有色冶金概论

1、有色冶金概论一.目录1. 绪论2 .铜冶金3 .铅冶金4 .锌冶金1. 绪论1.1金属及其分类金属是可塑性、导电性及导热性良好，具有金属光泽的化学元素。 金属：黑色金属和有色金属黑色金属：铁、铬、锰有色金属：除黑色金属以外的所有金属。分为：重金属、轻金属：贵金属、稀有金属、半金属。重金属：铜、铅、锌、镍、钻、锡、锑、汞、镉、铋轻金属：铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡贵金属：金、银和铂族元素（铂、铱、锇、钉、铑）稀有金属：锂、钛、锆、钒、钨、钼、镓、铟等。半金属：硼、硅、砷、砹。1.2冶金的概念及冶金方法分类冶金是一门研究如何经济地从矿石或其他原料中提起金属或金属化合物，并用各种加工方法制成具有一定性

2、能的科学。1.3冶金方法：火法冶金、湿法冶金、电冶金。1.4主要冶金过程：干燥、焙烧、煅烧、烧结和球团、熔炼、精炼、 吹炼、蒸馏、浸出、净化、水溶液电解、熔盐电解。干燥：除去原料中的水分。焙烧：将矿石原料或精矿置于适当的气氛下，加热至低 于他们的熔点温度，发生氧化、还原或其他化学变化的冶金过程。煅烧：将碳酸盐或氢氧化合物的矿物原料在空气中加热分解，除去二氧化碳或水分的过程。烧结和球团：将不同粉矿均匀或造球后加热焙烧，固结成多孔块 状或球状的物料。熔炼:将处理好的矿石或其他原料，在高温下通过氧化还原反应， 使矿石中的金属和杂质分离为两个液相层即金属液和熔渣过程。精炼：进一步处理熔炼所得含有少量的

3、粗金属，以提高其纯度。 吹炼：实质是氧化熔炼。蒸馏：将冶炼的物料在加热的条件下，利用物料的挥发度不同， 使物料中某些组分分离。浸出：将固体物料加到液体溶剂中，使固体物料中的一种或几种 有价金属溶解于溶液中。净化：净化是用于处理浸出溶液或其他含有杂质超标的溶液，以除去溶液中杂质至达标的过程。水溶液电解：在水溶液电解质中，插入两极，通入直流电， 使水溶液电解质发生氧化-还原反应。电解精炼和电解沉积。熔盐电解：用熔融盐做为电解质的电解过程2. 铜冶金铜的冶炼方法：火法炼铜和湿法炼铜火法炼铜是生产铜的主要方法。工艺过程主要包括四个主要步骤：造锍熔炼、铜锍吹炼、粗铜火法精炼和阳极电解精炼。湿法炼铜主要用

4、来处理氧化矿。工艺过程主要包括：浸出、萃取、反萃取、金属制备。图1 硫化钢矿火迭1台殊工艺流程|焰齐!I燃料硫化雨1情矿-造锍熔炼：在高温及控制氧化气氛条件下，使铁等杂质金属逐步氧化后进入炉渣或烟尘而被除去，金属铜以铜锍的形势得到提纯。造锍熔炼的方法：传统有鼓风炉、反射炉、电炉等。新的熔炼方法可分为闪速熔炼和熔池熔炼。闪速熔炼：芬兰奥托昆普(Outokumpu)闪速熔炼和加拿大国际 镍公司Inco闪速熔炼。熔池熔炼：反射炉熔炼、电炉熔炼、Nora nda法、白银法、三菱法、瓦纽柯夫法奥斯麦特-艾萨法等。铜锍吹炼：目的是除去这些锍产品中的铁、硫及其他杂质，产 出液态金属粗铜(99%左右)。铜的吹

5、炼过程是周期性地分段进行作 业。一般分为两周期：造渣期和造铜期。造渣期：锍倒入转炉吹炼到倒出转炉渣阶段。 主要是铁氧化造渣 阶段。FeS迅速氧化成FeO。造铜期：CU2S的氧化及CU2S与CU2O的相互反应产出金属铜。粗铜火法精炼是为了除杂质和回收有价金属，将铜制成阳极板。 一般在反射炉和回转炉中进行。主要包括两个过程：氧化和还原阶段。氧化阶段：Cu氧化为CU2O,杂质金属也氧化为MO, CU2O溶解于熔 铜中，而MO往往不溶解在铜中。还原阶段：用碳氢物质从熔铜中脱氧。常用木炭、焦粉、重油、天然气、甲烷等。铜电解精炼以火法精炼铜为阳极，纯铜片或钛板或不锈钢板作为阴极，电解液为含硫酸的硫酸铜溶液

6、。阳极溶解，阴极析出铜。湿法炼铜：湿法炼铜是用溶剂浸出铜矿石或铜精矿使铜进入溶液， 然后从经 过净化处理后的含铜溶液中回收铜的方法。主要处理低品位铜矿石、氧化铜矿石和一些复杂的铜矿石。工艺主要有：低品位铜矿堆浸萃取电积， 和硫化铜精矿 焙烧浸出电积。图2氧化铜矿涅法冶炼工艺流程电解詞浸出浸出过程常用溶剂：硫酸、氨、硫酸高铁溶液等。选择溶剂除考虑铜矿物的成分和性质以外， 还要考虑脉石的性质。对含二氧化硅高的矿石采用酸性浸出， 对含铁和碳酸钙（镁）高的矿石采用碱性溶剂，对含硫化物的混合矿石则宜采用硫酸高铁酸性浸出细菌浸出：利用细菌对硫化矿的直接和间接氧化作用从铜矿中提 起金属铜的浸出方法。湿法炼铜

7、中起作用的主要为氧化铁硫杆菌和氧 化硫杆菌。浸出方法：就地浸出、废矿或矿石堆浸、池浸、搅拌浸出等。铜 的溶剂萃取湿法炼铜采用萃取始于20世纪60年代中期，并迅速实现了工业 化，其规模在已有的金属萃取工厂中式最大的。工业上主要是从低品位氧化铜矿的硫酸浸出液及硫酸铜矿的氨 浸液中萃取铜。铜的电解沉积铜电积属于不溶性阳极电解，在阳极上进行水的分解析出 02, 阴极过程与电解精炼的相同，即 Cu2+在阴极上获得电子而析出金属 铜。铁离子影响：在电积过程中反复氧化和还原，造成电流效率低。 腐蚀阴极，产生阴极挂耳，即在溶液淹没线下发生下面反应：2Fe3+ + Cu = 2Fe2+ + Cu2+所以必须将铁

8、除去，以免铁在电解液中的循环积累。传统方法采用定 期抽部分废电解液，现在发展了离子交换和膜技术除铁。3. 铅冶金铅的生产方法现代铅的生产方法都是火法。火法炼铅按原理不同分为三种：反应熔炼、沉淀熔炼、焙烧-还原熔炼。反应熔炼：利用一部分 PbS氧化生成PbO和PbSO4，与未氧化 的PbS相互反应生成铅。PbS + 2PbO = 3Pb + SO2PbS + PbSQ = 2Pb + 2SO2沉淀熔炼：利用铁作沉淀剂置换铅。（已淘汰）PbS + Fe = Pb + FeS焙烧-还原熔炼：主要过程：烧结焙烧一一鼓风炉还原熔炼。目前占铅生产总量80%。焙烧-还原熔炼烧结焙烧：目的为了氧化脱硫和结块。

9、焙烧方法：主要分两次焙烧：预先焙烧和烧结焙烧。焙烧过程：PbS转变成PbO、Pb及PbSO4过程。烧结过程：使细小颗粒结块。烧结时，所形成的铅的硅酸盐和铁酸盐,由于熔点较低，冷却时成为粘结剂。带式烧结机：鼓风烧结和吸风烧结。硫化铅精矿配料熔剂制粒烧结焙烧烧结块烧第返粉含尘烟气收尘 SO2烟气 f 送生产制硫酸最凤炉熔炼烟尘粗铅含尘烟气精炼收尘含锌炉渣烟化搐炼粗ZnO进炼锌厂EOz烟气脱硫后排放精鉛C99 9936J烟尘鼓风炉炼铅原料：烧结块、焦炭、铁屑、返渣及其他含铅返料。焦炭既是燃料有是还原剂。添加剂在烧结配料过程中已加入。熔炼目的：1把铅从烧结块还原出来，同时回收金、银、铋等贵金属。2、将

10、铜还原进入粗铅。3、将镍、钻等还原进入渣中。4、使脉石造渣，锌也以氧化锌进入渣中直接炼铅工艺：基夫赛特法（Kivcet ）、氧气底吹熔池熔炼（QSL法）、顶吹熔池熔炼（奥斯麦特法、TBRC法）、水口山（SKS）炼铅法基夫赛特法：包括闪速炉氧化熔炼硫化铅精矿和电炉还原烟化处 理炉渣两部分。炉料用工业氧（95%）。QSL法：利用熔池熔炼的原理和浸没底吹氧气的强烈搅动，使硫化物精矿、含铅二次物料与溶剂等原料在反应器的熔池中充分混合， 迅速熔化和氧化，生成粗铅、炉渣和 so2烟气。奥斯麦特熔炼：采用顶吹喷枪浸没到熔池内将空气、氧气和天然 气喷入，气体强烈搅拌熔池，进行快速传导和反应。TBRC法：使用氧

11、气顶 吹Klado转炉。氧化阶段转 速为1015r/Min，还原阶段转速为 2025r/Min。SKS法：应用先进的氧气底吹炼铅工艺与传统的鼓风炉还原工艺 的有机组合，形成一种污染少、投资省、成本低的炼铅新工艺。主要设备有卧式底吹转炉（SKS炉）、鼓风炉。粗铅的精炼：火法精炼和火法精炼-电解法联合法工艺。火法精炼：依次除铜、碲、砷、锑、锡、银、锌、铋。除铜：熔析（凝析）除铜和加硫除铜。碱性精炼法：除硒、碲、砷、锑、锡。碱性精炼是基于再较低的 温度下（450C ）下，硒、蹄能与金属钠或 NaOH作用，生成不溶于 铅液的硒、碲酸钠化物；而 As, Sn, Sb则在强氧化剂NaNO3作用 下，被氧化

12、为高价氧化物，在与 NaOH作用形成相应的钠盐。除银：加锌除银。形成金属间化合物。 Ag + a Zn =AgZn除锌：碱性精炼法或真空蒸馏-碱性精炼联合法。除铋：加钙、镁、及锑除铋，还有加钾、镁除铋。含铋高时选用电解精炼。精炼设备：精炼锅。火法精炼-电解精炼联合工艺：粗铅火法精炼除铜之后，铸成阳极板在进行电解精炼。铅的电解精炼电解液为PbSiF6和H2SiF6的混合水溶液，纯铅为阴极，阳极为经初 步脱铜的粗铅。阴极反应：Pb2+ + 2e = Pb阳极反应：Pb - 2e = PtT4. 锌冶金锌冶金主要原料是闪锌矿和高铁闪锌矿选矿得到的硫化锌精矿，少量的是红锌矿、菱锌矿和异极矿等。由这些锌

13、矿物冶金生产出锌锭 的工艺分为两大类：火法炼锌工艺和湿法炼锌工艺。目前，世界主要 炼锌方法是湿法炼锌，80 %以上的原生锌锭是通过湿法炼锌的方法生 产出来。火法炼锌工艺有平罐、竖罐、电热法和密闭鼓风炉法等。其共同 的特点是利用锌的沸点（906 C）较低，在冶炼过程中用还原剂将其从 氧化物中还原成金属锌，并挥发进入冷凝系统中冷凝成为金属锌，从 而与脉石和其它杂质分开。硫化锌精矿通常通过焙烧和烧结氧化为氧 化物，然后进行还原、冷凝得到粗锌，粗锌经精馏得精锌。锌火法冶 金工艺中由于使用还原剂，产生大量的温室气体，在不同程度上对大 气环境都有污染。火法炼锌因还原设备的不同分为如下几种方法：鼓风炉炼锌、

14、竖 灌（平灌）炼锌、电热法炼锌。湿法炼锌工艺其原则工艺流程图湿法：锌精矿一一氧化焙烧一一焙烧产物一一湿法浸出 （浸出渣）浸出液净化电积电锌。锌精矿焙砂锌硫化精矿的焙烧焙烧目的：将硫化锌转变成氧化锌，有利于下步冶炼进行及锌精 矿脱硫并为硫酸生产提供质量好的制酸烟气。目前工业生产上普遍采用流态化焙烧炉焙烧硫化锌精矿。焙烧设备：带前室的直筒形炉和鲁奇型上部扩大形炉。湿法炼锌的浸出过程湿法炼锌的浸出过程，是以稀硫酸或锌电解过程的废电解液作为 溶剂，将含锌原料中的有价金属溶解进入溶液的过程。其原料中除锌外，一般还含有铁、铜、镉、钻、镍、砷、锑及稀有金属等兀素。浸 出过程的目的是将原料中锌尽可能快地完全溶解进入溶液中，并在浸出终了阶段采取措施，除去部分铁、硅、砷、锑、错等有害杂质，同 时得到沉降速度快、过滤性能好、易于液固分离的浸出矿浆。浸出液的净化为了满足锌电积的要求，浸出液中的铜、镉、 钻、镍等有害杂质 必须净化至允许的含量之下。净化的目的主要是除去这些杂质和残留 在溶液中的砷、锑、错等杂质；同时使铜、镉、钻、等有价金属得到 富集，以便进一步回收。净化主要方法有锌粉-锑盐法、锌粉-砷盐法、锌粉-?-萘酚法、锌 粉-黄药法等。流程有一段、二段、三段和四段之分，视杂质含量而净化过程的主要设备净化过程主要设备是净化槽，有