重有色金属，简称重金属，指密度大于4.5克/厘米³的有色金属，包括铜、铅、锌、镍、钴、锡、锑、铋、镉、汞10种元素。重金属是较早发现和使用的金属。在石器时代之后，人类便进入了青铜时代。铜、锡、铅、锌、镍、汞等重金属的冶炼术已有数百甚至数千年的历史。

重金属元素对硫具有显著的亲和力，能形成较为稳定的硫化物。在矿物资源中，除锡以外，其他重金属主要以硫化矿的形态存在。重金属硫化矿常伴生有大量的硫化铁，由此，脱硫和除铁成为重金属冶金的重要任务，并决定其冶炼的主要工艺流程。除了硫化铁，重金属硫化矿还伴生有亲硫的稀散金属和贵金属，因此，其冶金过程还要充分考虑到稀贵金属的综合回收。此外，有害元素砷也容易与重金属矿共生，给重金属冶炼及环境治理带来了困难。

重金属的冶炼方法虽各有其特性，但也有诸多的共通性。重金属提取冶金方法分为火法冶金和湿法冶金两大类，并以火法冶金为主，其工艺流程大致分为4种：①先通过造锍熔炼将部分硫和铁脱除，使重金属和其他亲硫元素在锍中富集，再将锍氧化吹炼进一步除铁脱硫，获得粗金属或金属品位更高的锍。铜和镍的硫化矿主要采用这种冶炼工艺。②将硫化矿直接熔炼获得粗金属。理论上凡是硫化物和氧化物能发生交互反应生成金属单质的重金属都可采用此工艺冶炼。相比于第一种工艺，此种可省去造锍熔炼的工序。工业应用较为成功是铅的直接熔炼。③先通过焙烧和烧结将硫完全脱除得到氧化矿，然后再经过碳热还原生产粗金属。火法炼锌是这种工艺的典型代表。④将硫化矿焙烧再通过酸液浸出，或不经焙烧直接氧化酸浸，浸出液经净化后，采用电解沉积的方法从溶液中获得金属。这种工艺在锌冶炼中获得了广泛应用。

人类对重金属产品纯度要求较高，因而，前3种工艺获得的粗金属通常还要经过火法精炼和电解精炼才能得到高纯度产品。此外，重金属冶金一直是有色金属冶金新技术开发的活跃领域。真空冶金、生物冶金、矿浆电解、加压湿法冶金、萃取冶金等技术在重金属冶金中也获得应用，并在应用中不断成熟和进步。

21世纪以来，随着优质矿物资源的不断消耗，低品位矿、共伴生矿、难处理矿和各种二次资源的利用不断增加，重金属资源呈现品位低、矿相及成分复杂、有害元素含量高的新趋势。与此同时，社会对重金属冶炼清洁生产和环境保护的要求日益提高。在此形势下，重金属工业的可持续发展正面临资源和环境的双重约束，迫切需要新技术和新理论的支撑。因此，重有色金属冶金的内涵将不断扩充和发展。其应用较多的重金属冶金技术有下面几种。

铜冶金包括火法和湿法两大类，世界上80%～90%的铜采用火法冶金生产。火法炼铜特别适于处理硫化铜矿及富氧化矿，具有适应性强、反应速度快、能耗低等优点。火法炼铜一般包括造锍熔炼、铜锍吹炼、火法精炼、电解精炼基本工艺流程（图1）。除电解精炼外，大部分工艺过程均在高温下进行。

图1 火法炼铜工艺流程图

湿法炼铜主要用于火法炼铜不能经济处理的低品位氧化矿、复杂矿和尾矿。氧化铜矿湿法炼铜的工艺过程一般包括浸出、萃取、反萃取、电积（或置换）等步骤（图2）。氧化铜矿可直接进行浸出。硫化铜矿一般经焙烧后再浸出，也可直接采用高压氧浸出或细菌浸出。

图2 湿法炼铜工艺流程图

现代铅冶金以火法为主，有烧结焙烧-鼓风炉还原炼铅和直接炼铅两大工艺。烧结焙烧-鼓风炉还原炼铅（图3）为传统工艺。硫化铅精矿经烧结焙烧后脱硫得到以氧化铅为主的烧结块，烧结块进而在鼓风炉中经还原熔炼产出粗铅。

图3 烧结焙烧-鼓风炉炼铅工艺流程图

硫化铅精矿不经烧结焙烧直接生产粗铅的方法称为直接炼铅。直接炼铅（图4）采用工业氧气或富氧空气，通过闪速熔炼或熔池熔炼的强化冶金过程，利用硫化铅精矿迅速氧化放出的大量热将炉料熔化，并产出液态铅、熔渣和高浓度二氧化硫烟气。相比于传统的鼓风炉炼铅法，直接炼铅具有能耗低、环境好、生产能力大等优点。

图4 直接炼铅工艺流程图

锌冶金包括火法和湿法两大类，以湿法炼锌为主。常规的湿法炼锌实际上是火法与湿法的联合流程，包括焙烧、浸出、净化、电积等主要工艺过程（图5）。新发展的全湿法炼锌工艺取消了焙烧工序，采用高压或常压氧浸技术直接处理硫化锌精矿，将锌浸出至溶液，并将硫氧化成元素硫富集在浸出渣中。

图5 湿法炼锌工艺流程图

火法炼锌首先将锌精矿进行氧化焙烧，使精矿中的硫化锌转变为氧化锌，以便后续还原过程的顺利进行。由于锌的沸点较低，高温还原得到的锌以蒸气状态挥发而与炉料分离。锌蒸气随炉气一道进入冷凝器凝结成液态粗锌。此后，基于锌与杂质金属的沸点差异，采用精馏的方法将粗锌中的锌提纯，获得纯度在99.99%以上的精锌。火法炼锌的一般工艺流程如图6所示。

图6 火法炼锌工艺流程图

由于镍矿具有品位低、成分复杂、伴生脉石多和难熔等特点，且用户对镍产品的纯度和形态的要求各异，使得镍的生产方法颇为丰富。图7归纳了镍的生产方法。世界镍产量约70%产自硫化镍矿，30%产自氧化镍矿。中国采用硫化镍生产镍的比重较大。硫化镍矿常伴生有相当数量的铜，使得铜镍分离成为硫化镍矿冶炼的重要任务。硫化铜镍精矿生产电镍的典型工艺流程如图8所示。硫化铜镍精矿经造锍熔炼获得含镍较低的低镍锍，进一步吹炼得到高镍锍，经缓冷、磨浮分离获得高品位硫化镍精矿，再经熔铸得到硫化镍阳极板，经电解获得纯镍。

图7 镍的生产方法

图8 硫化铜镍精矿生产电镍的工艺流程

锡石（SnO₂）是主要的工业矿物。锡冶金普遍采用火法流程，包括炼前处理、还原熔炼、炉渣熔炼和粗锡精炼工艺过程，如图9所示。炼前处理有精选、焙烧和浸出多种方法，旨在除去对锡冶炼有害的杂质，如硫、砷、锑、铅、铋、铁、钨、钽、铌等，并综合回收有价金属。还原熔炼长期沿用两段熔炼法：第一段在较弱的还原气氛和适当的温度下还原产出粗锡，并使铁的氧化物还原为氧化亚铁与脉石成分造渣获得高锡炉渣；第二段在强还原气氛和更高温度下熔炼高锡炉渣，产出弃渣和硬头（锡铁合金），硬头可返回一次熔炼以回收其中的锡。两段还原熔炼不可避免地有一部分锡和铁在流程中循环。富锡炉渣的还原熔炼已逐渐被烟化炉硫化挥发法取代。

图9 锡冶金工艺流程图