定義
濕法冶金就是金屬礦物原料在酸性介質或鹼性介質的水溶液進行化學處理或有機溶劑萃取、分離雜質、提取金屬及其化合物的過程。濕法冶金作為一項獨立的技術是在第二次世界大戰時期迅速發展起來的,在提取鈾等一些礦物質的時候不能採用傳統的火法冶金,而只能用化學溶劑把他們分離出來,這種提鍊金屬的方法就是濕法冶金。陳家鏞是我國最早從事濕法冶金的人,他用近半個世紀的時間奠定了我國濕法冶金事業的今天。
原理
濕法冶金在我國古代就有,《天工開物》中好像有記載---曾青得鐵則化為銅(曾青是指硫酸銅溶液,意思是:硫酸銅遇到鐵就會變成銅)。
就是在銅的硫酸鹽溶液中加如鐵,可以得到銅。其實就是用金屬性強的物質,去置換比它弱的金屬,如在硫酸銅溶液中加入金屬鋅或鐵,可置換得到金屬銅,這就是濕法煉銅的原理,主要反應為:(1)CuSO4+Zn=Cu+ZnSO4; (2)CuSO4+Fe=Cu+FeSO4
我國勞動人民很早就認識了銅鹽溶液里的銅能被鐵置換,從而發明了水法煉銅。它成為濕法冶金術的先驅,在世界化學史上占有光輝的一頁。
在漢代許多著作里有記載“石膽能化鐵為銅”,晉葛洪《抱朴子內篇·黃白》中也有“以曾青塗鐵,鐵赤色如銅”的記載。南北朝時更進一步認識到不僅硫酸銅,其他可溶性銅鹽也能與鐵發生置換反應。南北朝的陶弘景說:“雞屎礬投苦灑(醋)中塗鐵,皆作銅色”,即不純的鹼式硫酸銅或鹼式碳酸銅不溶於水,但可溶於醋,用醋溶解後也可與鐵起置換反應。顯然認識的範圍擴大了。到唐末五代間,水法煉銅的原理套用到生產中去,至宋代更有發展,成為大量生產銅的重要方法之一。
特點
地殼中可利用的有色金屬資源品位愈來愈低,以銅為例,20世紀初可采品位均在 1%以上,70年代已降到0.3%左右,而一些稀貴金屬原料的含量往往只有百萬分之幾,這些金屬的提取將更多地依賴於濕法冶金。
濕法冶金的優點是原料中有價金屬綜合回收程度高,有利於環境保護,並且生產過程較易實現連續化和自動化。
操作方法
現代的濕法冶金幾乎涵蓋了除鋼鐵以外的所有金屬提煉,有的金屬其全部冶煉工藝屬於濕法冶金,但大多數是礦物分解、提取和除雜採用濕法工藝,最後還原成金屬採用火法冶煉或粉末冶金完成。
典型的濕法冶金有鎢、鉬、鉭、鈮、鈷、鎳、稀土、鈾、釷、鉍、錫、銅、鉛、鋅、鈦、錳、釩、金、銀、鉑、鈀、銦、釕、鋨、銥、鍺、鎵等。
萃取器
萃取效率極高,每小時可實現上萬級萃取,對於分配係數差異較小的兩種物質也能,輕鬆分離。適用範圍廣,可用於液液萃取的所有套用領域,節省成本,設備占地面積小,節省溶劑,易工藝放大,可輕鬆實現從試驗級到生產級的放大,安全環保,儀器密閉性好,溶劑不易揮發,不產生固體廢棄物,工作靈活,運行中途可停止,並不影響分離效果。
利用某種溶劑,藉助化學作用,包括氧化、還原、中和、水解及絡合等反應,對原料中的金屬進行提取和分離的冶金過程。又稱水法冶金,與傳統的火法冶金同屬於提取冶金或化學冶金。
濕法冶金步驟
濕法冶金包括下列步驟:
①將原料中有用成分轉入溶液,即浸取;
②浸取溶液與殘渣分離,同時將夾帶於殘渣中的冶金溶劑和金屬離子洗滌回收;
③浸取溶液的淨化和富集,常採用離子交換和溶劑萃取技術或其他化學沉澱方法;
④從淨化液提取金屬或化合物。在生產中,常用電解提取法從淨化液製取金、銀、銅、鋅、鎳、鈷等純金屬。鋁、鎢、鉬、釩等多數以含氧酸的形式存在於水溶液中,一般先以氧化物析出,然後還原得到金屬。20世紀50年代發展起來的加壓濕法冶金技術可自銅、鎳、鈷的氨性溶液中,直接用氫還原(例如在180℃,25大氣壓下)得到金屬銅、鎳、鈷粉,並能生產出多種性能優異的複合金屬粉末,如鎳包石墨、鎳包硅藻土等。這些都是很好的可磨密封噴塗材料。
許多金屬或化合物都可以用濕法生產。濕法冶金在鋅、鋁、銅、鈾等工業中占有重要地位,目前世界上全部的氧化鋁、氧化鈾、約74%的鋅、近12%的銅都是用濕法生產的。
歷史發展
中國在北宋時期已用濕法(膽銅法)生產銅,據《宋史·藝文
志》記載,有《浸銅要略》一卷,可惜已失傳。1752年西班牙里奧·廷托(Rio Tinto)開始用濕法生產銅。工藝與我國北宋膽銅法基本相同,其重要進展是採用人工焙燒硫化銅礦而不靠自然風化。同期,俄國古米雪夫斯基(Гумещевсκий)礦也開始用濕法生產銅。1889年開始用濕法生產氧化鋁,以後濕法煉鋅、金、銀、鈷、鎳等工廠相繼出現。
第二次世界大戰後,濕法冶金技術迅速發展,主要表現在以下幾方面:①從礦物中提取鈾的技術有很大發展;②1954年在加拿大對硫化鎳、鈷、銅礦加壓濕法冶金技術研究成功並投入生產;③50年代起稀有金屬、半導體材料(鍺、鎵等)的提取技術有了迅速的發展;④水解、沉澱、置換等分離、提純的傳統技術,逐漸被新興的離子交換、溶劑萃取等新技術所取代。
60年代末至70年代初,出現了研究所謂無污染冶金的高潮。以濕法處理硫化銅礦為例,較成功的方法有:①阿比特(Arbiter)法,即低壓氨浸、萃取分離、殘渣浮選法。硫產品形式為(NH4)2SO4或CaSO4。②加壓硫酸浸取法,85%的硫產品為單質硫。③氯化鐵浸出法,即氯化鐵浸取、溶劑萃取、電積法。95%以上的硫產品為單質硫。④舍利特高爾頓(Sherritt Gordon)法,即加壓氨浸法。硫產品形式為(NH4)2SO4或CaSO4。⑤R.L.E.(roasting-leaching-electrowinning)法,即焙燒-浸取-電積法。硫產品為CaSO4或H2SO4。這些方法都可消除二氧化硫對空氣的污染,同時能綜合回收原料中的硫,已為中間試驗所證實。
在濕法煉鋅方面,1981年已在加拿大建成一個直接加壓濕法煉鋅車間。硫化鋅精礦不再經氧化焙燒而直接進行浸出,可節省25%的投資,並消除了二氧化硫對大氣的污染。硫產品為單質硫,回收率為96%。原則流程見圖。