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湿法冶金新技术进展

编辑:管理员    发布时间:2016/5/14 10:22:03

    古代的湿法冶金技术,可追溯到北宋时期,在《宋史。艺文志》之《浸铜要略》中先容了用胆铜法生产铜。国外于1752年由西班牙里奥。廷托(RioTinto)开始用湿法生产铜,其工艺与我国北宋胆铜法基本相同,重要进展是采用人工焙烧硫化铜矿而不靠自然风化。同时,俄国的古米雪夫斯基矿也开始用湿法生产铜。到1889年,出现用拜尔法湿法冶金生产氧化铝,随后湿法提金、银及湿法炼锌等相继进入工业生产。

    现代湿法冶金开始于第二次世界大战中期或上世纪50年代初期,到了70~80年代,湿法冶金的发展到了相当活跃的阶既主要原因有以下几方面:对环境保护的要求日益严格;低品位矿石的开采;复杂矿石的提取及二次资源的综合利用;此外,近年来,一些过去无法经济利用的低品位或复杂难处理的金矿资源重新受到重视金矿的富集、分离及湿法冶金技术取得了引人注目的新进展。也可以这样认为,现代湿法冶金是典型的化工与冶金的结合,汲取了现代化学工程的原理、方法和技术,用于强化已有的提取冶金过程和开发新的湿法分离方法与技术。由于学科间的交叉与相互渗透,湿法冶金技术得以迅速发展。

    本文先容了矿浆电解、生物冶金、膜分离和机械活化浸出等几种湿法冶金新技术。

1矿浆电解

    矿浆电解是我国拥有自主常识产权的湿法冶金新技术,工艺技术处于世界领先水平,在工程化方面也取得了突破性进展,目前已进入工业化应用和推广阶段。北京矿冶研究总院邱定蕃院士等人第一次从矿浆中直接电解金属秘,第一次实现矿浆电解工业化,第一次用该技术处理复杂金矿。

    矿浆电解的历史并不长,较明确地提出矿浆电解的概念是在20世纪70年代。最早期的报道来自1966B race E C获得的一项关于铜电解沉积的美国专利。1974年,澳大利亚Inte c冶金企业的Everett P K取得了用矿浆电解法生产电池用二氧化锰的专利权,其后,Inte c企业与Amdex勘探企业联合组成Dextec冶金企业,Dextec企业于1977年取得了硫化铜精矿矿浆电解的专利权。1977Everett发明了黄铜矿一步转化为铜、氧化铁和元素硫的矿浆电解法,明确提出可在一个电解槽中从矿石直接产出金属铜。

    北京矿冶研究总院自1978年以来率先在国内进行了黄铜矿、方铅矿、多金属硫化矿、含金银的铜铅矿、秘矿及废杂铜物料的矿浆电解试验,取得了良好的试验指标z}}7};并首先在湖南柿竹园实现了产业化,用矿浆电解取代原来的火法工艺,从辉秘矿中提取秘,建成了200 t/ a的金属秘生产线,并于1996年投产。矿浆电解新技术用于湖南柿竹园秘矿的处理,秘回收率95 0 o}比传统反射炉熔炼工艺提高10个百分点,生产1 t Bi电耗2 500 kW 0h。该项目是针对传统秘反射炉熔炼工艺所存在的环境污染严重、金属回收率低、处理成本高的缺点,而成功开发出的秘湿法冶炼新工艺,使矿浆电解这一新的冶金方法在世界范围内第一次成功地应用于秘冶金工业生产。

    广东产出一种含银100,金为翻t,铅、铜、锌含量在2%13%的精矿。此类矿属于低品位复杂精矿,用现有的冶炼方法处理存在工艺复杂、有价金属回收率低、经济效益差等缺点。北京矿冶研究总院用矿浆电解法处理该种矿物,开发出了矿浆电解一氧化除铜一亚钠提银新工艺。在廉江银矿已建成处理能力为3 000 t/ a的工厂,并于1997年投产。

    矿浆电解新技术用于处理云南元阳复杂金矿,回收率:Auk 99%A99%Pb 96%Cu 90 0 o,每It矿电耗428 kW 0 h。元阳金矿浮选产出的金精矿,属难处理多金属复杂金矿,无法单独处理,仅能作为铅冶炼厂配矿使用。由于精矿中铜、铅含量波动较大,也很难作为铅冶炼厂长期稳定的辅助原料。采用直接氰化,因铜、铅含量高,导致氰化物消耗量大,经济上不合理。其它一些湿法冶金工艺,也因流程长,预处理工序多,在经济上难以立足。矿浆电解技术用于复杂金精矿的处理,流程简单,各有价元素回收率高,试剂消耗少,经济效益显著,环境保护好。

    矿浆电解的工业试验和生产实践表明,矿浆电解工艺在经济、社会和环境等方面具有独特优势,它在保留传统湿法冶金优点的同时,还具有以下几个特点.

    1)一步产出金属和元素硫,硫及有毒杂质砷等随铁及脉石矿物进入浸出渣中,过程简单。由于溶液中离子浓度低,浸出渣易于过滤和洗涤,所产元素硫便于贮存和运输可以解决硫酸产量过剩,硫酸运输和销售难的问题。

    2)在常压和近乎常温的条件下作业,设备的制造可以使用低价的玻璃钢、聚丙烯等抗氯化物腐蚀材料。

    3)电解所需槽电压较低,由于充分利用了阴阳极的还原氧化性,整个过程电能消耗少。

4)试剂消耗量少,金属回收率高。

2生物冶金

    生物冶金是一种细菌作用与湿法冶金相结合的新工艺,1983年第五届细菌浸出国际会议上正式命名为生物冶金。这种方法由于加工费用低,且可避免或减少环境污染,故可有效的用于处理复杂、废堆、分散等矿物资源。美国黄金总产量的1/3是用生物堆浸法生产的;美国亚利桑那州利用这种方法处理老矿坑、废石堆所得铜占美国铜产量的10%左右。国外利用生物冶金的堆浸法处理低品位金矿,回收率可达70%80 0/.其投资是炭浆厂投资的?/3。利用生物冶金可提取稀有元素稼、硒、锗、抗和细粒锰等;可除去粘土、高岭土中铁等杂质;还可进行废水净化,如净化含氰废水和去除Zn, C u, Cd等金属离子。由于生物冶金应用的广泛性、成本低且不污染,故有很广阔的发展前景。

    在细菌的参与下从硫化矿中溶出金属是自然界中一直都存在的现象,然而人类认识这一现象并自觉的将其用于金属的提取则是在20世纪中期。1950Colmer A R等人首次报道了含黄铁矿的烟煤矿酸性矿坑水的形成中细菌的作用,随后Bryer L CBeck J V在尤他州Binghamcanyon铜矿矿坑水中发现了相同的细菌—氧化铁硫杆菌与氧化硫硫杆菌。195510月,Zimmerley S R等人首次申请了生物堆浸的专利并将此专利委托给Kennecott铜业企业,该企业在20世纪50年代实施了该项技术,从而开始了生物湿法冶金的现代工业应用。

    生物冶金最初用于从含铜废石中浸出铜,但一直到20世纪80年代中期,1986年第一家难处理金矿生物氧化预处理厂(Faimiew)投产时,生物冶金才开始推广到其他金属的提取。其后生物冶金有了较快的发展,特别是在提铜方面。到2000年世界铜总产量中湿法炼铜的分额已增加到20%以上。

    智利北部的Quebrada Blanca矿山在生物浸出实践中取得了成功。这个细菌浸出工厂位于海拔4400mAlti Plan。它的成功事实否定了一些厂家认为的浸出细菌在高海拔较低氧分压和低温条件下不起作用的观点。

    在工艺研究与开发的同时,生物冶金工程化技术也取得了重大的进步}61

    1)以难处理金精矿生物氧化预处理为代表的槽浸向设备大型化方向发展,浸出槽达1 500耐。由于细菌氧化时空气的供应占总成本的3000 -4000,供气对空气弥散系统的效率至关重要。以降低供气能耗为宗旨的供气与空气弥散系统有很多改进,这一般都属于各厂家的专利技术。空气弥散一般通过机械搅拌来实现,使用小高径比的搅拌桨有助于降低供气能耗。供气所需压力不高,可以用鼓风机代替空压机,也可降低供气能耗。

    2)为提高竞争能力和劳动生产率,堆浸向大型化发展,推出了一系列大型自动化筑堆装置。重复使用底垫引起人们的兴趣当前大多数重复使用底垫堆浸装置包括自行履带式移动堆矿机与矿渣桥式运送机、可沿着堆矿机将新鲜矿石卸到某一点的移动式卸料装置、可从矿堆上挖卸矿渣并将其供给矿渣输送机的斗轮式挖掘机。移动式堆矿装置可以穿越不平整地形,而且其爬升与下行坡度可达2B。在底部敷设供气管道网,实行喷琳与停喷鼓风的轮作制可改进浸出效果。滴淋相对喷淋可减少水分的蒸发损失。

3)与浸出相匹配的大型新威尼斯注册送28网站的开发应用。生物冶金由于其对环境友好,基建投资少,在某些情况下运作成本低等优越性,将获得进一步发展。今后,可能获得工业应用的领域有:金属浮选硫化精矿的细菌槽浸;难处理金矿的细菌堆浸氧化预处理;氧化矿的生物浸出;用微生物从水溶液中提取金属。

3膜分离技术(湿法冶金|湿法冶金的进展|湿法冶金的特点|威尼斯注册送28|萃取设备|新威尼斯注册送28网站|湿法冶金的发展)

    膜分离技术是利用膜对混合物中各组分的选择渗透性能的差异来实现分离、提纯和浓缩的新型分离技术,在某些应用中能代替蒸馏、萃取、蒸发、吸附、盐析、气体分离等化工单元操作。膜分离技术以其操作简便、耗能少、无污染等优点,将成为21世纪湿法冶金技术革新的重要课题8l。膜分离技术可用于冶金污水、废气、废液的净化处理,如:用超滤膜处理电镀液;用反渗透膜处理污水;用蒸馏膜回收湿法冶金溶液中的化学物质;用气体分离膜分离Oz-Nz} COz-Oz;用气态膜从提镁的卤水中提取Brz, I:等。膜分离技术在湿法冶金工程领域中的应用正在日益增加。

    液膜分离是20世纪60年代中期诞生的一种新型的膜分离技术}马,具有膜分离的一般特点,主要也是依据膜对不同物质具有选择性渗透的性质来进行组分的分离。液膜的厚度约为1 -- 10 Fpm,比固膜薄得多,组分在液体中的扩散系数又比在固体中的大得多,因此组分通过液膜的传递速率可以比固膜大几个数量级。在液膜的传质中还可以利用某些可逆和不可逆的化学反应以提高液膜的选择性,促进传质过程。

    我国膜技术于1966年从不对称醋酸纤维素膜研究开始,继而发展了芳香聚酞胺膜、离子交换膜、超滤膜和气体分离膜等。近年来对渗透蒸发,膜蒸馏及生物医用膜也开展了研究}q,从而对我国废水处理、海水淡化、氯碱技术等的改进发挥了一定的作用,取得了可喜的成就。但是,在膜分离技术的发展过程中,相对存在着仿制多、自己开发少;实验室研究多、应用少;材质重视多、分离工程重视少的状况。与国外膜分离技术发展水平相比,差距较大。因此应重视膜分离技术的发展,使膜分离技术在我国发挥应有的作用。

    把液膜相含浸或支撑在多孔固膜—如微滤膜或超滤膜的孔隙中所形成的固定液膜由于可以连续操作,没有乳化液膜的破乳问题,在组分的浓缩和纯化上更有实用价值,近年来在国内外得到普遍的关注

    液膜可应用的领域极广,在气体吸取,溶剂萃取,离子交换等分离领域都有可能应用液膜技术。从应用的部门看,废水处理,湿法冶金,石油化工,生物医药等都有大量应用液膜技术的研究报导,有的已在生产中取得相当成效。例如,用液膜技术可以从废水中脱除有毒的阳离子铜、汞、铬、b镍、铅,按等,以及阴离子磷酸根、硝酸根、氰根、硫酸根、氯根等,可使废水净化并回收有用组分。用液膜技术处理含酚废水效果更好,已在工业生产中得到应用。

    在用溶剂萃取法从矿石浸出液和废料液中回收金属时,采用液膜技术可显著减少有机溶剂的用量,已成功地用于铜的提取,溶剂用量可比普通萃取法少2个数量级以上,可节约总费用约40%

    目前正在大力研究和开发的特种功能膜有液膜、催化功能膜、分子筛膜、仿生膜、控制释放膜等,在湿法冶金提纯和分离高纯金属研究中,多采用生物膜、平面膜或离子交换膜。膜分离技术已经成为一门综合高分子、化工、生物、物理和数学等学科的边缘性科学,对改变产业界的能源结构、环境保护及新技术的发展将产生了不可估量的影响。

    膜分离过程之所以具有吸引力,其原因主要在于:

    1)过程简单、分离效率高;

    2)以相同的原理可以解决许多不同场合中的不同分离问题;

    3)节能,膜分离过程中一般没有相变,从而减少了能耗;

    4)操作基本上可以在常温下进行,适合某些热敏物质的处理;

    5)操作过程不会产生新的污染,而且可以从三废中回收有用物质,降低污染程度。4机械活化浸出

    机械活化浸出是机械化学在湿法冶金中的应用。固体物料在磨细过程中将吸取部分机械能生成各种缺陷,从而增大其能储量和反应活性,此种利用机械作用力活化固体物料的过程称为机械活化。近年来机械活化处理矿物原料以强化和完善其浸出过程的试验研究日益增多,并显示出了广阔的应用前景。研究机械化学的先驱,早在20世纪初他就首先提出了这一术语。近30多年来,机械化学的研究取得了很大的进展坷。1990Jubasz A Z提出,机械化学是固体颗粒在机械能的作用下,因形变、缺陷和解离等而引起物质在结构、物理化学性质以及化学反应性等方面的变化。1991年,Tacova K更加系统地论述了机械化学的原理、工艺及其应用。目前,机械化学已发展到一个新水平,正成为一门新兴的学科,涉及无机化学、有机化学、固体化学、机械力学、结构化学等多门学科。由于影响机械化学反应的因素很多,各种因素相互作用,加之研究手段缺乏,机械化学作为一门学科目前还很不成熟;同时机械化学研究对象的特殊性又使它具有与常规化学学科不同的特征,如,机械力作用可以诱发产生一些利用热能难于或无法进行的化学反应;有些物质的机械化学反应与热化学反应的机理不同;与热化学反应相比,机械化学受周围环境的影响要小得多;机械化学反应可沿常规条件下热力学不可能发生的方向进行等。

    虽然机械化学学科是一门新兴的交叉学科,但通过几十年的努力,在理论,特别是应用方面取得了许多有实用价值的成果,已显示出良好的应用前景。机械化学在湿法冶金中主要是对矿物质产生机械活化,从而改善浸出过程。氟磷灰石CasF CP04):经机械活化后,氟杂质同混入的Si0:发生机械化学反应,约有80%的氟以SiF4的形式挥发掉,在柠檬酸溶液中的溶解率达到8500,这种脱氟的磷矿石可用作优质的化学肥料,机械活化法处理低品位难选钨矿也取得了很大的成功。另外通过机械活化,在重金属冶金、轻金属冶金、贵金属冶金和稀有金属冶金等领域都得到了卓有成效的应用。用机械化学法有效地处理低品位难选矿,对资源综合利用和深加工具有重要意义。

    我国南方硫化锌矿中常含有较高品位的锗,但采用焙烧一中性浸出一低酸浸出一高酸浸出,再净化制液生产电锌的常规流程中,中性浸出时锗几乎全部留存于中浸渣中,而后续的低酸、高酸两段浸出,锗的总浸出率仅为5400,导致从焙烧矿至锗精矿锗的直收率仅为3000,张凡等通过系统的试验,研究了采用机械活化技术处理中浸渣的工艺技术条件与工艺技术效果,表明在试验确定的优化条件下机械活化处理过的中浸渣,在进行低酸、高酸两段浸出时,锗和锌的浸出率可分别提高19.98%32. 76%

在机械活化过程中,矿物原料活性增大,且由于颗粒撞击处的温度与压力的瞬间增大,从而可能引发某些在常温下不易进行的反应,造成矿物化学成分的某些变化。由于机械活化可极大地增强物料的反应活性,使一些在通常条件下不易发生或速度极J漫的反应,得以在并不十分苛刻的条件下启动并完成,促使人们在不同领域探寻其实际应用的可能性。对各种金属矿物、矿石进行机械活化浸出的试验取得了不少积极的结果对铝土矿、高岭土、粘土等原料在振动磨中实施机械活化,可使其铝的浸出率由小于50%显著增至99%;对含Ni 1.8%Co 0.16%Cu 1.2%的复杂硫化矿,在振动磨中机械活化3h,其Ni,Co,Cu的浸出率可分别达90%,  60%87%,而铁溶解率仅为10%对于不能直接氰化处理的顽固金矿,经40 m in机械活化后,其氰化浸出反应活化能从未活化时的69kJ/mol降至48 kJ/ mol;湿法提锌过程中获得的含锢中性浸渣,在离心式行星磨中机械活化15 m in,可使其锢、锅、锌的浸出率分别提高至96.1%,80.1%76.3%;我国开发的碱法热球磨技术,将机械活化与浸出反应合在同一设备中进行,已用于钨业生产,钨浸出率大于99%,设备生产率提高50%80%,苏打耗量下降1700;而磷灰石生产过程获得的含轻稀土0. 37%的废料,经机械活化处理后,稀土回收率可较未活化时提高44%48%。

5结语

    冶金行业属于原料工业,而湿法冶金的对象主要是资源的综合利用,特别是对于低品位、复杂难选矿的分离提取更显示其优越性。结合我国矿产资源的特点,尤其是有色金属及稀有金属方面的优势,大力开展湿法冶金新技术的开发与应用,将资源优势变成产业优势,除满足国内经济建设的需要外,还可以在出口创汇方面发挥重大作用。因此,加强我国湿法冶金学科新技术、新工艺的应用及开展基础研究具有重要意义。

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