冶金概论论文 肖雪松 Microsoft Word 文档.doc

选课课号： (2011-2012-1)-BG11191-320001-1 课程类别： 公选课 冶金工程概论课程考核（课程论文） 题目：湿法冶金的发展 作 者： 肖雪松 学 号： 2010441050 授课教师： 杜长坤 班 级： 热动普10级1班 重庆科技学院冶金与材料工程学院2011年11月 中国 重庆湿法冶金的发展【摘 要】介绍了湿法冶金和微生物湿法冶金的发展过程,评述了近年来国内外微生物浸矿和微生物浮选技术领域基础研究和实际生产应用新进展。【关键词】微生物 湿法冶金 浸取 Abstract: In this paper, the hydrometallurgy and biohydrometallurgy evolution were introduced briefly . The fundamental research achievements and practical application progress in bioleaching of ore and flotation bymicrobe at home and abroad in recent years were summarized .Keywords:Microbe; Hydrometallurgy; Leaching1 湿法冶金概述湿法冶金就是金属矿物原料在酸性介质或碱性介质的水溶液进行化学处理或有机溶剂萃取、分离杂质、提取金属及其化合物的过程。湿法冶金作为一项独立的技术是在第二次世界大战时期迅速发展起来的，在提取铀等一些矿物质的时候不能采用传统的火法冶金，而只能用化学溶剂把他们分离出来，这种提炼金属的方法就是湿法冶金 1 。它是在常温或低于100oC,用溶液处理矿石或精矿，使所要提取的金属溶解于溶液中，而其他杂质不溶解，然后再从溶液中将金属提取和分离出来的过程。由于绝大部分溶剂为水溶液，故也称水法冶金 2 。1.1提炼方法现代的湿法冶金几乎涵盖了除钢铁以外的全部冶炼工艺属于湿法冶金但大多数是矿物分解、提取和除杂采用湿法工艺,最后还原成金属采用火法冶炼或粉末冶金完成。 典型的湿法冶金有钨、钼、钽、铌、钴、镍、稀土、铀、钍、铋、锡、铜、铅、锌、钛、锰、钒、金、银、铂、钯、铟、钌、锇、铱、锗、镓等。 1.2高效逆流萃取器特点萃取效率极高，每小时可实现上万级萃取，对于分配系数差异较小的两种物质也能，轻松分离。适用范围广，可用于液液萃取的所有应用领域，节省成本，设备占地面积小，节省溶剂，易工艺放大，可轻松实现从试验级到生产级的放大，安全环保，仪器密闭性好，溶剂不易挥发，不产生固体废弃物，工作灵活，运行中途可停止，并不影响分离效果。 1.3基本介绍利用某种溶剂，借助化学作用，包括氧化、还原、中和、水解及络合等反应，对原料中的金属进行提取和分离的冶金过程。又称水法冶金，与传统的火法冶金同属于提取冶金或化学冶金。 1.4湿法冶金步骤湿法冶金包括下列步骤： 1）将原料中有用成分转入溶液，即浸取； 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洗涤回收； 3）浸取溶液的净化和富集，常采用离子交换和溶剂萃取技术或其他化学沉淀方法； 4）从净化液提取金属或化合物。在生产中，常用电解提取法从净化液制取金、银、铜、锌、镍、钴等纯金属。铝、钨、钼、钒等多数以含氧酸的形式存在于水溶液中，一般先以氧化物析出，然后还原得到金属。20世纪50年代发展起来的加压湿法冶金技术可自铜、镍、钴的氨性溶液中，直接用氢还原（例如在180,25个大气压下）得到金属铜、镍、钴粉，并能生产出多种性能优异的复合金属粉末，如镍包石墨、镍包硅藻土等。这些都是很好的可磨密封喷涂材料。 许多金属或化合物都可以用湿法生产。湿法冶金在锌、铝、铜、铀等工业中占有重要地位，目前世界上全部的氧化铝、氧化铀、约74%的锌、近12%的铜都是用湿法生产的。 1.5湿法冶金的发展过程第二次世界大战后，湿法冶金技术迅速发展，主要表现在以下几方面：1）从矿物中提取铀的技术有很大发展；2）1954年在加拿大对硫化镍、钴、铜矿加压湿法冶金技术研究成功并投入生产；3）50年代起稀有金属、半导体材料（锗、镓等）的提取技术有了迅速的发展；4）水解、沉淀、置换等分离、提纯的传统技术，逐渐被新兴的离子交换、溶剂萃取等新技术所取代。 1.6湿法冶金的优点60年代末至70年代初，出现了研究所谓无污染冶金的高潮。以湿法处理硫化铜矿为例,较成功的方法有：1）阿比特(Arbiter)法,即低压氨浸、萃取分离、残渣浮选法。硫产品形式为(NH4)2SO4或CaSO4。2）加压硫酸浸取法，85%的硫产品为单质硫。3）氯化铁浸出法，即氯化铁浸取、溶剂萃取、电积法。95%以上的硫产品为单质硫。4）舍利特高尔顿(Sherritt Gordon)法,即加压氨浸法。硫产品形式为(NH4)2SO4或CaSO4。 5）R.L.E.(roasting-leaching-electrowinning)法，即焙烧-浸取-电积法。硫产品为CaSO4或H2SO4。这些方法都可消除二氧化硫对空气的污染，同时能综合回收原料中的硫，已为中间试验所证实。在湿法炼锌方面，1981年已在加拿大建成一个直接加压湿法炼锌车间。硫化锌精矿不再经氧化焙烧而直接进行浸出，可节省25%的投资，并消除了二氧化硫对大气的污染。硫产品为单质硫，回收率为96%。原则流程见图。 湿法冶金过程目前 ,世界矿产资源日渐贫杂 ,资源、 能源、 环境问题越发引起人们重视 ,我国矿产资源国家战略地位与日俱增。 随着矿物贫杂化和严重能源危机及环境污染的加剧 ,传统的冶金技术面临巨大挑战 ,寻求更为高效、 低能、 清洁的绿色资源利用途径成为研究焦点。根据美国国家研究委员会 (NRC) 2001年的研究报告 ,在未来,美国矿业最重要的革新将是采用湿法冶金工艺取代有色行业传统的熔炼工艺 3 。2 微生物湿法冶金概述微生物湿法冶金技术是一门新兴的矿物加工技术 ,生物冶金是指在相关微生物存在时，由于微生物的催化氧化作用，将矿物中有价金属以离子形式溶解到浸出液中加以回收，或将矿物中有害元素溶解并除去的方法。许多微生物可以通过多种途径对矿物作用，将矿物中的有价元素转化为溶液中的离子。利用微生物的这种性质，结合湿法冶金等相关工艺，形成了生物冶金技术 4 。它包括微生物浸出技术和微生物浮选技术。微生物浸出技术始于 20世纪 50年代 ,并已在铜、 铀贫矿的堆浸及含砷难处理金矿的预处理方面实现了工业化生产应用;微生物浮选技术在 20世纪 80年代出现,目前尚在实验室研究阶段。由于微生物湿法冶金具有环境危害小和资源利用率高的优点,在资源环境问题日益受重视的今天倍受关注 ,在矿物加工领域展示了广阔的应用前景 5 。微生物浸矿是指用微生物生长代谢产生的酸性水溶液 ,将有价金属元素 (如铜、 铀 )等从其矿石中溶解出来 ,加以回收利用的方法。这些金属矿物一般指低品位矿、 复杂矿物、 尾矿石等用传统方法难以利用的矿物 ,是生物、 冶金、 化学、 矿物等多学科交叉技术。微生物浸出工艺一般采用堆浸,在细菌存在的情况下,如硫化矿物被氧化并释放出金属离子,浸出液回收有价金属,残余液添加试剂再返回堆中复浸。通常残余液中都含有硫酸及 Fe3 +/Fe2 +离子 ,这些对矿物金属的浸出是十分有益的。与传统氧化工艺相比，生物氧化工艺其成本低，无污染，对低品位难处理的硫化矿矿产资源的有效开发利用有着广阔的工业应用前景。相信在不远的将来，生物湿法冶金一定会得到更加广泛的应用。 2.1国外研究现状难浸金矿的细菌氧化预处理，最先是1964年在法国提出。法国人首先尝试利用细菌浸取红土矿物中的金，取得了令人鼓舞的效果。1977年苏联最先发表了实验结果。北美最先用搅拌反应槽对难浸金矿石及精矿进行细菌氧化，对于搅拌反应槽式细菌氧化厂的投产和推广，具有奠基作用。19841985年，加拿大Giant Bay微生物技术公司对北美及澳大利亚的30多种金精矿进行了细菌氧化实验研究。1986年南非金科公司的Fairview金矿建立世界上第一个细菌氧化提金厂，实现了难浸金矿细菌氧化预处理法在世界上的首次商用。 近年来，在国外该技术的研究与应用已成为矿冶领域热点。堆浸在铜、金等金属的提取上获得工业应用。自1980年以来，智利、美国、澳大利亚等国相继建成大规模铜矿物堆浸厂。对于锌、镍、钴、铀等金属的生物提取技术亦得到研究。加拿大用细菌浸铀的规模最大、历史最久，安大略州伊利埃特湖区三铀矿公司1986年产铀360吨。美国在浸取铜矿石时用细菌法回收其中的铀，1983年产值已达9，000万美元。法国的埃卡尔耶尔铀矿采用细菌浸出，1975年产铀量达到35吨。葡萄牙在1959年就有1个铀矿采用细菌浸出进行生产，铀浸出率达6080。 智利北部的Quebrada Blanca矿山是目前生物浸出实践中非常好的范例，并展示了生物湿法冶金在矿业中的成功发展。 2.2国内研究现状 由福建紫金矿业股份有限公司、北京有色金属研究总院等单位联合承担的“十五”国家科技攻关计划“生物冶金技术及工程化研究”课题进行了评审验收。课题完成后，将在我国首次实现硫化铜矿石生物提铜工艺工业化，形成的生物堆浸提铜工程技术、高效浸矿菌株选育及活性控制技术，可推广应用于低品位难处理硫化铜矿及表外矿，将显著提升我国矿冶技术水平和国际竞争力。 福建紫金山铜矿是一个含砷低品位大型矿床，现已探明铜金属工业储量253万吨。但一直以来，由于原矿品位低、含砷量高，采用传统的浮选火法炼铜工艺达不到预期目标，并会造成低品位铜矿资源的巨大浪费，于是紫金矿与北京有色金属研究总院合作、携手攻关，以紫金山铜矿为试验基地，对目前国际上最受青睐的湿法提铜工艺进行研究和开发。现在已建成了年产315吨电解铜工业试验厂，生产的电解铜达到国家一级电解铜标准。目前，紫金又开始着手建设年产1，000吨生物提铜工业试验厂，并力争在“十一五”期间建成年产1万吨电解铜的生物冶金工厂。项目建成后，紫金山铜矿将成为国内第一个具有工业规模的生物提铜基地。此外，紫金山铜矿还将利用这一新工艺着手进行生产有色金属纳米材料和其它新型粉体材料及复合粉体材料的研究，逐步实现传统矿业经济向新型经济产业迈进，力争在五年内把紫金矿业建设成为国内著名的高科技效益型矿业企业集团，并实现紫金山铜矿的全面开发。 由中南大学邱冠周教授为首席科学家的“微生物冶金的基础研究”项目针对我国有色金属矿产资源品位低、复杂、难处理的特点，围绕硫化矿浸矿微生物生态规律、遗传及代谢调控机制；微生物矿物溶液复杂界面作用与电子传递规律；微生物冶金过程多因素强关联3个关键科学问题开展研究。“微生物冶金的基础研究”分别获得2002年度“中国高等学校十大科技进展”和2002年度湖南省科技进步一等奖；2005年10月下旬，科技部正式行文，“微生物冶金的基础研究”被正式列入国家重点基础研究（“973”计划）项目。该项目的正式启动，标志着我国微生物冶金技术进入突破性研究阶段。随着项目研究的深入，不仅将在冶金基础理论上取得突破，建立21世纪有色冶金的新学科微生物冶金学；而且对解决我国特有的低品位、复杂矿产资源加工难题，扩大我国可开发利用的矿产资源量，提高现代化建设矿产资源保障程度，促进走可持续发展新型工业之路，实施西部大开发战略等都具有重要的作用。 据邱冠周教授说，微生物冶金技术将提高矿产资源的利用率两倍以上。以铜为例，中国铜的保有储量6，917万吨，传统的采选冶技术资源开发率只有28左右，而利用微生物冶金技术开发率则接近100，等于实际可利用铜将增加数千万吨。目前，世界上微生物冶金技术已在铜、金、铀的提取方面有所应用，国外微生物冶金处理对象主要是次生矿和氧化矿。中国在微生物冶金应用方面才刚刚起步，由于国内有90为复杂低品位原生硫化矿，因此这一技术应用前景十分广阔。 生物冶金技术引起了业界和国家有关部门的高度重视。一座规模年产5，000吨、年创经济价值9，000万元的示范工程正在广东金雁铜业公司兴建。微生物冶金过程反应温和、环境友好，不产生传统选冶过程的废气、废渣、废水污染，可以显著改善生态环境。尤其重要的是将矿产资源利用率提高了34倍，就可使我国实际可利用铜金属量从1，431万吨增加至4，150万吨以上，铜保有储量的服务年限从13年延长至50年！2.3生物冶金优点生物浸出技术的主要优点有：1）提高金和贱金属的回收率；2）从商业角度证实下游技术如溶剂萃取、电积法可用于经生物技术处理过的溶液现物生产贱金属；3）生产过程的简单化降低了前期投入和运营费用，缩短了建设时间，维修简单方便；4）生产在常压和室温（约为25摄氏度）条件下进行，不用冷却设备，节约了投资和运营资本；5）生物浸出的废弃物为环境所接受，节约了处理废弃物的成本，生物浸出的废弃物的预防措施也很少；6）细菌易于培养，可承受生产条件的变化，对水的要求也很低，每百万水溶液中可溶解固体物2万份。 3 结 语 生物冶金技术是一种环保、节能的新兴技术，结合我国现有有色金属资源的70%都是低品位、原生、多金属复杂矿，传统技术难以经济利用的特点。在我国推广该技术，意义巨大。随着地球上富矿及易处理矿石的不断被开采,剩下的资源就只能是难处理矿石、 贫矿及尾矿,而且随着人们对生态环境的认识加深,传统的矿物加工和冶金技术面临日益严重的挑战。生物冶金技术的发展更是未来研究重点。参考文献： 1 杨显万，邱定蕃.湿法冶金,1998,04. 2 李惠.钢铁冶金概论，1992,9. 3 温建康. 生物冶金的现状与发展 J . 中国有色金属, 2008(10) . 4 杨