有色金屬冶煉，從礦石、精礦、二次資源或其他物料中分離出伴生元素而產出有色金屬或其化合物的生產過程。
基本介紹
- 中文名：有色金屬冶煉
- 定義：從礦石、精礦、二次資源或其他物料中分離出伴生元素而產出有色金屬或其化合物的生產過程
分類,還原方法,工藝流程,提取步驟,推薦書目,
分類
已發現的113種元素中，有88種金屬、9種半金屬和16種非金屬。有色金屬是除鐵以外的87種金屬和9種半金屬的總稱。也有將鉻、錳排除在有色金屬之外，而與鐵歸為一類，稱為黑色金屬。各國對有色金屬的分類，因為沒有統一標準而不盡一致，有些金屬的歸類還存在交叉情況。
按中國的慣例，有色金屬劃分為：
①重有色金屬；
②輕金屬；
③貴金屬；
④稀有金屬，包括稀有輕金屬、稀有高熔點金屬、稀土金屬、稀散金屬和放射性金屬；
⑤半金屬。有色金屬是民用工業、軍事工業和高科技發展必不可少的基礎材料。有色金屬冶煉方法概要金屬原料預處理金屬還原金屬精煉Na（鈉）氯化物化學分離（NaCl）熔鹽電解Mg（鎂）海水、氯化物碳酸鹽礦化學分離（MgCl2）煅燒（MgO·CaO）熔鹽電解在減壓下用Fe–Si還原Al（鋁）氧化礦鹼浸、化學分離（Al2O3）熔鹽電解三層液熔鹽電解Ti（鈦）氧化礦氯化處理、化學分離（TiCl4）化學分離（TiO2）鎂還原鋁還原（Fe–Ti）Th（釷）磷酸鹽礦硫酸處理、化學分離（ThF4）鈣還原真空溶解碘化法Cr（鉻）氧化礦精礦鹼焙燒、化學分離（Cr2O3）化學分離[NHCr（SO4）2·12H2O]鐵–矽還原（Fe–Cr）鋁還原電解氫處理碘化法Mo（鉬）硫化礦氧化焙燒、化學分離（MoO3）鐵–矽還原（Fe–Mo）氫還原W（鎢）氧化礦精礦加鹼焙燒、化學分離（WO3）碳還原（Fe–W）氫還原U（鈾）氧化礦鹼浸、硫酸浸出硫酸處理、化學分離（UF4）鎂還原、鈣還原Mn（錳）氧化礦精礦硫酸處理、化學分離（MnSO4）碳還原（Fe–Mn）電解Ni（鎳）硫化礦氧化礦混合硫化礦焙燒、冰銅熔煉、焙燒（NiO）同硫化礦熔煉、還原焙燒–浸出加壓氨浸碳還原（Ni,Fe–Ni）電解高壓氫還原電解Ni（CO）4的分解Co（鈷）伴生於鎳、銅礦中除上述外，硫酸化焙燒、沉澱溶解分離、溶劑萃取高壓氫還原電解Cu（銅）硫化礦氧化礦焙燒、冰銅熔煉（Cu2S·FeS）硫酸浸出（CuSO4）轉爐煉銅用鐵置換、電解電解Ag（銀）自然銀、硫化銀電解陽極泥粗鉛氰化法[NaAg（CN）2]化學分離利用鋅的熔融分離（Zn–Ag）用鋅置換灰吹蒸餾、灰吹電解Au（金）自然金銀陽極泥氰化法[NaAu（CN）2]化學分離用鋅置換碳吸附電解Zn（鋅）硫化礦焙燒、燒結（ZnO）焙燒、硫酸浸出（ZnSO4）碳還原（蒸餾）電解精餾Cd（鎘）煙塵、淨液渣化學分離（CdSO4,CdO）用鋅置換電解、蒸餾Hg（汞）硫化礦蒸餾（脫硫）再蒸餾Si（矽）氧化礦化學分離（SiHCl3）化學分離（SiH4）碳還原（Fe–Si）氫還原熱分解區域熔煉Ge（鍺）冶煉中間產品鹽酸處理、化學分離（GeO2）氫還原區域熔煉Sn（錫）氧化礦焙燒碳還原電解Pb（鉛）硫化礦焙燒、燒結（PbO）碳還原利用相互反應還原電解熔析、選擇性氧化、添加第三種元素Sb（銻）硫化礦熔析（Sb2O3）揮發焙燒（Sb2O3）用鐵還原碳還原熔劑處理電解Bi（鉍）硫化礦冶煉中間產品焙燒（Bi2O3）化學分離（BiOCl）碳還原熔劑處理電解Se（硒）煙塵，電解陽極泥化學分離（SeO2）揮發焙燒（SeO2）用SO2還原蒸餾基本反應
用各種方法將電子給予原料中以正電荷形態存在的金屬元素，使其成為電中性的金屬，也就是廣義的還原反應。
還原方法
根據金屬的種類或狀態，可以採用的各種還原方法有：
①用碳作還原劑，適用於氧化礦或經預處理、已轉化為氧化物的礦石，如錫和鉛的冶煉；
②用氫氣作還原劑，如用於鎢或鉬等冶煉時，經預處理而得到的精製化合物WO3、MoO3的還原；
③用金屬作還原劑，如用鋁還原Cr2O3製取金屬鉻，或用鎂還原TiCl4製取金屬鈦；
④熱離解，如從鈦的羰基化合物製取金屬鈦；
⑤在水中進行還原，如電解還原、金屬（置換）還原等；
⑥比氫電位更負的金屬，由於水溶液電解困難，而在熔鹽中可以進行還原，如氧化鋁溶解在冰晶石中，通過電解製取金屬鋁。冶煉方法 通常分為火法冶金、濕法冶金和電冶金三大類。火法冶金為溫度在700K以上的有色金屬冶金的總稱，包括焙燒、熔煉、還原、吹煉、火法精煉、真空精煉等主要過程，優點是處理精礦能力強，能夠利用硫化礦中硫的燃燒熱，可以經濟地回收貴金屬、稀有金屬等；但往往難以達到良好的環境保護。濕法冶金在水溶液中進行，包括浸出、液固分離、溶液淨化和溶液中金屬提取等主要過程，常用於處理多金屬礦、低品位礦和難選礦，容易滿足礦物原料綜合利用的要求，勞動條件好，並且容易解決環境污染問題。電冶金分為電化冶金和電熱冶金，而電化冶金又分為水溶液電解和熔鹽電解，適用於鋁、鎂、鈉等活性較大的金屬的生產和難熔金屬、緻密金屬的製取等。從有色金屬作業溫度的角度看來，熔鹽電解和電熱冶金屬於火法冶金範疇，而水溶液電解則屬於濕法冶金的範疇。
工藝流程
大致分為全火法流程、全濕法流程和濕法–火法聯合流程。
①全火法流程。從相關物料中提取金屬的全過程都是在數百攝氏度以上的高溫下進行或是在整個工藝流程中火法過程占主導地位的流程。重有色金屬銅、鎳、鉛、鋅、錫、汞等的生產就是以全火法流程為主，由燒結、熔煉到精煉為成品，過程都在高溫下進行。
②全濕法流程。從相關物料中提取金屬的全過程或是在整個工藝流程中濕法過程占主導地位的流程。如包括硫化鋅精礦的焙燒、焙燒礦的浸出（見浸取）、浸出液的淨化、含鋅溶液的電解等環節，但主要過程是浸出、淨化和電解。從金、銀礦石中提取金和銀是全濕法流程套用最為廣泛的例子。
③濕法–火法聯合流程。濕法和火法在生產過程中都占有相當比例的流程，在現代有色金屬生產中採用最為廣泛。聯合流程中火法和濕法前後緊密銜接，相輔相成。如用拜耳法從鋁土礦生產氧化鋁，再經熔鹽電解生產金屬鋁。幾乎所有稀有金屬都先用濕法冶金從相應的原料中製取純化合物，再用火法冶金從純化合物生產金屬。優點是可以針對礦物原料的特點，充分利用已經成熟的技術作適當的配合，實現較佳的選擇。
提取步驟
有色金屬種類繁多，礦物原料非常複雜，因此，各種金屬提取的步驟不同。即使同一金屬，由於其原料性質、成分及對產品的要求也不相同。一般需要經過預處理–礦物分解和化合物製取、金屬製取、金屬精煉三個主要步驟：
①預處理–礦物分解和化合物製取。破壞礦物穩定結構，並使欲提取的金屬與主要伴生元素分離。礦物分解所得的產物經提純可得金屬的純化合物。
②金屬製取。將精礦或金屬化合物，根據物料的性質，採用不同還原方法產出粗金屬。
③金屬精煉。主要採用火法精煉和電解精煉兩類方法脫除粗金屬中的雜質，製取符合要求的純金屬。一些有色金屬的冶煉方法概要如表所示。
推薦書目
日本金屬學會.有色金屬冶金.徐秀芝,單維林等,譯.北京:冶金工業出版社,1988.
趙天從,何福煦.有色金屬提取冶金手冊·有色金屬總論.北京:冶金工業出版社,1992.
