有色冶金技术的现状与发展探讨

刘占华

（北京中矿基业安全防范技术有限公司，北京 100020）

有色金属制造包括勘探，开采，加工，冶炼和加工。随着科学技术的发展，物理和化学的先进技术不断被用于有色冶金技术的创新，从而使有色冶金技术取得了新的进步。目前，火法冶金由于其自身的许多缺点而逐渐被淘汰，有色冶金技术的持续创新面临许多挑战，当前，有色冶金正在向环境保护，海洋资源利用和金属替代品的方向发展，但是工业发展与环境保护之间的矛盾使海洋资源的利用变得复杂。与上述研究领域相比，探索二次资源的开采和再利用的前景更大，如果以前实验室的研究和开发结果在以后转移到生产线，那么有色冶金技术将会得到一次大突破。

1 有色冶金概述

冶金是经济发展的基础，是国家实力和工业发展水平的象征。它提供各种行业所需的材料，例如机械工程，能源，化学工业，运输，建筑，航空，国防和军事。现代工业，农业，国防和科学技术的发展不断对冶金工业提出新的要求，并为冶金学科和技术的发展做出贡献。冶金技术的发展又为人类文明的发展提供了新的物质基础。

有色冶金学是从复杂成分的矿物骨料中提取金属，以得到金属原料并完成有色金属的粗加工，然后清洗原金属以获得更精炼的金属产品。

在冶金过程中，特别是使用化学冶金和物理冶金，必须使用某种技术工艺来分离贱金属和其他金属以获得更高纯度的金属。具体的冶金过程主要包括三个过程：预熔，粗加工和精炼，主要通过利用物理原理和化学原理来实现冶金中的物理化学反应并达到冶金目标[1]。

2 有色金属提取冶金技术现状分析

2.1 湿法冶金

在有色金属的提取冶金技术中，湿法冶金是最广泛的冶金技术之一。通常，有色金属通过分解矿物来熔化，通过湿法去除和回收，然后还原为金属。首先将有用的成分转移到溶液中，然后从残渣中分离出浸提液，洗涤并回收携带残渣的金属离子和冶金溶剂，最后对浸提液进行富集和纯化，从清洁液中获得所需的有色金属和相应的化合物。在冶金工业中，将湿法冶金方法用于铀、铜、铝、锌等的实际应用相对广泛。目前，世界上约12%的铜，74%的锌以及所有的氧化铀和氧化铝都是通过湿法冶金技术生产的。例如，易于实现生产过程的自动化和连续性，这对于保护环境很有用。在中国，使用湿法锌熔炼技术生产的锌占锌金属总产量的70%。

2.2 火法冶金

在有色冶金的许多现代技术中，火法冶金是最早使用的方法，主要包括富集，冶炼和精炼三个阶段。详细过程如下：浓缩过程完成后，将特定的冶金溶剂添加到细颗粒浓缩物中。要注意溶剂的比例，应按规格添加，混合后在高温熔炉中熔融，熔渣，含杂质金属液体等应按规定添加需要时间进行进一步提炼。加工后，除去含有杂质的金属液，最终，可以更高的精度得到有色金属。与有色冶金中的其他工艺相比，火法冶金技术效率更高，但能耗较高，不能满足可持续发展和资源节约的要求。因此，还需要对这一技术进行优化和改进，从而确保其继续推广和应用。

2.3 电冶金

电冶金是使用电能作为能源提取和加工金属的过程。根据电能转换的不同形式，它也可以分为电冶金和电热冶金。生产铝的唯一工业方法是由冰晶石-氧化铝熔盐制成的电解质。它包括从铝土矿中提取氧化铝和氧化铝电解的两个阶段。氧化铝的电解在电解槽中进行，直流电通过电解槽以使氧化铝通过电解质分解。依靠电能产生的焦耳热来维持950℃～970℃的电解温度。阴极上的电解产生液态铝，在阳极上会形成氧气，并且在碳的阳极氧化过程中会沉淀出CO2和CO气体。铝液是通过真空罐工艺获得的，经过清洗和澄清后倒入市售的铝棒中，产品质量通常可以达到99.5%至99.7%Al[2]。（如下图1所示）。

图1 电解法制铝流程

2.4 国外有色冶金技术发展现状

具有基本设计技术和生产能力的外国冶金公司可以进行功能性产品设计，其技术特点主要体现如下：它可以满足设备稳定性和可靠性的要求，按照控制系统等设备上的某些技术和流程进行工作，具有高质量的设计资源，并且其开发人员将具有较高的整体质量和经验—工作人员的具体组成具有国际特色，强大的职业道德，完整的计算机硬件平台，产品测试条件，软件开发资源，计算机辅助设计工作平台等，且相关软件和信息检索软件非常丰富[3]。

3 有色金属提取冶金工业的发展趋势

3.1 先进金属材料的生产

随着社会的进步和经济的发展，新型金属材料应运而生。在高科技领域，现代新型材料起着重要的作用，不能被其他材料替代。方便且经济地大量生产性能稳定的现代材料，是当前冶金工业亟待解决的问题，也是冶金工业面临的新问题。根据目前的情况，萃取冶金领域的许多研究人员逐渐改变了他们的研究领域，并致力于现代材料和新工艺的发展，将这种研究结果引入工业实践是有色冶金行业未来发展的方向之一。

3.2 新工艺流程的改进和应用

未来有色冶金技术的发展应整合到多个学科和相关过程中，以实现新的技术整合。热力学和动力学数据库与先进的计算机信息技术相结合的控制和研究功能，提高了冶金系统的自动化水平。同时，除了有色冶金技术研发中的能耗问题外，还必须考虑环境保护问题，通过减少冶金能耗以实现环境保护的最终目标。一方面，通过在真空环境中进行制造有色金属的操作，将真空技术应用于传统的有色冶金技术，可以有效地减少对环境的有害影响。另一方面，也可以实现在大气环境中不能进行的生产活动。但是，应该注意的是，在对冶金技术进行优化和现代化的同时，为了满足有色冶金技术的实际要求，必须同时优化和改进有色金属冶金设备[4]。

3.3 电解铝技术的发展方向

铝冶金技术的发展应主要集中在电解铝的生产方向上：

3.3.1 改善熔体的性能

由于纯冰晶石的熔点高，电导率差，腐蚀小，溶解的氧化铝少等原因，铝的电解生产会消耗大量的电力和较高的生产成本。近年来，研究人员主要对新的铝原料进行了研究，但到目前为止，尚未报道新的进展。当前的研究结果表明，添加一些理想的添加剂以降低熔点的制造工艺是未来可能的研究领域之一。

3.3.2 提高电流效率

研究表明，高熔点是降低电流效率的重要因素。因此，应该进一步研究以保持生产中的低温工作并增加电产量。

3.3.3 改善电解槽的寿命

众所周知，用于制造电解铝的电解槽容易腐蚀。电解池的寿命小于10个月，这增加了工业生产的生产成本。因此，电解电池材料的研究和开发对提高企业的经济利益和社会效益至关重要。

3.3.4 提高高纯度铝的纯度

数据显示，国内电解铝生产的铝纯度与世界发达铝生产国生产的铝纯度之间仍然存在差距，对铝材料有高纯度要求的产品制造商仍依赖进口铝产品。目前，电解槽中铝液的稳定性很差，这对铝的纯度和铝的生产效率有很大的影响。如果电磁冶金技术能够成功地应用于铝电解过程，那么铝冶金技术的研究将是一个重大突破。

3.4 环境保护与资源综合利用

提取有色金属的冶金过程会产生许多有害甚至有毒气体，例如NOX，SOX，COX等。这些废气会造成严重的空气污染，这也是产生酸雨和温室效应的主要原因。如果不加以控制处理，将导致我国环境条件进一步恶化，生态系统遭到破坏。为了改善人们的生活环境，同时有效实施可持续发展战略，必须加强实施有色金属生产中冶金过程中的“三废”战略，这也是有色金属生产中冶金发展的未来趋势。因此，在未来有色金属冶炼的发展中，应不断优化和改进冶金技术，并使金属冶炼工业朝着绿色化的方向发展[5]。

4 结语

综合来说，有色冶金行业的发展与技术支持密不可分。因此我们必须促进人才发展，推广和使用先进技术，积极开发新的冶金技术，以提高有色冶金的效率和质量，同时尽可能避免对周围生态环境的影响。