重金属冶金学(谷风研究)

第一篇 重金属造锍熔炼
1.1 原料
第1章 原料及冶炼方法
1.1.1铜的矿物 已发现250多种，有工业开采价值的仅10余种，分为
3大类。 自然铜矿：铜以金属铜形态存在，极少见。 氧化铜矿：难选，主要以湿法冶金方法处理，部
分高品位的可火法处理。 硫化铜矿：炼铜的主要原料，目前约90%铜由其
生产。
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重金属冶金学II
2008.2
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1 前言
我国2006 年十种常用有色金属产品产量突破1900 万 吨，已连续五年位居世界第一。其中原铝（电解铝）、 铅、锌、锡、锑、镁、稀土、矿山钨（金属量）雄居世界 第一，铜产量则从2004 年起即超过美国跃居世界第一 位。目前已知的在建、拟建的铜冶炼项目总规模超过250 万吨，其中2006 年投产及2007年将要投产的产能总量达 到150万吨。预计2007年中国铜的可供量将达到或超过450 万吨，消费量将超过400万吨，全年供求关系基本平衡。 作为精铅的主要消费领域，近期铅酸蓄电池的需求依旧 比较旺盛。铅酸蓄电池的主要消费领域集中在汽车、电动 自行车和出口领域，分别占技到术研铅究 酸蓄电池耗铅量的292%、
18%和22%。从目前情况看，2006年除了锌合金和电池 行业对锌的需求保持稳定甚至下降以外，其他消费领域 的需求还在继续增长。估计2007年锌消费量约为400万 吨。
1.1 重金属（密度都在6.0 g/cm3以上） Cu, Pb, Zn, Ni, Co, Cd, Hg, Sn, Sb, Bi共十种。自然
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主要硫化铜矿物有：黄铜矿(Chalcopyrite):
CuFeS2、辉铜矿(Chalcocite):Cu2S、 斑铜矿 (Bornite):Cu5FeS4、铜蓝(Covelline):CuS等。
主要氧化铜矿物有：孔雀石: CuCO3.Cu(OH)2、 蓝铜矿: 2CuCO3.Cu(OH)2、硅孔雀石 CuSiO3.2H2O 、块铜矿:Cu3SO4(OH)4、赤铜 矿:C原料特点
1) 提 取 重 金 属 的 矿 物 原 料 ， 主 要 为 硫 化 矿 。 例 ： Cu:CuFeS2, Zn: ZnS, Pb: PbS等。 Sn例外，Sn 主要为SnO2(锡石)。
2)一般为多金属共生矿。例: Cu-Pb-Zn, Pb-Zn, Ni-Co-Cu等。原矿品位低，一般不能直接冶炼， 要经选矿富集。硫化矿选矿广泛采用浮选法。
铜精矿MgO等高碱性脉石成分含量高，产出的炉渣则熔点高，常用电炉处 理。
高砷铜精矿，适于强化冶炼新工艺（如浸没顶吹熔炼等）处理，产高砷细 尘开路单独脱砷处理，或制酸时经洗涤使砷进入酸泥而脱除。
复杂铜矿含Pb、Zn高，原则通过选矿分离；如不理想，应使矿中的铅锌或 造 渣或挥发。含锌高的硫化铜矿不宜加入技术密研闭究 鼓风炉处理，不然会使渣的流10动性变
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1.1.2 铜的矿石
多为多金属共生硫化矿床。目前，最低开采品位为0.4～0.5%(按此品位，生 产1吨铜，处理矿石量达200～300吨)。不宜直接用于提取铜，需经选矿处理得到 含铜较高的铜精矿，浮选富集后得铜精矿(典型成分见表1-2），铜精矿含铜15～ 30%，送冶炼厂冶炼。
铜的氧化矿为次生矿，选矿富集困难。品位高的可火法处理，大多数硫酸浸 出法处理。铜品位很低的硫化铜矿可用细菌浸出或实行堆浸法处理等。
2)脉石矿物主要含SiO2, CaO, MgO, Al2O3, 熔炼时，要 注意渣型的选择；浸出时，要注意浸出剂的选择。
3)经破碎磨细浮选得到的硫化铜精矿，粒度细（80%小 于74微米）、活性大、热值高（表1-3），有利于自 热强化熔炼；
4)含Au, Ag, Pt族（Ru（钌）, Rh（铑）, Pd（钯）, Os （锇）, Ir（铱）, Pt（铂))金属及Se（硒）, Te（碲） 等稀散金属，可在冶炼中回收。
1.1.3铜精矿（浮选硫化铜精矿）
表1-2 硫化铜精矿典型成分
45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
铜精矿1 铜精矿2 技术铜研究精矿3 铜精矿4
Cu Fe S Zn pb As Sb Bi Ag MgO Al2O3 SiO2 C1a1O
1)Cu, Fe, S为其主要成分，Fe + S往往大于Cu；
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表1－3 硫化精矿和几种燃料的发热值
硫 化 精 矿 、燃 料
发热值/(106J)/kg
1、烟煤
27.9
2、重油
43.0
3、高炉煤气
2.67
4、铜精矿(29.5%Cu,26.0%Fe,31.0%S) 冶炼产生：① 51%Cu的铜锍、炉渣、SO2 ② 80%Cu的白铜锍、炉渣、SO2 ③ 粗铜、炉渣、SO2
3)矿石中有贵金属、稀散金属伴生。综合回收价 值大。
4)要十分重视硫的回收。既是硫的资源，又是环 保的要求。(SO2对大气污染，酸雨）
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1.2.2 冶炼方法特点
1)工艺繁多。火法、湿法、电冶金等方法在重金属 提取冶金中均有应用。同一种金属有多种不同的 冶炼方法。
2)总体而言，火法为主、湿法为次。
3)重金属冶炼方法大致可分为三类：造锍熔炼：以 锍为中间产物的一类冶炼方法；还原熔炼： MS—MO—M；湿法冶金：MS（MO）—金属 盐水溶液—M。
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1.3 重金属冶金发展方向
1)强化过程（通过设备、工艺条件的改变和反应 器优化设计，提高过程速率） 因此，在掌握热 力学方法的基础上，要注重与速率过程相关的有 关理论学习，如反应动力学（微观、宏观），传 递过程原理、反应工程学等。 2)节能 充分利用炉料中硫化物的化学反应热 3)低污染或无污染 4)向产品多样化、精细化方向发展，注重深加 工、高附加值产品的开发生产。（短流程、计划 转市场、有色金属应用技术广研究泛，效益中心） 7
界已发现109种元素，金属元素共93种，按其性质、产 状、产量及用途等差别可分为： 黑色金属（铁金属包 括Fe、 Cr、 Mn）, 有色金属（非铁金属，除Fe、 Cr、 Mn 以外的金属）。
有色金属又分重金属、轻金属、贵金属、稀有金属。
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表1－1 技元术研素究 周期表
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1.2 重金属冶金的特点