炉1340-14110℃>90钒渣V2O5CaOSiO2TFeMFe攀钢转炉19.461.4817.15340.35攀钢雾化20.70.229.3394.1下塔吉尔转炉16-2512-1626-322)承德30t顶吹氧转炉炉提钒后扒出出钒渣，继续续吹氧炼钢..3)马鞍山TFeV2O5P含钒铁矿原矿（%）320.20.96含钒铁矿精矿（%）560.3铁水成分（%）CSiMnPVTi(中P高Si铁水)40.60.2<0.05马钢曾用空气侧吹吹转炉和氧气气底吹转炉提提钒氧气底吹转炉提钒钒的钒渣V2O5～10SiO2>300Tfe30⑷钒渣提钒钒渣→去除金属铁铁→加Na2CO3或Na2SO4混合磨细→回转窑氧化化钠化熔烧①氧化熔烧：4FeeO•V2O3+5O2=2Fe2O3+4V2O5②钠化熔烧：Na2CCO3+V2O5=Na2O•V2O5+CO2③热水浸出可溶性钒钒酸钠后，再再用铵盐沉淀淀3Na2O•V22O5+2H2SO4+(NH4)2SO4＝(NH4)2V6O17↓+3Na2SO4+H2O④锻烧：(NH4))2V6O17＝3V2O5+2NH2↑+H2O↑二、钛的提取1.钛的资源和用用途1)我国钛资源攀枝花：钒钛磁铁铁矿，工业储储量TiO23.8亿吨(攀钢高炉渣渣含TiO216％，尚未利利用)。海滨沙矿：工业储储量TiO22500万吨2)用途：90％生产钛白，用于于生产涂料、造造纸、塑料、橡橡胶、油墨、化化纤5％生产金属钛，用用于航空、航航天5％生产TiC，合合金添加剂（钢钢的微合金化化）钛的提取生产钛白、金属钛钛的原料为：：天然金红石石（资源很少少）和人造金金红石（富钛钛料）。富钛料的生产方法法有4种。⑴电炉法经选矿得到钛铁精精矿：TiO246-58％，TFe25-335％例如攀枝花钛铁精精矿：TiO247.48％，TFe30.883％电炉法电耗大(33200-33700度/t钛渣)，是目前最最成熟、最重重要的工业方方法。⑵选择性氯化法优点：回收钛、铁铁,氯气循环环利用缺点：设备腐蚀、管管道堵塞⑶盐酸酸浸法（4）锈蚀法3.海绵钛的生产（1）镁还原法（2）钠还原法4．钛白的生产（1）硫酸法高钛渣↓（硫酸钛）硫酸酸→酸解FeTiOO3+2HH2SO4=TiiOSO4+FeSSO4+2H2O↓Fe22O3+3HH2SO4=Fee2(SO4)3+3HH2O析出硫酸亚铁（FFeSO4•7H2O）←静置析出晶晶体←铁屑--通过加铁屑FFe3+还原或Fe2+生成↓硫酸亚铁结晶而除除去Fe过滤浓缩↓水解←除铁后，加水和晶晶种水解沉淀淀偏钛酸↓TiOSSO4+2HH2O=H2TiO3↓+H2SO4煅烧↓钛白缺点：产生大量废废酸，造成环环境污染（2）氯化法天然金红石，人造造金红石石油油焦↘↙氯化←Cl2↓粗TiCl4↓精制，纯TiCll4↓O2→氧化TiCl4+O2=TiiO2+2CCl2↙↘钛白Cl2返回利用美国杜邦公司用此此法，氯化法法钛白在美国国占85%，世界占40%，中国未成成功而用硫酸法。另另有一家加拿拿大公司掌握握氯化法技术术。共生铁矿中铌和稀稀土的提取一、铌的提取1、铌资源世界铌储量19555万吨（Nb2O5，不包括中中国、前苏联联的低品位铌铌矿）前三位：国名储量（万吨Nb2O5）原矿Nb2O5%比例巴西13994.72..65771.2扎伊尔1901.179.7加拿大16000..408..2含铌矿物130多多种，最重要要2种：铌钽铁矿矿(Fe,Mnn)O(Nbb,Ta)22O5烧绿石NaCaNNb2O6中国铌资源90%%在包头白云云鄂博共生铁铁矿中，78.7万吨Nb2O5，原矿Nb2O50..065-00.16%，铌与铁矿矿共生，晶粒粒很小，分散散度大，难以以选矿密集。2、铌用途85%用于钢的合合金添加剂{其中70%用于低合金金高温度钢（Nb，0.0155-0.055%）}，其他有超导材料、电电子材料（铌铌电容器），光光学玻璃3、国外主要提铌方方法巴西提铌方法烧绿石矿石（Nb22O52.665%）↓（粉碎、磁选、浮浮选）铌精矿（Nb2OO565%）铝热还原法↙↘溶剂提取法法铌铁氧化铌（Nb2OO599..1%）（Nb，63%）↓铝热还原粗金属铌（Nb97%）↓电子束熔炼金属铌（Nb99.9%%）4、包头共生铁矿中铌铌的提取方法法白云鄂博矿TFFeRxOyNb2O5P2O5F30-45%%＞5%~0.1%%~15-881）从平炉渣中回收铌铌（高→转→电→电流程）高炉→平炉→平炉渣→高炉→侧吹转炉→电炉→电炉Nb2O50..7%Nb~~0.8%Nb2O54-6%%渣铁分离去磷磷Nb-Fee产品：低级铌铁NNb10-116%Mn400-60%2）从中贫矿冶炼铁水水中回收铌稀土渣中贫铁矿原矿→高高炉＜半钢铁水Nb0.22%→底吹转炉＜铌渣→电弧炉(NNb2O55-7%%)Nb-FFe(Nb100-13%))3）从高炉铁水中回收收铌（底吹连连续分段脱硅硅提铌）低频感应炉熔化包包头高炉铁水（Nb0..1%,Si0..4%）→第一段脱Sii保Nb(Sii0.4↓↓0.15%%)→第二段提Nbb（铌渣Nb2O510%）硅铌选择性氧化原原理[Si]+OO2=(SSiO2)2[Nb]+5/2OO2=（Nb2O5）（Nb2O5）+5/2[[Si]==2[Nbb]+55/2（SiO2）碳铌选择性氧化原原理4/5[Nb]]+O22=2//5（Nb2O5）(1))2[C]+O2=2CCO((2)2/5（Nb2OO5）+2[CC]=44/5[NNb]+2CO(33)控制提Nb炉内温温度<碳铌转化温温度（<1400℃），抑制碳氧氧化。4)选冶流程原矿↓弱磁选↙↘铁精矿尾矿↓↓高炉强磁选↑↙↘←←铁精矿尾矿↓浮选↙↘富铌精矿←浮选←←尾矿稀土精精矿（Nb2O51%）二、稀土的提取取1稀土元素原子序数57---71的15个镧系元素+Sc（钪）和Y（钇）共17个元素。钆之前7个元素（包包括镧、铈）称称为轻稀土元元素或铈组元元素；钆和钆之后的元素素（包括钆）称称为重稀土元元素或钇组元素。2稀土资源稀土矿物250种种以上，具有有工业价值的的约50-60种，最有开开采价值10种，最重要的稀土矿物物：（Ce，La）FCO3氟碳铈镧矿矿CePO4·TTh3（PO4）4独居石磷钇矿是钇和重稀土的的重要资源我国稀土工业储量量1557万吨，是国国外储量的2.2倍，国外主主要在美国、印印度、巴西、澳澳大利亚、前前苏联，工业业储量共901.111万吨包头白云鄂博共生生矿稀土工业储量14444.755万吨（REO），占全国国总储量80%以上，主要要是轻稀土（铈铈组），包头头铁矿中含稀稀土氧化物5.41—5.18%。江西稀土资源离子吸附型稀土矿矿，主要是重重稀土（钇组）原矿品位0.0088-0..2%，但不用选选矿，可直接接浸出得稀土土氧化物3稀土的用途（1）冶金工业中应用用①铸铁----生产产球墨和蠕墨墨铸铁②钢中硫氧化物的形形态控制，RE2O2S，[S]＜0.001%加稀土，%RE/%S＞3③有色合金（2）新材料-----铁硼等磁性性材料，LaNi5储氢材料，镍镍-氢电池，超超导材料（3）石油化工-----合成氨，石石油裂化的催催化剂，合成成橡胶，油漆漆，颜料（4）玻璃陶瓷4稀土的采选（1）包头矿原矿磨细（-2000＞95%）↓弱磁选↙↘再磨稀土萤石浮选选↓泡沫↙↘磁选或浮选分分离强磁选↓↙↘↙↘铁精矿稀土精矿矿萤石精矿浮选尾矿品位65%品位661%品位86%↓铁精矿（2）江西矿原矿↓7%NaCl或→淋洗（或池池浸）1~2%(NH44)2SO4↙↙↘尾渣澄清液（或浸出液液）↓沉淀←饱和NH4HCO3↓过滤↙↘滤饼滤液↓↓110℃水洗烘干干再生↓↓850℃焙烧清液液←NaCl或↓↓(NH4)22SO4RExOy＞922%返回淋洗以上两类稀土精矿矿的化学成分分RExOyFeeThOOP2O5SiO2FCaBaMMn包头稀土精矿6604..80..18-0..25--60..5-1.557.24-50.940.122江西龙南矿≥9920.005＜0.04770.001--------3.1110.01880.0015稀土的提取方法「①氯化稀土→熔盐盐电解制取稀稀土合金（混混合或单一）∣②氟化稀土「→→钙热法生产产稀土金属稀土精矿→→中间间合金法生产产稀土金属∣③稀土氧化法→镧镧、铈还原法法生产稀土合合金∣④碱分解→溶剂萃取取、离子交换换、选择性氧氧化还原∣→单一稀土化合物⑤稀土精矿或富渣→→硅铁还原法法生产稀土硅硅铁合金→配入其他金属（如如镁）生产多多元复合稀土合金从氟碳铈镧矿提取取氯化稀土包头稀土精矿主要要有氟碳铈镧镧矿和独居石石组成①低温硫酸法浓硫酸↓Ｎa2SSO4↓稀土精矿→硫硫酸焙烧→水浸出→复盐沉淀→过滤→回转窑300-4400℃可溶性稀土土硫酸盐NaOH↓HCll↓碱转化→RE(OOH)3滤饼→优先溶解→过滤，RECl3溶液→RECl3「萃取、离子交换提提取单一稀土土化合物→蒸发浓缩得RECCl3•nH2O→干燥真空脱脱水→天水氯化稀稀土→熔盐电解氯化稀土硫酸焙烧：2RREFCO3+3HH2SO4=RE2(SO4)3+3HF+2COO2↑+2H2O2REPPO4+3HH2SO4=RE2(SO4)3+2H3PO4水浸出后复盐沉淀淀：xRE2(SO4)3+yＮa2SO4+zHH2O=xxRE2(SO4)3•yＮa2SO4•zH2O碱转化：RE22(SO4)3•Ｎa2SO4•2H2O+66NaOHH=2RE(OH)3↓+4Ｎa2SO4+2H2O②高温氯化法稀土精矿CCl2↓废气＞→混料制团→氯氯化→残渣木碳粉10000℃无水氯化稀土→熔盐电解还原剂、粘结剂氯化反应:RE2O3+3CC+3Cll2=2RRECl3+3CCO无水稀土氟化物的制制备①RE2O3+6HFF(g)=RREF3+3HH2O550--5755℃，在Ni或Cu-Ni合金管中进进行②RE2O3+6NHH4HF2=2REF3+6NNH4F+33H2O200--3000℃生成REF3，剩余NH4HF2、NH4F在450℃加热除去（3）碱分解稀土精矿矿用NaOH溶液分解解氟碳铈镧矿矿或独居石，原原理和流程如如下①碱分解：REFCO3+33NaOH=RE(OH)3+NaaF+NNa2CO31400℃溶解REPO4+3NNaOH==RE(OH)3+Naa2PO3沉淀②加HCl优溶：RRE(OH)3+3HHCl=RECl3+3H2O浓缩结晶工艺流程稀土精矿↓碱分解NaOHH55--60%↓水洗过滤↓沉淀物RE(OHH)3加HCl溶解↓↓↓RECl3溶液RECl33溶液↓↓浓缩结晶萃取法或或离子交换↓↓RECl3产品品制取单一稀稀土化合物（4）稀土氧化物制取取碱分解稀土精矿→→RE(OOH)3→600～700℃煅烧→稀土氧化物物6.稀土金属的的生产（1）熔盐电解法生产产稀土金属无水氯化稀土与溶溶剂（KCl或KCl+NNaCl）组成熔体体，电解温度900℃℃,在电解槽中中电解直流电电场下:阴极（钼）RE3+++3e=RRE（混合稀土土金属：镧、铈铈）阳极（石墨）2CCl-=Cl2+2e（2）金属热还原法生生产稀土金属属=1\*GB3①稀土氟化物的钙还还原法REF3在感应应炉或电阻炉炉(真空或惰性性气氛),14000-1600℃,加Ca2REF3+3CCa=2REE+3CaFF2=2\*GB3②稀土氧化物的Laa、Ce还原法例：Sm2O3+2Laa=2Sm+La2O3(氧化钐被镧镧还原)Sm2O3+2Ce=2Smm+Ce2O3(氧化钐被铈铈还原)真空下Sm沸点点低，蒸汽压压远大于La、Ce，1250℃Sm蒸发出来，冷冷凝收集。=3\*GB3③中间合金法制取稀稀土金属氟化稀土+Caa、Mg、CaCl2→Y-Mg合金→真空蒸馏去Mg→Y950℃钛、铌坩坩埚CaCCl2+CaF2成渣主要用于制取熔点点高的钇、铒铒、钬镥、镝等重重稀土金属。7.稀土硅铁铁（硅镁）合金金添加剂的生生产（1）电炉硅热还原法法稀土富渣（或稀土土精矿）+石灰→电弧炉1300--1350℃，加硅铁还原原→稀土硅铁（含混合合稀土Ce、La20--40%，Si400%）↓稀土硅铁重熔配MMg生产稀土硅硅镁合金（2）碳化钙硅还原法法钇钼重稀土精矿＋石灰灰、硅石、萤萤石→电弧炉1600--1800℃（CaC2＋硅铁还原）→稀土硅合金（含稀稀土20-400、Si33--45、Fe20--30%）第三节有色金属属共生矿的综综合利用金川镍铜复合矿资资源金川Ni储量仅次次于加拿大国国际镍公司萨特伯伯利矿居世界界第二位金川Ni储量548.6万吨，Cu储量347.3万吨，伴生元素钇、铂、钯钯、金、银、锇锇、钌、铹、铱等18种有价元素素。露天矿原矿Ni0.5%%Cu0.23％含Ni矿物：（Ni,FFe）2Ｓ4地下矿原矿Ni1.811%Cu0.96%选矿后镍精矿成份NNiCCuCoFFeSSSiiO2MgOOCaOOAl22O3地下矿5-62.5-330.12231--32251281..511.0露天矿3.4-44１.5-20.100191020211.51.55金川矿镍铜的分离离与提取工艺流程镍精矿电炉熔炼渣低冰镍（Ni110-12%%，Cu6--7,Co0.3,FFe50--52,S24）由风口鼓入空气→→卧式转炉(高冰镍Ni+CCu75%%,S220%)烟气（SO2）高冰镍转炉渣(Co0..5-1%))破碎、磁选、浮选选电炉贫化化(Co1..6%)→提钴铜镍合金硫化化镍精矿硫化化铜精矿二次硫化冶炼熔化化（反射炉）熔熔炼（反射炉炉）二次合金硫化镍硫硫化铜电解电电解（阳极Ni688,Cu6，S22）（粗铜,Cu997.1，做阳极）提取贵金属电解镍镍电解铜(金、铂、钇、铑、铱)2.电炉熔炼反应热分解(10000℃以上)FFe7S8=7FeSS+S22CuFeSS2=2FeSS+Cu2S+S23(Ni,,Fe)S=3FeSS+NiS++S2造渣10FFe2O3+FeS==7Fe3O4+SO233Fe3O4+FeS++5SiO22=5(2FFeO.SiO2)+SOO222FeO+SSiO2=2FeOO.SiO22CCaO+SiiO2=CaO..SiO2MgO+SiO22=MgO..SiO2脱硫率15-220%得低冰冰镍3.卧式转炉吹吹炼反应(12000-12550℃)FeS+OO2=FeO++SO2Cu2S+O2=Cu2O+SO2Cu2O+FeSS=Cu2S+FeONiS+OO2=NiO++SO2NiO+FeSS=NiiS+FeO2Cu2O+Cu2S=6Cu+SSO24Cu+Ni3S2=3Ni+2Cu2S造渣2FFeO+SiiO2=2FeOO.SiO224.高冰镍选矿矿分离保温铁模内缓冷三三天（Cu2S,Nii3S2晶粒充分长长大）破碎，球磨磁选出铜镍合金浮选分离Cu2SS和Ni3S25.电解阳极反应：Ni33S2－6e=3NNi2++2S0阴极反应：Ni22++2e==Ni第四节硼铁矿综综合利用研究究硼铁矿资源辽宁东部地区硼铁铁矿，铁储量量仅１亿吨，ＢＢ2O3储量2500万吨,占我国60%%全国Ｂ2O3储量量3900万吨,青海29.6%%,西藏3.9%．世界硼资源排序：：美国、前苏苏联、土耳其其、中国硼用于冶金、化工工、轻工、医医药、电子硼加入钢中可提高高淬透性硼铁矿主要矿物：：磁铁矿、硼硼镁石、硼镁镁铁矿原矿成分TFFeB2O5MMgOSSiO2CaOOS25-326-111244-2714-1660.55-200.7-1..4二、选矿原矿破碎磨细磁选细磨磁选铁精矿浮选（品位62-666%）捕收剂精选硼精矿中矿尾尾矿（B2O321-227%）选矿为实验室结果果，工业上未未解决细磨和和脱水技术，尚尚未在工业上上实施。三、硼铁矿火法分分离1．高炉冶炼原矿（TFee35-337%,BB2O57.5%%）加入小高炉,焦比1.8t//t铁(B2O3)++3C=2[[B]+33CO(FeO)+C==Fe+COO3(FeO)+22[B]=(BB2O3)+3Fee硼14%进入铁,85%进入渣铁水中B～1%%,渣中B2O5～12%直接还原－电炉熔熔分硼铁矿煤破碎磨矿（0.55-20mmm）破碎筛分（0.5-220mm）回转窑直接还原电炉熔化分离含硼铁或半钢硼渣渣（B2O520%）化工提硼电炉冶炼硼铁硼铁原矿→电弧炉碳还还原→硼渣（B2O512-155%）第五节红土矿中中铬、镍、铁铁的分离与提提取世界上蕴藏着丰富富的红土矿，总总储量约200亿吨，红土土矿的化学成成分：Ni+CoFeCr2O3SiiO2All2O3MggOCCaO1.0400-485.122100-173-533-51.5--3希腊、阿尔巴尼亚亚、古巴等国国的储量都较较多，我国攀攀西地区也有有红土矿。红土矿中含有Nii、Cr、Co和较高的Fe，具有很大大的综合利用用价值，但也也由于分离提提取工艺比较较复杂，目前前红土矿尚未未很好利用。德德国、瑞典、希希腊、美国、前前苏联都进行行许多研究工工作。我国70年代援建阿阿尔巴尼亚爱爱尔巴桑冶金金厂，对红土土矿的综合利利用作了大量量研究工作，最最终建成了该该厂。一、红土矿中镍、铬铬、铁的分离离与提取（一）火法冶金（1）电炉流程原矿破碎、干燥筛筛分↓回转窑还原焙烧9880-10000℃脱结晶水，预预还原↓电炉还原↙↘14--17%（Ni+Co）Fe-NNi合金铁渣FeO42--445%CCr2O33--33.7%↓↓转炉吹炼→铁渣→→电炉碳还原原↓↗↓25--30%（Ni+Co）Fe-NNi合金↗铁水↓↗↓转炉吹炼→铁渣转转炉炼钢↓Fe-Ni90%（Ni+Co）↓NiCl2液电解解←HCll↙↘金属Ni含Co电解液→Co(OOH)3→煅烧→氧化钴↑NaOH（2）高炉流程氨浸法提Ni、CCo→浸出渣烧结→高炉→摇包炉脱Cr→转炉炼钢（二）湿法冶金↗浸出渣烧结→高炉炉炼铁回转窑还原焙烧→→焙砂氨浸→Ni、Co进入溶液液↘通入H2先还原Ni←硫酸酸铵溶液溶解解结晶物←蒸去NH3↓过滤后再还原Coo↙↘NiCo还原焙烧常压氨浸浸工艺（1）还原焙烧砂在NHH3—CO2—H2O溶液中通空空气（2）在113-120℃℃时蒸铵，生成碱碱式碳酸Ni沉淀（3）然后用三种方法法提取Ni①回转窑煅烧成NiiO②硫酸溶解，电解提提Ni③硫酸铵溶解,H22还原得到Ni粉（三）铁水脱铬上述阿尔巴尼亚红红土矿经氨浸浸提取镍钴后后的铁精矿，经经烧结，30M3高炉炼铁，得到生生铁成份如下下：CSiMnPSCrNi这种铁水含Cr很很高，如直接接用转炉炼钢钢，炉渣粘稠稠，脱S、P非常困难。因因而采用高炉→摇包脱Cr→氧气顶吹转转炉炼钢流程程。铁水脱Cr是在摇摇包炉中进行行，摇包炉实实验时公称容容量1.5吨，高1575mmm，外径1164mmm，熔池深度300-4400mm，用高铝砖砖砌炉衬。顶顶部用喉口直直径10mm，出口直径13mm的拉瓦尔水水冷氧枪供氧氧。采用多段“吹氧——空摇”工艺，用富富铁矿做冷却却剂进行铁水水脱铬试验，取取得了满意的的结果。在北京科技大学1100Kg热模拟试验验基础上，进进行1.5吨的半工业业试验，摇包包吹炼工艺要要点：①兑铁水；铁水温度度应≥1250℃，②点火：铁水兑入后后，立即以54转/分摇动，并并吹氧点火，③一吹：Si、Mnn、Fe氧化，温度度升高到1350℃开始加入矿矿石，当温度度升到1380--1420℃，由于碳开开始氧化火焰焰明亮，后停停氧。④一摇：空摇，陆续续加矿石，空空摇10分左右，当当温度降到1350℃停止空摇，⑤二吹：温度13550℃左右开吹，2-3分钟可达1380--1400℃，停氧。⑥二摇：利用渣中高高的FeO，进一步降降低铁水中Cr，空摇3分钟，终点点温度控制在在1380--1400℃。⑦兑半钢和倒渣：先先倒出半钢，后后倒Cr渣，如渣太太粘，后期可加加砂和萤石。半钢铁水含Cr0.3%，C3.554%，平均脱Cr率91.9%，脱C率24.6%，半钢温度1380℃。（半钢成成分C3.115-3.552Crr0.188-0.455Si0.10S0..042P0.11）铁水脱铬的原理是是：选择性氧氧化，即脱铬铬保碳，即用用氧气吹炼在在摇包内于碳碳焰上来之前前将铬氧化入入渣。如温度度过高，则必必须向熔池加加冷却剂（矿矿石），以便便得碳不被氧氧化或少被氧氧化。脱铬后后的半钢必须须含有较高碳碳，才能在炼炼钢时保持充充足的热源。可用反算求得Crr2O3活度系数（即即假定碳焰上上升为转化点点，△G=0），在将带入入反应方程式式计算转化温温度，以控制制合适的脱铬铬温度，一般般不大于1400℃。转化温度度计算方法如如下：4/3[Cr]+2CO=2/33(Cr2O3)+2[[C]△G0=1199300+775.95TT假定△G=0，PCO==1大气压，将将渣和铁水成成分代入上式式，利用eij算出转化温温度（平均值值为1.4×110-6）。计算算结果可得出出如下结论：：①转化温度随铁水和和炉渣成分而而变，②铁水C一定时，余[Crr]越低，转化化温度越低。③如要求脱Cr率较较高，温度也也较高，则只只能多氧化一一部分[C]，④熔池温度一般不宜宜超过1400℃，根据以上结论，控控制吹炼操作作应注意两点点：①根据估算的转化温温度，吹炼过过程控制温度度不得超过，②根据估算的转化温温度，计算需需用的冷却剂剂（矿石）加加入量。氧化镍矿中提Nii→电炉还原→Ni铁铁氧化镍矿→→鼓风风炉还原硫化化熔炼→回转窑直接还原→→含Ni粒铁（Ni+Coo20--28%）→高炉还原熔炼→镍磷铁鼓风炉还原硫化工工艺含氧化镍Ni矿石↓制团或烧结↓硫化剂（石膏CaaSO4）→鼓风炉熔炼炼←焦炭，石灰灰石↓低冰NiNii15-118,FFe60--63,S16--20↓转炉吹炼↓高冰NiNii78-779,FFe0.22-0.3S177-19↓焙烧NNiO含S0..4-0.66%↓电炉C还原粗Ni第四章冶金二次次资源的回收收和利用冶金二次资源钢铁工业二次资源源采矿、炼铁、炼钢钢、轧钢生产产过程中形成成的废料。如如：废钢铁、切切头、切尾、车车屑报废的机器、设备备、零件生活废弃物冶炼炉渣、粉尘、氧氧化铁皮二、有色金属二次次资源1．废杂有有色金属1）铜及合金原料。如如：电线、含含铜零件2）铝及合金废料。如如：电线、民民用器皿、易易拉罐3）铅及合金废料。如如：蓄电池、耐耐酸容器、废废轴承4）锌及合金废料。如如：废干电池池5）锡废料。如：废罐罐头盒（白口口铁）。6）镍及及合金废料：：如：电热合合金7）钨、钴废料。如如：硬质合金金（WC、Co）、模具、刀刀具2．含有色金属的工工业废渣1）火法冶金废渣、冶冶炼粉尘:常含有较高高的有色金属属2）湿法冶金浸出渣渣：如湿法炼炼锌浸出渣含含Fe500-60%3）电解加工阳极泥泥:通常含有多多种有色金属属元素4）废催化剂：石油油、化工、化化肥工业的催催化剂含有各各种有色金属属。如：含镍镍催化剂（Ni122-25%）,含锌催化剂Zn200-90%,,含钨催化剂W25%%,含铜催化剂Cu299-39%5）化工废渣。如：：硫酸渣含Fe500-60%，还还含Cu、Ni、金、银。钢铁厂含锌冶金粉粉尘的处理和和利用一、含锌锌冶金粉尘的的来源和处理理目的钢铁厂含锌铅尘泥泥所造成的环环境污染问题题，自七十年年代开始受到到西方各国政政府的高度重重视，从而制制定了相应的的法律对此类类尘泥的堆放放和处理进行行了严格限制制。尤其是随随着镀锌废钢钢的大量增加加，使钢厂粉粉尘中含锌铅铅量迅速增加加，各国法律律加快了严格格实施的步伐伐，给各钢铁铁厂造成了很很大的压力。所所以，从八十十年代后期开开始，对该类类尘泥处理工工艺的研究已已经成为西方方冶金界的热热点之一。我我国目前尚未未对含锌粉尘尘进行有效地地的处理和利利用，根据统计计，工业化国国家每生产1000吨钢的原材材料中包括----镀锌锌废钢中含锌锌为5吨-----普通废钢中中含锌为2吨-----铁矿石中含含锌为258公斤-----煤的灰份中中含锌为12公斤目前，全全世界每年的的锌产量约500万吨，其中50%用于镀锌钢钢材的生产。近近年来，工业业化国家的废废汽车、家用用电器、防腐腐材料的镀锌锌废钢逐年增增加。镀锌废废钢在炼钢过过程中，锌挥挥发进入粉尘尘。表1-1国外粉粉尘单位产出出及成分(%)粉尘种类产出量(kg/tt(HM)FFeZnPbC电炉粉尘5-22010-36614-4403--600-4高炉粉尘14-33020-5000.5--250.22-1.5225-60转炉粉尘7-33054-8002.5--80.22-1.01-2粉尘平均成分西欧229163.12.0北美22718.32.021.2表1-2国内含锌锌粉尘单位产产出量及成分分（%）粉尘种类产出量(kg//t(HMM))FeeZnPbbC电炉粉尘4.5--22.55-450-770-40--4高炉粉尘10-880100-450-20000-73-211转炉粉尘8-220555-660-500.50-2我国广东东、广西、湖湖南、湖北、江江西、贵州的的省的铁矿石石中含有锌。在在高炉炼铁时时，锌挥发进进入粉尘。表国内用含锌铁矿矿炼铁时的高高炉粉尘成分分（%）粉尘种类FeZZnPbC柳钢高炉粉尘16-331114.9-116.677-8222-27涟钢高炉粉尘33-33755.9-166.811.7-2..0333-37含锌冶金粉尘的处处理目的环境保护1976年年，美国环保保局（EPAA）根据含锌锌铅钢铁厂粉粉尘露天堆放放时，在雨水水作用下，其其中的锌铅离离子渗入地下下水源的情况况，在新制定定的环境资源源保护及回收收法（RCRRA）中，将将含锌铅的钢钢铁厂粉尘划划分为K0661类物质（有有害固体废物物）。要求钢钢厂对其中的的锌铅等有价价元素进行回回收处理或钝钝化处理，否否则，必须将将粉尘密封堆堆放在由专人人监管的山谷谷中。在此之之后，该类粉粉尘的堆放费费用逐年升高高，到一九九九0年已达到3000$/t。继继美国之后，欧欧洲各国，日日本，韩国也也都制定了类类似的法律。铁资源的再循环利利用普冶金粉尘含铁较高高,一般可配入入烧结原料进进行循环利用用,但高炉能接接受的原料含含锌量仅150g//t铁,高炉炉料中中挥发出来的的锌易在高炉炉炉喉、上升升管等处形成成锌瘤，炉喉喉处的锌瘤滑滑落会引起炉炉况严重失常常，甚至引起起风口灌渣与与烧毁。上升升管处的锌瘤瘤会堵塞煤气气通道，使炉炉顶压力升高高，造成钢结结构被气流冲冲刷穿孔或大大钟难于打开开等现象。此此外，渣中含含有过多氧化化锌对炉衬侵侵蚀也比较严严重，铅在高高炉炉缸中集集存，会较严严重地破坏炉炉底砖衬，降降低炉缸寿命命。因此，含锌粉粉尘必须经过过脱锌处理，才才能进入钢铁铁生产的内部部循环。3．．锌的回收由于含锌粉尘还未未达到锌工业业炼锌原料的的标准，所以以不能直接用用于炼锌。通通过处理，从从粉尘中回收收的富锌挥发发物可作为炼炼锌原料。三、含锌冶金粉尘尘的处理方法法1、物理分分离法1）磁磁性分离在含锌冶金粉尘中，分分磁性和非磁磁性颗粒，磁性颗颗粒含锌少，可可用磁选分离离。表电炉粉尘磁性分离离结果分离前成份分离后成份Fe:29%,Zn16%,Pb3.1&,,C22.4%磁性（53%）Fee:43%Zn:77.5%Pb:1..3CC:1.2%%非磁性（47%）Fe::12%Zn:222%PPb:3.00C::4.0%2）机机械分离由于含锌粉尘中的的颗粒大小不不同，细粉部部分含锌较高高，可用水力力旋风分离器器分离。上述物理法处理后后，可得到贫贫锌和富锌两两部分粉尘，贫锌部分可配入烧结原料，富锌部分需进一步处理。但物理法分离锌的效果不好，锌的回收率也不高（60%）。2．火法法冶金处理根据粉尘中锌含量量不同，含锌锌粉尘的火法法冶金处理方方法列入下表表粉尘种类火法处理方法高锌粉尘(Zn>>40%）鼓风炉（ISP法法），竖罐蒸蒸馏法，电热热竖炉法中锌粉尘(Zn15-300%)回转窑（Waellz法），火焰反反应炉，电炉，等等离子炉低锌粉尘(<100%)转底炉（Inmeetco法），回转转窑，熔融还还原法，循环环富集法以下介绍几几种在工业上上采用的含锌锌粉尘火法处处理方法（1）高锌粉尘的处理方方法1）鼓风炉（ISPP法）该该方法是英国国帝国熔炼公公司发展起来来的火法炼锌锌方法，在锌锌工业中被广泛采用用。适合与处处理含锌40-600%的原料。工工艺是将高锌锌粉尘制成球球团，与焦碳碳一齐加入加加入炉内，反反应如下：ZZnO+C=ZZn↑+COOZZnO+CO=Zn↑+COO2Zn蒸发后，用铅雨冷冷凝器回收液液锌。2）竖罐蒸馏法一种老式式的火法炼锌锌工艺。原料料要求Zn>400%，焦粉和含含锌原料混合制团，采用间间接加热（在在罐体外部的的燃烧室用煤煤气加热）。ZnO被C还原蒸发，冷凝器器回收液锌。（2）中锌粉尘的处理理方法1）回转窑法Waelz法是德德国鲁奇公司司和BUS公司70年代中期开开发的一种方方法,适合处理含含锌20%左右的电炉炉粉尘（如粉粉尘含锌较低低，经济上不不合算）。工艺：：将粉尘制团团与焦碳和煤煤粒一齐加入入回转窑内，烧烧油或煤气加热。粉尘中ZZnO和PbO被还原挥发发由布袋除尘尘器收集，挥挥发物Zn（Zn+ZnO）++Pb600-70%，Zn回收率95%，挥发物经经处理后送到到炼锌厂。排出的含铁残残渣可少量加加入电弧炉炼炼钢，或做混混凝土骨料、水水泥。欧洲、美美国、日本有有13个工厂用回回转窑处理电电炉含锌粉尘尘。2）火焰反应炉（闪闪烁炉）美国St..Joe矿物公司1988年开发投产产，已有3个工厂在运运行，处理电电炉粉尘，能能力5万吨/年。工艺：：粉尘+焦粉+氧或空气一一齐喷入炉内内，碳氧燃烧烧，在1600ooC高温下，粉粉尘中ZnO被还原挥发发，用布袋除除尘器收集富富锌挥发物（含Zn～40%，含铁较高），排出含铁残渣。3）等离子炉炉瑞典SKF公司1984年开发投产产，处理电炉炉含锌粉尘，能能力7万吨/年。美国1989年建了2个厂，处理理能力7200和11000吨/年。工艺：粉尘+焦粉或煤粉+熔剂一齐喷喷入炉内，由由等离子枪加加热，粉尘中中ZnO被还原蒸发发，用铅雨冷冷凝器回收液液锌，排出残残渣，产出高高碳铁水。缺点：电耗大，电电能成本高，耐耐火材料消耗耗高，后停产产。低锌粉尘的处理方方法转底炉1978年美国宾宾夕法尼亚州州Ellwoood城的国际金金属回收公司司（InterrnatioonnalMetallRecllamatiionCoompanyy简称Inmettco）开发的一种种直接还原工工艺。当时的的目的是用于于处理美国、加加拿大电炉冶冶炼不锈钢的的粉尘（含Cr、Ni、Mo、Fe氧化物），工工厂的处理能能力为5万吨/年。90年代，德国国德马克公司司和美国Inmettco公司利用直直径16.7m的转底炉做做了大量含锌锌粉尘处理的的工业试验，获获得了很好的的结果。1997年美国在田田纳西州的Jacksson钢厂建成了了一座转底炉炉处理含锌粉粉尘。2000年由日本神神户钢铁公司司为新日铁广广田厂提供的的年处理19万t粉尘的转底底炉投产；2000年日本大同同特钢公司和和三井物产公公司从美国Inmettco公司引进技技术，为新日日铁君津厂提提供年处理18万t粉尘的转底底炉生产用于于高炉的金属属化球团。转底炉处理含锌粉粉尘粉尘的工工艺为：高炉炉粉尘、转炉炉粉尘、含油油铁磷、焦碳碳末、煤粉混混合造球，在在转底炉内1250oC还原，ZnO和PbO被还原挥发发，由布袋除除尘器收集富富锌挥发物（含Zn～40%），得到金属化球团用于电弧炉炼钢或加入高炉炼铁。下表为Inmetco公司处理含锌粉尘的工业试验结果。CTFFePbZnSFe的金属化率锌的挥发率率生球团金属化球团20.5366.40.86.81.05.4700.7<<0.0550.551..390.5592.6竖炉熔融还原法日本川崎钢铁公司司1999年建设了每每天处理70-1000吨的工业装装置。Romelt熔融融还原法前苏联莫斯科钢和和合金研究所所发明的技术术，日本新日日铁采用该方方法进行冶金金粉尘处理的的开发。AISI熔融还原原法美国钢铁协会开发发的方法，进进行了粉尘处处理的工业试试验。含锌粉尘循环富集集喷入电弧炉转炉系统循环富集集奥钢联采用该法（宝宝钢引进）粉尘中锌含量的在在线激光检测测仪湿法处理1）酸浸22）碱浸3）氨浸EZINEX法（氨氨浸+电解）ZnO+2NHH4Cl→Zn(NNH3)2Cl2+H2O然后电解得到金属属锌，含铁残残渣配煤返回回电炉炼钢。含铁冶金粉尘的处处理和利用钢铁冶炼过程中，烧烧结机、高炉炉、转炉、铁铁水预处理和和炉外精炼及及其他冶金炉炉都排出大量量高温烟气，其其中含有大量量烟尘。这部