论湿法冶金与火法冶金工艺的技术分析

(整期优先)网络出版时间:2023-04-15
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论湿法冶金与火法冶金工艺的技术分析

刘福川

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摘要:目前工业的发展特别是以冶金为代表的重工业发展,越来越重视节能环保,这使得冶金工业在发展的过程中面临着极大的工艺改革压力。本文在对两者冶金工艺进行介绍后发现,就目前的情况来看,湿法冶金普遍比火法冶金更能满足节能环保的要求,而且这种方法能够使矿产利用率得到提高,副产品利率也有所提高。更为经济、高效、绿色的冶金工艺也将在科技进步的推动下更为适用,为我国工业化发展提供持续动力。

关键词:湿法冶金;火法冶金;工艺

一、概述

湿法冶金的一般步骤有:用化学溶剂将原料中部分转入在溶液中,称为浸取;过滤残渣,洗涤回收夹带于残渣中的有用部分;提取溶液,比较常用的是离子交换和溶剂萃取技术还可以用化学沉淀;在净化液中获取金属及其化合物。在目前的工艺条件下,金、银、铜、锌、镍、钴等纯金属常采用点解提取法。以含氧酸形式在溶液中存在的铝、钨、钼、钒等常用氧化物提取,最后还原获得金属。除此之外很多金属或化合物都能够用湿法方法提取。就目前来看,世界上全部的氧化铝、氧化铀、大于74%的锌、大于12%的铜都是用湿法生产的。

火法冶金也叫高温冶金。主要是采用高温将矿石中金属或金属化合物提取出来的过程。火法冶金水溶液不参与反应。目前火法冶金工艺在钢铁冶炼、有色金属造锍溶炼和熔盐电解以及铁合金生产等方面比较常用。火法冶金的一般工艺为矿石准备、冶炼、精炼这几部分,主要采用还原-氧化反应的化学反应形式进行。

二、湿法冶金工艺

(一)往载金钢毛中加硫酸

方法:将载金钢毛装入大号塑料桶中,往桶中边加硫酸边加开水,加至一定量,然后搅拌,直至钢毛溶解完。过滤,Fe溶于液体被分离出来,得到固相,而固相中主要成分为Au、Ag及石英砂、炭泥等杂物。反应如下:2Fe+6H2SO4(浓)=(加热)Fe2(SO4)3+3SO2+6H2O

现象:铁逐渐溶解,生成无色有刺激性气味的气体,溶液变为黄色。

讨论:这一步骤主要目的是将载金钢毛中的Fe除去。

(二)往固相中加硝酸

方法:将固相装入白瓷盆中,往盆中缓慢加入硝酸,开始反应比较剧烈,待反应平缓后将盆放于电炉子上加热,直至反应完全。过滤,Ag、Cu溶于液体被分离出来,得到固相,而固相中主要成分为Au及石英砂、炭泥等杂物。反应如下:Ag+2HNO3(浓)=AgNO3+NO2+H2O;Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O

现象:盆中产生大量气泡,生成棕色有刺激性气味气体。

讨论:这一步骤主要目的是将固相中的Ag、Cu除去。在这一步反应过程中,一般反应物温度控制在90左右为宜。

(三)将固相连同电解沉积金泥一起溶于王水方法:将固相连同电解沉积金泥装入大号塑料桶中,往桶中缓慢加王水,开始反应剧烈,先不要搅拌,待反应一会再缓慢搅拌,同时慢慢加王水,逐渐加快搅拌速度,直至反应完全。过滤,金溶于液相被分离出来,而固相中主要成分为石英砂、炭泥等杂物。反应如下:Au+HNO3+4HCl=H[AuCl4]+NO+2H2O

现象:桶中发生剧烈反应,产生大量气泡,生成棕色有刺激性气味气体。

讨论:这一步骤主要目的是将金溶于王水中分离出来。

(四)往溶金王水中加无水亚硫酸钠

方法:往装王水的大熟料桶中加入适量片碱,搅拌一下,然后往桶中加无水亚硫酸钠,直至反应到终点。反应如下:Na2SO3+2HCl=2NaCl+H2SO3;H2SO3=SO2+H2O;2HAuCl4+3SO2+6H2O=2Au+8HCl+3H2SO4

现象:桶中发生剧烈反应,产生大量气泡,生成无色有刺激性气味气体,同时还产生棕色有刺激性气味气体,生成大量土黄色颗粒状沉淀物。

讨论:这一步骤主要目的是用无水亚硫酸钠将溶于王水的金还原出来。Na2SO3的还原作用实质是SO2的还原作用。

(五)硝酸煮海绵金

方法:往装海绵金的白瓷盆中加硝酸,然后放电路上加热片刻,取下过滤,用热水冲洗干净。该步反应现象不明显。

(六)炼金

在我们生产中,经过以上5个步骤的处理,得到的海绵金纯度已经很高,可作为熔炼原料直接熔炼铸锭。

讨论:金的熔点1064,一般炼金温度控制在1250~1300。由于我们的海绵金纯度很高,一般不需要加入氧化剂和造渣剂。

三、火法冶金工艺

(一)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,使其在造锍熔炼中成为由几种硫化物组成的熔锍。

(二)冶炼

(1)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。

(2)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、锰、碳和磷,炼成合格的钢水,铸成钢锭。

(3)造锍熔炼

主要用于处理硫化铜矿或硫化镍矿,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锍。在造锍熔炼中,有一部分铁和硫被氧化,更重要的是通过熔炼使杂质造渣,提高熔锍中主要金属的含量,起到化学富集的作用。

(三)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,或进一步脱硫等;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砷、锑、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一步提炼。

结语:

湿法冶金原理是以相应溶剂,以化学反应原理,提取和分离矿石中的金属的过程,又叫水法冶金。火法冶金原理是以高温从矿石中冶炼出金属或其化合物的过程,火法冶金过程不包含水溶液参与,所以又叫干法冶金。与火法冶金相比,湿法冶金的原料获取简便,原料中各种有价值的金属利用率高,环境保护效果好,而且其冶金过程能够实现自动化并连续进行。

参考文献:

[1]李冬梅.浅论湿法冶金与火法冶金工艺[J].企业导报,2022,(22):50-51.

[2]邓春梅.处理高砷铜精矿的火法冶金处理技术[J].中国有色冶金,2022,45(04):01-06.