重金屬冶金學(xué)前言

重金屬冶金學(xué)

MetallurgyofHeavyMetals電話:E-mail:1《重金屬冶金學(xué)》教學(xué)大綱課程名稱：

《重金屬冶金學(xué)》學(xué)分：4.0理論學(xué)時(shí)：64適用專業(yè)：冶金工程先修課程：《物理化學(xué)》、《冶金原理》一、課程的性質(zhì)、目的與任務(wù)

本課程是冶金工程專業(yè)的核心專業(yè)課，包含硫化礦的焙燒和燒結(jié)、還原熔煉、造锍熔煉、硫化精礦的直接熔煉、粗金屬精煉與濕法冶金。本課程以金屬冶煉過程為基本主線，圍繞環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展兩大問題，著重介紹冶煉過程的新技術(shù)、新理論、新工藝和新設(shè)備以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和冶煉過程管理等知識(shí)。2

二、教學(xué)基本要求

通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解有色重金屬冶煉過程的新技術(shù)、新工藝；理解冶煉過程的基本原理和基本過程；掌握有色重金屬冶煉的典型過程、基本原理、工藝技術(shù)及裝備，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、分析和解決問題的能力，為今后從事有色重金屬冶煉工作打下良好的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)。三、理論教學(xué)內(nèi)容及進(jìn)度安排課次周次授課內(nèi)容11介紹課程的主要內(nèi)容、教授目的及達(dá)到要求21重金屬冶金的基本概念、生產(chǎn)工藝方法、本行業(yè)的特點(diǎn)及背景31硫化礦氧化焙燒與燒結(jié)焙燒的熱力學(xué)理論基礎(chǔ)及主要雜質(zhì)行為42硫化鋅精礦的流態(tài)化焙燒的特點(diǎn)及生產(chǎn)實(shí)踐52鉛鋅硫化精礦的燒結(jié)焙燒過程及生產(chǎn)實(shí)踐362鼓風(fēng)爐煉鉛的工藝及生產(chǎn)實(shí)踐（1）73鼓風(fēng)爐煉鉛的工藝及生產(chǎn)實(shí)踐（2）83鼓風(fēng)爐煉鋅鉛的工藝及生產(chǎn)實(shí)踐（1）93鼓風(fēng)爐煉鋅鉛的工藝及生產(chǎn)實(shí)踐（2）104錫精礦的還原熔煉工藝及生產(chǎn)實(shí)踐114還原熔煉渣的煙化處理工藝124造锍熔煉的原料及冶煉方法135造锍熔煉的基本原理145重金屬造锍熔煉的生產(chǎn)實(shí)踐155锍的吹煉原理及生產(chǎn)實(shí)踐1610造锍熔煉爐渣的貧化處理1710硫化礦直接熔煉的基本方法1810硫化鉛精礦直接熔煉的基本原理1911硫化鉛精礦直接熔煉的生產(chǎn)實(shí)踐2011鋅鎘精餾的基本原理及生產(chǎn)工藝42111鉛、銻、錫、鉍的火法精煉工藝及生產(chǎn)實(shí)踐（1）2212鉛、銻、錫、鉍的火法精煉工藝及生產(chǎn)實(shí)踐（2）2312粗銅的火法精煉及電解精煉2412鉛的電解精煉2513重金屬濕法冶金的基本理論及主要方法2613重金屬濕法冶金的浸出過程2713浸出液的凈化方法及基本原理2814浸出液凈化的生產(chǎn)實(shí)踐2914鋅電極的反應(yīng)及雜質(zhì)在電積過程中的行為3014鋅電解的基本概念及生產(chǎn)實(shí)踐3115銅鎳濕法冶金的基本概念及主要方法3215銅鎳濕法冶金的生產(chǎn)實(shí)踐5四、主要參考書朱祖澤、賀家齊編.《現(xiàn)代銅冶金學(xué)》，科學(xué)出版社，2003年01月第一版.《鉛鋅冶金學(xué)》編委會(huì).《鉛鋅冶金學(xué)》，科學(xué)出版社，2003年4月第一版.郭年祥.《有色冶金化工過程原理及設(shè)備》，冶金工業(yè)出版社，2008年12月第一版.6前言第一章硫化礦焙燒與燒結(jié)第二章重金屬還原熔煉第三章重金屬造锍熔煉第四章硫化礦直接熔煉第五章粗金屬的精煉第六章重金屬濕法冶金目錄

7前言1、重金屬主要包括哪些金屬？2、重金屬的主要冶煉方法及生產(chǎn)工藝。3、我國有色重金屬工業(yè)的概況及冶煉行業(yè)背景。4、有色金屬冶金單元過程。5、重金屬冶金過程中存在的環(huán)境污染。81、重金屬主要包括哪些金屬？

工業(yè)上常見的重金屬主要包括：Cu、Pb、Zn、Ni、Co、Cd、Sb、Hg、Sn、Bi等十種。

重金屬的礦物原料除Sn外，其它重金屬主要以硫化礦的形式存在，重金屬礦物中常常伴生有稀散和貴金屬，如Se、Te、In、Ga、Ge、Ag、Au、Pt、Pd、Ru等。9

2、重金屬的主要冶煉方法及生產(chǎn)工藝

重金屬的冶煉方法根據(jù)礦物原料和各金屬本身特性的不同，可以采用火法、濕法和電化學(xué)冶金等方法，但從目前看是火法為主。10金屬Fe、Cu、Pb、Zn、Sn生產(chǎn)的原則工藝流程鐵礦粉燒結(jié)(或球團(tuán))高爐煉鐵轉(zhuǎn)爐煉鋼鋼錠銅精礦造锍熔煉轉(zhuǎn)爐吹煉火法精煉電銅電解精煉鉛精礦燒結(jié)焙燒鼓風(fēng)爐熔煉火法精煉電鉛電解精煉精鉛11金屬Fe、Cu、Pb、Zn、Sn生產(chǎn)的原則工藝流程(續(xù))鋅精礦氧化焙燒火法煉鋅電鋅濕法煉鋅精鋅焙砂合格錫精礦溶劑、無煙煤鼓風(fēng)爐熔煉精煉煙塵精錫粗錫富錫爐渣煙化揮發(fā)爐渣12

3、我國有色重金屬工業(yè)概況3.1概況大部分重金屬的產(chǎn)量位居世界前列，目前鉛鋅的產(chǎn)量居世界第一位。中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長康義指出：與國際先進(jìn)水平相比，當(dāng)前我國有色金屬工業(yè)存在資源短缺、能耗高、資源利用效率低等六大問題。礦山原礦品位下降，資源供給嚴(yán)重不足，結(jié)構(gòu)性矛盾突出，多數(shù)有色金屬品種都面臨加工能力大于冶煉能力，冶煉能力又大大超過精礦保障能力的難題。133.2重金屬資源的特點(diǎn)主要礦物為硫化物礦物礦石都為復(fù)合礦礦石品位較低一般須經(jīng)過選礦富集現(xiàn)分離有用成分冶金方法為火法與濕法及電法聯(lián)合3、我國有色重金屬工業(yè)概況143.3我國銅行現(xiàn)狀3.3.1資源保有儲(chǔ)量1915萬噸，基礎(chǔ)儲(chǔ)量3042萬噸，資源量3177萬噸，資源總量6218萬噸。與國外可比部分，不超過1800萬噸，居世界第七位。當(dāng)前銅礦石主要產(chǎn)自江西、云南、山西、安徽、湖北五省，占全國產(chǎn)量的84.8%，主要礦山有德興、江銅、易門、中條山、銅陵、銅錄山、封山洞等。3、我國有色重金屬工業(yè)概況153.3.2礦山礦點(diǎn)多，而分散；難采難選礦多；貧礦多富礦少；銅礦儲(chǔ)量的利用率低。現(xiàn)有銅礦762個(gè)，其中大型13個(gè)，中型40個(gè)，從業(yè)人員13.1萬人。3.3.3采礦由于地質(zhì)條件所限，以坑采為主，比先進(jìn)國家生產(chǎn)率低，成本高，浪費(fèi)大，勞動(dòng)條件差2003年銅精礦生產(chǎn)能力為58.24萬噸，粗銅產(chǎn)量為130萬噸，精銅產(chǎn)量為177.0萬噸。3、我國有色重金屬工業(yè)概況163.3.4冶金已達(dá)到世界先進(jìn)水平目前國內(nèi)已擁有閃速熔煉、諾蘭達(dá)法，艾薩法、奧斯麥特法等先進(jìn)火法熔煉方法。2010年銅產(chǎn)量457.4萬噸。預(yù)計(jì)2011年達(dá)600萬噸。但濕法冶金技術(shù)發(fā)展緩慢。3、我國有色重金屬工業(yè)概況173.3.5我國主要銅企業(yè)1）江西銅業(yè)貴溪冶煉廠40萬噸/年2）銅陵有色金屬金屬集團(tuán)公司35萬噸/年3）云南銅業(yè)集團(tuán)公司30萬噸/年4）大冶有色金屬公司20萬噸/年5）金川集團(tuán)15萬噸/年6）中條山冶煉廠10萬噸/年7）金昌冶煉廠10萬噸/年3、我國有色重金屬工業(yè)概況183.3.6銅的冶金方法1)濕法煉銅：對氧化礦：浸出—置換(萃取)—提取或精煉對硫化礦：焙燒—浸出—凈化—電解3、我國有色重金屬工業(yè)概況19202).火法煉銅：主要處理硫化礦主要工藝為：銅精礦熔煉吹煉精煉21223.4我國鉛鋅行業(yè)現(xiàn)狀3.4.1資源鉛保有儲(chǔ)量771萬噸、基礎(chǔ)儲(chǔ)量1209萬噸、資源量2273萬噸，已查明資源總量3482萬噸。鉛儲(chǔ)量位澳大利亞、美國之后，占世界鉛儲(chǔ)量的10.2%。鋅保有儲(chǔ)量2249萬噸，基礎(chǔ)儲(chǔ)量3442萬噸，資源量5731萬噸，資源總量9172萬噸。鋅儲(chǔ)量也位于澳大利亞美國之后，占世界鋅儲(chǔ)量的10.7%。資源特點(diǎn)：以硫化礦為主；復(fù)合礦，且主要為鉛鋅共生；伴有大量的Au、Ag等貴金屬；我國礦石資源的鉛鋅比：1：2.25；美國：1：0.6—0.8；世界平均：1：13、我國有色重金屬工業(yè)概況233.4.2礦山我國的礦山采選企業(yè)約有1185家。采礦以坑采為主，露采只占10%；采礦大部分企業(yè)只相當(dāng)于工業(yè)發(fā)展國家的六、七十年代水平；選礦以浮選為主，較之于采礦與世界水平較為接近；由于大量小礦山的存在，我國鉛鋅礦山采選技術(shù)裝備水平比較低?，F(xiàn)在的鉛鋅礦開采品位鉛：0.4-1.5%鋅：6-13%選礦后得到的鉛精礦含鉛：40-75%，鋅：5-10%鋅精礦的含鋅：38-62%，其中含鉛：0.5-2%。3、我國有色重金屬工業(yè)概況243.4.3冶金總體技術(shù)裝備與國際同行有較大的差距，與世界頭號(hào)產(chǎn)鋅大國的身份不太相稱。總體技術(shù)落后的關(guān)鍵問題之一是企業(yè)平均規(guī)模小，行業(yè)集中度低；煉鉛工藝中，傳統(tǒng)的燒結(jié)—鼓風(fēng)爐還原熔煉占90%。3、我國有色重金屬工業(yè)概況253.4.4我國主要鉛鋅企業(yè)十大鉛冶煉企業(yè)1.河南豫光金鉛集團(tuán)(20.62萬噸)2.安陽市豫北金屬冶煉廠(9.9萬噸)3.株洲冶煉集團(tuán)有限公司(9.32萬噸)4.云南冶金集團(tuán)總公司(7.13萬噸)5.中金嶺南韶關(guān)冶煉廠(7.11萬噸)6.水口山礦務(wù)局(6.49萬噸)7.徐州春興合金有限公司(5.06萬噸)8.安微池州有色金屬集團(tuán)公司(3.44萬噸)9.濟(jì)源市萬洋有色冶煉廠(3.28萬噸)10.金城江成源冶煉廠(6.66萬噸)3、我國有色重金屬工業(yè)概況26十大鋅冶煉企業(yè)：1.株洲冶煉集團(tuán)(28.50萬噸)2.葫蘆島鋅廠(22.66萬噸)3.中金嶺南韶關(guān)冶煉廠(16.24萬噸)4.四川宏達(dá)有限公司(8.64萬噸)5.銀荔集團(tuán)龍城化工總廠(8.43萬噸)6.云南冶金集團(tuán)(8.39萬噸)7.白銀有色金屬公司(7.90萬噸)8.陜西東嶺鋅業(yè)公司(6.01萬噸)9.柳州鋅品股份有限公司(5.46萬噸)10.云祥云化工冶煉公司(5.37萬噸)3、我國有色重金屬工業(yè)概況27我國現(xiàn)有鉛鋅企業(yè)775家。國有及國有控股企業(yè)以及年銷售收入在500萬元以上的非國有企業(yè)303家。排名世界前十的只有株洲冶煉集團(tuán)(世界第九)企業(yè)平均規(guī)模小，各種冶煉方法同時(shí)并舉。3、我國有色重金屬工業(yè)概況283.4.5鉛冶金方法1.濕法。還沒有工業(yè)應(yīng)用2.火法1)反應(yīng)熔煉法PbSO4+PbS==2Pb+2SO22PbO+PbS==3Pb+SO22).沉淀熔煉法PbS+Fe===FeS+Pb3、我國有色重金屬工業(yè)概況293).焙燒—還原熔煉法最主要的是燒結(jié)焙燒—鼓風(fēng)爐還的熔煉法其主要步驟為：燒結(jié)焙燒鼓風(fēng)爐還原熔煉火法精煉電解精煉3、我國有色重金屬工業(yè)概況303.4.6鋅冶金方法1).火法：占30%ISP法豎罐煉鋅電爐煉鋅平罐煉鋅馬槽爐煉

3、我國有色重金屬工業(yè)概況31氧化焙燒或燒結(jié)還原揮發(fā)冷凝器精餾精煉硫化鋅精礦碳質(zhì)還原劑SO2煙氣鋅蒸氣液體鋅含鋅渣焙砂或燒結(jié)塊純鋅火法煉鋅原則流程322).濕法：占70%基本工藝：硫化礦電鋅廢液焙燒浸出凈化電積3、我國有色重金屬工業(yè)概況33焙砂熔鑄浸出渣（火法處理或熱酸浸出回收鋅氧化焙燒凈化浸出SO2煙氣電解沉積硫化鋅精礦硫酸鋅溶液陰極鋅電解廢液（含硫酸）鋅錠含雜質(zhì)的硫酸鋅溶液濕法煉鋅原則流程344.冶金單元過程4.1火法冶金(Pyrometallurgy)：它是指在高溫下礦石或精礦經(jīng)熔煉、精煉反應(yīng)及熔化作業(yè)，使其中的金屬與脈石、雜質(zhì)分開，獲得較純金屬的過程。整個(gè)過程一般包括原料準(zhǔn)備、熔煉和精煉三個(gè)工序。過程所需能源，主要靠燃料供給，也有依靠過程的化學(xué)反應(yīng)熱來提供。①焙燒(Roasting)和燒結(jié)：是指將礦石或精礦置于適當(dāng)氣氛下，加熱至低于它們的熔點(diǎn)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)組成，如ZnS→ZnO、PbS→PbO，滿足熔煉或浸出要求。焙燒過程按控制氣氛的不同，可分為氧化焙燒、還原焙燒、硫酸化焙燒、氯化焙燒等。35②熔煉(Smelting)：是指將處理好的礦石、精礦或其它原料，在高溫下通過氧化、還原反應(yīng)，使礦石原料中金屬組分與脈石、雜質(zhì)分離為兩個(gè)液相即金屬(或金屬锍)液和爐渣的過程，它也叫冶煉。③火法精煉(Firerefining)：在高溫下進(jìn)一步處理熔煉、吹煉所得含有少量雜質(zhì)的精金屬，以提高其純度。如熔煉鐵礦石得到的生鐵，再氧化精煉成鋼?；鸱ň珶挼姆N類很多，如氧化精煉、硫化精煉、氯化精煉、熔析精煉、堿性精煉、區(qū)域精煉、真空冶金、蒸餾等。4.冶金單元過程364.2濕法冶金(Hydrometallurgy)：

它是指在常溫(低于100℃)常壓或高溫(100~300℃)高壓下，用溶劑處理礦石或精礦，使要提取的金屬溶解于溶液中，而其它雜質(zhì)不溶解，然后再從溶液中將金屬提取和分離出來的過程。由于絕大部分溶劑為水溶液，故也稱水法冶金。該方法包括以下單元過程：①浸出(leaching)或溶出(digesting)：中性、低溫低酸、高溫高酸、堿浸；②分離(separation)：黃鉀鐵礬、針鐵礦、赤鐵礦；③富集(