湿法冶金技术的原理和工艺流程

湿法冶金是将矿石、经选矿富集的精矿或其他原料经与水溶液或其他液体相接触，通过化学反应等，使原料中所含有的有用金属转入液相，再对液相中所含有的各种有用金属进行分离富集，最后以金属或其他化合物的形式加以回收的方法。

湿法冶金技术是指通过将金属矿石放入酸性溶液中，通过浸出、萃取、还原等一系列过程，使金属得到分离与提取的过程。自从19世纪中叶，这项技术进入实际应用领域以来，已经经历了若干次的技术革命，涉及的金属种类也从最初的银、铜逐渐扩展到了钒、锌、镍等多种金属。

一、湿法冶金技术的发展历程

湿法冶金技术的起源可以追溯到18世纪，但是直到19世纪晚期，随着矿石开采的难度加大以及对金属的需求量增加，这项技术在实际应用中才开始逐渐显现其优势。在早期的应用中，主要是利用硝酸和盐酸对金属进行浸出、萃取，但是这种方法耗费大量的化学药品，处理废弃物排放问题也变得日益严重。

到了20世纪20年代，一些新的化学试剂被引入湿法提金工艺中。比如，芳香族杂环醇、硝酸盐、醌类、醛类等，这些化学药品的应用，大大提高了金属的回收率，并减少了废弃物的排放量。

到了20世纪60年代，化学工程师们将配合络合物应用于湿法提金技术中。靠此方法，可以将可以回收的金属从废弃物中进一步羟甲基化、羟基甲基化、氨基化、磷酸化等，然后从废弃物中进一步回收。此时，湿法提金技术得到了进一步发展，并取得了较大的进展。

随着技术的快速进步，湿法冶金技术也进一步被广泛应用于多种金属的提取，如钒、铁、锌、镍等。在19世纪80年代，以及20世纪初期，进一步发展的提取技术，通过减少化学药品的使用量，或者改进废弃物排放的处理方式，提高湿法冶金的环保性能，使得该技术能够得到更广泛的应用发展。

近几十年来湿法冶金技术在金属提取及材料工业中具有日益重要的地位。目前，绝大部分的锌、铜、氧化铝、稀有金属矿物原料的处理及其贵金属的提取等都采用湿法冶金的方法来实现。此外，近年来许多领域采用(或正在研究采用)湿法冶金的方法制取性能优异的材料(或粉末)，如纳米级复合金属粉、超导材料、陶瓷材料等。因此，湿法冶金学在冶金学科中地位十分重要。

湿法冶金在我国古代就有，《天工开物》中有记载---增青得铜。就是在铜的硫酸盐溶液中加入铁，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，这就是湿法炼铜的原理,主要反应为：

⑴ CuSO4＋Zn＝Cu＋ZnSO4

⑵ CuSO4＋Fe＝Cu＋FeSO4

我国劳动人民很早就认识了铜盐溶液里的铜能被铁置换，从而发明了水法炼铜。它成为湿法冶金术的先驱，在世界化学史上占有光辉的一页。

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：“鸡屎矾投苦酒（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。

二、湿法冶金的基本原理

湿法冶金利用某种溶剂,借助化学作用,包括氧化、还原、中和、水解及络合等反应，对原料中的金属进行提取和分离的冶金过程。又称水法冶金，与传统的火法冶金同属于提取冶金或化学冶金。

⒈ 基本原理

⑴ 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。

⑵ 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。

随着矿石品位的下降和对环境保护要求的日益严格，湿法冶金在有色金属生产中的作用越来越大，湿法冶金主要包括浸出、液固分离、溶液净化、溶液中金属提取及废水处理等单元操作过程。

⒉ 提炼方法

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。

⒊ 湿法冶金步骤

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。

湿法冶金包括下列步骤：

⑴ 将原料中有用成分转入溶液，即浸取；

⑵ 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；

⑶ 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；

⑷ 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。

三、湿法冶金工艺过程

湿法冶金技术，和火法冶金技术的条件一样，可以从名称中直接得出。这类冶金技术的实现环境主要是溶液，操作的对象仍然是矿石资源。在这项技术中，整个冶炼过程中的温度要求十分低，而整个流程也不像火法冶金技术那样复杂。

⒈ 湿法冶金的基本要求

⑴ 首先要进行的是，通过相关溶液，让矿石浸出，并对经过浸出的矿石进行下一步的净化操作，等到上面两个步骤进行完毕以后，便可进入金属的制备环节。在溶剂选择时，要依据实际情况合理选取，然后矿石浸入其中产生一系列反应。这中间有些矿石难以进行高效处理，在加入之前需要相关技术人员将其转变成容易浸出的化合物形态。

湿法冶金技术主要在各种溶液中进行，在具体的操作过程中包括了三个流程，首先是浸出，接着要进行净化，最后需要进行相关金属的制备。在这三个流程中，有许多的注意事项。首先是操作过程的温度需要尽可能低一点。

⑵ 其次，在对矿石进行处理时，溶剂一定要选正确，然后将适当的金属和溶剂进行一系列的反应，最后金属转化为离子进入溶液。此外，还需要对那些难以浸入的矿石，在相关操作之前进行预处理。

⑶ 最后，要充分发挥为溶液除杂的净化过程的优势，将一些无关的金属及时剔除。

⒉ 湿法冶金工业流程

在湿法冶金生产过程中，由于处理的矿石原料不同，加工目的与分离要求不同，技术路线与操作步骤不同，以及工业基础与经济条件不同，因此各湿法冶金生产厂工艺过程的配置往往大相径庭，繁简有别，彼此迥然各异。

⑴ 矿石浓缩物

通常认为湿法冶金生产过程由四个主要工序组成：预处理工序、浸出工序、固液分离工序、分离提取工序。

① 预处理工序：经过粉碎、磨细矿石或者经过焙烧、加压氧化、细菌氧化等一系列手段，使所含的金属能顺利的进入液相；

② 浸出工序：矿石原料与液相接触，使有用金属转入液相：

③ 固液分离工序：对浸出后矿浆进行固液分离；

④ 分离提取工序：富集、分离、纯化溶液中的有用金属，最后使用结晶、沉淀等方法，以金属或化合物的形式回收各种金属。

⑵ 浸出过程

浸出过程就是用化学试剂将矿石或精矿中的有用组分转化为可溶性化合物，得到含金属的溶液，实现有用组分与杂质组分的分离过程。

根据浸出剂和浸出条件的不同，国内外浸出的方法主要有热酸直接浸出法、加压浸出法、细菌浸出法、矿浆电解等方法。此外，冶金研究者们又研究了采用机械活化、微波辐射、超声波辐射等方法浸出，旨在强化浸出过程，提高浸出效果。

① 热酸直接浸出法

热酸直接浸出有硫酸法、硝酸法、混酸(硫酸＋硝酸)法、次氯酸法等。热酸直接浸出是指物料经过预先的加热处理，直接加入较强的氧化剂，破坏矿的晶格，使矿易于浸出。

② 加压浸出法

加压浸出工艺是20世纪60年代由加拿大舍利特----高尔顿公司研究发展起来的工艺，用于直接浸出硫化铜精矿，其实质是在硫酸介质中，于一定的温度和压力下，通入氧气使硫化铜精矿氧化成元素硫和二价铜离子，铁也同时氧化，并水解沉淀。精矿中的硫以元素硫形式产出，从而确保了整个工艺的酸平衡。

③ 细菌浸出法

细菌浸出的原理如下：

一是靠细菌胞内特有的铁氧化酶和硫氧化酶直接催化硫化矿，破坏矿物晶格使矿物中的金属易于与酸反应转化成硫酸盐而进入水溶液中；

二是靠细菌氧化矿物中的硫与铁所形成的硫酸高铁，进一步氧化溶解硫化矿物。

与火法熔炼相比，细菌浸出的优点是显而易见的，当产量约为10万吨每小时，操作成本可降低10％～15％，投资费用可降低50％之多。细菌浸出能处理多种矿物和较低品位的精矿，很容易和溶剂萃取，因而延长这些设施的使用寿命。

⑶ 微波浸出

通过分子高速转动产生内摩擦热、无热滞后性，具有加热速度跨、内部加热、选择性加热、加热均匀等特点。在浸出时，微波促使无聊颗粒表面破裂，暴露出新鲜表面，有利于液固反应的进行，同时在外电场的作用下，急性分子迅速改变方向进行高速震动，不仅能产生热量，而且增加了物质间的相互碰撞，强化了反应的进行。

用微波辐射对难处理的金精矿进行预处理，就可以把金、砷和硫从矿石基体中分离出来，游离出来的金即可用常规的碱性氰化法浸出，难处理金精矿的微波预处理是一种很有前途的新方法。

⑷ 矿浆电解

根据可持续发展的概念，冶金学家开始考虑是否有可能利用电解沉积过程中的阳极反应来氧化浸出硫化矿，同时用新的阳极反应代替耗能高的水解反应，这就是研究矿浆电解这种新的冶金方法的出发点。

四、湿法冶金的优点：

湿法冶金的显著优点在于原料中有价金属综合回收程度高、有利于环境保护、生产过程较易实现连续化和自动化，因此更适合低品位矿产资源的回收利用。

⒈ 可以处理低品位物料，包括低品位原生硫化矿、氧化矿、表外矿及废弃的尾矿，并可对一些低晶位二次资源中的有价金属进行回收；

⒉ 可以处理复杂矿石，包括一些低品位复杂矿石及大洋锰结核，能够有效回收其中的各种有价值金属；

⒊ 容易满足矿物原料综合利用的要求，提高资源的综合利用率，在提取精矿中主金属的同时，可以回收一些伴生的稀贵金属(Au，Ag及铂族金属)及稀散金属；

⒋ 劳动条件较好，有利于环保，较容易实现清洁生产，解决环境污染问题。

⒌ 吸入了其他一些学科的理论与新技术，相关学科的发展也促进了它的发展。

五、湿法冶金技术的应用现状

随着生物技术、纳米技术等技术的快速发展以及组合应用，湿法冶金技术的环境影响也得到进一步改善。比如，利用生物技术，能够使有机化学物质在湿法冶金工艺中更快地降解，使得废弃物排放问题得到更好地解决；纳米技术的应用也能够加快提取过程的速度。

在钒矿的湿法冶金方面，中国已成为世界上最大的生产国之一，能够提炼多种不同类型的钒矿物；在钨的湿法冶金方面，工艺水平也得到了较快的提升，在湿法冶金工艺中的占比越来越大；我们还在铜、铅、锌的湿法冶金领域中有较显著的发展，全年的生产量也不断攀高。

但我国湿法冶金自动检测与控制技术的开发和应用水平相对落后，原因是：传感器技术没有突破性的进展，与湿法冶金相关的过程参数的检测仍然存在安装复杂、清洗困难、长期运行可靠性低和运行寿命短等老问题，湿法冶金企业在初步设计时由于经费不足或重视不够等原因，对于过程控制系统的设计应用考虑的不够充分，设备、工艺与自动控制系统的脱节制约了自动化技术在工艺上的应用和推广。

由于自动化水平较低，导致在生产过程中，有价值金属元素不能综合回收利用，产生三废污染；生成氨氮废水，污染环境；并且消耗大量能源和化学辅料。浸出率是浸出过程最重要的衡量指标，而浸出率的检测一直是浸出过程的难题，浸出率一般为离线化验检测，检测周期长、成本高、误差大。目前浸出率检测技术已成为阻挠整个湿法冶金工业向前发展的瓶颈。此外，目前浸出过程生产以经验性的手动调节为主，生产效率低，能耗巨大，导致湿法冶金企业利润普遍较低。

总之，虽然现在冶金工业生产中湿法冶金所占的比例不大，但随着社会的发展，人们对环保要求的日益提高，湿法冶金工业必定会取得越来越大的发展。湿法冶金技术在金属回收领域已经得到了广泛的应用，我们也在经验积累的基础上不断推进了湿法冶金技术的进一步发展。

未来，湿法冶金技术的应用将会更加广泛。