二次铜资源利用与铜的湿法冶金
湿法冶金原理的化学方程式
湿法冶金原理的化学方程式
湿法冶金是一种利用化学反应来提取金属的方法，其原理涉及
多种化学方程式。
以提取铜为例，湿法冶金的原理包括浸出、沉淀、萃取和电解等步骤。
首先，浸出阶段涉及到化学方程式，通常是利用硫酸溶液浸出
含铜矿石，其化学反应方程式为：
CuFeS2 + 4H2SO4 + O2 → CuSO4 + FeSO4 + 2H2O + 2SO2。
在这个方程式中，CuFeS2代表含铜的黄铜矿，H2SO4代表硫酸，O2代表氧气，CuSO4代表硫酸铜，FeSO4代表硫酸铁，SO2代表二氧
化硫。
接下来是沉淀阶段，通过加入铁粉或者氢气还原硫酸铜溶液，
使其中的铜离子还原成固体的金属铜，化学反应方程式为：
CuSO4 + Fe → Cu + FeSO4。
然后是萃取阶段，通过有机溶剂来萃取金属离子，例如利用二
甲基苯酚（萘酚）来萃取铜离子，其化学反应方程式为：
2HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + H2O.
最后是电解阶段，将含铜离子的溶液进行电解，将铜离子还原成固体铜，化学反应方程式为：
Cu2+ + 2e→ Cu.
以上是湿法冶金提取铜的基本化学方程式，该原理在提取其他金属时也会有所不同，但都遵循类似的化学反应原理。
铜湿法冶金工艺的应用
铜湿法冶金工艺的应用作者：崔斐来源：《科技创新导报》2017年第29期摘要：随着经济和科技的不断发展，对于金属的冶炼方法也有了日新月异的变化。
不断更新的技术每时每刻都在刷新人们的理念。
由于我国自然资源的先天限制，铜矿资源日渐贫穷，湿法炼铜的技术越来越受到人们的重视。
本文将就目前国内外湿法炼铜的发展现状和相关的应用技术展开讨论，希望能给相关技术研究者相应的技术支持。
关键词：湿法冶金铜有色金属中图分类号：TF803 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（b）-0102-02多年前，由于铜的价值较低，开发者对铜的开发程度不够，一些品质较低的铜未能得到充分的利用。
近些年，由于湿法炼铜的技术和手段不断被人们挖掘和探索，铜也渐渐被人们重视。
随着铜价的一路升高，矿床的开发也因此受到重视，所以有利于开发低品质矿床的湿法冶金工艺也得到了空前的重视和发展。
1 中外冶金技术发展状况及相关原理1.1 国内外铜湿法冶金技术发展状况近年来世界上许许多多公司都在大力投资有关铜冶炼的项目，湿法炼铜的技术在国外也取得了惊人的成绩。
自从20世纪60年代末以来，世界各地已经拥有大大小小近50家浸出-溶剂萃取-电积厂。
利智早在20世纪80年代初采用溶剂萃取-电积工艺生产铜，且生产的量已经达到1.5万t之多，于21世纪初成为世界生产铜最多的国家。
除此之外，赞比亚、秘鲁和澳大利亚等国的湿法冶铜技术也在不断改进，近年来有了飞速发展。
放眼中国，从20世纪60年代铜湿法冶金得到开发以来，中国还在浸出、萃取工艺和萃取剂等方面做出了研究。
80年代以后逐步完善浸出-萃取-电积工艺且得到初步应用。
90年代之后，铜湿法冶金技术不断发展，备受瞩目，随后，铜湿法冶金工艺被列入国家“九五”重点科技攻关计划，更进一步推动湿法冶金技术的发展和进步。
1.2 铜的生产现状及铜湿法冶金原理由于自然条件因素，我国铜矿产资源相对贫瘠，大型矿产少，中小型矿产多；贫矿多，富矿少；复杂金属矿产多，单一矿产少。
湿法冶金的应用领域
湿法冶金在航天领域的应用
航天材料制备
01
湿法冶金技术可用于制备高纯度、高性能的金属材料，如钛合
金、镍基高温合金等，用于制造飞机和火箭部件。
航天器表面处理
02
通过湿法冶金技术对航天器表面进行涂层处理，以提高其耐腐
蚀、抗氧化和热防护性能。
推进剂制备
03
某些湿法冶金过程可副产气体，如氢气，可用于航天器的推进
尾矿回收
湿法冶金也可用于尾矿的回收和再利用，通过酸溶或碱溶的方法从尾矿中提取出有价值的金属元素或非金属元 素，再经过加工得到有价值的资源。
03
化工与材料领域
化工与材料领域
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湿法冶金技术在核能领域的应用主要体现在 核燃料制备和核废料处理方面，如铀、钚的 提取和回收。
可再生能源
湿法冶金技术也可应用于可再生能源领域， 如太阳能电池的制造需要用到硅、银等金属 材料，而这些材料的制备过程涉及到湿法冶 金技术。
湿法冶金在环境领域的应用
废水处理
湿法冶金技术可用于处理工业废 水，通过沉淀、吸附等手段去除 水中的重金属离子和有害物质。
剂。
湿法冶金在其他交叉领域的应用
年产1000吨阴极铜湿法炼铜项目
年产1000吨阴极铜湿法炼铜项目可行性研究报告一、项目性质、可行性研究的背景及依据本项目属利用铜矿开采废弃的低品位氧化矿石和硫化矿选冶废弃低品位矿石及废旧二次废铜资源采用全湿法浸出-萃取-电积工艺获得电积精铜项目。
浸出-萃取-电积工艺处理低品位氧化矿及废旧二次废铜资源新技术，对促进当地循环经济发展有积极的意义。
低品位难选氧化铜矿，采用常规传统选冶工艺开采很不经济，故未能有效利用开发。
废旧二次废铜资源火法冶炼的环境污染问题也未很好解决。
目前，国内外对氧化铜矿石和废旧二次废铜资源性质进行了大量的试验研究和生产实践，采用全湿法浸出-萃取-电积工艺处理低品位氧化矿矿石和废旧二次废铜资源的生产新工艺生产合格的阴极铜，具有环境效益好、投资省和生产成本低的最大优越性，能够获得较好的经济效益和环境社会效益。
我国是一个铜紧缺国，每年铜需要量约100万吨以上，缺口部分尚需进口，虽然我国铜总储量不少，但能经济地利用传统选冶工艺处理的铜矿越来越少，过去一直未被开发利用的难选氧化铜矿和低品位铜矿的开发，目前已取得了进展，北京矿冶研究院早在1995年就在多宝山铜矿利用氧化铜矿建立了一座年产200吨电积铜的浸出-萃取-电积试验工厂，该工厂于1995年6月投产，取得了良好的技术经济指标，说明铜矿氧化矿和低品位矿石的浸出-萃取-电积工艺是行之有效的。
近年来我国引进消化了国外氧化铜矿石预处理、薄层浸取及永久不锈钢阴极电积等新工艺新技术，为我国氧化铜矿石资源的有效利用创造了更加有利的技术条件。
二、项目的资源条件本项目建于***地区，该地区和周边铜矿石企业开采的原料有许多为氧化铜矿石，被废弃未能利用，造成资源的大量浪费。
区域附近废旧二次废铜资源市场较发达，废旧二次废铜资源多，按企业年产500吨电积铜计算，主要原料氧化铜矿石和废旧二次废铜资源是绝对可靠的。
三、企业的生产工艺选择传统火法工艺不但投资大、生产成本高污染大，而且不适合处理低品位的氧化矿。
二次铜资源利用与铜的湿法冶金精讲
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1）铜稳定存在的条件，防止铜腐蚀的环境条件，使铜以离子状态进入溶液（浸出）的条件，从溶液中还原铜的条件（电位、pH值）等。 2）CuO与Cu2O稳定存在的条件，从而可确定浸出氧化铜和氧化亚铜的条件。 3）选择氧化剂和还原剂。对于Cu2O的浸出应加一定的氧化剂，以使溶液保持一定的氧化电位。
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湿法炼铜技术在国内外正以前所未有的速度发展，标志着湿法炼铜已具有相当的水平，并具有相当大的生产规模，已成为铜工业中的一种重要的技术倾向，特别是在回收低品位矿石或采铜废石及就地浸出方面将发挥更大的作用。 湿法炼铜工艺主要包括浸出－净化－电积等工序，其中又以萃取电积法为主。13.2 浸出过程的物理化学13.2.1 浸出过程的热力学基础 浸出过程是湿法炼铜的第一步，能否使铜从矿物原料中最多最快地转入溶液，使决定湿法炼铜成败的关键。必需了解和判断矿物中铜及其它组成分与溶剂作用的可能性、有价金属转入溶液的理论限度以及生成物的稳定状态。更重要的是需要给出这些问题的条件，以便通过热力学分析可达到这些目的。在浸出实践中，最重要的热力学指导是优势区图。 1、铜矿物浸溶过程中各体系的优势区图 （1）E-pH图
金属冶炼的湿法冶金技术
废旧金属回收
• 湿法冶金技术在废旧金属回收领域中主要用于从废旧金属中提 取有价值的金属，如铜、镍、钴等。通过使用适当的化学试剂 ，可以将这些金属从废旧金属中溶解出来，再通过置换、吸附 或离子交换等方法，将金属从溶液中分离出来。这种方法能够 有效地回收利用废旧金属，减少资源浪费和环境污染。
盐法
利用盐类溶剂溶解矿石，再通 过分离和提纯得到金属的过程 。
氧化还原法
利用氧化剂或还原剂将矿石中 的金属元素进行氧化或还原， 再通过分离和提纯得到金属的
过程。
02
湿法冶金技术的原理
浸出过程
浸出过程是湿法冶金技术的核心环节，通过化学反应将矿石中的有价金属转化为可 溶性的化合物，使其从固体矿物中溶解出来进入溶液中。
稀有金属提取
• 湿法冶金技术在稀有金属提取领域中主要用于从复杂的矿物 原料或二次资源中提取稀有金属，如锆、铪、铌、钽等。这 些金属在高科技产业、航空航天等领域具有广泛的应用价值 。湿法冶金技术通过使用适当的化学试剂，将稀有金属从原 料中溶解出来，再通过分离和纯化，获得高纯度的稀有金属 产品。这种方法能够满足市场对稀有金属的需求，促进高科 技产业的发展。
01
利用微生物资源，实现金属的生物提取和分离，具有环保、低
能耗等优势。
电化学冶金技术
02
利用电化学原理，实现金属的高效提取和分离，具有工艺简单
、操作方便等优点。
溶剂萃取冶金技术
03
利用有机溶剂萃取金属离子，具有分离效果好、金属回收率高
、操作简便等优点。
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湿法冶金技术的历史与发展
湿法冶金简介
利用高温从矿石中提取金属或其化合物的冶金过程。此过程没有水溶液参加，故又称 为干法冶金。
火法冶金的工艺流程一般分为矿石准备、冶炼、精炼3个步骤。
①矿石准备。选矿得到的细粒精矿不易直接加入鼓风炉（或炼铁高炉），须先加入冶 金熔剂（能与矿石中所含的脉石氧化物、有害杂质氧化物作用的物质），加热至低于 炉料的熔点烧结成块；或添加粘合剂压制成型；或滚成小球再烧结成球团；或加水混 捏；然后装入鼓风炉内冶炼。
都是常用的预备处理方法。
2、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回收。 3、净化：在浸出过程中，常常有部分金属或非金属杂质与被提取金属一道进入溶液，从溶液中除去这 些杂质的过程叫做净化。
4、制备金属：用置换、还原、电积等方法从净化液中将金属提取出来的过程。
湿法冶金与火法冶金的异同点
提取冶金简图
湿法冶金
CHAPTER 3
浸出过程
湿法冶金浸出过程
1.浸出物料及浸出剂 2. 浸出方法 3. 浸出种类
第一节 浸出物料及浸出剂
浸出是湿法冶金中最重要的单元过程。浸出的目的是选择适当的溶剂使矿 石、精矿或冶炼中间产品中的有价成分或有害杂质选择性溶解，使其转入溶 液中，达到有价成分与有害杂质或与脉石分离之目的。浸出物料也可能是冶 炼后的残渣、阳极泥、废合金等。
此法主要应用在低本位、难熔化或微粉状的矿石。 现在世界上有75％的锌和镉是采用焙烧-浸取-水溶液电解法制成的。这种方法已大部分代替了过去的火 法炼锌。其他难于分离的金属如镍-钴，锆-铪，钽-铌及稀土金属都采用湿法冶金的技术如溶剂萃取或离子 交换等新方法进行分离，取得显著的效果。湿法冶金在锌、铝、铜、铀等工业中占有重要地位，世界上全 部的氧化铝、氧化铀，大部分锌和部分铜都是用湿法生产的。 湿法冶金的优点在于对非常低品位矿石（金、铀）的适用性，对相似金属（铪与锆）难分离情况的适用 性；以及和火法冶金相比，材料的周转比较简单，原料中有价金属综合回收程度高，有利于环境保护，并 且生产过程较易实现连续化和自动化。
湿法冶金的原理与应用
湿法冶金的原理与应用1. 湿法冶金的概述湿法冶金是一种利用溶液中的化学反应来提取或纯化金属的方法。
相比于干法冶金，湿法冶金具有反应速度快、操作灵活、对矿石种类适应性强等优势。
湿法冶金主要应用于金属提取、纯化、合金制备等领域。
2. 湿法冶金的原理湿法冶金的原理是基于溶液中发生的化学反应，通过反应使金属从矿石或合金中分离出来。
湿法冶金常用的化学反应包括溶解、沉淀、电解等。
以下是湿法冶金常用的原理及其应用：2.1 溶解将矿石或合金放入溶剂中，使金属与溶剂发生化学反应，使金属离子在溶液中离解。
常见的溶解反应有氧化、酸性溶解等。
2.1.1 氧化溶解将矿石或合金暴露在氧气中，使金属发生氧化反应生成金属氧化物，进而在酸性环境中溶解生成金属离子。
氧化溶解广泛应用于铜、铅、锌等金属的提取。
2.1.2 酸性溶解在适当的酸性条件下，矿石或合金与酸发生化学反应，生成溶解金属离子。
酸性溶解常用于提取铁、铝等金属。
2.2 沉淀利用反应产生的沉淀将金属从溶液中分离出来，常见的沉淀方法有加热、加碱等。
2.2.1 加热沉淀通过加热溶液中的金属离子，使其与其他物质发生反应，生成不溶于溶液的金属化合物。
这些金属化合物以沉淀的形式从溶液中分离出来。
加热沉淀常用于分离贵金属如金、银等。
2.2.2 加碱沉淀通过加入碱性溶液，使金属离子与碱发生反应生成金属氢氧化物沉淀。
加碱沉淀常用于提取铜、铁等金属。
2.3 电解通过电解过程将金属离子还原成金属，从而从溶液中纯化金属或合金。
电解是一种重要的湿法冶金技术，广泛应用于铜、锌、铝等金属的纯化。
3. 湿法冶金的应用3.1 金属提取湿法冶金是提取金属的重要方法之一。
通过溶解、沉淀、电解等过程，将金属从矿石中分离出来。
湿法冶金常应用于铜、铅、锌、铝等金属的提取过程。
3.2 金属纯化湿法冶金可将金属从合金或杂质中纯化，提高金属的纯度。
通过选择适当的溶液、反应和沉淀条件，使金属与杂质分离，从而得到纯净金属。
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萃取电积技术在我国也有较大的发展。目前全国约有200个工 厂采用萃取电积工艺处理矿铜或铜精矿生产电铜，生产能力已达2 万吨/年左右。
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第13章 湿法炼铜
13.1 概述
湿法炼铜是利用溶剂将铜矿、精矿或焙砂中的铜溶解出来，再 进一步分离、富集提取的方法。
浸出－电积法，由于电解液杂质含量高生产不出高质量的阴极 铜，没有得到大的发展。
铜精矿沸腾焙烧－浸出－电积，此法回收率低，经济效益不 好，只有为数不多的几个厂在生产。
12.3 从杂铜生产合金和铜线锭
杂铜最合理的利用是将其直接冶炼成铜合金，原料中所有的有 价成分都回收到成品中。
1、再生铜合金的精炼
精炼二次铜合金的目的在于降低熔解的气体（氢、氧）、除去 夹带的非金属夹杂物和杂质（铁、硫、铝、硅、锰等）。精炼过程 及其原理与矿铜的火法精炼相同。
氧化精炼在1100～1160℃，固态氧化剂的消耗占熔体量的0.5% ～1.0%。为加速精炼过程，将空气和水蒸汽鼓入液态合金，以造成 锌的强烈氧化和挥发，对锡的影响不大。此法适用于含锌不超过3 ％的青铜。
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12.5 再生铜Biblioteka 湿法冶炼12.5.1 再生铜湿法冶炼前的物料准备
与火法比：主要金属和伴生金属的回收率更高，能耗较小，较 易解决环保问题，过程容易实现自动化。
在常温下水溶液对废铜料进行处理。备料工序还包括为分离非 金属夹杂物而进行的分选，为增大溶解面积而进行的废料磨碎，以 及除去铁夹杂物的磁选等。
1、铜矿物浸溶过程中各体系的优势区图 （1）E-pH图
Cu-H2O系
图13.1 Cu－H2O系在25℃、100℃、150℃下的E-pH图
1）铜稳定存在的条件，防止铜腐蚀的环境条件，使铜以离子状态进入溶液 （浸出）的条件，从溶液中还原铜的条件（电位、pH值）等。
2）CuO与Cu2O稳定存在的条件，从而可确定浸出氧化铜和氧化亚铜的条件。 3）选择氧化剂和还原剂。对于Cu2O的浸出应加一定的氧化剂，以使溶液保 持一定的氧化电位。
湿法炼铜技术在国内外正以前所未有的速度发展，标志着湿法 炼铜已具有相当的水平，并具有相当大的生产规模，已成为铜工业 中的一种重要的技术倾向，特别是在回收低品位矿石或采铜废石及 就地浸出方面将发挥更大的作用。
湿法炼铜工艺主要包括浸出－净化－电积等工序，其中又以萃 取电积法为主。
13.2 浸出过程的物理化学
13.2.1 浸出过程的热力学基础 浸出过程是湿法炼铜的第一步，能否使铜从矿物原料中最多最
快地转入溶液，使决定湿法炼铜成败的关键。必需了解和判断矿物 中铜及其它组成分与溶剂作用的可能性、有价金属转入溶液的理论 限度以及生成物的稳定状态。更重要的是需要给出这些问题的条 件，以便通过热力学分析可达到这些目的。在浸出实践中，最重要 的热力学指导是优势区图。
12.2 二次铜资源再生利用前的预处理
废有色金属的预处理是将有色金属废件和废料的形态进行改 变。包括：
a)废体的解体、分类、切割、打包、破碎等； b)废屑的筛选、干燥、破碎、磁选、压块； c)含易爆物废件的烟火检验和无害处理等； d)使各种废件和废料达到规定的外形尺寸和重量标准； e)去除非金属夹杂物、水分、油质等。 目的： 使之适应于冶金工序，将金属损失减少到最低程度，降低燃 料、电力和熔剂的单位消耗，最有效地利用冶金设备和运输工具， 提高劳动生产率，保证金属和合金产品的高质量。
含铜废料的构成如图12-1所示。 二次铜资源大多是多金属的，对其处理应要求最完全地综合回 收其中的全部有价值组分。目前回收来的含铜废料的40％用于生产 铸造合金，20％生产变形合金，3％制取化合物，34％加工成粗 铜，质量太低而不能利用的小于3％。 由于再生粗铜要进行火法和电解精炼，故含贵金属的低质废料 也能处理。
为还原溶解于铜合金中Cu2O，利用磷、锂、硼、钙等作脱氧 剂。 5Cu2O＋2P＝P2O5＋10Cu 生成P2O5的在359℃下挥发。
铜合金熔体的脱气主要是脱氢（占总量的95％～98％）。往熔 体中鼓入惰性气体（氮、氩）。脱气设备由液态金属罐、真空室和 供氮或氩的系统组成。在浇灌底部装有多孔套管，通过这些套管鼓 入压力为200～300kPa的惰性气体。套管由多孔耐火材料制成。
在铜合金熔炼过程中，各种元素的烧损率是不同的，在配料时 要给以特别注意。有些元素如磷、铍，必须做成中间合金后才能加 入。
熔炼设备有反射炉、感应电炉和坩锅炉。
3、用纯净的紫铜生产线锭铜
用于生产线锭铜的紫杂铜，其化学成分应符合GB466-64二号铜 标准，熔炼设备反射炉、感应电炉和坩锅炉。
12.4 火法熔炼生产再生铜
2、用纯净杂铜生产铜合金
由能够区分出牌号和纯净的杂铜生产铜合金时，是将杂铜再配 入适当的纯金属或中间合金，直接熔炼制得所需牌号的铜合金。
用紫杂铜生产铜合金时，实际上是把紫杂铜当作矿铜用，其中 化学成分符合二号铜标准的可产出高级铜合金；化学成分符合三号 或四号铜标准的，可产普通铜合金。
用二次铜料生产铜合金的整个工艺过程包括配料、熔化、脱 气、脱氧、调整成分、精炼、浇铸等工序。
除去有机物杂质的方法是在700～900℃的氧化气氛中焙烧。 准备过程较复杂，能耗较大，加工费用较高，但可在下步湿法 冶金过程中得到相当大的补偿。
12.5.2 再生铜湿法冶炼工艺
具有工艺流程短、设备简单、投资少、见效快、有价金属综合 回收好等特点，但有一定的局限性，处理量小，只能处理一些单一 的碎铜废料，适宜于一般小型工厂进行小批量的屑状废铜料的处 理。
二次铜资源利用与铜的湿法冶金
1、含铜废料来源
含铜废料包括了含铜的废料和废铜。 a)报废的含铜料：电线电缆、废电子器件、废设备部件、废军 用品等；b)铜及铜合金、铜材加工中产生的弃渣、垃圾、浮渣、铜 屑，在铜件铸造中产生的浇口、浮渣等，在电线电缆生产中产生的 线头、乱线团等。
2、二次铜资源的种类与特点