有色金屬冶金

1、有色金屬冶金有色金屬冶金Non-ferrous Metallurgy有色金屬及其分類有色金屬及其分類 相關(guān)概念：相關(guān)概念： 金屬金屬（metalsmetals）：周期表中具有光亮的周期表中具有光亮的金屬光金屬光澤澤，很高的，很高的導(dǎo)熱導(dǎo)熱、導(dǎo)電性導(dǎo)電性及良好的及良好的延展延展加工性加工性的化學(xué)元素稱為金屬。的化學(xué)元素稱為金屬。 118118種元素種元素(102(102號以后人工合成）中號以后人工合成）中9696種金屬種金屬元素分類元素分類： 有色與黑色金屬：有色與黑色金屬：ferrous & non-ferrous ferrous & non-ferrous metalsmetals 黑色金屬

2、（鐵金屬，黑色金屬（鐵金屬，ferrous metals)ferrous metals)： 鐵、鉻、錳；鐵、鉻、錳； 有色金屬有色金屬重金屬重金屬輕金屬輕金屬貴金屬貴金屬稀有金屬稀有金屬有色金屬：是指鐵、鉻、錳以外的金屬。 64種種1 1 輕金屬輕金屬（light metals)light metals)： 密度小于密度小于5.0,5.0, 很高的化學(xué)活性，還原電位小于零很高的化學(xué)活性，還原電位小于零 用熔鹽電解、金屬熱還原法來提取。用熔鹽電解、金屬熱還原法來提取。 鋁、鎂、鈉、鉀、鈣、鍶、鋇鋁、鎂、鈉、鉀、鈣、鍶、鋇2 2 重金屬重金屬(heavy metals)(heavy metals)

3、： 密度大于密度大于5.05.0， 化學(xué)活性較低化學(xué)活性較低 用火法冶金或濕法冶金方法來提取用火法冶金或濕法冶金方法來提取 銅、鎳、鈷、鉛、鋅、錫、銻、汞、鎘、鉍等銅、鎳、鈷、鉛、鋅、錫、銻、汞、鎘、鉍等 重金屬生產(chǎn)和使用的歷史銅是人類最早發(fā)現(xiàn)和使用的金屬之一，距今8000年以前，人類已經(jīng)使用銅。鉛也是人類史前金屬，煉鉛術(shù)和煉銅術(shù)大致始于同一歷史時期。錫也是古老金屬，最初是在熔煉自然銅和錫礦石或處理錫銅礦石的混合物偶然獲得錫銅合金（錫青銅） 構(gòu)成了人類古代文明的青銅器時代。重金屬生產(chǎn)和使用的歷史 鋅在古代是被人類制成黃銅作裝飾品應(yīng)用。我國是最早掌握煉鋅技術(shù)的國家，大概在北宋末年（12世紀初）已

4、使用了金屬鋅。 鎳是既古老又年輕的金屬。古代埃及、中國、巴比倫人都曾用含鎳很高的隕鐵制作器物。古代云南生產(chǎn)的白銅中含鎳很高，在歐洲曾經(jīng)稱這種白銅為“中國銀”。而到了1751年，瑞典礦物學(xué)家克朗斯塔特（A.F.Cronstedt）才分離出金屬鎳，而且鎳用于工業(yè)上是近一百多年的事。 1010種常用有色金屬因產(chǎn)量大，用途廣，價格低，種常用有色金屬因產(chǎn)量大，用途廣，價格低，稱為常用有色金屬或賤金屬稱為常用有色金屬或賤金屬。 AlAl、CuCu、Zn PbZn Pb、NiNi、MgMg、SnSn、SbSb、TiTi、HgHg 3. 3.貴金屬貴金屬(precious metals)(precious m

5、etals)： 由于化學(xué)活性低，又稱惰性金屬。由于化學(xué)活性低，又稱惰性金屬。 金金(Au)(Au)、銀、銀(Ag)(Ag)和鉑族金屬（和鉑族金屬（PtPt、PdPd、RhRh、IrIr、OsOs、Ru )Ru )。 貴金屬(Precious Metals, Noble Metals)， 主要是相對其它的金屬而言，而其它的金屬又可稱為賤金屬( Base metals) 金屬的貴賤之分主要是從價格上來區(qū)分， 貴金屬包括了金、銀、鋨、銥、鉑、釕、銠、鈀， 其中金、銀是比較熟悉的， 而鋨、銥、鉑、釕、銠、鈀則相對不熟悉，這6種金屬有時又稱為鉑族金屬(Platinum group metals, PGM

6、S)。鉑族金屬的用途： 銠：熱電偶及合金材料 釕：NaCl水電解 鉑：白金，抗癌藥物 鈀：催化劑 銥：鋼筆尖 資源 資源的分布不均勻，主要分布在少數(shù)國家和地區(qū)。世界黃金貯量的40，鉑族金屬的90在南非。表1 世界金的貯量分布總計南非 美國俄羅斯 44000公噸18000 50003100 烏茲別克澳大利亞加拿大310030001400 世界銀的貯量50分布在加拿大、墨西哥美國、澳大利亞和秘魯五國。表2 世界銀的貯量分布總計（萬T） 墨西哥 加拿大美國澳大利亞秘魯28037 37 3129 25二、 生產(chǎn) 黃金生產(chǎn)和貯量相對應(yīng)， 我國在45名之間。1 國外 黃金的生產(chǎn)史，早在銅器時代（公元前39

7、00年公元前2100年）有產(chǎn)金的記錄，主要產(chǎn)金地在埃及。 19世紀的后期，世界黃金生產(chǎn)飛速發(fā)展，在美國，南非，前蘇聯(lián)等發(fā)現(xiàn)了許多大型的金礦。 歷史上經(jīng)歷過俄羅斯黃金熱，加利福尼亞熱，澳大利亞熱，南非熱，2 國內(nèi) 中國為世界上認識黃金和開發(fā)利用黃金最早的國家之一，在4000多年以前就有關(guān)于黃金的文字記載，18世紀以前黃金的產(chǎn)量名列前茅。 我國一些年份的黃金產(chǎn)量（T） 年份 1888 1913 1929 1935 產(chǎn)量 13.45 5.50 1.56 4.51 年份 1936 1937 1939 產(chǎn)量 0.263 7.29 9.40續(xù) 年份 1940 1941 1942 1978 1988 199

8、0 產(chǎn)量 10.27 10.36 10.01 19.77 49.38 60 年份 1995 1996 1997 1998 1999 產(chǎn)量 108 120 160 180 180 1888年金的產(chǎn)量是當時世界黃金產(chǎn)量的7左右，是當時世界的第五大產(chǎn)金國。黃金的生產(chǎn)方式： 從礦石中生產(chǎn)：總產(chǎn)量的23 從陽極泥中生產(chǎn)：總產(chǎn)量的13黃金的主要產(chǎn)地：山東，河南4 4 稀有金屬稀有金屬(rare metals)(rare metals)： 是一種習(xí)慣稱呼，是沿用至今的一個歷史名詞； 或在地殼中豐度小，天然資源少；或在地殼中豐度小，天然資源少； 或雖豐度大，賦存分散，經(jīng)濟提取難；或雖豐度大，賦存分散，經(jīng)濟提取

9、難； 或性質(zhì)接近難分離成單一金屬；或性質(zhì)接近難分離成單一金屬； 或開發(fā)較晚，過去使用的較少，而給人留下或開發(fā)較晚，過去使用的較少，而給人留下“稀有稀有”的印象；的印象； 并不是對元素進行某種科學(xué)研究，進而分類的結(jié)果。并不是對元素進行某種科學(xué)研究，進而分類的結(jié)果。 稀有金屬按元素物理化學(xué)性質(zhì)、賦存稀有金屬按元素物理化學(xué)性質(zhì)、賦存狀態(tài)，生產(chǎn)工藝以及其他一些特征，狀態(tài)，生產(chǎn)工藝以及其他一些特征，分為分為稀有輕金屬、稀有高熔點金屬、稀有輕金屬、稀有高熔點金屬、稀有分散性金屬、稀土金屬和稀有放稀有分散性金屬、稀土金屬和稀有放射性金屬。射性金屬。 稀有輕金屬：稀有輕金屬：LiLi、BeBe、RbRb、Sr

10、Sr 特點：特點：密度?。芏刃。?2）、活性高、）、活性高、難還原成金屬 采用熔鹽電解或金屬熱還原法生產(chǎn)。 如最輕的金屬鋰：如最輕的金屬鋰：0.530.53 稀有高熔點金屬稀有高熔點金屬: :TiTi、ZrZr、HfHf、V V、NbNb、TaTa、MoMo、W W、ReRe 特點：特點：m.p.高，硬度大，耐腐蝕性能好； 具有多種變價，化合物的種類繁多； 與非金屬元素反應(yīng)，生成難熔、堅硬、化學(xué)穩(wěn)定性強的化合物，如碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等。鈦有時列入輕金屬。鈦有時列入輕金屬。 稀散金屬稀散金屬Rare scattering metals：GaGa、InIn、TlTl、GeGe、SeS

11、e、TeTe 、ReRe特點：特點：在地殼中的分散性：大部分不能形成在地殼中的分散性：大部分不能形成或極少能形成獨立的礦物。一般是以同晶型雜或極少能形成獨立的礦物。一般是以同晶型雜質(zhì)的形態(tài)存在于其它礦物晶格中。因此，稀散質(zhì)的形態(tài)存在于其它礦物晶格中。因此，稀散元素往往是從冶金、化工過程的廢渣中順便提元素往往是從冶金、化工過程的廢渣中順便提取。取。稀土金屬稀土金屬rare earth metalsrare earth metals：ScSc、Y Y、鑭系元素（、鑭系元素（5757號鑭號鑭7171號镥號镥1515種元素）種元素）特點特點：外層電子結(jié)構(gòu)相似，物理化學(xué)性質(zhì)接近。另外，從元素周期表可見：

12、鑭系元素實際上是占有同一個位置，這也就是這些元素性質(zhì)相似的最根本的原因。 稀有放射性金屬：稀有放射性金屬：Tc Po Fr RaTc Po Fr Ra 89-10389-103錒系元素，錒系元素，104-112104-112號元素號元素 說明： 輕金屬 重金屬 稀有輕金屬 稀有難熔金屬 稀土金屬 貴金屬HHeLi108.5 0.53Be12771.85BC48302.26NOFNeNa97.80.97Mg6501.74Al6602.7SiPSClArK63.7Ca8381.55Sc15393.0Ti16684.51V19006.1Cr18757.19Mn12457.43Fe15367.86Co

13、14958.9Ni14538.9Cu10838.96Zn419.57.14Ga29.85.91Ge937.45.32AsSe2174.79BrKrRb38.91.53Sr7682.6Y15094.47Zr18526.49Nb24158.4Mo261010.2TcRu250012.2Rh196612.4Pd155212.0Ag96010.5Cd320.98.65In156.27.31Sn231.97.3Sb630.56.62Te449.56.24IXeCs28.71.90Ba7143.5La9206.17Hf222213.1Ta299616.6W341019.3Re318021.0Os27002

14、2.6Ir245422.5Pt176921.4Au106319.3Hg-38.413.6Tl30311.85Pb327.411.4Bi271.39.8PoAtRnCe Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu有色金屬在元素周期表中的位置2 2 有色金屬冶金方法有色金屬冶金方法 研究如何經(jīng)濟地從礦石或精礦或其它原料中提研究如何經(jīng)濟地從礦石或精礦或其它原料中提取有色金屬或有色金屬化合物，并用各種加工方取有色金屬或有色金屬化合物，并用各種加工方法制成具有一定性能的有色金屬材料。法制成具有一定性能的有色金屬材料。 廣義：礦石采礦、選礦、冶煉和加工。廣義：礦石采礦、選

15、礦、冶煉和加工。 狹義：礦石或精礦的冶煉，提取冶金。狹義：礦石或精礦的冶煉，提取冶金。為了達到由礦石到金屬的過程，所采用的方法為了達到由礦石到金屬的過程，所采用的方法冶金方法，主要的有色金屬冶冶金方法，主要的有色金屬冶金方法有：金方法有：火法冶金火法冶金、濕法冶金濕法冶金、電冶金電冶金 有色金屬冶金方法：有色金屬冶金方法： （1 1）火法冶金：）火法冶金：在高溫下礦石或精礦經(jīng)熔煉與在高溫下礦石或精礦經(jīng)熔煉與精煉反應(yīng)及熔化作業(yè)，使其中的有色金屬與脈石精煉反應(yīng)及熔化作業(yè)，使其中的有色金屬與脈石和雜質(zhì)分開，獲得較純有色金屬的過程。和雜質(zhì)分開，獲得較純有色金屬的過程。 包括包括原料準備原料準備、熔煉熔

16、煉和和精煉精煉三個主要工序。三個主要工序。過程所需能源主要靠燃料燃燒供給，也有依靠過程過程所需能源主要靠燃料燃燒供給，也有依靠過程中的化學(xué)反應(yīng)熱來提供。中的化學(xué)反應(yīng)熱來提供。 （2 2）濕法冶金：）濕法冶金： 它是在常溫（或低于它是在常溫（或低于100100）常壓或高溫（）常壓或高溫（100-100-300 300 ）高壓下，用溶劑處理礦石或精礦，使）高壓下，用溶劑處理礦石或精礦，使所要提取的有色金屬溶解于溶液中，而其它雜所要提取的有色金屬溶解于溶液中，而其它雜質(zhì)不溶解，然后再從溶液中將有色金屬提取和質(zhì)不溶解，然后再從溶液中將有色金屬提取和分離出來的過程。分離出來的過程。主要包括主要包括浸出浸

17、出、分離與富集分離與富集和和提取提取過程。過程。 （3 3）電冶金：）電冶金： 利用電能提取和精煉有色金屬的方法利用電能提取和精煉有色金屬的方法。 A A、電熱冶金：、電熱冶金：利用電能轉(zhuǎn)變成熱能在高溫下提煉利用電能轉(zhuǎn)變成熱能在高溫下提煉有色金屬，本質(zhì)同火法冶金。有色金屬，本質(zhì)同火法冶金。 B B、電化學(xué)冶金：、電化學(xué)冶金：用電化學(xué)反應(yīng)使有色金屬從所含用電化學(xué)反應(yīng)使有色金屬從所含鹽類的水溶液或熔體中析出。前者稱為水溶液電解，鹽類的水溶液或熔體中析出。前者稱為水溶液電解，可歸入濕法冶金；后者稱為熔鹽電解，可歸入火法冶可歸入濕法冶金；后者稱為熔鹽電解，可歸入火法冶金。金。實現(xiàn)上述冶金方法，需要一系

18、列的單元操作，分述如下：實現(xiàn)上述冶金方法，需要一系列的單元操作，分述如下： 3 3 有色金屬冶金主要單元過程有色金屬冶金主要單元過程 （1 1）焙燒：）焙燒： 將礦石或精礦置于適當?shù)臍夥障?，加熱至低于將礦石或精礦置于適當?shù)臍夥障?，加熱至低于它們的熔點溫度，發(fā)生氧化、還原或其它化學(xué)變它們的熔點溫度，發(fā)生氧化、還原或其它化學(xué)變化的過程。其目的是改變原料中提取對象的化學(xué)化的過程。其目的是改變原料中提取對象的化學(xué)組成，滿足熔煉或浸出的要求。組成，滿足熔煉或浸出的要求。 按控制的氣氛不同，分為：按控制的氣氛不同，分為： 氧化焙燒氧化焙燒, ,還原焙燒還原焙燒, ,硫酸化焙燒硫酸化焙燒, ,氯化焙燒氯化焙

19、燒等。等。 （2 2）煅燒：）煅燒： 將碳酸鹽或氫氧化物的礦物原料在空氣將碳酸鹽或氫氧化物的礦物原料在空氣中加熱分解，除去二氧化碳或水分變成氧化物中加熱分解，除去二氧化碳或水分變成氧化物的過程。的過程。 如石灰石煅燒為石灰；氫氧化鋁煅燒成氧如石灰石煅燒為石灰；氫氧化鋁煅燒成氧化鋁，作電解鋁原料?；X，作電解鋁原料。 （3 3）燒結(jié)和球團：）燒結(jié)和球團： 將粉礦或精礦經(jīng)加熱焙燒，固結(jié)成多孔狀或?qū)⒎鄣V或精礦經(jīng)加熱焙燒，固結(jié)成多孔狀或球狀的物料，以適應(yīng)下一工序熔煉的要求。球狀的物料，以適應(yīng)下一工序熔煉的要求。 （4 4）熔煉：）熔煉： 是指將處理好的礦石、精礦或其他原料，在是指將處理好的礦石、精礦或

20、其他原料，在高溫下通過氧化還原反應(yīng)，使礦物原料中有色高溫下通過氧化還原反應(yīng)，使礦物原料中有色金屬組分與脈石和雜質(zhì)分離為兩個液相層即金金屬組分與脈石和雜質(zhì)分離為兩個液相層即金屬（或金屬锍）液和熔渣的過程，也叫冶煉。屬（或金屬锍）液和熔渣的過程，也叫冶煉。 分為：還原熔煉分為：還原熔煉, ,造锍熔煉造锍熔煉, ,氧化吹煉氧化吹煉 （5 5）火法精煉：）火法精煉：在高溫下進一步處理熔煉、吹煉在高溫下進一步處理熔煉、吹煉所得的含有少量雜質(zhì)的粗金屬以提高其純度。所得的含有少量雜質(zhì)的粗金屬以提高其純度。 種類：氧化精煉、硫化精煉、氯化精煉、熔析精種類：氧化精煉、硫化精煉、氯化精煉、熔析精煉、堿性精煉、區(qū)域

21、精煉、真空冶金、蒸餾等。煉、堿性精煉、區(qū)域精煉、真空冶金、蒸餾等。 （6 6）浸出：）浸出：用適當?shù)慕鰟ㄈ缢?、堿、鹽等水用適當?shù)慕鰟ㄈ缢?、堿、鹽等水溶液）選擇性地與礦石、精礦、焙砂等礦物原料溶液）選擇性地與礦石、精礦、焙砂等礦物原料中金屬組分發(fā)生化學(xué)作用，并使之溶解而與其它中金屬組分發(fā)生化學(xué)作用，并使之溶解而與其它不溶組分初步分離的過程。浸出又稱浸取、溶出、不溶組分初步分離的過程。浸出又稱浸取、溶出、濕法分解。濕法分解。（7 7）液固分離：）液固分離： 該過程是將礦物原料經(jīng)過酸、堿等溶液處理后該過程是將礦物原料經(jīng)過酸、堿等溶液處理后的殘渣與浸出液組成的懸浮液分離成液相與固的殘渣與浸出液

22、組成的懸浮液分離成液相與固相的濕法冶金單元過程。相的濕法冶金單元過程。 主要有物理方法和機械方法：重力沉降、離心主要有物理方法和機械方法：重力沉降、離心分離、過濾等。分離、過濾等。 （8 8）溶液凈化：）溶液凈化： 將礦物原料中與欲提取的有色金屬一道溶解進將礦物原料中與欲提取的有色金屬一道溶解進入浸出液的雜質(zhì)金屬除去的濕法冶金單元過程。入浸出液的雜質(zhì)金屬除去的濕法冶金單元過程。凈液的目的是使雜質(zhì)不至于危害下一工序?qū)χ鲀粢旱哪康氖鞘闺s質(zhì)不至于危害下一工序?qū)χ鹘饘俚奶崛?。金屬的提取。方法主要有：結(jié)晶、蒸餾、沉淀、置換、溶劑萃方法主要有：結(jié)晶、蒸餾、沉淀、置換、溶劑萃取、離子交換、電滲析和膜分離等。取、離子交換