第1章 绪论

2020/4/14祝同学们在新的学期里:身心健康!学习进步！生活愉快！湿法冶金原理主讲：张勇[e-mail]第一章绪论•冶金的概念及冶金方法分类•湿法冶金的研究内容和研究方法•湿法冶金的历史与发展一、冶金的概念及冶金方法分类•1、冶金的概念研究如何经济的从矿石或其他原料中提取金属，并使之经过加工处理实用与人类应用的一门科学。冶金｛化学冶金——冶金学物理冶金——金属学以物理化学为理论基础，涉及化学、物理、化工、机械、热工等学科领域2、冶金的分类•1）火法冶金高温条件下进行的冶金过程•2）湿法冶金低温条件下在溶剂中进行的冶金过程•3）电法冶金利用电能提取金属的冶金过程火法冶炼（Pyrometallurgy）•又称为干式冶金，把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为液体，生成所需的化学反应，从而分离出粗金属，然后再将粗金属精炼。•利用高温从矿石中提取金属或其化合物的冶金过程。此过程没有水溶液参加，故又称为干法冶金。•火法冶金的工艺流程一般分为矿石准备、冶炼、精炼3个步骤。•①矿石准备。选矿得到的细粒精矿不易直接加入鼓风炉（或炼铁高炉），须先加入冶金熔剂（能与矿石中所含的脉石氧化物、有害杂质氧化物作用的物质），加热至低于炉料的熔点烧结成块；或添加粘合剂压制成型；或滚成小球再烧结成球团；或加水混捏；然后装入鼓风炉内冶炼。•②冶炼。此过程形成由脉石、熔剂及燃料灰分融合而成的炉渣和熔锍（有色重金属硫化物与铁的硫化物的共熔体）或含有少量杂质的金属液。有还原冶炼、氧化吹炼和造锍熔炼3种冶炼方式.•③精炼。进一步处理由冶炼得到的含有少量杂质的金属，以提高其纯度。湿法冶金（Hydrometallurgy）•湿法冶金这种冶金过程是用酸、碱、盐类的水溶液，以化学方法从矿石中提取所需金属组分，然后用水溶液电解等各种方法制取金属。•此法主要应用在低本位、难熔化或微粉状的矿石。•现在世界上有75％的锌和镉是采用焙烧-浸取-水溶液电解法制成的。这种方法已大部分代替了过去的火法炼锌。其他难于分离的金属如镍-钴，锆-铪，钽-铌及稀土金属都采用湿法冶金的技术如溶剂萃取或离子交换等新方法进行分离，取得显著的效果。•湿法冶金在锌、铝、铜、铀等工业中占有重要地位，世界上全部的氧化铝、氧化铀，大部分锌和部分铜都是用湿法生产的。•湿法冶金的优点在于对非常低品位矿石（金、铀）的适用性，对相似金属（铪与锆）难分离情况的适用性；以及和火法冶金相比，材料的周转比较简单，原料中有价金属综合回收程度高，有利于环境保护，并且生产过程较易实现连续化和自动化。•利用某种溶剂，借助化学反应（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。湿法冶金包括4个主要步骤：•①用溶剂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回收。•③浸取溶液的净化和富集，常用离子交换和溶剂萃取技术或其他化学沉淀方法。•④从净化液中提取金属或化合物。3、湿法冶金与火法冶金的异同点•共同点：1)大部分反应都在多相系统中进行；2）质量迁移和相分离是主要参考的因素。•不同点：湿法——低温——更受溶液化学反应动力学影响火法——高温——主要受热力学条件的支配湿法冶金与火法冶金比较，优点有：（1）适应范围更广。湿法冶金适合高、中、低品位的原料，而火法冶金要求用高品位的原料。（2）能耗低。湿法冶金一般在较低温度下进行，能耗低，而火法冶金都是在高温下进行的。（3）工艺过程绿色环保。湿法冶金在提取有价组分的过程中，原料中的某些有毒有害的组分大都以沉淀物的形式留在渣中，容易处理，对环境的危害小。（4）成本低。（5）综合利用能力强。能同时提取原料中的各种有价组分。（6）湿法冶金更容易制备出高纯甚至超高纯的产品。（7）湿法冶金获得的产品的种类多样化。提取冶金简图4、湿法冶金及其过程•1）概念通过水溶液中的化学反应，使欲提取金属溶解进入溶液，再从溶液中回收金属的一种方法。•2）湿法冶金过程浸出过程——利用适当的溶剂从经过预处理或直接从矿物中把有价金属溶解进入溶液，而脉石及其他杂质则不溶解。净化过程——浸出过程中与欲提取金属一道溶解的部分其他金属或非金属杂质从溶液中被除去和有价组分富集分离的过程。提取金属过程——采用置换、还原、电积等方法从净化液中将有价金属成分以纯物质或化合物形态提取回收出来的过程。二、湿法冶金的研究内容和研究方法•1、了解各种冶金物料的化学组成和物相（结构）以便提出合理的研究方法。这项工作大部分属于野外工作和冶金分析的任务，这是整个研究的基础。•2、探讨各种过程反应是否发生，朝什么方向进行。，能达到什么限度（平衡态），这是化学热力学研究的问题。•3、研究过程反应进行的速度，影响速度的主要因素和过程机理。这是化学动力学研究的问题。2、3两项研究内容史研究的理论基础。•4、根据矿石（原料）的性质和成分，能源、环境及经济、技术条件，拟定随经济合理的金属提取工艺路线及最佳技术参数，并实现工业应用。这是研究的目的。（一）研究内容•1、实验室小试：各种条件实验（g级）•2、实验室放大试验（尽量接近实际生产kg级）•3、中间试验（半工业试验T级）（二）研究方法三、湿法冶金的历史与发展•1、历史概况源于16世纪，西班牙堆浸铜矿生产海绵铜；19世纪末，溶液处理方法推进了湿法冶金发展；20世纪60年代以后，大发展，（若干里程碑）。•2、现状初级阶段作用日益增长传统冶金受环境压力的巨大冲击，矿的品位下降，资源减少为之带来发展机会•3、前景火法冶金仍对许多金属提取是主要方法；随着非硫化矿用量增加，有利于湿法冶金的竞争；随矿产品位下降，难处理矿增多，湿法冶金越显重要;新技术、新工艺在处理低品位、难选冶矿有巨大潜力。•湿法冶金是一门多学科复合交叉的学科。•为了认识它的全部价值,需要对多相动力学、溶液化学、电化学和提取工艺各个方面都有很深刻的了解。•今天的湿法冶金学家都是“现代的炼金术士，虽然他们依然必须做到把铅变成金,但是他们今天正在获得现代的点金术,即：将以前被丢弃的材料变成有价值的金属资源”。