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湿法冶金

《湿法冶金》是由核工业北京化工冶金研究院主办的公开发行期刊,ISSN:1009-2617,CN:11-3012/TF,创刊时间:1982年。

湿法冶金就是金属矿物原料在酸性介质或碱性介质的水溶液进行化学处理或有机溶剂萃取、分离杂质、提取金属及其化合物的过程。湿法冶金作为一项独立的技术是在第二次世界大战时期迅速发展起来的,在提取铀等一些矿物质的时候不能采用传统的火法冶金,而只能用化学溶剂把他们分离出来,这种提炼金属的方法就是湿法冶金。陈家镛是我国最早从事湿法冶金的人,他用近半个世纪的时间奠定了我国湿法冶金事业的今天。

中国古代的“湿法冶金”:西汉时期刘安所著《淮南万毕术》中记载有“曾青得到铁则化为铜”其含义是把铁片放入硫酸铜溶液或其它铜盐溶液中,可以置换出单质铜。这种方法是现代湿法冶金先驱。就是在铜的硫酸盐溶液中加如铁,可以得到铜。其实就是用金属性强的物质,去置换比它弱的金属,如在硫酸铜溶液中加入金属锌或铁,可置换得到金属铜,这就是湿法炼铜的原理,主要反应为:(1)CuSO4+Zn=Cu+ZnSO4; (2)CuSO4+Fe=Cu+FeSO4

在汉代许多著作里有记载“石胆能化铁为铜”,晋葛洪抱朴子内篇黄白》中也有“以曾青涂铁,铁赤色如铜”的记载。南北朝时更进一步认识到不仅硫酸铜,其他可溶性铜盐也能与铁发生置换反应。南北朝的陶弘景说:“鸡屎矾投苦洒(醋)中涂铁,皆作铜色”,即不纯的碱式硫酸铜或碱式碳酸铜不溶于水,但可溶于醋,用醋溶解后也可与铁起置换反应。显然认识的范围扩大了。到唐末五代间,水法炼铜的原理应用到生产中去,至宋代更有发展,成为大量生产铜的重要方法之一。

现代的湿法冶金几乎涵盖了除钢铁以外的所有金属提炼,有的金属其全部冶炼工艺属于湿法冶金,但大多数是矿物分解、提取和除杂采用湿法工艺,最后还原成金属采用火法冶炼或粉末冶金完成。

典型的湿法冶金有钨、钼、钽、铌、钴、镍、稀土、铀、钍、铋、锡、铜、铅、锌、钛、锰、钒、金、银、铂、钯、铟、钌、锇、铱、锗、镓等。

湿法冶金包括下列步骤:

①将原料中有用成分转入溶液,即浸取;

②浸取溶液与残渣分离,同时将夹带于残渣中的冶金溶剂和金属离子洗涤回收;

③浸取溶液的净化和富集,常采用离子交换和溶剂萃取技术或其他化学沉淀方法;

④从净化液提取金属或化合物。在生产中,常用电解提取法从净化液制取金、银、铜、锌、镍、钴等纯金属。铝、钨、钼、钒等多数以含氧酸的形式存在于水溶液中,一般先以氧化物析出,然后还原得到金属。20世纪50年代发展起来的加压湿法冶金技术可自铜、镍、钴的氨性溶液中,直接用氢还原(例如在180℃,25大气压下)得到金属铜、镍、钴粉,并能生产出多种性能优异的复合金属粉末,如镍包石墨、镍包硅藻土等。这些都是很好的可磨密封喷涂材料。

许多金属或化合物都可以用湿法生产。湿法冶金在锌、铝、铜、铀等工业中占有重要地位,目前世界上全部的氧化铝、氧化铀、约74%的锌、近12%的铜都是用湿法生产的。

中国在北宋时期已用湿法(胆铜法)生产铜,据《宋史艺文志》记载,有《浸铜要略》一卷,可惜已失传。1752年西班牙里奥廷托(Rio Tinto)开始用湿法生产铜。工艺与我国北宋胆铜法基本相同,其重要进展是采用人工焙烧硫化铜矿而不靠自然风化。同期,俄国古米雪夫斯基(Гумещевсκий)矿也开始用湿法生产铜。1889年开始用湿法生产氧化铝,以后湿法炼锌、金、银、钴、镍等工厂相继出现。

第二次世界大战后,湿法冶金技术迅速发展,主要表现在以下几方面:①从矿物中提取铀的技术有很大发展;②1954年在加拿大对硫化镍、钴、铜矿加压湿法冶金技术研究成功并投入生产;③50年代起稀有金属、半导体材料、镓等)的提取技术有了迅速的发展;④水解、沉淀、置换等分离、提纯的传统技术,逐渐被新兴的离子交换、溶剂萃取等新技术所取代。

60年代末至70年代初,出现了研究所谓无污染冶金的高潮。以湿法处理硫化铜矿为例,较成功的方法有:①阿比特(Arbiter)法,即低压氨浸、萃取分离、残渣浮选法。硫产品形式为(NH4)2SO4或CaSO4。②加压硫酸浸取法,85%的硫产品为单质硫。③氯化铁浸出法,即氯化铁浸取、溶剂萃取、电积法。95%以上的硫产品为单质硫。④舍利特高尔顿(Sherritt Gordon)法,即加压氨浸法。硫产品形式为(NH4)2SO4或CaSO4。⑤R.L.E.(roasting-leaching-electrowinning)法,即焙烧-浸取-电积法。硫产品为CaSO4或H2SO4。这些方法都可消除二氧化硫对空气的污染,同时能综合回收原料中的硫,已为中间试验所证实。

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