重金属冶金学前言.ppt

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1、重金属冶金学Metallurgy of Heavy Metals胡宇杰胡宇杰电话电话:13973389839E-mail:重金属冶金学教学大纲课程名称：重金属冶金学 学分：4.0理论学时：64适用专业：冶金工程先修课程：物理化学、冶金原理一、课程的性质、目的与任务 本课程是冶金工程专业的核心专业课，包含硫化矿的焙烧和烧结、还原熔炼、造锍熔炼、硫化精矿的直接熔炼、粗金属精炼与湿法冶金。本课程以金属冶炼过程为基本主线，围绕环境保护和可持续发展两大问题，着重介绍冶炼过程的新技术、新理论、新工艺和新设备以及技术经济分析和冶炼过程管理等知识。二、教学基本要求 通过本课程的学习，使学生了解有色重金属冶炼过

2、程的新技术、新工艺；理解冶炼过程的基本原理和基本过程；掌握有色重金属冶炼的典型过程、基本原理、工艺技术及装备，培养学生的创新能力、分析和解决问题的能力，为今后从事有色重金属冶炼工作打下良好的专业知识基础。三、理论教学内容及进度安排课次周次授 课 内 容11介绍课程的主要内容、教授目的及达到要求21重金属冶金的基本概念、生产工艺方法、本行业的特点及背景31硫化矿氧化焙烧与烧结焙烧的热力学理论基础及主要杂质行为42硫化锌精矿的流态化焙烧的特点及生产实践52铅锌硫化精矿的烧结焙烧过程及生产实践62鼓风炉炼铅的工艺及生产实践（1）73鼓风炉炼铅的工艺及生产实践（2）83鼓风炉炼锌铅的工艺及生产实践（1

3、）93鼓风炉炼锌铅的工艺及生产实践（2）104锡精矿的还原熔炼工艺及生产实践114还原熔炼渣的烟化处理工艺124造锍熔炼的原料及冶炼方法135造锍熔炼的基本原理145重金属造锍熔炼的生产实践155锍的吹炼原理及生产实践1610造锍熔炼炉渣的贫化处理1710硫化矿直接熔炼的基本方法1810硫化铅精矿直接熔炼的基本原理1911硫化铅精矿直接熔炼的生产实践2011锌镉精馏的基本原理及生产工艺2111铅、锑、锡、铋的火法精炼工艺及生产实践（1）2212铅、锑、锡、铋的火法精炼工艺及生产实践（2）2312粗铜的火法精炼及电解精炼2412铅的电解精炼2513重金属湿法冶金的基本理论及主要方法2613重金属

4、湿法冶金的浸出过程2713浸出液的净化方法及基本原理2814浸出液净化的生产实践2914锌电极的反应及杂质在电积过程中的行为3014锌电解的基本概念及生产实践3115铜镍湿法冶金的基本概念及主要方法3215铜镍湿法冶金的生产实践四、主要参考书四、主要参考书1.朱祖泽、贺家齐编.现代铜冶金学，科学出版社，2003年01月第一版.2.铅锌冶金学编委会.铅锌冶金学，科学出版社，2003年4月第一版.3.郭年祥.有色冶金化工过程原理及设备，冶金工业出版社，2008年12月第一版.前言前言 第一章第一章 硫化矿焙烧与烧结硫化矿焙烧与烧结第二章第二章 重金属还原熔炼重金属还原熔炼第三章第三章 重金属造锍熔

5、炼重金属造锍熔炼第四章第四章 硫化矿直接熔炼硫化矿直接熔炼 第五章第五章 粗金属的精炼粗金属的精炼第六章第六章 重金属湿法冶金重金属湿法冶金目 录前 言1、重金属主要包括哪些金属？2、重金属的主要冶炼方法及生产工艺。3、我国有色重金属工业的概况及冶炼行业背景。4、有色金属冶金单元过程。5、重金属冶金过程中存在的环境污染。1、重金属主要包括哪些金属？工业上常见的重金属主要包括：Cu、Pb、Zn、Ni、Co、Cd、Sb、Hg、Sn、Bi 等十种。重金属的矿物原料除Sn外，其它重金属主要以硫化矿的形式存在，重金属矿物中常常伴生有稀散和贵金属，如Se、Te、In、Ga、Ge、Ag、Au、Pt、Pd、R

6、u等。2、重金属的主要冶炼方法及生产工艺 重金属的冶炼方法根据矿物原料和各金属本身特性的不同，可以采用火法、湿法和电化学冶金等方法，但从目前看是火法为主。金属金属Fe、Cu、Pb、Zn、Sn生产的原则工艺流程生产的原则工艺流程铁矿粉烧结(或球团)高炉炼铁转炉炼钢钢 锭铜精矿造锍熔炼转炉吹炼火法精炼电 铜电解精炼铅精矿烧结焙烧鼓风炉熔炼火法精炼电 铅电解精炼精 铅金属金属Fe、Cu、Pb、Zn、Sn生产的原则工艺流程生产的原则工艺流程(续续)锌精矿氧化焙烧火法炼锌电 锌湿法炼锌精 锌焙 砂合格锡精矿溶剂、无烟煤鼓风炉熔炼精 炼烟 尘精 锡粗 锡富锡炉渣烟化挥发炉 渣 3、我国有色重金属工业概况

7、3.1 概况大部分重金属的产量位居世界前列，目前铅锌的产量居世界第一位。中国有色金属工业协会会长康义指出：与国际先进水平相比，当前我国有色金属工业存在资源短缺、能耗高、资源利用效率低等六大问题。矿山原矿品位下降，资源供给严重不足，结构性矛盾突出，多数有色金属品种都面临加工能力大于冶炼能力，冶炼能力又大大超过精矿保障能力的难题。3.2 重金属资源的特点主要矿物为硫化物矿物矿石都为复合矿矿石品位较低一般须经过选矿富集现分离有用成分冶金方法为火法与湿法及电法联合 3、我国有色重金属工业概况3.3 我国铜行现状3.3.1 资源保有储量1915万吨，基础储量3042万吨，资源量3177万吨，资源总量62

8、18万吨。与国外可比部分，不超过1800万吨，居世界第七位。当前铜矿石主要产自江西、云南、山西、安徽、湖北五省，占全国产量的84.8%，主要矿山有德兴、江铜、易门、中条山、铜陵、铜录山、封山洞等。3、我国有色重金属工业概况3.3.2 矿山矿点多，而分散；难采难选矿多；贫矿 多富矿少；铜矿储量的利用率低。现有铜矿762个，其中大型13个，中型40个，从业人员13.1万人。3.3.3 采矿由于地质条件所限，以坑采为主，比先进国家生产率低，成本高，浪费大，劳动条件差2003年铜精矿生产能力为58.24万吨，粗铜产量为130万吨，精铜产量为177.0万吨。3、我国有色重金属工业概况3.3.4 冶金已达

9、到世界先进水平目前国内已拥有闪速熔炼、诺兰达法，艾萨法、奥斯麦特法等先进火法熔炼方法。2010年铜产量457.4万吨。预计2011年达600万吨。但湿法冶金技术发展缓慢。3、我国有色重金属工业概况3.3.5 我国主要铜企业1）江西铜业贵溪冶炼厂40万吨/年2）铜陵有色金属金属集团公司35万吨/年3）云南铜业集团公司30 万吨/年4）大冶有色金属公司20万吨/年5）金川集团15万吨/年6）中条山冶炼厂10万吨/年7）金昌冶炼厂10万吨/年 3、我国有色重金属工业概况3.3.6 铜的冶金方法1)湿法炼铜：湿法炼铜：对氧化矿：对氧化矿：浸出浸出置换置换(萃取萃取)提取或精炼提取或精炼对硫化矿：对硫化

10、矿：焙烧焙烧浸出浸出净化净化电解电解 3、我国有色重金属工业概况2).火法炼铜：主要处理硫化矿火法炼铜：主要处理硫化矿 主要工艺为：主要工艺为：铜精矿铜精矿熔炼熔炼吹炼吹炼精炼精炼3.4 我国铅锌行业现状3.4.1 资源铅保有储量771万吨、基础储量1209万吨、资源量2273万吨，已查明资源总量3482万吨。铅储量位澳大利亚、美国之后，占世界铅储量的10.2%。锌保有储量2249万吨，基础储量3442万吨，资源量5731万吨，资源总量9172万吨。锌储量也位于澳大利亚美国之后，占世界锌储量的10.7%。资源特点：以硫化矿为主；复合矿，且主要为铅锌共生；伴有大量的Au、Ag等贵金属；我国矿石资

11、源的铅锌比：1：2.25；美国：1：0.60.8；世界平均：1：1 3、我国有色重金属工业概况3.4.2 矿山我国的矿山采选企业约有1185家。采矿以坑采为主，露采只占10%；采矿大部分企业只相当于工业发展国家的六、七十年代水平；选矿以浮选为主，较之于采矿与世界水平较为接近；由于大量小矿山的存在，我国铅锌矿山采选技术装备水平比较低。现在的铅锌矿开采品位铅：0.4-1.5%锌：6-13%选矿后得到的铅精矿含铅：40-75%，锌：5-10%锌精矿的含锌：38-62%，其中含铅：0.5-2%。3、我国有色重金属工业概况3.4.3 冶金总体技术装备与国际同行有较大的差距，与世界头号产锌大国的身份不太相

12、称。总体技术落后的关键问题之一是企业平均规模小，行业集中度低；炼铅工艺中，传统的烧结鼓风炉还原熔炼占90%。3、我国有色重金属工业概况3.4.4 我国主要铅锌企业十大铅冶炼企业1.河南豫光金铅集团(20.62万吨)2.安阳市豫北金属冶炼厂(9.9万吨)3.株洲冶炼集团有限公司(9.32万吨)4.云南冶金集团总公司(7.13万吨)5.中金岭南韶关冶炼厂(7.11万吨)6.水口山矿务局 (6.49万吨)7.徐州春兴合金有限公司(5.06万吨)8.安微池州有色金属集团公司(3.44万吨)9.济源市万洋有色冶炼厂(3.28万吨)10.金城江成源冶炼厂(6.66万吨)3、我国有色重金属工业概况十大锌冶炼

13、企业：1.株洲冶炼集团(28.50万吨)2.葫芦岛锌厂(22.66万吨)3.中金岭南韶关冶炼厂(16.24万吨)4.四川宏达有限公司(8.64万吨)5.银荔集团龙城化工总厂(8.43万吨)6.云南冶金集团(8.39万吨)7.白银有色金属公司(7.90万吨)8.陕西东岭锌业公司(6.01万吨)9.柳州锌品股份有限公司(5.46万吨)10.云祥云化工冶炼公司(5.37万吨)3、我国有色重金属工业概况我国现有铅锌企业775家。国有及国有控股企业以及年销售收入在500万元以上的非国有企业303家。排名世界前十的只有株洲冶炼集团(世界第九)企业平均规模小，各种冶炼方法同时并举。3、我国有色重金属工业概况

14、3.4.5 铅冶金方法1.湿法。还没有工业应用2.火法 1)反应熔炼法 PbSO4+PbS=2Pb+2SO2 2PbO+PbS=3Pb+SO2 2).沉淀熔炼法 PbS+Fe=FeS+Pb 3、我国有色重金属工业概况3).焙烧还原熔炼法最主要的是烧结焙烧鼓风炉还的熔炼法其主要步骤为：烧结烧结焙烧焙烧鼓风炉鼓风炉还原熔炼还原熔炼火法火法精炼精炼电解电解精炼精炼 3、我国有色重金属工业概况3.4.6 锌冶金方法1).火法：占30%ISP法 竖罐炼锌 电炉炼锌 平罐炼锌 马槽炉炼 3、我国有色重金属工业概况氧化焙烧或烧结氧化焙烧或烧结还原挥发还原挥发冷凝器冷凝器精馏精炼精馏精炼硫化锌精矿硫化锌精矿碳

15、质还原剂碳质还原剂SO2烟气烟气锌蒸气锌蒸气液体锌液体锌含锌渣含锌渣焙砂或烧结块焙砂或烧结块纯锌纯锌火法炼锌原则流程火法炼锌原则流程2).2).湿法：占湿法：占70%70%基本工艺：基本工艺：硫化矿硫化矿 电锌电锌 废液废液焙烧焙烧浸出浸出净化净化电积电积 3、我国有色重金属工业概况焙砂焙砂熔铸熔铸浸出渣浸出渣（火法处理或热酸浸出回收锌（火法处理或热酸浸出回收锌氧化焙烧氧化焙烧净化净化浸出浸出SO2烟气烟气电解沉积电解沉积硫化锌精矿硫化锌精矿硫酸锌溶液硫酸锌溶液阴极锌阴极锌电解废液电解废液（含硫酸）（含硫酸）锌锭锌锭含杂质的硫酸锌溶液含杂质的硫酸锌溶液湿法炼锌原则流程湿法炼锌原则流程4.冶金单

16、元过程冶金单元过程4.1 火法冶金火法冶金(Pyrometallurgy)：它是指在高温下矿石或精矿经熔炼、精炼反应及熔化作业，使其中的金属与脉石、杂质分开，获得较纯金属的过程。整个过程一般包括原料准备、熔炼和精炼三个工序。过程所需能源，主要靠燃料供给，也有依靠过程的化学反应热来提供。焙烧焙烧(Roasting)和烧结和烧结：是指将矿石或精矿置于适当气氛下，加热至低于它们的熔点温度，发生氧化、还原或其它化学变化的过程。其目的是改变原料中提取对象的化学组成，如ZnSZnO、PbS PbO，满足熔炼或浸出要求。焙烧过程按控制气氛的不同，可分为氧化焙烧、还原焙烧、硫酸化焙烧、氯化焙烧等。熔炼熔炼(S

17、melting)：是指将处理好的矿石、精矿或其它原料，在高温下通过氧化、还原反应，使矿石原料中金属组分与脉石、杂质分离为两个液相即金属(或金属锍)液和炉渣的过程，它也叫冶炼。火法精炼火法精炼(Fire refining)：在高温下进一步处理熔炼、吹炼所得含有少量杂质的精金属，以提高其纯度。如熔炼铁矿石得到的生铁，再氧化精炼成钢。火法精炼的种类很多，如氧化精炼、硫化精炼、氯化精炼、熔析精炼、碱性精炼、区域精炼、真空冶金、蒸馏等。4.冶金单元过程冶金单元过程4.2 湿法冶金湿法冶金(Hydrometallurgy)：它是指在常温(低于100)常压或高温(100300)高压下，用溶剂处理矿石或精矿，

18、使要提取的金属溶解于溶液中，而其它杂质不溶解，然后再从溶液中将金属提取和分离出来的过程。由于绝大部分溶剂为水溶液，故也称水法冶金。该方法包括以下单元过程：浸出(leaching)或溶出(digesting)：中性、低温低酸、高温高酸、碱浸；分离(separation)：黄钾铁矾、针铁矿、赤铁矿；富集(concentration)：In铁渣、Ag阳极泥；净化(solution purification)：置换、硫化沉淀；提取(extraction)：溶剂萃取、离子交换、电积；4.冶金单元过程冶金单元过程4.3 电冶金电冶金(electrometallurgy)它是利用电能提取和精炼金属的方法。按

19、电能利用形式可分为：电热冶金电热冶金(Electrothermical metallurgy)：利用电能转变成热能，再高温下提炼金属，本质上与火法冶金相同，Cu、Zn的电炉冶炼。电化学冶金电化学冶金(Electrochemical metallurgy)：用电化学反应使金属从含金属盐类的水溶液或溶体中析出。前者称为水溶液电解，如Cu的电解精炼(electrolysis)和锌的电沉积(electrowinning)可归于湿法冶金；后者称为熔盐电解(molten salt electrolysis)，如电解铝、镁，可列入火法冶金。4.冶金单元过程冶金单元过程5.重金属冶金过程中存在的环境污染5.1 废气：铅、锑、铋冶炼过程中产生低浓度SO2；火法炼铅挥发的有毒的PbO、As2O3烟气；5.2 废渣：铁渣，黄钾铁矾渣、针铁矿、赤铁矿，吸附重金属离子；置换渣，铜镉渣，可以回收。5.3 废水：洗涤水，冷却水。