火法及湿法冶金原理及应用

• 熔盐，盐的熔融态液体。常见的熔盐体系由碱金属或碱土金属组 成的卤化物、碳酸盐、硝酸盐或者磷酸盐组成。熔盐不含水，具 有许多与水溶液不同的性质，如，热稳定性高，蒸气压低，黏度 低，导电性好，离子迁移和扩散速度较快，热容量高等
在冶金领域，以熔盐为介质的熔盐电解法广泛应用于铝、镁、钠、 锂等轻金属和稀土金属的电解提取或精炼。 这些金属由于都属于 负电性金属，不能从水溶液中电解沉积出来，熔盐电解成为唯一的 或占主导地位的方法。
pH373
6.79
6.78
5.58
—
3.16 4.35
◆ 当Me2+的活度为1时，要求pH<pH；
pH473 —
— 3.89 — 2.58 2.88
◆ pH越大，氧化物越容易被酸浸出； pH越小，氧化物越难被酸浸出。
氧化物 CuO
pH298 3.95
◆ MnO、ZnO、FeO等在较低的酸度下，即能被浸出，较容 pH373 3.55
◇其低价氧化物易被浸出;
◇高价氧化物则相对较难被浸出;
◇如Fe2O3则远比FeO难浸出。
净化原理
• 通过精确的控制反应过程的温度，PH值，氧化还原电位 等反应体系条件。达到提高浸出液中有价金属离子纯度 的目的。
(Me1，Me2， Me3，Me4金属元素， a,b,c,d,k,p,q,s,n 自然数）
浸出体系（组成成分，PH， 温度，压力，浓度（活 度），氧化还原电势）
一系列化学反应发生的可 能性、先后性。需要考虑 合的反应速度（热化学）
选择适当的溶剂（浸出体系）使矿石、精矿或冶炼中间 产品中的有价成分或有害杂质选择性溶解，使其转入溶液中， 达到有价成分与有害杂质或与脉石分离之目的。浸出物料也 可能是冶炼后的残渣、阳极泥、废合金等。
火法及湿法冶金原理
熔化、溶解
• 火法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，通过物理、化学反应，从中分离出粗金属，然后再将粗金 属精炼。（干燥、焙解、焙烧、熔炼，精炼）
• 湿法冶金是用酸、碱、盐类等的水溶液，以物理、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。 （浸出、净化、制备金属等过程）
易浸出;
pH473 1.78
In2O3 Fe3O4 Ga2O3 Fe2O3 2.52 0.89 0.74 -0.24 0.97 0.04 -0.43 -0.99 -0.45 — -1.41 -1.58
SnO2 -2.Βιβλιοθήκη Baidu0 -2.90 -3.55
Fe2O3、Ga2O3等难被酸浸出。 ◆ 对多价金属的氧化物而言:
不同的氧化物之间，固态下，完全不 溶，固溶体，稳定化合物
凝聚体系，不考虑气相。加入O2 后……
焙烧，吹炼-（热力学平衡图又称优势区域图）
• Cu-S-O 热力学平衡图
Cu-Fe-S-O
湿法冶金原理
• 湿法冶金包括：浸出、净化、制备金属等过程。
• 浸出：用适当的溶剂处理矿石或精矿，使要提取的金属成某种离子（阳离子 或络阴离子）形态进入溶液，而脉石及其它杂质则不溶解，这样的过程叫浸 出。（酸浸、氨浸、碱浸、盐浸、氰化浸出）
熔渣？相图来研究熔渣中氧化物组成与熔点、相变等。熔渣的组成 决定了熔渣的物理性质（黏度，密度），以及与金属熔体、熔锍中 O、S元素的反应与脱除。
SiO2-Al2O3 二元体系（相图） 晶体、晶格 布拉维晶格在三维平面上有七大晶系， 分别为三斜晶系、单斜晶系、正交晶 系、四方晶系、立方晶系、三方晶系、 六方晶系。依照简单、体心、面心及 底心，总共有14种晶格。
• 净化：在浸出过程中，常常有部分金属或非金属杂质与被提取金属一道进入 溶液，从溶液中除去这些杂质的过程叫做净化。（离子沉淀(包括水解沉淀、 硫化沉淀)，置换、电沉积．溶剂萃取，离子交换，吸附．结晶等方法。 ）
• 制备金属：用置换、还原、电积等方法从净化液中将金属提取出来的过程。
浸出原理
kMe1aOb•pMe2cSd•mSiO2• q(Me3,Me4…)• s(Cl,F…)•nH20
• 火法：矿石-熔化-分离 • 湿法：矿石-溶解-分离
火法冶金原理
• 冶金熔体——（金属熔体，熔锍，熔渣，熔盐）（火法冶金中的 过程产物）
• 金属熔体，液态的金属或者合金，（高炉中的铁水，火法精炼得 到的粗铜液）
• 熔锍，多种金属硫化物的共熔体（Cu2S，FeS，CoS，PbS等）
• 熔渣，各种氧化物熔合成的熔体，（矿物原料中的主金属以金属 熔体或熔锍形态产出，其中的脉石成分及伴生的杂志金属则与熔 剂一起熔合成一种主要成分为氧化物的熔体，及熔渣。熔渣是一 种非常复杂的多组分体系，含有CaO，FeO，MnO，MgO，Al2O3， SiO2，Fe2O3等氧化物，少量氟化物，氯化物，硫化物）
表 8-9 某些金属氧化物的 pH
MeO + 2H+ = Me2+ + H2O 金属氧化物酸浸出的条件：
氧化物 MnO CdO CoO FeO NiO ZnO
pH298 8.98 8.69 7.51 6.8 6.06 5.80
◆ ◆
溶液中的电势和pH值都处于Me2+的稳定的区内； 溶液的pH值小于平衡pH值；
熔渣-（冶炼在于炼渣）
• 冶炼渣、精炼渣、富集渣、合成渣 • 冶炼渣，以矿石精矿为原料，以粗金属或熔锍为冶炼产物的熔炼过程中产生
的，主要作用为汇集炉料（精矿，燃料，熔剂）中的全部脉石成分、灰分以 及大部分杂质。 在硫化矿的造锍熔炼中，铜、镍、铁等的硫化物熔融在一起，形成熔锍；铁 的氧化物则与造渣熔剂（SiO2）及其他脉石成分形成熔渣（大多数有色金属冶 炼炉渣可简化为CaO-FeO-SiO2三元系）；二者由于密度不同而实现分离。 冶炼过程中生产的金属或者熔锍的液滴最初都是分散在熔渣中的，这些分 散的微小液滴的汇集、长大和沉降过程都是在熔渣中进行的。因此熔渣的物 理化学性质（黏度、密度等）对金属或熔锍与脉石的成分的分离程度有着决 定性作用。
所需要的Me，以离子、络合离 子、配合离子形成溶液，
其余成分
选择浸出剂的原则是热力学上可行，反 应速度快，经济合理，来源容易。有时 矿石成分复杂，需同时使用多种浸出剂。 浸出剂的选择
1）被浸出物料的物理性质和化学性质。
2）浸出剂的价格
3）没有危险，便于使用
4）对设备的腐蚀性小
5）能再生循环使用
氧化物酸浸