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金属矿物的加工技术
日期:2020-01-20 22:11  作者:admin  来源:本站

  金属矿物的加工技术中地数媒(北京)科技文化有限责任公司奉行创新高效、以人为本的企业文化,坚持内容融合技术,创新驱动发展的经营方针,以高端培训、技术研发和知识服务为发展方向,旨在完成出版转型、媒体融合的重要使命

  金属矿物是提取金属元素的主要原料。作为冶金原料的矿石,其中除含有所要提取的金属外,还含有大量杂质组分。冶金过程就是通过特定的加工工艺将有用组分与废弃组分分离的过程。目前,常用的冶金工艺有火法冶金和湿法冶金两种。前者是在高温条件下进行的熔炼过程,主要用于钢铁、铜、铅等的冶炼;后者则是在溶液中进行的冶炼过程,主要用于稀有金属、贵金属以及铝、镍、钴的提取、富集和分离。

  目前,作为炼铁原料的铁矿石主要有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿4种。铁的冶炼过程主要发生铁的还原反应和造渣反应。铁氧化物的还原是从高价氧化物到低价氧化物,最后到金属铁的逐级还原。温度低于570℃时,按Fe2O3→Fe3O4→Fe顺序还原。FeO不稳定,Fe3O4直接还原为Fe。温度高于570℃时,按Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe顺序还原。铁的还原既可直接以CO为还原剂,也可以通过消耗固体炭生成CO实现还原。造渣过程是一个复杂的化学反应过程,是熔剂(主要为石灰石)与矿石中脉石和焦炭中灰分反应生成一种多氧化物熔体的中和反应。造渣过程可以实现还原出来的铁与杂质(SiO2,Al2O3,CaO,MgO等)的有效分离。

  钢是以铁为基的合金。钢和铁的成分差异在于,前者含碳量小于2.11%,后者含碳量大于2.11%。炼钢过程是一个复杂的氧化和还原过程,是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质,再根据对钢的成分和性能要求添加适量的合金元素,炼出具有较高强度和塑性韧性或具有特殊性能钢的过程,其关键是清除钢水中的杂质,其中最主要的因素是造渣和除渣。

  生铁中的杂质在高温下与氧具有较强的亲和力。炼钢过程中,利用氧化的方法向熔池供氧,用氧将其中的杂质氧化形成液体、固体或气体氧化物,这些氧化物又与加入的熔剂作用而形成炉渣并被排除。上述过程中,杂质被氧化并被排除了,但也使钢液中含有较多的FeO。因此,在炼钢过程的后期,通常加入脱氧剂(如硅铁、锰铁和铝等),使它们从FeO夺取氧而达到脱氧的目的。

  目前,作为炼铜的原料矿物主要为硫化物矿物(习称硫化矿),如:黄铜矿(CuFeS2),斑铜矿(Cu5FeS4),辉铜矿(Cu2S),铜蓝(CuS)。其次为碳酸盐、硅酸盐和氧化物矿物(习称氧化矿),如:孔雀石Cu2[CO3](OH)2,蓝铜矿Cu3[CO3]2(OH)2,硅孔雀石(Cu,Al)2H2[Si2O5](OH)4·nH2O),赤铜矿(Cu2O)。少量来自自然铜。

  火法炼铜主要使用硫化矿。该工艺是在高温下使铜矿石先熔成冰铜(主要是由Cu2S和FeS组成的合金),再将其吹成粗铜。在冶炼炉中部700~1000℃区域内,对于硫化铜矿而言,氧与铁的亲和力比氧与铜的亲和力强,故氧先与铁化合成氧化亚铁(FeO),FeO又与熔剂作用生成熔渣被除去。在冶炼炉下部1000~1400℃区域内,没有反应的FeS与Cu2S结合生成冰铜。在吹炼的第一阶段,熔融的冰铜再与熔剂混合进行吹炼,硫化铁强烈氧化,生成氧化亚铁和二氧化硫,氧化亚铁和熔剂生成熔渣并被排除,得到的产物为纯的硫化亚铜(白冰铜)。在吹炼的第二阶段,硫化亚铜氧化生成氧化亚铜,它再与未经氧化的硫化亚铜反应生成粗铜(含铜量为98.5%~99.5%)。

  湿法炼铜是用溶剂浸泡矿石使铜进入溶液,然后从含铜的溶液回收铜。这种方法主要用于处理氧化矿石或低品位的氧化物或硫化矿尾矿。湿法炼铜常用的溶剂有硫酸、碳酸氨、硫酸高铁溶液等。进入溶液中的铜可采用如下方法进行萃取:电积法(在不溶阳极和铜阴极之间加直流电压,在阴极产生金属铜);铁置换法(CuSO4+Fe=FeSO4+Cu);溶剂萃取法(先使铜进入不相容的有机相,再从有机相中反萃铜);蒸馏法[2Cu2(NH3)4CO3+O2=4CuO+8NH3+2CO2]。

  从铝土矿制取氧化铝的方法很多,但拜尔法是占绝对优势的一种方法,目前全世界90%的氧化铝是由拜尔法生产的。

  铝土矿(铝矾土)是炼铝的最主要原料,其主要化学组成为Al2O3(50%~70%),其他组分主要为Fe2O3,SiO2,TiO2。矿物组成以三水铝石(Al2O3·3H2O),一水软铝石(γ-Al2O3·H2O),一水硬铝石(a-Al2O3·H2O)和高岭石为主。

  氧化铝再经过冰晶石-氧化铝熔融盐电解法制成金属铝。电解过程在电解槽内进行,直流电经过电解质使氧化铝分解。电解产物,在阴极上是液体铝,在阳极上是氧。铝溶液再经进一步处理可得到纯度达99.5%~99.7%的金属铝。

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