有色金属冶金概论课程教案河北联合大学.docx

有色金属冶金概论课程教案单位:冶金与能源学院教师姓名:李运刚、李福民河北理工大学目录第1章绪论11.1 金属及其分类11.1.1 人类使用金属的历史11.1.2 金属的分类11.2 有色金属的分类11.3 我国有色金属的产量21.4 冶金和冶金方法21.4.1 冶金学发展历史21.4.2 冶金学科分类41.4.3 提取冶金方法简介41.5 有色金属提取工艺的特点81.6 我国金属矿的分布8第2章铜冶金112.1 概述112.1.1 铜的性质112.1.2 铜的主要化合物的性质112.1.3 铜的用途122.1.4 炼铜原料132.1.5 铜的提取方法132.2 铜精矿的反射炉熔炼152.2.1 反射炉炼铜的理论基础152.2.2 炼铜反射妒的构造及操作实践182.2.3 反射炉熔炼的产物192.3 铜精矿的密闭鼓风炉熔炼222.3.1 密闭鼓风炉炼铜的基本原理222.3.2 密闭鼓风炉的构造及操作实践242.4 铜精矿的闪速熔炼252.4.1 炉料干燥262.4.2 闪速熔炼的基本原理272.4.3 闪速炉的构造及操作实践272.4.4 闪速熔炼的其他形式302.5 铜冶金的发展312.5.1 池式熔炼312.5.2 不经冰铜的粗铜冶炼352.6 冰铜的吹炼362.6.1 冰铜吹炼的理论基础362.6.2 转炉构造及操作实践402.7 粗铜的火法精炼432.7.1 铜火法精炼的理论基础432.7.2 火法精炼炉构造及操作实践472.8 铜的电解精炼492.8.1 铜电解精炼的理论基础502.8.2 铜电解精炼设备及操作实践512.8.3 电解液的净化532.9 铜的沉法冶金542.9.1 焙烧浸出电积法542.9.2 高压氨浸法572.9.3 常压浸出法582.9.4 细菌浸出法59第3章 氧化铝生产623.1 概述623.2 铝土矿623.2.1 铝土矿的化学成分和矿物成分623.2.2 铝土矿矿石结构特点633.2.3 铝土矿地质成因643.2.4 我国铝土矿资源的特点653.2.5 国外铝土矿653.2.6 其他铝矿资源653.3 氧化铝生产方法663.3.1 电解炼铝对氧化铝的质量要求663.3.2 氧化铝生产方法分类683.4 铝酸钠溶液693.4.1 铝酸钠溶液的组成693.4.2 Na2O-Al2O3-H2O 系703.4.3 铝酸钠溶液的稳定性713.5 拜耳法生产氧化铝713.5.1 拜耳法工艺原理及艺流程713.5.2 铝土矿原料准备733.5.3 铝土矿矿浆预脱硅733.5.4 铝土矿的溶出743.5.5 赤泥的分离与洗涤823.5.6 铝酸钠溶液加种子分解823.5.7 氢氧化铝的燉烧883.5.8 分解母液蒸发903.6 烧结法生产氧化铝913.6.1 烧结法原理及艺流程913.6.2 碱石灰铝土矿熟料烧结923.6.3 熟料溶出与赤泥分离洗涤983.6.4 铝酸钠溶液脱硅1023.6.5 铝酸钠溶液的碳酸化分解1053.7 拜耳烧结联合法1093.7.1 并联联合法1093.7.2 串联联合法1113.7.3 混联联合法1113.7.4 石灰拜耳法1123.7.5 选矿拜耳法生产艺112第4章铝电解1134.1 概述1134.2 铝电解用的原料1174.3 炭阳极1194.3.1 焦炭1204.3.2 沥青1214.3.3 自焙阳极糊1214.3.4 预熔阳极炭块1224.3.5 炭阳扔消获指数1234.4 铝电解槽1244.4.1 发展概况1244.4.2 业铝电解槽的构造1254.5 铝电解槽系列1334.6 铝电解质体系1344.6.1 NaFA明 二元系1344.6.2 Na3A圧 6AbO 3 二元系1374.6.3 Na3A圧6A圧3AI2O3 三元系1384.6.4 业铝电解质（添加剂的应用）1384.6.5 铝电解质的酸度1404.7 铝电解质的性质1424.7.1 NaFA圧3 系1424.7.2 NasAlFeAl203颓系（见图4-14） 1444.7.3 冰晶石一氧化铝熔液的离子结构1454.8 铝电解的两极反应1464.8.1 阴极反应1464.8.2 阳极反应1474.8.3 氧化铝的分解电压1484.8.4 铝电解中两极副反应1494.8.5 铝电解的电流效率1524.9 铝电解槽的焙烧和启动1544.9.1 铝电解糟焙烧1544.9.2 铝电解槽启动1544.10 铝电解槽的常规作业1554.10.1 正常的生产特征1554.10.2 铝电解槽正常生产期间所宜保持的技术条件1554.10.3 增加铝产量1594.10.4 节省电能1614.10.5 铝电解槽的能量平衡1624.10.6 铝电解槽的计算机控制1644.10.7 铸锭1654.10.8 降低铝生产成本1674.11 烟气净化1684.11.1 一次烟气净化1694.11.2 二次烟气净化1704.11.3 铝电解槽废旧阴极内衬的回收1704.12 铝的电解精炼1714.13 炼铝新方法1734.13.1 铝矿直接还原法制取铝硅合金1734.13.2 氯化铝电解法制取纯铝174第5章金银冶金1755.1 概述1755.1.1 金银的性质1755.1.2 金银的用途1765.1.3 金银原料1765.1.5 金银提炼方法1765.2 混汞法提取金银1765.3 氟化法提取金银1795.4 从银锌壳中提取银1825.5 从阳极泥中提取金银1855.5.1 阳极泥脱铜脱硒1865.5.2 熔炼1875.6 金银的电解精炼1885.6.1 银电解精炼1885.6.2 金电解精炼190第1章绪论1.1 金属及其分类1.1.1 人类使用金属的历史人类最早使用的金属一黄金。铜是人类最早发现和使用的金属之一,距今8000年以前,人类已经使用铜。铅也是人类史前使用的金属,炼铅术和炼铜术大致始于同一历史时期。锡也是古老金属,最初是在熔炼自然铜和锡矿石或处理锡铜矿石的混合物偶然获得 锡铜合金（锡青铜）一构成了人类古代文明的青铜器时代。锌在古代是被人类制成黄铜作装饰品应用。我国是最早掌握炼锌技术的国家,大概 在北宋末年（12世纪初）已使用了金属锌。镇是既古老又年轻的金属。古代埃及、中国、巴比伦人都曾用含银很高的陨铁制作 器物。古代云南生产的白铜中含锲很高,在欧洲曾经称这种白铜为“中国银”。而到了 !751 年,瑞典矿物学家克朗斯塔特（A.F.Cronstedt）才分离出金属银,而且银用于业上是 近一百多年的事。1.1.2 金属的分类西方一铁（Ferrous Metal）和非铁金属（Non-Ferrous Metal）苏联、中国一黑色金属和有色金属。1）黑色金属 通常指铁、镒、馅及它们的合金（主要指钢铁）。镒和铭主要应用于制合金钢,而钢铁表面常覆盖着层黑色的四氧化三铁,所以把 铁、镒、倍及它们的合金叫做黑色金属。这样分类,主要是从钢铁在国民经济中占有极 重要的地位出发的。2）有色金属通常是指除黑色金属以外的其他金属。1.2 有色金属的分类有色金属可分为四类:（1）重金属,一般是指密度在4.5 g-cm以上的金属,过渡元素大都属于重金属。 主要有11种:铜Cu、铅Pb、锌Zn、银Ni、锡Sn、钻Co、碑As、紹Bi、锚Sb、镉 Cd、汞 Hg；（2）轻金属,密度在4.5 g-cm-3以下的金属叫轻金属，周期系中第1A、11A族均 为轻金属,主要有7种:铝Al、Mg、K、Na、Ca、锢Sr、Ba；（3）贵金属,通常是指金、银和伯族元素。这些金属在地壳中含量较少,不易开 采,价格较贵,所以叫贵金属。这些金属对氧和其他试剂较稳定,金、银常用来制造装 饰品和硬币。主要有8种:银Ag、金Au、钳Pt、钺Ir、钺Os、铢Rh、铐Rd、杷Pd：（4）稀有金属,它们难于从原料中提取,在工业上制备及应用较晚。稀有金属跟 普通金属没有严格的界限,如有的稀有金属在地壳中的含量比铜、汞、镉等金属还要多。a,高熔点稀有金属（共 8 种）：W、Mo、V、Ti、Zr、Hf、Ta、Nb；b,稀散金属（共 7 种）：Ga、In、Tk Ge、Te、Se、Re；c.稀土金属（15）： Sc （航）、Y （钺）、偶La系元素:d,稀有轻金属（共4种）：Li、Be、Rb （锄）Cs （飽）；e.稀有放射性金属（共4种）:镭（Ra）、訪（Fr）、钢（Ac）、铀（U）。1.3 我国有色金属的产量2002年，中国有色金属产量为1012万3 2003年达到1182万3 2004年达到1398 万3 2005年达到1631.8万t, 2006年1917万3 2007年达到2361万3已连续6年居 世界第一位。表1-1 近年来我国10种常用有色金属产量（单位:万t）年份铜铝铅锌银锡锚镁海绵 钛汞总量20021584361292115712233648t495t20031775561582296.510103441I8t610t20042066841812527.5411.712.542.64694t424t20052587802382719.5311.914.6479274t361t2006299.89934.9273.55315.3010.7713.8115.0152.4213300t1917.012007344.141228.36271.75374.8621.4014.9167.014520012360.521.4 冶金和冶金方法1.4.1 冶金学发展历史源远流长的冶金生产技术,直到18世纪末,从近代自然科学中汲取营养，逐渐 发育成一门近代科学一冶金学。16世纪以前,效益显著的冶金操作大都凭个人经验或者依靠师徒授受。由于缺乏 书本记载,加上技术保密,有些技术甚至失传,中外历史都提到过这种事例。从开始冶 铜到16世纪,人类从事冶金活动已经有5000多年,可是能够炼制的金属总共只有七、 种。冶金技术的进展是何等缓慢! 16世纪中叶,欧洲最早的两本冶金著作:意大利 比林古乔的火法技艺和德国阿格里科拉的论冶金先后问世。特别是后者较完整 地记载了当时欧洲的冶金技术操作,起到承先启后的作用,这两本书被公认是欧洲冶金 文献中的先驱,影响深远。在中国,冶金专书的出版虽然比欧洲早得多,但很可惜,宋 代张潜着的浸铜要略早已散佚，明代傅浚着的铁冶志也未能传世。明末宋应星 所著天工开物,初刊于1637年,这本书较详细地记载了中国当时的冶金技术。可 是,从那时到清末将近三百年间,中国封建科举制度的桎梏使科学技术在知识界不受重 视,天工开物这类书在当时就很少有人问津了。在欧洲,1618世纪是自然科学播种萌芽的时代，欧洲知识界寻求真理的思想日益 活跃。!7世纪初,培根(F.Bacon) (15611617)明确指出,认识事物要有正确的方法。 数学进步受到重视,并日益成为增进知识的重要工具,这对开拓自然科学许多领域起 了重要作用。另增进知识的重要工具是科学实验设备的发明和应用,复合显微镜就是 詹森(Z.Jansen)在这个时期发明的。胡克(R.Hooke)于1665年用显微镜观察剃刀表 面的锈点和划痕,列奥米尔(R.A.F.deRaumur)于17131716年用它观察金属断口。 化学实验手段的改进,也有利于发现和制取系列新的金属元素。铸钢技术于1740年被突破后,对钢进行深入研究的条件初步具备了。这反映在两 个方面:18世纪下半叶,伯格曼(T.Bergman)对钢进行认真分析,做出结论:“钢是 铁与碳交互作用的产物。人们对钢的实质有较为正确的理解。碳的数量和形态是钢 进行金属热处理的依据,要制出好钢,就必须在“碳”上做文章。从此,为钢冶金指明了 方向。氧化及其反面一还原,是冶金的化学基础。如果对这两者缺乏认识,建立冶金 学科就无从谈起。以前人们认为氧化和燃烧是“燃素”的转移,直到1786年,“燃素”学说 被拉瓦锡等人彻底推翻,人们对氧化和燃烧现象才有了正确的认识。由此可见，冶金学 的序幕,在18世纪末真正揭开。冶金学的序幕揭开的前，人类能冶炼的金属种类还很少,冶金的技术手段也很有 限。18世纪中叶,冶金产品仍只有钢铁和铜、铅、锡、金、银、的、锌、汞等;锚、 祕、钻、银等虽已被识别，但生产甚少,应用不多。冶金手段基本上还只是氧化法(如 灰吹法)和碳还原法,远不能满足制取新金属的需要。19世纪末，电能登上冶金历史 舞台,熔盐电解法和水溶液电解法出现了,能产生高温和捽制冶炼气氛的电炉制造出来 了。从此冶金技术大步前进,发现并且生产出了一系列新的金属和新的合金。冶金学受到其他学科的哺育而成长,冶金学也为其他学科提供了新的金属材料和新 的研究课题。金属元素和金属化合物的研究促进了化学的发展,金属物理性质（如导电 性、磁性）的研究成了凝聚态物理的重要内容。冶金学的成就:冶金学不断地吸收自然科学,特别是物理学、化学、力学等方面的 新成就,指导着冶金生产技术向广度和深度发展。另方面,冶金生产又以丰富的实践 经验,充实冶金学的内容,发展成为两大领域:即（1）提取冶金学（Extractive metallurgy） 和物理冶金学（Physical metallurgy）。冶金学不断吸收自然科学,特别是物理学、化学、力学等方面的新成就,指导冶金 生产技术向广度和深度发展。另方面,冶金生产又以丰富的实践经验,充实冶金学的 内容,使冶金学逐步发展成为两大领域,即提取冶金学和物理冶金学。1.4.2 冶金学科分类1）提取冶金学:从矿石中提取金属（包括金属化合物）的生产过程称为提取冶金 学。由于这些生产过程伴有化学反应,故又称为化学冶金学。它研究火法冶炼、湿法提 取或电化学沉积等各种过程及方法的原理、流程、艺及设备,故又称为过程冶金学, 中国习惯简称冶金学。即狭义的冶金学指的是提取冶金学。提取冶金学的任务是研究各 种冶炼及提取方法,提高生产效率,节约能源,改进产品质量,降低成本，扩大品种并 增加产量。包括钢铁冶炼、有色金属冶炼和冶金过程的物理化学研究。2）物理冶金学:物理冶金学是通过成型加工的研究,制备有一定性能的金属或合 金材料的学科，又称金属学。金属（包括合金）的性能（物理性能及力学性能）不仅与 其化学成分有关,而且被成型加工或金属热处理过程产生的组织结构所决定。成型加工 包括金属铸造、粉末冶金（制粉、压制成型及烧结）及金属塑性加工（压、拔、轧、锻）。 研究金属的塑性变形理论、塑性加工对金属力学性能的影响以及金属在使用过程中的 学行为,则称之为力学冶金学,也属于物理冶金学的个组成部分。1.4.3 提取冶金方法简介1）火法冶金:Pyro-metallurgy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。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。硫化物精矿在空气中焙烧的主要目的是:除去硫和易挥发的杂质,并使之 转变成金属氧化物,以便进行还原冶炼；使硫化物成为硫酸盐,随后用湿法浸取；局部 除硫,使其在造铳熔炼中成为由儿种硫化物组成的熔铳。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铳（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、氧化吹炼和造铳熔炼3种冶炼方式:还原冶炼; 是在还原气氛下的鼓风炉内进行。加入的炉料,除富矿、烧结块或球团外,还加入熔剂 （石灰石、石英石等）,以便造渣,加入焦炭作为发热剂产生高温和作为还原剂。可还 原铁矿为生铁,还原氧化铜矿为粗铜，还原硫化铅精矿的烧结块为粗铅。氧化吹炼：在 氧化气氛下进行,如对生铁采用转炉,吹入氧气,以氧化除去铁水中的硅、镒、碳和磷, 炼成合格的钢水,铸成钢锭。造铳熔炼:主要用于处理硫化铜矿或硫化镇矿，一般在反 射炉、矿热电炉或鼓风炉内进行。加入的酸性石英石熔剂与氧化生成的氧化亚铁和脉石 造渣，熔渣之下形成一层熔铳。在造铳熔炼中,有一部分铁和硫被氧化,更重要的是通 过熔炼使杂质造渣,提高熔铳中主要金属的含量,起到化学富集的作用。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。如炼钢是对生铁的精炼,在 炼钢过程中去气、脱氧,并除去非金属夹杂物,或进步脱硫等;对粗铜则在精炼反射 炉内进行氧化精炼,然后铸成阳极进行电解精炼；对粗铅用氧化精炼除去所含的碑、睇、 锡、铁等，并可用特殊方法如派克司法以回收粗铅中所含的金及银。对高纯金属则可用 区域熔炼等方法进步提炼。2）湿法冶金:Hydrometallurgy湿法冶金是利用溶剂,借助于氧化、还原、中和、水解、络合等化学作用,对原料 中金属进行提取和分离，得到金属或其化合物的过程,称为湿法冶金。由于大部分溶剂 是水溶液,因而也叫水法冶金。水法冶金的优点是环境污染少,并且能提炼低品位的矿 石,但成本较高。主要用于生产锌、氧化铝、氧化铀及些稀有金属。湿法冶金在机理上属物理化学的内容,其生产步骤主要包括:浸取、分离、富集和 提取。（1）浸出选择适当的溶剂（如酸、碱、氨、氟化物、氯化物、有机溶剂等）把经处理过的矿 石中的常以化合物形式存在的金属选择性地溶解,以便使其与其它不溶的物质分离的过 程。浸取过程常涉及到置换和氧化还原反应,为得到所需要的产物,对浸取剂的酸碱度 要加以控制。此外,凡影响化学反应的因素都对浸取过程产生影响,一般加温和加压可 都加速浸取过程。还可以利用细菌把些不溶性的矿物变成可溶性盐,称为微生物冶金 或细菌采矿。（2）分离:将浸取溶液与不溶的残渣分离的过滤过程。同时还要考虑将残渣中的溶剂和金属离 子洗涤回收。（3）富集:把分离得到的浸取液净化和富集的过程,包括:化学沉淀、离子交换、溶剂萃取等 方法:化学沉淀又可分为置换沉淀（如用铁置换硫酸铜中的铜）、水解沉淀（如被的盐 类化合物水解成氢氧化物）、分布结晶（如锄和钾的草酸盐）等种类。离子交换过程是以固相的树脂作为离子交换剂,与液相中的离子发生可逆的离 子交换过程,已用于铀、镯系和钢系金属等的富集。溶剂萃取:让水溶液与不溶于水的有机溶液互相接触，把水溶液中的溶质择优地 转入有机相的过程。已用于铀、稀土、铜、银和钻等的富集。（4）提取从富集后的净化液中获得纯金属的过程。般采用下面要讲到的电解法。3）电冶金:Electrometallurgy利用电能从矿石或其他原料中提取、回收和精炼金属的冶金过程。电冶金成为大规 模工业生产的先决条件是廉价电能的大量供应。电冶金包括电炉冶炼、熔盐电解和水溶 液电解等。电炉冶炼是利用电能获得冶金所要求的高温而进行的冶金生产。如电弧炉炼钢是 通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能,以电极端部和炉料之间发生的电弧为热源进行 炼钢,可获得比用燃料供热更高的温度，且炉内气氛较易控制,对熔炼含有易氧元素较 多的钢种极为有利。熔盐电解是利用电能加热并转化为化学能，将某些金属的盐类熔融并作为电解质 进行电解,自熔盐中还原金属,以提取和提纯金属的冶金过程,如铝、镁、钠、留、锯 的熔盐电解生产。水溶液电解是利用电能转化的化学能使溶液中的金属离子还原为金属析出，或使 粗金属阳极经由溶液精炼沉积于阴极,如铜、锌的电积和铜、铅的电解精炼。广义上讲电冶金是指应用电能从矿石或其它原料中提取、回收、精炼金属的冶金过 程。显然也包括电炉冶炼。但实际工程上所提到的电冶金一般指电解（电化学）冶金, 包括水溶液电解和熔盐电解,而把电炉冶炼归入火法冶金的范畴。（1）水溶液电解:以溶有金属离子的水溶液作为电解质,使金属离子在阴极上析出的过程。水溶液电 解过程也可以把含杂质的金属作为阳极,电解过程使其不断溶解到水溶液中,并在阴极 析出,叫电解精炼（可溶阳极电解）,如金、银、钻、银、铜等贵重金属大多采用电解 精炼来获得高纯成分;如果阳极材料本身不参与电解过程,只是把湿法冶金中获得的浸 取液中的金属在阴极沉淀析出的过程,则叫电解提取（不溶阳极电解）,例如锌、倍、 镒的提取。（2）熔盐电解:以高导电率、低熔点的金属熔盐作为电解质，使金属离子在阴极析出的过程。主要 用于不溶于水的金属盐类,如铝、镁、钠等活泼金属。由于金属能溶于熔盐,或者与高 价氧化物反应生成低价化合物重新溶入熔盐,熔盐电解的电流效率要低于水溶液电解。4）粉末冶金:Powder Metallurgy用湿法冶金和电冶金获得的金属往往是以颗粒的形式存在,要想得到大块的致密金 属和金属零部件,可采用粉末冶金的方法。粉末冶金由以下儿个主要工艺步骤组成：配料、压制成型、坯块烧结和后处理。对 于大型的制品,为了获得均匀的密度,还需要采取等静压（各方向同时受液压）的方法成型。粉末冶金的生产艺与陶瓷产品的生产 艺非常相近,将在下一部分详细介绍。这种方法对于制造切削用的硬质合金（碳化铝、 碳化钛等难熔碳化物的混合物）刀头特别重要,鸨、锯、铜等高熔点块状合金一般用粉 末冶金法制造,致密的钛零件也可用粉末冶金法生产。粉末冶金工艺发展很快,现在常 常用来制作减磨材料、摩擦材料、结构材料、刀具和模具材料、过滤材料等。粉末冶金在技术上和经济上有以下特点：（1）可生产普通熔炼方法无法生产的特殊性能材料,如多孔材料、复合材料等; 可避免成分偏析、保证合金具有均匀的组织和稳定的性能;（2）可生产高熔点金属（如鸨和铝）和不互熔的合金（如鸨银合金）；（3）可大量减少产品的后续机加工量,节约金属材料,提高劳动生产率。这一点 对贵重金属尤其重要；（4）粉末冶金零件的缺点是塑性和韧性较差。以上讨论了金属材料的各种生产艺。其中火法冶金大量用于钢铁材料的生产,而 湿法冶金和电冶金主要用于有色金属（除钢铁以外的金属）的生产。许多有色合金既可 以采用湿法冶金也可以采用火法冶金生产,可根据矿石品位、工程条件以及生产成本来 选择。电冶金是获得高纯度金属的种有效办法,火法冶金和湿法冶金的产品常常是作 为初级产品,通过电冶金工艺进步提纯。粉末冶金实际上是把金属原料粉制成块状金 属和零件的过程,只涉及物理变化过程，是对其它冶金方法的种补充,在一定程度上 也可以看作是种加工艺。1.5 有色金属提取工艺的特点1）有色金属矿物的品位低,成分复杂。2）提取方法多，分火法和湿法。火法:（1）焙烧（氧化焙烧、还原焙烧、硫酸化焙烧、氯化焙烧、燉烧、烧结焙烧）； （2）熔炼（造铳熔炼、还原熔炼、氧化熔炼、熔盐电解、反应熔炼,吹炼）； （3）精炼（氧化精炼、氯化精炼、硫化精炼、电解精炼）。湿法:（1）浸出按浸出的溶剂分为：碱浸、氨浸、酸浸、硫脈浸出、氟化物浸出,等;按浸出的方式分为：常压浸出、加压浸出、槽浸、堆浸、就地浸出，等。（2）净化：水解沉淀净化、置换净化、气体还原（氧化）净化,等。（3）沉积：置换沉积、电解沉积、气体还原沉积。1.6 我国金属矿的分布中国已探明储量的金属矿产有54种,即：铁矿、镒矿、铝矿、钛矿、钿矿、铜矿、 铅矿、锌矿、铝土矿、镁矿、银矿、钻矿、鸨矿、锡矿、锡矿、铝矿、汞矿、睇矿、伯 族金属（伯矿、杷矿、钺矿、错矿、钺矿、钉矿）、金矿、银矿、锯矿、铝矿、被矿、 锂矿、错矿、铜矿、锄矿、飽矿、稀土元素（钮矿、铝矿、钺矿、镐矿、锦矿、锢矿、 错矿、铉矿、彩矿、箱矿）、错矿、银矿、锢矿、铉矿、饴矿、铢矿、镉矿、铳矿、硒 矿、蹄矿。现就主要金属矿产分布简介如下。1）铁矿:全国已探明的铁矿区有1834处。大型和超大型铁矿区主要有：辽宁鞍山 一本溪铁矿区、冀东北京铁矿区、河北邯郸邢台铁矿区、山西灵丘平型关铁矿、山 西五台一岚县铁矿区、内蒙古包头一白云鄂博铁锈稀土矿、山东鲁中铁矿区、宁芜一庐 纵铁矿区、安徽霍丘铁矿、湖北鄂东铁矿区、江西新余一吉安铁矿区、福建闽南铁矿区、 海南石碌铁矿、四川攀枝花西昌铀钛磁铁矿、云南滇中铁矿区、云南大勘龙铁矿、陕 西略阳鱼洞子铁矿、甘肃红山铁矿、甘肃镜铁山铁矿、新疆哈密天湖铁矿,等等。2）镒矿:全国已探明的镒矿区共有213处,主要有:辽宁瓦房子镒矿;福建连城 镒矿;湖南湘潭、民乐、玛瑙山、响涛园等锦矿;广东有小带、新椿等镒矿;广西、 下雷、荔浦等镒矿;四川高燕和轿顶山镒矿;贵州遵义镒矿。3）铝铁矿:有56处产地,主要是新疆萨尔托海、西藏罗布莎、内蒙古贺根山、甘 肃大道尔吉等铝矿。4）铜矿:已探明矿区910处,主要为:黑龙江省多宝山;内蒙古自治区乌奴格吐 山、霍各气;辽宁省红透山;安徽省铜陵铜矿集中区;江西省德兴、城门山、武山、水 平；湖北省大冶阳新铜矿集中区;广东省石箓；山西省中条山地区；云南省东川、易 门、大红山；西藏自治区玉龙、马拉松多、多霞松多；新疆维吾尔自治区阿舍勒等铜矿。5）铝土矿:有310处产地,主要为:山西省的克俄、石公、相王、西河底、太湖 石、郭偏梁一雷家苏、宽草坪;河南省的曹窑、马行沟、贾沟、石寺、竹林沟、夹沟、 支建;山东省的淄博；广西壮族自治区的平果那豆；贵州省的遵义（团溪）、林歹、小 山坝等铝土矿区。6）铅锌矿:有产地700多处,主要为:黑龙江省的西林;辽宁省的红透山、青城 子;河北省的蔡家营子；内蒙古自治区的白音诺、东升庙、甲生盘、炭窑;甘肃省的 西成（厂坝）；陕西省铅嗣山;青海省的锡铁山；湖南省的水口山、黄沙坪:广东省的 凡口；浙江省的五部；江西省的冷水坑;江苏省的栖霞山；广西壮族自治区的大厂；云 南省的兰坪、会泽、都龙；四川省的大梁子、呷村等铅锌矿。7）银矿:有产地近百处。主要是吉林省的红旗岭、赤柏松；甘肃省的金川；新疆 维吾尔自治区的喀拉通克、黄山；四川省的冷水菁、杨坪；云南省的白马寨、墨江等银 矿。8）钳矿:有产地222处,主要是吉林大黑山；辽宁省杨家杖子、兰家沟；陕西省 金堆城;河南省栾川等铝矿。9）鸨矿:探明产地252处,主要是江西省西华山、漂塘、大吉山、盘古山、画眉 坳、浒坑、下桐岭、岩美山;福建省行洛坑;湖南省柿竹园、新田岭、瑶岗仙:广东省 锯板坑、莲花山；广西壮族自治区大明山、珊瑚;甘肃省塔儿沟等铝矿。10）锡矿:探明产地293处,主要是广西壮族自治区大厂、珊瑚、水岩坝；云南省 东川；湖南省香花岭、红旗岭、野鸡尾等锡矿。11）汞、睇矿:探明汞产地103处、锚产地111处。主要是贵州万山、务川、丹寨、 铜仁;湖南省新晃等汞矿,湖南省锡矿山、板溪;广西壮族自治区大厂;甘肃省崖湾等 锚矿。陕西省旬阳汞锚矿。12）金矿:探明矿区1265处,主要有黑龙江省乌拉嘎、大安河、老柞山、呼玛； 吉林省夹皮沟、琦春；辽宁省五龙；河北省张家口、迁西；山东省玲珑、焦家、新城、 三家岛、尹格庄；河南省文峪、桐沟、金渠、秦岭、上宫；广东省河台；湖南省湘西； 云南省墨江；四川省东北寨；青海省斑玛；新疆维吾尔自治区阿希、哈密等金矿。13）银矿,探明产地569处,主要有陕西省银碉子；河南省破山；湖北省银洞沟、 白果园；四川省碑村；江西省贵溪；吉林省山门；广东省庞西洞等银矿。14）稀土、稀有金属:主要分布在内蒙古自治区（白云鄂博、801）、山东省（微山）、 江西省（赣南、宜春）、广东省（粤北）、新疆维吾尔自治区（富蕴）等地。复习题:1 .简述金属的分类,有色金属的分类；2 .简述冶金学科（冶金方法）的分类；3 .几种典型提炼冶金方法的一般流程及特点；4 .简述有色金属提取的特点；5 .简述有色金属火法、湿法提取艺的分类。第2章铜冶金2.1 概述2.1.1 铜的性质1）物理性质铜呈玫瑰红色,它的物理性质特点是展性和延性好;导电、导热性 极佳,仅次于银;无磁性;不挥发;液态铜流动性好等。熔点:1083 C。密度:8.96 g/cm3铜的蒸汽压很小,在熔点温度下仅为9xl0-5pa。高温下,液体铜能溶解氢、氧、二 氧化硫、二氧化碳、氧化碳等气体。凝固时，溶解的气体又从铜中放出,造成铜铸件 内带有气孔，影响铜的机械性能和电性能。2）化学性质铜在干燥空气中不起变化,但在含有二氧化碳的潮湿空气中则能氧 化形成碱式碳酸铜（铜绿）的有毒薄膜。加热至185C,铜在空气中开始氧化，高于35OC 氧化生成CU2。和CuO。因铜为正电性元素,故不能置换酸（盐酸和硫酸）中的氢,而 仅能溶于有氧化作用的酸如硝酸和有氧化剂存在时的硫酸中。铜能溶于氨水及与氧、硫、 卤素等化合。2.1.2 铜的主要化合物的性质1）硫化铜CuS天然硫化铜为绿色或棕黑色无定形不稳定化合物铜蓝,密度为 4.68 g/cm3,中性或还原性气氛中加热即分解为Cu2s和S2。CuS不溶于水、稀硫酸和苛 性钠中，但能溶于氟化钾和热硝酸中。2）硫化亚铜Cu2s 天然硫化亚铜为辉铜矿，蓝黑色无定形或结晶形,密度 5.76g/cm3»熔点1135C。它在高温下稳定或氧化成金属铜,常温下不被空气氧化,43 680C下则氧化放出SO2o赤热的Cu2s可逐渐被CO2氧化和缓慢地但能完全地被岀分 解。CO不能氧化CbS。以Cu2S和FeS为主的共熔体称冰铜。由于铜对硫的亲和力大,故在冰铜吹炼时FeS 先氧化造渣,剩下的Cu2s （称白被）被吹成粗铜。Cu2s不溶于水和几乎不溶于稀硫酸,与浓硫酸作用生成CuSO4、CuS和SO2,溶解 于浓盐酸中时放出 H2S。Cu2s 可溶于 NH4OH、HNO3、Fe2 （SO4） 3、FeCb、CuCb 中。3）氧化铜CuO 天然氧化铜为黑色无光泽的黑铜矿,密度6.36.4g/cm3。它不稳定、 遇热即分解。CuO易被H2、C、CO、CxH和较负电性的Zn、Fe、Ni等所还原。它不 溶于水,促可溶于FeCb、FeCb、NH40H、Fe2 （SO4） 3、（NH4） 2cO3及各种稀酸中。4）氧化亚铜CU2O 天然氧化亚铜称赤铜矿,密度6.11 g/cn?,熔点1235°。它高 温稳定,在2200C以上完全分解,在1060C以下时则部分或全部变为CuO。CrO也 易被H2、CO、CxH,.和Fe、Zn或其他对氧亲和力强的元素所还原。高温时进行的反应:2Cu2O 十 Cu2S = 6Cu 十 SO2是冰铜吹炼成粗铜的理论基础。该反应在450C开始至1100°C完成。吹炼时,由于 铜对硫的亲和大于铁,而铁对氧的亲和力大于铜,使反应Cu2O+FeS=Cu2s+FeO向 右进行到底。因此在冰铜中的FeS未完全氧化造渣以前,理论上Cu2s是不会被氧化的。Cu2 也不溶于水,但溶于 HCI、H2so FeCl2、FeCb、Fe 2 （SO4） 3、NH40H 等 溶剂中,这些反应为湿法冶金所应用。5）硅酸铜xCu”»Si022H2 自然界中的硅酸铜有硅孔雀石CuO SiO2-2H2O和透 视石CuOSiO2-H2。它们在高温下分解成稳定的2Cu2OSiO2,后者易被C、CO、H2等 还原,也易被FeO、CaO等强碱性氧化物和铜、铁硫化物分解,并能溶于浓硝酸、稀醋 酸、盐酸和硫酸中。6）硫酸铜CuSO4自然界的硫酸铜为天蓝色三斜晶系结晶的胆矶。无水硫酸铜为 白色粉末,加热时分解成CuO和SO3 （SO2+O2）o硫酸铜易溶于水。铁、锌等可从硫 酸铜溶液中置换铜。7）氯化铜CuCl2氯化铜无天然矿物,人造氯化铜为褐色粉末。熔点498c。沸点 低，易挥发，也易溶于水。氯化铜很不稳定,加热至340c即分解生成白色粉末的氯化 亚铜:2CuC12=Cu2C12+C12氯化亚铜密度3.53 g/cm）熔点按不同作用为420440C,易挥发,这在氯化冶金 中得到了应用。离析法就是利用食盐将难选低品味氧化铜氯化生成气态Cu2c12,然后在 碳表面还原而与铁及其他杂质分离的:2CuC12+C+2H2O=4Cu+4HC1+CO2熔融Cu2cb是电的良导体。Cu2cl2儿乎不溶于水,但溶于盐酸和金属氯化物（如食 盐）溶液中。Cu2c的食盐溶液可使Pb、Zn、Cd、Fe、Co、Bi、Sn等金属硫化物分解， 并形成相应的金属氯化物和CuSo Cu2cb中的铜可用铁沉淀或电积析出。另外,如铜的碳酸盐和铁酸盐等,在冶金中仅占次要地位。2.1.3 铜的用途由于铜具有较高的导电性、传热性、延展性、抗拉性和耐腐性,因此在国防工业、 电气业、机械制造工业以及其他部门的应用都很广,特别在电气业应用得更为广泛。常规武器制造和空间探测都需要铜。铜的一半左右用于电器及电子工业,如制造电 缆、电线、电机以及其他输电和电讯设备。在机械制造工业中多是使用铜的合金，如黄 铜、青铜、白铜、镒铜钢、锲铜、康铜等。胆矶（硫酸铜）则用于制造农药和其他化学药品。2.1.4 炼铜原料铜在地壳的含量不大,仅为0.01%,但铜常成为分布较广而富集的矿床而利于开采 和利用。目前已知的含铜矿物超过240种,可是到目前为止，能作为业开采的铜矿仅 有十多种。铜矿分自然铜、硫化铜和氧化铜矿三大类。自然铜矿在自然界存在量较少, 意义不大。硫化铜矿的分布最广,应用最多,故最有意义。目前世界上铜产量的90%左 右来自硫化矿。在我国矿床中,氧化铜矿也常发现。硫化铜矿中分布最广的是黄铜矿（CuFeSz）,其次是斑铜矿（CusFeS、辉铜矿（CuzS） 和铜蓝（CuS）。氧化铜矿中以孔雀石铜绿CuCO3-Cu（OH）2分布最广,其次是蓝铜矿石 # 2CuCO3Cu（OH）2o铜矿石中除含铜矿物外,还伴生有其他金属矿物和脉石矿物。如硫化铜中常含有黄 铁矿（FeS2）、磁黄铁矿（Fe7s8）,还有闪锌矿（ZnS）、方铅矿（PbS）等。氧化铜矿中 也会含有褐铁矿、赤铁矿、菱铁矿和其他金属氧化矿物。铜矿石中的脉石矿物最普通的是石英，其次是方解石、长石、云母等。这些脉石矿 物对火法炼铜的造渣过程以及对湿法炼铜的溶剂选择影响很大。根据脉石的特征,有时 将矿石分为酸性矿石（含SiCh高）和碱性矿石（含CaO、MgO等高）。除了主要矿物以外,铜矿中还含有少量