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有色金属冶金基本原材料

/basic raw materials for nonferrous metals metallurgy/
条目作者顾松青

顾松青

最后更新 2022-01-20
浏览 187
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有色金属冶金所必需的矿物原料和基本辅助材料的统称。

英文名称
basic raw materials for nonferrous metals metallurgy
所属学科
冶金工程

含有有色金属元素的矿物原料或二次资源,如铝土矿、铜矿、铅锌矿、锡矿、含镍矿、稀有金属矿、稀土金属矿或再生资源等。经过选分、预分离、预干燥、预氧化还原、预焙烧等加工处理得到的产品(如浮选精矿、重选精矿、磁选矿、堆浸液、各种熔渣、氯化产物等)也称为矿物原料。矿物原料经冶炼制成有色金属产品。

铝土矿是铝冶金过程中主要的基本原料,按铝矿物结晶类型分为三水铝石矿、一水软铝石矿和一水硬铝石矿。有些是混合矿,如三水铝石-一水软铝石矿。另外一些含铝矿物,如霞石、明矾石,甚至粉煤灰都可以用于生产氧化铝,作为铝冶金矿物原料。铝土矿在品位较低的情况下,还可以进行浮选以提高品位。铜冶金矿物原料按化学成分可分为硫化矿、氧化矿或硫化-氧化混合矿。最主要的炼铜矿物原料有黄铜矿、斑铜矿、铜蓝、辉铜矿、孔雀石等类型。铅锌矿以方铅矿、闪锌矿最为重要。还有菱锌矿、白铅矿等,铅锌冶炼前必须进行浮选或重选。锡矿主要是锡石,其次为黄锡矿等,冶炼前也通常需要经过选矿。含镍矿物50余种,主要分为硫化镍矿和氧化镍矿(红土镍矿)两大类,有镍黄铁矿、硅镁镍矿、针镍矿或黄镍矿、红镍矿等,最主要的镍矿石选矿方法是浮选,而磁选和重选通常为辅助选矿方法。稀有、稀土金属矿中有色金属含量一般都很低,冶炼前必须进行选矿。

有色金属矿的选矿是有色金属冶金中的重要生产工序,目的是提高有色金属冶金过程的效率、优化有色金属冶金的技术指标、降低原材料消耗和能耗、提高有色金属产品的质量、减少废弃物排放及降低生产成本。如铜矿中一般含铜量仅为1%左右,必须先进行选矿作业,使选精矿中的铜含量提高至20%以上,才能实现冶金过程的高效节能。选矿可分为重选、磁选和浮选等工艺方法。需要针对不同种类和不同性质的矿物分别采用合理的工艺方法进行选矿。

在有色金属冶金过程中各环节产生的含有色金属的废弃物以及被废弃的有色金属制品,都可经回收、精选和再资源化加工后,再生为有色金属制品。废铝、废铜以及家用电器中的金属器材均可回收利用于有色金属生产。废旧有色金属回收再生是发展现代有色金属工业的重要组成部分。

不含有色金属元素,但在有色金属冶金过程中是不可或缺的添加物料。其中绝大部分参与了有色金属冶金过程的反应,如有色金属硫化物或氧化物的氧化剂或还原剂、杂质矿物的脱除剂等。还有一些基本材料用作熔剂(溶剂)、萃取剂、离子交换剂等,尽管这些材料可能不直接参与有色金属矿物的反应,但它们在有色金属冶金过程中起着分离杂质、提纯等重要作用。某些基本辅助材料在有色金属冶金过程中还可能得到回收和循环利用。

铝冶金所需的基本辅助材料有氢氧化钠(或碳酸钠)、石灰、炭阳极、氟化盐。氢氧化钠(或碳酸钠)和石灰用于氧化铝生产,氢氧化钠在氧化铝生产循环过程中得到回收利用。炭阳极、氟化盐用于铝电解生产,生产1吨原铝需要消耗400千克左右的炭阳极、20千克左右的氟化盐。铜、铅、锡、镍等有色金属火法冶金的主要辅助材料是以石灰石为主的熔剂。采用湿法冶金技术(锌、稀有稀土等有色金属冶金)的主要基本材料是硫酸、盐酸、氢氧化钠(或碳酸钠)以及有机物萃取剂、离子交换树脂等。金属钠和镁、铝等活泼有色金属常用于某些有色金属冶金的还原剂,如镁用于钛冶金,钠用于钾、钽等有色金属冶金。大部分有色金属硫化物矿的冶炼采用空气氧化技术,如铜、铅、镍冶金等,空气中的氧气可将硫化物矿氧化,得到有色金属并放出大量的热,因此空气也是一种有色金属冶金的基本辅助材料。为了降低消耗并节能,有色金属冶金工业还采用富氧空气,甚至氧气代替空气作为冶金基本材料。在卤素冶金中,氯气作为基本辅助材料起着重要作用,如钛冶金中采用氯气氯化钛矿物,在随后的电解过程中回收氯气循环使用于氯化工序。煤、煤气或天然气不仅可以作为能源提供给有色金属冶金生产过程,而且有时还可以作为还原剂还原有色金属,如铅的火法冶炼等。

有色金属冶金基本原材料的发展趋势:①有色金属矿物品位逐渐下降,需要从基本原材料(如选矿药剂、新型还原剂等)着手,开发出可经济用于较低品位的有色金属原矿的选矿和冶金新技术。②研究多金属共生矿的分离提取技术,采用高效基本辅助材料,开发出多金属共生矿的全回收、高效利用的资源化技术。③开发有色金属冶金过程的新型辅助材料,包括提高生产效率的新型氧化剂和还原剂,以及添加剂、熔剂(溶剂)、萃取剂、离子交换树脂等。④采用高浓度反应物料强化有色金属冶金过程。⑤提高有色金属冶金循环过程中各种原材物料的回收利用率。⑥加强废旧有色金属回收再生工作,部分可作冶金过程辅助添加材料。

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