讲授：何启贤广西现代职业技术学院冶金工程系 2012 年 8 月

火法冶金技术 讲授：何启贤广西现代职业技术学院冶金工程系 2012年8月

总论 1 2 3 4 有色金属简史及分类有色金属资源及地位有色金属提取冶金有色金属冶金展望

1.有色金属简史及分类 1、有色金属简史及分类

1.1 元素周期表

1.2 有色金属定义 在已发现的118种元素中，有91种被认为是金属(metal)，9种为半金属(metalloid)，其余17种为非金属(nonmetal)。除铁以外的其余90种金属统称为有色金属(nonferrous metal) ，又称非铁金属。有时把9种半金属，也明入有色金属范畴。

1.3 有色金属简史 据考证，铜、铅、锡、汞、金、银和铁都是史前金属。8000年以前，人类就知道使用铜，7000年前知道有铅，3000年前就在炼丹术中使用汞，2000年前就出现了炼锡技术。

1 4 2 3 铜是人类最早发现的古老金属之一，在公元前第4世纪人类就掌握了炼铜技术。镍于19世纪初期开始工业生产，铝和镁于19世纪后期实现较大规模工业化生产。铅也是人类最早提炼出来的金属之一，欧洲于17世纪有大规模生产铅的记载。中国是最早掌握炼锌技术的国家，约在16世纪，中国生产的金属锌开始传人欧洲，纯度在95％以上。英国于18世纪初期开始生产锌。 Zn Ni Al Mg Cu Pb

稀有金属的工业化生产较晚，大多始于20世纪，如钨和钼是在20世纪初期，而钛、锆、钽和铌则是在第二次世界大战之后。有色金属工业早期是从开采与利用金、银、铜、铅、锌等逐步发展起来的。稀有金属的工业化生产较晚，大多始于20世纪，如钨和钼是在20世纪初期，而钛、锆、钽和铌则是在第二次世界大战之后。有色金属工业早期是从开采与利用金、银、铜、铅、锌等逐步发展起来的。 20世纪前半叶，铝、镁、镍等金属的生产有了较快的发展。20世纪中期是稀有金属蓬勃发展时期。随着科学技术的发展和各工业部门对有色金属需求的日益增加，促使有色金属冶金技术的迅速发展和生产规模的不断扩大。

1.4 有色金属分类 在有色金属分类上，全世界还没有统一的标准，各国分类方法不尽相同，而且在分类中某些金属的归属存在交又的情况。按中国惯例，大体上把有色金属分为4类。 ① 重有色金属 ② 轻金属 ③ 贵金属 ④ 稀有金属有色金属

（1）重有色金属 简称重金属，包括铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉、铋、铬和锰12种金属，锑有时被划归半金属类。这类金属的共同特点是密度较大，都在6600kg/m3以上。

（2）轻金属 包括铝、镁、钙、锶、钡、钾、钠7种金属。这类金属的共同特点是密度较小，都在4000kg/m3以下；化学性质活泼，易与氧、卤素、水等作用。

（3）贵金属 包括金、银及铂族金属中的铂、锇、铱、钌、铑、钯8种金属。这类金属的共同特点是化学性质稳定，密度大(10000-22000 kg/m3)，熔点较高(1189-3273K)。

（4）稀有金属 这个名称并不是由于它们在地壳中的含量都稀少，而是因为某些稀有金属在地壳中的赋存状态比较分散，或发现较迟，或制取较困难，因而其生产和应用都较晚。在历史上给人以“稀有”的概念，遂被称为稀有金属，而沿用至今。稀有金属根据其物理化学性质或其在矿物中的共生情况，可分为五类。

① 稀有轻金属 （4）稀有轻金属锂电池在数码相机、手机等电子产品中广泛应用 ① 稀有轻金属：包括锂、铷、铯、铍4种金属，其性质及生产方法与轻金属铝、镁等相似。

稀有高熔点金属 1.4 有色金属分类（4）稀有金属 ② 稀有高熔点金属：包括钛、锆、铪、钒、铌、钽、钨、钼和铼，共9种金属，其共同特点是熔点高，钨的熔点达3680K；耐腐蚀性能好。钛由于密度小，也有将它划归轻金属类的。铼由于无独立的矿床，主要分散在某些金属（特别是钼）的硫化矿中，因而也有人将它划归稀散金属类。

稀土（4）稀有金属 ③ 稀土金属：包括镧系元素镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇，共17个金属。其共同特点是最外两层电子结构相同，钇与钪也与之相似，因而它们的物理化学性质非常相近，在矿物中共生在一起，在冶炼过程中的行为也大体相似。

稀散金属 （4）稀有金属铟用在电脑显示屏等设备 ④ 稀散金属：包括镓、铟、铊，锗、硒、碲，共6种金属，其共同特点是只有极少的独立矿物，一般都是以类质同象形态存在于其他矿物中，锗、硒、碲具有典型的半金属性质，因此也有把它们划归入半金属类的。

放射性金属 （4）稀有金属 ⑤ 放射性金属：包括天然放射性金属钋，钫、镭、锕、钍、镤和铀，以及人造放射性金属锝、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘、铹和104-117号元素，共33种金属，其共同特点是能自发放射出具有某种能量的射线(α、β、γ射线）。

2.有色金属资源及地位

2.1 有色金属资源 包括矿产资源和二次资源两类，矿产资源12种常用有色金属的地壳丰度及其在所有元素中排列名次如表。常见有色金属的地壳丰度（%）及其排列名次 *17个稀土元素视为一种金属

矿床示意 从表中看出，在这12种重要的有色金属中，除铝、镁、钛在地壳含量较丰富之外，其他9种金属含量都较少，其余有色金属的地壳丰度大都小于30×10-4％，含量更是稀少。地壳中的有色金属，经过亿万年的变迁过程，逐渐形成可开采的矿物矿床。铜矿床示意图 0.3 0.4 < 0.3 1.5 < 0.3

资源分布 世界有色金属矿产资源分布很不均匀，一半以上的储量集中在亚洲、非洲和拉丁美洲的一些发展中国家，40％的储量分布于工业发达国家，这部分储量的4/5又集中在前苏联、美国、加拿大和澳大利亚。有色金属消费量很大的西欧和日本的资源却很少，其有色金属原料对外依赖的程度很大。中国的有色金属资源十分丰富，品种齐全，钨、锑、钒、稀土、钛、锂及某些稀散金属的金属储量居世界首位，铅、锌、钼、钕等金属的储量处于世界前列。

矿石图样

二次资源 二次资源亦称再生资源，主要是指含有色金属的废杂物料，如金属及其合金材料生产、加工过程中产生的废品、边角料，消费使用后的废弃物品等。这部分资源也蕴藏着大量的有色金属，是有色金属仅次于矿产资源的重要来源。

充分利用有色金属二次资源，除了其含金属量比矿石高、容易冶炼、能耗少因而冶炼成本低外，在保护资源和环保方面其有特殊意义，日益受到人们的重视。充分利用有色金属二次资源，除了其含金属量比矿石高、容易冶炼、能耗少因而冶炼成本低外，在保护资源和环保方面其有特殊意义，日益受到人们的重视。到20世纪80年代末，欧洲、美国、日本铜、铅的再生率平均达到1/2以上，铝、锌接近1/3。美国、英国、西德从二次铜资源回收的铜占其精铜总量40％以上，而意大利所产的精铜几乎100%是再生铜。

今年国内产量 • 2011年1~6月，十种有色金属产量完成了1655.26万吨，同比增长7.27%。 • 其中，精炼铜251.94万吨，同比增长11.54%； • 原铝868.63万吨，同比增长4.4%； • 铅219.71万吨，同比增长23.5%； • 锌252.92万吨，同比增长2.14%； • 镍8.61万吨，同比增长4.08%；锡7.66万吨，同比增长6.89%；锑8.91万吨，同比下降0.35%；镁33.7万吨，同比增长3.58%；海绵钛3.12万吨，同比增长11.59%。

2.2 有色金属的地位 从人类文明的历史来看，某些有色金属材料的出现和应用往往能促进整个人类文明历史的进步或促进某一科技领域取得突破性的进展。青铜的出现和应用标志着人类历史从此结束了历时数十万年的石器时代，进入了一个崭新的历史时期。公元前1200年起铁器时代从距今250万年至距今1万年左右青铜时代公元前3500年起石器时代

应用举例 钛合金放射性元素有色金属促进了航空和航天工业的发展为当今的核工业的发展奠定了基础已成为民用工业、军事工业和高技术发展必不可少的基础材料

2.4 有色金属在民用工业的应用 有色金属在能源、电器、航空、冶金、机械、石油、化工、医疗卫生等工业部门中有着重要的应用。铜、铝以其极好的电导性和热导性及价廉易得，而大量用作各种发电、电器设备及电缆材料。各种化学电池如锌电池、镍镉电池、镍氢电池和硒光电池等，主要是用有色金属及其合金制造的。

核电铀、钍、钚是核电站反应堆的核燃料锆、铍是反应堆的结构材料铅则是反应堆的理想控制材料

航空航天 铝、钛及其合金是航空、航天工业的基础材料。

建材合金 有色金属中的镍、钴、钨、钼、钒、稀土等是各种合金钢的主要添加剂，可以说没有这些有色金属就不会有合金钢。

锌作为耐腐蚀徐层，大量用于镀锌钢板的生产和钢铁材料的防腐。锌作为耐腐蚀徐层，大量用于镀锌钢板的生产和钢铁材料的防腐。

工业 2.4 有色金属在民用工业的应用以碳化钨为基、以钴为粘结相的硬质合金在近1273K下仍能保持高的耐磨性和硬度，因而成为制造各种切削工具、钻头的理想材料，在历史上曾起过推动机械加工工业技术进步的作用。

钛材、铌材等由干具有优异的耐腐蚀和机械性能，它们在化学工业的应用，给某些化工过程带来重大变革，也使某些过去被认为难以实现的化工过程成为可能。钛材、铌材等由干具有优异的耐腐蚀和机械性能，它们在化学工业的应用，给某些化工过程带来重大变革，也使某些过去被认为难以实现的化工过程成为可能。铅大量用作某些化工设备和电缆的防腐层。各种石油和化工催化剂，几乎都是用有色金属化合物制的。

医药许多有色金属的化合物如次碳酸铋、氢氧化铝等为药物的重要组分，许多有色金属如锗、锌等为人体不可缺少的微量元素。

精细化工 资生堂的化妆品，在珍珠粉表面覆盖有50纳米的氧化锌。超细TiO2粉大师用于高档化妆品、建工涂料等。

电子印刷材料超导农业材料工业，电子工业、印刷、陶瓷、超导技术、农业、食品工业等都离不开有色金属，特别是铝及其合金已广泛用于各工业领城，成为仅次于钢铁的金属材料。有色金属

2.4 有色金属在军事工业的应用 有色金属广泛应用于军事工业各部门，成为军事工业发展必不可少的重要材料。如喷气式战斗机中的铝、钛、镁，枪炮弹中的铜，导弹、舰船中的钨、钼、铼、钒，核潜艇中的锆、铪，激光技术中的稀土、镓、硒、碲，红外技术中的锗、硅、镓，反坦克穿甲炮弹中的钨基高比重合金，等等。鉴于有色金属与军事工业关系密切，而被各国列为重要战略物资。

2.5 有色金属在高技术新材料的应用 有色金属电子信息技术新能源技术空间技术航空技术微波技术陶瓷材料形状记忆合金超细粉料非晶态材料强磁性材料磁记录材料半导体材料复合材料超导材料超塑性材料

3、有色金属提取冶金

3.1 有色金属提取冶金的任务 有色金属提取冶金的任务是从矿石、精矿、二次资源或其他物料中分离出其他伴生元素产出金属或其化合物。矿石、精矿二次资源提取冶金金属化合物

3.2 有色金属矿石的选矿 大多数有色金属矿床的金属品位都很低，从矿床中开采的矿石品位一般约为0.005%～1%，须经选矿获得精矿或难选的中矿后，才能进行冶炼。某些矿石如铝土矿、菱镁矿等，由于品位高不必经过选矿过程，便可直接进行冶炼。随着长期而大最的开采，全世界的有色金属矿产资深面临着富矿逐渐枯竭，矿石品位日趋下降，为维持工业增长需要，而形成大量利用贫矿的局面。矿石品位下降

3.3 有色金属提取冶金的方法 有色金属提取冶金方法火法冶金湿法冶金电冶金

火法冶金 一般是在高温条件下进行，包括焙烧、熔炼、还原、吹炼、火法精炼、真空精炼等主要过程，同时也包括某些辅助作业如熔铸和收尘等。

湿法冶金 是在水溶液中进行的冶金过程，包括浸出、液固分离、溶液净化和溶液中金属提取等主要过程。

电冶金 电冶金是一种利用电热或电化学反应进行的冶金过程，分为电热冶金和电化冶金两类。电化冶金按电解质分为水溶液电解和熔盐电解，按电解目的分为电解提取和电解精炼。

大多数的重金属如铜、铅、锡，镍、钴等多采用以火法冶金方法制取粗金属，以电化冶金方法制取纯金属的提取流程。大多数的重金属如铜、铅、锡，镍、钴等多采用以火法冶金方法制取粗金属，以电化冶金方法制取纯金属的提取流程。三种主要冶金方法各有优缺点，有色金属的提取冶金常根据原料的不同和对产品的要求，采用两种或三种方法相互配合组成的提取流程。 1 轻金属多采用以湿法冶金方法制取金属纯化合物，以电冶金方法制取粗金属和纯金属的提取流程。 2 大多数稀有金属采用以湿法冶金方法制取纯金属化合物，以火法冶金方法或电冶金方法制取纯金属的提取流程。 3 贵金属中的金、银多采用以湿法冶金方法富集化合物，以火法冶金方法制取金属和以电冶金产出纯金属的提取流程。 4

4. 金属冶炼的发展方向 矿山采矿矿石选矿精矿冶金金材加工金属应用废旧金属

讲授：何启贤广西现代职业技术学院冶金工程系 2012 年 8 月