加压湿法冶金的过去_现在和未来.pdf

加压湿法冶金的过去、 现在和未来 收稿日期 2001- 03- 24 作者简介宋复伦, 1961- ,男,甘肃会宁人,翻译,主要从事有色金属、 机电、 化工产品的进出口工作。宁模功, 1945- ,男,云南宣威 人,高级工程师,主要从事有色金属冶金的研究工作。 加压湿法冶金起源于1859年。当时,俄国化 学家尼柯莱尼古拉耶维奇贝克托夫1827～ 1911在巴黎学习。 在化学试验中, 他发现,增大氢 气压力并加热,可以从硝酸银溶液中沉淀出金属 银。此后,维拉迪米尼古拉耶维奇伊帕蒂夫 1867～ 1952在圣彼得堡继续进行此项研究。 他自1900年开始,对加压条件下的许多反应进行 了一系列研究。在这些研究中就有用氢气从水溶 液中析出金属及其化合物。 为了这些试验,他花费 了几年时间设计出一种安全而可靠的高压釜。 1892年,也在圣彼得堡,卡尔约瑟夫拜耳 1847～ 1904利用高压釜,在170 ℃和加压条件 下用N aOH浸出铝土矿,获得了铝酸钠溶液,通 过接种可从这种溶液中沉淀出纯的A lOH3。加 压湿法冶金的历史见表1。 表1 加压湿法冶金的历史 类型年份研究人员国籍反应式 沉淀1859N ikolaiN. Beketoff法国2Ag H22Ag 2H 1900V ladi m ir N. Ipatieff俄罗斯M H2M 2H 1903G. D. Van A rsdale美国Cu2 SO2 2H2OCu 4H SO2-4 1909A. Jumau法国CuSO4 NH42SO3 2NH3 H2OCu 2NH42SO4 1955Sherrit2Gordon加拿大[N iNH32]2 H2N i 2NH4 1965Anaconda美国CuSO3NH42SO32Cu SO2 2NH4 SO2-4 溶解1892Kal Josef Bayer俄罗斯A lOH3 OH-[A lOH4]- 1903M. M alzac法国M S 2O2nNH3 [M NH3n]2 SO2-4 1927F. A. W englein德国ZnS 2O2Zn2 SO2-4 1940M ines Branch加拿大UO2 3CO2-3 1 2O 2 H2O[UO2CO3 ] 4- 2OH- 1952H. A. Pray et。al美国高温高压下气体在水中的溶解度 1955Sherrit2Gordon加拿大N iS 2O2 2NH3[N iNH32]2 SO2-4 1959Freeport N ickel美国N i O红土矿中 H 2SO4N iSO4 H2O 1975炼金工业加拿大2FeS2 7 2O 2 4H2OFe2O3 4SO2-4 8H 1980Sherrit2Gordon加拿大ZnS 2H 1 2O 2Zn2 S H2O 随着加压湿法冶金的逐渐发展,新的工艺和新 的、 大型设备被引入。加压湿法冶金可分为两个领 域浸出和沉淀。 加压浸出 加压浸出在工业上已得到广泛应用。在缺氧 条件下,可用于溶解铝土矿中的铝,钨矿石中的 钨,红土矿中的镍和钴,钛铁矿中的氧化钛,锡石 中的氧化锡,黑钨矿和白钨矿中的氧化钨。在有氧 条件下,用于浸出矿石中的铀和硫化锌矿石中的 锌,解离出黄铁矿和砷黄铁矿中的金,以及处理铜 电解阳极泥。 目前,在古巴,为了在竖式高压釜内用H2SO4 浸出红土矿中的镍和钴,在原有4台高压釜基础 上又增加了一套带4台高压釜的设备。澳大利亚 西部的一座工厂,在卧式高压釜内用H2SO4浸出 红土矿中的镍和钴。这些高压釜直径5 m ,长度为 34 m ,是迄今为止体积最大的。有许多工厂,在用 氰化法从黄铁矿和砷黄铁矿等难处理矿石中提取 金之前,先通过加压使金解离出来,其中最大的工 厂在美国内华达州的埃尔科。该工厂有4台高压 釜,每台直径4. 8 m ,长30 m。世界上用加压湿法 冶金处理难处理金矿石状况见表2。 第20卷第3期总第79期 2001年9月 湿法冶金 Hydrometallurgy of China Vol . 20 No. 3Sum. 79 Sep. 2001 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 表2 用加压湿法冶金处理难处理金矿石状况 启动年厂名拥有者物料介质能力td- 1高压釜 台 1985M claughlin,美国Homestake,美国矿石酸2 7003 1986San Bento,巴西Genm in,南非精矿酸2402 1988M ercur U tah,美国American Barrick,加拿大矿石碱6801 1989Getchell,美国FerstM iss Gold矿石酸2 7303 1990Goldstrike,美国内华达American Barrick,加拿大矿石酸1 3601 1991Goldstrike,美国内华达American Barrick,加拿大矿石酸5 4503 1991Porgera,巴布亚新几内亚Placer Dome,加拿大精矿酸1 3503 1991Campbell,加拿大Placer Dome,加拿大精矿酸701 1992Con L ihirNerco M inerals精矿-901 1993Doldstrike,美国American Barrick,加拿大矿石酸11 5806 1994Porgera,巴布亚新几内亚Placer Dome精矿酸2 7006 在研究中L ihir,巴布亚新几内亚---- 加压浸出硫化锌精矿解决了许多与焙烧 浸 出 电积工艺有关的问题。 因加压湿法冶金不形成 铁酸盐,所以不再需要产生黄钾铁矾的浸出流程, 而锌工业亦可与H2SO4的生产和销售分离开来。 随着加压浸出工艺的成功应用,预计将来的 发展就是在酸性介质和氧压条件下处理铜和镍的 硫化物精矿以解离金属和释放元素硫。用这种方 法,将不会释放SO2 ,H 2SO4的生产也更加灵活。 加压沉淀 在高温高压下,从溶液中沉淀金属主要是钴 和镍和金属氧化物主要是UO2可以采用氢气 对钴和镍或二氧化硫对铜。 在加压下用氢气沉淀金属的研究开始于20 世纪初的圣彼得堡, 50年后,加拿大的舍里特 高登Sherrit Gordon矿山首次采用。目前,加 拿大的所有镍币均以这种方法生产。反应式为 M 2 H2M 2H 。 如果氢离子一经形成就被除去,那么大多数 金属就会沉积下来。在氨性介质中沉淀镍和钴采 用传统方法 H NH3NH 4。 虽然此技术与电积技术不相上下,但它产出 副产品铵盐。克服此缺点的方法之一是在还原期 间用氢氧化物中的OH - 中和产生的酸 MOH2 H2M 2H2O。 对于镍和钴,反应发生在270℃,比常用温度 高许多,但产品粒度也细得多。为了生产氢氧化 物,浸出液必须首先用合适的试剂中和。 从碳酸盐浸出液中沉淀UO2的反应如下 [UO2CO33] 4- H2UO2 2HCO - 3 CO 2- 3。 在前南斯拉夫的凯尔纳Kalna , 此反应是在竖式 高压釜内于150℃和1 500 kPa下进行的,高压 釜内装有部分烧结的UO2颗粒作为催化剂。 沉淀 物在颗粒上长成,各个塔连续生产,直到堆积出 10 t产品为止。含铀3～5mg L的还原尾液可循 环加压浸出。 用二氧化硫沉淀金属在室温下进行。当硫酸 铜溶液中通入SO2时,就会有硫化铜沉锭下来。 但如果沉淀作用在150℃和350 kPa下进行则会 析出金属铜。反应如下 Cu 2 SO 2- 3 H2OCu 2H SO 2- 4。 此工艺的不足之处是铜的产率低和酸性环境 造成的腐蚀问题。该工艺可通过添加硫化铵溶液 代替SO2加以改进,反应如下 Cu 2 SO 2- 3 2NH3 H2O Cu 2NH 4 SO 2- 4。 结果铜完全沉淀,而操作在碱性条件下进行,无腐 蚀问题,但却产出了硫酸铵。 从Cu2SO2H2O体系得到金属铜的另一 种方法是水热法。在环流条件下,将SO2通入铵 性硫酸铜溶液以析出复盐CuSO3NH42SO3;用 水浆化所得复盐并在150℃下于高压釜内加热可 析出金属铜,然后抽空高压釜放出所产生的SO2 Cu2SO3NH42SO3 2Cu SO2 2NH 4 SO 2- 4 此工艺仅进行了工厂试验,因经济问题而未能进 行下去。 [宋复伦,宁模功 摘译自 Proceedings of the Third International Conference on Hydrometal2 lurgyKunm ing, China, 1998. 27-34.张丽霞 校] 661 湿法冶金 2001年9月 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.