濕法冶金

濕法冶金是利用浸出劑將礦石、精礦、焙砂及其他物料中有價金屬組分溶解在溶液中或以新的固相析出，進行金屬分離、富集和提取的科學技術。由於這種冶金過程大都是在水溶液中進行，故稱濕法冶金。

濕法冶金的歷史可以追溯到公元前200年，中國的西漢時期就有用膽礬法提銅的記載。但濕法冶金近代的發展與濕法煉鋅的成功、拜爾法生產氧化鋁的發明以及鈾工業的發展和20世紀60年代羥肟類萃取劑的發明並應用於濕法煉銅是分不開的。

隨著礦石品位的下降和對環境保護要求的日益嚴格，濕法冶金在有色金屬生產中的作用越來越大。

濕法冶金主要包括浸出、液固分離、溶液凈化、溶液中金屬提取及廢水處理等單元操作過程。

浸出是藉助於溶劑選擇性地從礦石、精礦、焙砂等固體物料中提取某些可溶性組分的濕法冶金單元過程。

根據浸出劑的不同可分為酸浸出、鹼浸出和鹽浸出。根據浸出化學過程分為氧化浸出和還原浸出。根據浸出方式分為堆浸、就地浸、滲濾浸、攪拌浸出、熱球磨浸出、管道浸出、流態化浸出。根據浸出過程的壓力可分為常壓浸出和加壓浸出。

影響浸出速度的因素主要有固體物料的組成、結構和粒度、浸出劑的濃度、浸出的溫度、液固相相對流動的速度和礦漿粘度等。

1、酸浸出

用酸作溶劑浸出有價金屬的方法。常用的酸有無機酸和有機酸，工業上採用硫酸、鹽酸、硝酸、亞硫酸、氫氟酸和王水等。硫酸的沸點高，來源廣，價格低，腐蝕性較弱，是使用最廣泛的酸浸出劑。在有色冶金中硫酸常用於氧化銅礦的浸出、鋅焙砂浸出、鎳鋶和硫化鋅精礦的氧壓浸出等。鹽酸的反應能力強，能浸出多種金屬、金屬氧化物和某些硫化物。如用來浸出鎳鋶、鈷渣等。但鹽酸及生成的氯化物腐蝕性較強，設備防腐要求較高。硝酸是強氧化劑，價格高，且反應析出有毒的氮氧化物，只在少數特殊情況下才使用。

2、鹼浸出

用鹼性溶液作溶劑的浸出方法。常用的鹼有氫氧化鈉、碳酸鈉和硫化鈉。鋁土礦加壓鹼浸出是鹼浸出最重要的應用實例。鹼浸出還用於浸出黑鎢礦、鈾礦（Na2CO3浸出UO3）、硫化和氧化銻礦（Na2S+NaOH浸出）等。鹼性溶液的浸出能力一般較酸性溶液弱，但浸出的選擇性較好，浸出液較純，對設備的腐蝕性小，不需特殊防腐，製作設備的材質較易解決。

3、鹽浸出

是以鹽作溶劑浸出有價金屬的過程。如硫化礦用硫酸鐵浸出銅：

CuS+Fe2(SO4)3→CuSO4+2FeSO4+S

氯化鈉浸出鉛：

PbSO4+2NaCl→Na2SO4+PbCl2

PbCl2+2NaCl====Na2[PbCl4]

氰化鈉浸出礦石中的金和銀：

2Au+4NaCN+O2+2H2O==== 2Na[Au(CN)2]+2NaOH+H2O2

根據浸出過程發生的反應可分為氧化浸出和還原浸出。

1、氧化浸出

加入氧化劑使礦石、精礦或其他固體物料中的有價組分在浸出過程中發生以氧化反應為特徵的浸出方法。工業上常用的氧化劑有空氣、氧、Fe、MnO2和Cl2等等。

對金屬或低價金屬氧化物而言，氧化浸出的目的是使金屬氧化為離子或使低價離子氧化為易溶性高的高價離子進入溶液。前者如含金、銀礦石的氰化浸出。

2Au+4NaCN+O2+2H2O====2NaAu(CN)2+2NaOH+H2O2

2Au+H2O2+4NaCN====2NaAu(CN)2+2NaOH

或溶解反應：

4Au+8NaCN+O2+2H2O====4NaAu(CN)2+4NaOH

2Ag+2CN+O2+2H2O====2Ag(CN)2+4OH

浸出過程中單體金和銀分別被空氣中的氧氧化並與CN-絡合，呈配位離子形態進入溶液，後者可舉三氯化鐵浸出黃銅礦為例：

CuFeS2+4FeCl3====CuCl2+5FeCl2+2S

CuFeS2+3FeCl3====CuCl+4FeCl2+2S

此時，氧化劑為Fe，為了避免反應物的水解，浸出過程是在酸性介質中進行。後者發生氧化反應的主要是硫。

2、還原浸出

加入還原劑使被浸出固體物料中的有價組分在浸出過程中發生以還原反應為特徵的浸出方法。工業中常用的還原劑有SO2、FeSO4等。

典型的還原浸出實例如鈷渣的浸出，鈷渣中鈷以難溶的高價氫氧化物CO(OH)3形態存在。為了提取鈷必須使CO還原易溶的Co。此時可以用SO2作還原劑。

2Co(OH)3+SO2====CoSO4+Co(OH)2+2H2O

就浸出的方式可分為堆浸、就地浸、滲濾浸、常壓浸、加壓浸。

1、堆浸

就地浸出（溶液採礦）和滲濾浸出儘管浸出的方式有所不同，但基本上可歸於一類。處理的對象都是比較貧的氧化礦、表外礦和地表礦。礦石浸出之前一般不作深度加工，即使稍作加工，也只是停留在粗碎，處理的規模除滲濾外一般都比較大，有的沉出塊，規模可以達到幾百萬噸，浸出的速度不很快，提取率相對較低，但投資省，加工費用低。

2、常壓和加壓攪拌浸出 管道化浸出、流態化浸出和熱球浸出方式可歸入另一類。它們的共同點：浸出之前礦石都需要深加工，為浸出創造了良好的熱力學和動力學條件，不僅把攪拌、加熱和化學反應結合起來，如熱球磨浸出還把破碎和機械活化有機地結合起來。溶液中顆粒分佈均勻，反應速度快，金屬提取率高。浸出過程強化，使設備單位生產能力提高，並應用於有色金屬冶金中，管道化浸出已成為處理鋁土礦製取氧化鋁的標準方法。

將浸出液分離成液相和固相的過程，常用的固液分離方法有沉降分離和過濾兩種方法，過濾通常又有離心分離和過濾分離。

是藉助於重力作用將浸出礦漿分離為含固體量較多的底流和清亮的溢流的液固分離方法，其先決條件是在固相和溢流液之間存在密度差。由於礦漿中粒子直徑範圍很寬，從幾百微米以上到幾個微米均有，沉降速率不能用理論公式計算，通常要靠實驗測定。

提高底流濃度的工業設備稱之為濃縮槽或澄清槽。它的澄清能力與槽的沉降面積成正比，底流的濃度與浸出礦漿在槽內的停留時間有關（即與槽深度有關）。為了提高其容量，節省佔地面積，則採用多層濃縮槽。

當處理含極細物料的礦漿時，可利用離心力代替重力以加速顆粒沉降。如水力旋流器和螺旋離心機來強化沉降過程。或藉助化學試劑—聚凝劑或絮凝劑促進礦漿中分散的、不凝聚的顆粒轉化成澄清溢流和濃密底流。聚凝劑（如石灰）可使顆粒互相凝聚，絮凝劑可使細顆粒形成絮團來強化沉降過程。

利用多孔介質攔截浸出礦漿中的固體粒子，用壓強差或其他外力為推動力，使液體通過微孔的液固分離方法。攔截固體粒子的介質有多種多樣，或為編織物，或為多孔陶瓷、多孔金屬，或為紙漿及石棉等，但不論是那種過濾介質，其孔隙通常都大於被過濾粒子的直徑。真正的過濾是靠粒子群在介質上通過架橋作用或疏鬆的濾餅來實現的，只有形成濾餅后的濾液才是清澈的。過濾分恆壓和恆速兩種，前者在濾餅加厚以後在不改變抽力的情況下，過濾速度會減慢，後者則為了保持過濾速度，在濾餅加厚的情況下必須加大抽力，才能保證速度不變。

過濾器選擇最重要的要素是濾餅的比阻、過濾物料的固體含量、濾液粘性等。常用過濾器有迴轉筒真空過濾機、帶式過濾機、板框式過濾機等。

除去溶液中雜質的濕法冶金過程，一般浸出液中除欲提取金屬外，尚有金屬和非金屬雜質，必須先分離掉這些雜質才能最終提取目的金屬。溶液凈化作用主要有：確保產品質量，一些雜質元素影響產品的用途，必須嚴格按規定標準生產，保證產品質量。

1、使後續作業順利進行。如硫酸鋅水溶液電積時，雜質氟、氯並不影響電鋅質量，但它們的存在則影響電鋅的極板外觀、起泡、曝裂和作業。

2、提高生產的技術經濟指標，某些雜質會直接影響工藝過程的順利進行，如電積時氯離子則影響電流效率和回收率指標。

3、綜合回收有價金屬，如濕法煉鋅中浸出液可回收稀散金屬錮、鍺等，又如電鎳時浸出液可回收鑽等。

溶液凈化方法多種多樣，工業上常用的有結晶、蒸餾、沉澱、置換、溶劑萃取、離子交換、電滲析和膜分離等。為獲得純凈溶液，往往多種方法綜合使用。

物質從溶液、熔融物或蒸氣中以晶體狀態析出的過程叫結晶。在濕法冶金中，結晶操作主要是從溶液中析出晶體，以製取純凈的固體產品。

物質從溶液中結晶析出主要依賴於它的過飽和度，產生過飽和度的方法可分為降溫、蒸發、真空和鹽析結晶四種。

1、降溫結晶將溶液冷卻使之變為過飽和溶液而發生結晶的過程。

2、蒸髮結晶在常壓或減壓下蒸發溶液以除去部分溶劑，使之變為過飽和溶液而發生的結晶過程。

3、真空結晶溶液在真空和外界絕熱的條件下閃急蒸發，由於部分溶劑移除和固溶劑快速蒸發時吸收熱量則造成溶液冷卻的雙重作用使溶液變為過飽和而發生的結晶過程。

4、鹽析結晶向溶液中加入溶解度大的鹽類，以降低被結晶物的溶解度，使之達到過飽和而發生的結晶過程。

使物料的某成分蒸發並冷凝以提取或純化物質的過程。這是一種利用液體混合物中各組合蒸氣壓的差異，加熱混合物至一定的溫度使蒸氣壓大的組分蒸發，或使由礦物中還原出來的組分以氣態揮發，然後再使其冷凝成液體或固體的過程。蒸餾的效果取決於提取或純化物與混合物的蒸氣壓的差異，差異越大效果越好。

蒸餾是有色金屬提取冶金的重要過程之一，常用於鋅、鎘、汞、硒、鎵、鋰、銣、銫的合金分離和精鍊。

蒸餾的方法很多，有簡單蒸餾、真空蒸餾、分子蒸餾等。

使水溶液中金屬離子生成難溶固體化合物從溶液中析出的過程叫沉澱。有水解沉澱、中和沉澱、硫化沉澱、成鹽沉澱、離子浮選和共沉澱。

1、水解沉澱

是金屬鹽類和水發生複分解反應生成氫氧化物或鹼式鹽沉澱的過程，水解的方法有兩種，一種是中和水解，一種是稀釋水解。當水溶液中的某些金屬離子和某種配位體生成配合物時，通過加水稀釋使溶液中的配位體濃度降低會導致水解的發生。例如SbCln的稀釋水解： SbCln+H2O=====SbOCl↓+2H+(n-1)Cl

2、中和沉澱

向酸性溶液中加入鹼或向鹼性溶液中加入酸使溶液中的金屬離子水解成氫氧化物或鹼性鹽沉澱的過程。例如： Me+2H2O=====Me(OH)2+2H WO4+2H2O=====H2WO4↓+2OH

為使上述反應向右進行，必須分別加入鹼和酸中和所生成的酸和鹼，並利用金屬氫氧化物的溶度積的差異，控制pH值以達到沉澱和分離金屬的目的。濕法冶金中常用中和水解沉澱從溶液中除去Fe，從Na2WO4、 Na2MoO4、Na2SnO4溶液中沉澱出H2WO4、H2MoO4、H2SnO4。

3、硫化沉澱

是向原生溶液中加入硫化劑生成難溶的金屬硫化物沉澱，常用的硫化劑有H2S, Na2S。除鹼金屬外，一般金屬硫化物在水中的溶解度都比較小（用溶度積表示）。

採用硫化沉澱可以從水治過程產出的大量稀溶液中，有效地沉出有價金屬，如硫酸鎳溶液中Cu的除去： CuSO4+Na2S====Na2SO4+CuS↓

4、成鹽沉澱

使水溶液中的金屬離子生成某種難溶鹽並沉出的過程。常用的難溶鹽有硫酸鹽如CaSO4、BaSO4、SrSO4、鹵鹽CaF2、AgCl、PbCl2，碳酸鹽如BaCO3，草酸鹽如COC2O4，還有CaWO4、Ca (AsO3)2、(NH4)2PtCI6/(NH4)2PdCl6/(NH4)2lrCl6和復鹽MeFe3(SO4)2(OH)6等。可以利用成鹽沉澱作為從溶液中除去雜質的手段，如以沉澱CaF2除去溶液中的F-，以MgNH4·PO4除去鹼性溶液中的磷，以沉澱黃鉀（鈉）鐵礬除去酸性溶液中的Fe等。

5、離子浮選法

用捕集劑（表面活性物質）與溶液中的金屬離子形成一種難溶疏水化合物，粘附於氣泡上浮而得以分離的過程。特別適合從稀溶液中提取有價元素或消除廢水中有害組分的有效方法。根據不同情況，可採用陽離子捕集劑和胺型的R-RH2, R-NH3、RR-NH2等和陰離子捕集劑如脂肪酸型的R-COO、R-SO3等。 6．共沉澱 是存在溶液中的幾種物質同時發生沉澱的現象。當然共沉澱有同晶、吸附、反常合結晶和內吸附之說，但對於任意一種共沉澱現象，很難確定是那種現象為主。多數情況下屬吸附作用的共沉澱。共沉澱技術廣泛用於放射性同位素的分離。在濕法煉鋅中利用Fe以Fe(OH)3形態吸附溶液中的砷、銻、鍺等雜質而共沉澱除去，達到凈化溶液的目的。

利用水溶液中某些金屬在有機溶劑和水溶液中分配比例的不同，當有機相和水相充分接觸時，水相中某些金屬會選擇性地轉移到有機相，金屬的這種轉移過程被稱為萃取。在濕法冶金中，常用於水溶液提取有價金屬或作為溶液凈化的一種手段。因為接觸的水溶液和有機溶液都是液相，因而常把溶劑萃取稱為液一液萃取。

與其他分離法如沉澱法、離子交換祛相比，溶劑萃取法具有提取和分離效率高、免除過濾、試劑消耗少、回收率高、生產能力大、易實現自動化和連續化等優點。近年來在濕法冶金、石油、化工、環保等部門得到廣泛應用。

一個萃取體系通常由互不溶解的有機相和水相組成。有機相由萃取劑和稀釋劑組成，水相常含一種或多種被提取或分離的金屬離子。被萃取物從有機相轉移到水溶液的過程被稱為反萃取。按水相料液是否含有固體懸浮物分為清液萃取和礦漿萃取。按萃取過程選用萃取劑數量在兩種以上的稱為協同萃取和反協同萃取。涉及萃取的技術經濟指標的有關名詞有：稀釋劑、改質劑、分配比、分離係數、萃取率、級數等等。

1、萃取劑

工業上常用的金屬萃取劑有中性萃取劑、鹼性萃取劑和酸性萃取劑三類。

(1)中性萃取劑 是萃取劑的電子給予體和中性無機分子或絡合物發生溶劑作用，使無機物質增加在有機相的溶解度，實現對金屬無機物的萃取。

這種萃取劑有兩個基團，一種是含氧-碳鍵的有機萃取劑，如醚[二異丙醚R1=(CH3)2·CH，醇（正丁醇R=C4H9）和酮（甲基二丁酮R1=CH3，R2=(CH3)2·CHCH2）]等。另一類是氧或硫與磷鍵合的萃取劑，如磷酸酯類（磷酸三丁酯R1=R2=R3=C4H9O）和硫醚類（二乙基硫醚R=C6H13）。

(2)鹼性萃取劑 鹼性萃取劑也稱離子締合萃取劑，主要分胺和季銨鹵化物兩類，伯胺(RNH2）、仲胺R2NH、叔胺R3N和季銨鹽[R3N(CH3)]+Cl，胺類萃取劑的萃取能力與水相中金屬離子形成絡陰離子的能力有關。這種萃取劑對金屬絡陰離子的萃取過程是陰離子交換過程。

2、萃取工藝

萃取工藝流程一般由萃取、洗滌和反萃取三個基本步驟構成。萃取達到平衡經靜置分層后，這時的水相稱為萃余液，而含有某種或某些金屬的有機相稱為負載有機相。負載有機相經反萃取使某種被萃入有機相的金屬轉入水溶液，然後從反萃取中回收其中的金屬，從而達到金屬的分離或富集的目的。反萃后不含或少含金屬的有機相稱為再生有機相，有時在反萃取之前要用洗滌劑從負載有機相洗去某些雜質。

在萃取流程中，根據水相和有機相的接觸方式可分為併流萃取、錯流萃取、逆流萃取。

(1)併流萃取即將新鮮水相和新鮮有機相（溶劑）同時進入一個萃取器，經混合后順流進入下一萃取器，再次混合，以同一方向及同樣方式直至最後一級分相，萃余液和負荷有機相同向排出。併流多級萃取，實際只是增加兩相接觸時間，其萃取效率並不比單級萃取高。這種方式在萃取工藝中很少採用。

(2)錯流萃取錯流萃取是將新鮮的有機溶劑S和料液F按一定的相比加到第一個萃取器，經充分混合分相后，將負荷有機相E3排出。萃余液R1進入第二個萃取器，並按上次相同的相比加入新鮮有機溶劑S，混合再澄清分相，萃余液繼續往下一個萃取器流動。以此類推，直到萃余液金屬濃度達到預期結果為止。由於錯流萃取每一級都加入新鮮溶劑進行接觸，所以分離效果好，但水相中被萃金屬都因每次加入新鮮溶劑而分散。

(3)逆流萃取即料液從第一級進入，與由第二級來的負荷有機相接觸，分相后獲得含金屬有機相從第一級排出送反萃，萃余液流入第二級與第三級來的負荷有機相接觸，分相第二級萃余液經第三級與新鮮有機相接觸後排出，這就是三級逆流萃取。可以看出，這種水相和有機相沿著相反方向流動的多級接觸過程，只需加入1份萃取劑，即可以獲得錯流萃取的分離效果，大大地節省萃取劑的需用量。

3、萃取設備

高效率的萃取器對實現良好的萃取工藝具有重要意義，它不僅關係到萃取過程能否實現，而且極大地影響著萃取工廠的經濟效益。主要萃取器有三種：箱式（又稱混合一澄清器）、萃取塔和離心萃取器。

(1) 萃取塔分無攪拌萃取塔和機械攪拌萃取塔兩類。前者有噴霧塔、填料塔和孔板（篩板）塔三種。

後者又根據機械運動的形式可分為旋轉攪拌塔和往複（或震動）板塔，在眾多的旋轉攪拌塔中，最為突出的有希貝爾（Scheibel）塔轉盤塔和奧爾德舒一拉什頓（Oldshue-Rushton）多級混合塔。

萃取塔主要應用在石油化工、製藥、廢水處理以及鈾的提取，在冶金上，特別是有色冶金上應用比較少，具體內容從略。

往複板萃取塔第一個被利用的是脈衝式接觸，經改進后目則獲得工業應用的是多孔型結構，具有大徑孔、大孔隙度（約58%）和板型是小孔徑、孔的有效面積少的待點。則者被應用在北美，後者則應用在東歐和前蘇聯。除此之外還有脈衝塔。

(2）離心萃取器 離心萃取器由於轉速高、混合效果好，所以能大大縮短混合停留時間，又因為以離心力取代重力作用，加速兩相的分離，其操作原理見圖5。

這種萃取設備結構緊湊，單位容積通量大，所以特別適用於化學穩定性差（如抗菌素）、需要接觸時間短、產品保留時間短的體系，或易於乳化、分離困難等體系的萃取。缺點是因其精密結構、造價和維修費用都比其他類型萃取器要高。

離心萃取器有波氏離心萃取器、阿爾法一拉瓦爾（Alfa-Laval）離心萃取器、奎德羅尼克（Quadronic）離心萃取器，還有韋氏、羅伯特路威斯特、SRL ANL等離心萃取器。很少在有色冶金中應用。

(3) 混合澄清萃取箱 一般說，萃取塔佔地面積小和體積密封好是它潛在的優點。相反，混合澄清萃取箱佔地面積大，但因設備對地域無特殊要求，無論在城市或礦山都可建造使用，所以大型混合澄清萃取箱大多建在礦山，而且是露天作業。

混合澄清萃取箱大多由兩個相連的容器組成，即混合室和澄清室，兩者構成一級。水相和有機相在混合室內，由攪拌器輸入能量使它們充分混合，待傳質過程接近平衡后，混合相進入大面積的澄清室進行兩相分離。分離后的水相和有機相分別流入相鄰級的混合室，實現逆流多級萃取過程。這種萃取箱的混合室和澄清室交錯配置在同一個箱體內，用隔板隔開，毗鄰級間兩相液流由箱內相應隔板的開孔連通，無管道連接。攪拌器通常用槳葉，只起兩相混合作用。液體的流動是靠各級兩相的密度差產生的推動力實現，因此對萃取箱必須保證一定的高度，否則難以實現液體自流，因為密度差產生的流動推力與液層深度成正比。當前為了減少設備的佔地面積、增加單位容積流量等，箱式萃取器在有色冶金行業得到廣泛應用。

4、離子交換法

離子交換劑功能基中的陽離子或陰離子與溶液中的同性離子進行可逆交換的過程。

離子交換法在濕法冶金中常用於從水溶液提取有價金屬或作為溶液凈化的一種手段。離子交換樹脂有固定陰離子的離子交換樹脂，它交換的離子帶正電荷，其交換過程稱為陽離子交換；另一種樹脂有固定陽離子的離子交換樹脂，所交換的離子帶有負電荷，其交換過程，稱為陰離子交換。通過離子交換劑的吸附和解吸作用進行物質的分離或富集以及離子交換樹脂再生。涉及離子交換的主要參數有交換樹脂分配係數、交換率。在工藝過程中，按處理的料液是否含有懸浮固體，分礦漿吸附法和清液吸附法。

交換的典型反應為： A+BReS====B+AReS

式中，BReS為離子交換樹脂的功能基，ReS為固定在離子交換樹脂或其他類型離子交換劑上的離子，B為可交換的一價陽離子，A為料液中的一價陽離子。

(1)交換 料液中的A取代B而為離子交換樹脂所捕獲的過程稱為交換式吸附。在交換過程中當B幾乎全部被A所取代后，即使再通入含A的料液，A也會原封不動地流出來，此時，便認為離子交換處於平衡狀態。

(2)淋洗 當往被A+所交換的離子交換樹脂中通入某種含B，而B又能取代離子交換樹脂中A的溶液時，反應便向交換和逆方向進行，即流出含A的溶液，而BReS功能基團又再生，稱這一操作為淋洗、再生或解吸。稱所用的這種溶液為淋洗液或再生劑。

(3)反洗 是在淋洗之前洗去離子交換樹脂中的雜質和鬆動離子交換樹脂層。

(4)正洗 是在淋洗之後洗去離子交換樹脂顆粒之間及表面上的再洗劑（淋洗液）。

5、電滲析

是一種以電．位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，從溶液中脫除或富集電解質的膜分離技術。電滲析的功能主要取決於離子交換膜，它以高分子材料為基體，接上可電離的功能基團而成。按功能基團的性質，可以把交換膜分為陽膜和陰膜兩類。從膜結構上分析陽膜含有酸性功能基團，能離解出陽離子，只允許透過陽離子。陰膜含有鹼性功能基團，能離解出陰離子，只允許透過陰離子。離子交換膜的選擇透過性是基於膜上固定離子的電性作用，由於它的電荷和活動離子的電荷電性相反，故能吸引溶液中的異性電荷離子進入膜內，隨後又透過膜轉入另一側溶液中；與此同時排斥同性電荷離子，不能進入膜內，留在溶液中。

進行電滲析的設備為電滲析器，它由離子交換膜、隔板和電極組成。片狀的陽膜和陰膜交替排列，隔板放置在其間，隔板僅1-2mm厚，內有隔網起保持膜的間距和擾動液流，這樣構成一系列相間的小水室，設有進出水管。滲水器的兩端設電極室，端側有電極，陽極用石墨或塗釘的欽製作，陰極則用不鏽鋼製作。

當含鹽溶液通入滲析器的每個水室時，在直流電場的作用下，溶液中的離子作定向的遷移。因為陽膜只允許陽離子通過而截留陰離子，反之也一樣，其結果是相鄰的水室，一個室變成無離子的無鹽溶液，另一室則聚集了離子，達到濃縮和分離的目的。在濕法冶金中電滲析作為技術分離雜質或富集金屬的單元技術得到廣泛應用。

6、膜分離技術

是在外加推動力下，使溶液中的溶劑或溶質選擇性地通過隔膜的分離方法。根據外加推動力和分離膜的不同，膜分離包括反滲透、超濾、微孔過濾、擴散滲析和液膜分離等。反滲透、超濾和微孔過濾以不同的壓力差作外加推動力，達到溶劑與溶質、大小溶質粒子和懸浮物與溶液分離的目的。擴散滲析以離子濃度差作為推動力。液膜分離則利用物質在液膜中的溶解度和滲透速度不同實現物質的分離。

膜分離在濕法冶金應用中的發展趨勢是：①發展新型膜材料和分離技術，以適應濕法冶金中高溫高酸鹼介質的要求，提高材料的穩定性和使用壽命；②發展分離技術的綜合工藝，擴大應用範圍，提高分離效率；③結合膜分離和常規分離技術，以降低能耗、節省投資、提高經濟效益；④發展新型膜分離設備。

把水溶液中所含的金屬物料經過金屬狀態的轉化從溶液中析出回收單元的操作過程，是濕法冶金的重要步驟之一。從溶液中提取金屬的方法分電解法和化學法兩種。而氰化冶金則是兼具二者的一種特殊冶金方法。

電解提取又稱電解沉積，是向含金屬鹽的水溶液或懸浮液中通過直流電而使其中的某些金屬沉積在陰極的過程。

化學提取是用一種還原劑把水溶液中的金屬離子還原成金屬的過程。

電解提取和化學提取各有其優缺點。電解提取不需大量試劑，對環境污染小，特別適合於大規模生產，是工業上從水溶液中提取銅、鎳、鋅的主要方法。但該法消耗大量電能，不適用於電力缺乏的地區。此外，一次性設備投資大，佔地面積大，操作周期長。而化學提取法則具有不需要消耗大量的電能、設備投資少、佔地面積小、操作周期短等優點；缺點是需要消耗還原劑，產生的廢液經處理才能排放。

精鍊冶金是利用乙腈浸取固體物料中的金屬，然後用歧化沉澱從含乙腈液中提取金屬的過程。氰化冶金只適用於提取銅、銀等少數幾種金屬。現分別敘述化學提取和腈法冶金。

用還原劑把水溶液中的金屬離子還原為金屬態析出的提取金屬的方法。工業常用的還原劑有氫氣、SO2氣體、亞鐵離子、鐵、鋅、鋁、銅等金屬以及草酸和聯胺等。

1、加壓氫還原法

在壓煮器（高壓釜）內用氫氣使水溶液中的金屬水溶物還原成金屬、化合物或低價離子的化學提取方法。

當金屬的電極電位大於氫的電極電位（ФMe>ФH）時，可以用氫還原析出金屬，直至ФMe=ФH為止。

增大金屬還原程度，其一是通過增大氫分壓和提高溶液的pH值來降低氫電位；其二是靠增加溶液中金屬離子濃度來提高金屬電位。隨著還原過程的進行，溶液中的金屬濃度不斷下降，ФMen+/Me也不斷下降，而H+濃度不斷增加，Ф2H/H2不斷上升，當ФMe/Me=Ф2H/H2時還原反應達到平衡。當然，隨之壓力、溫度升高對還原金屬是有利的。為了解決析出金屬的新相生成問題，需預先往水溶液中加入晶種。該方法用於分離金屬和生產金屬粉末與金屬氧化物。

2、二氧化硫還原法

以二氧化硫為還原氣體將溶液中的金屬離子還原成低價離子或金屬的化學提取方法。

SO2溶於水生成H2SO3 ,亞硫酸是良好的還原劑。因此，二氧化硫的還原作用實質上是通過亞硫酸進行的。電極SO4/SO3的標準電極電位Ф0=+0.20V，因此，二氧化硫能將溶液中電位較正的一些金屬離子還原成低價離子或金屬。

二氧化硫還原法在濕法冶金中廣泛用於銅、金和鋅等生產中。

3、亞鐵還原法

以亞鐵離子為還原劑將溶液中金屬離子直接還原沉澱出金屬的化學提取方法。由於亞鐵具有較正的標準電極電位，因此許多常見雜質難以析出而可得到高純度金屬粉末，且亞鐵還原劑製備容易和價格便宜。

4、置換

用電極電位較負的金屬將金屬鹽水溶液或某些不溶鹽懸浮液中電極電位較正的金屬離子還原成金屬的過程。具有電極電位較滲（的金屬稱為置換劑。在濕法冶金生產過程，置換既可作為溶液中金屬提取的一種手段，也可作為溶液凈化的方法。

按金屬在水溶液中標準電極電位排序，任何一種金屬都可將其後面的金屬置換出來。任何一種金屬都可以作為置換劑。

在選擇置換劑時，首先考慮的是電極電位的大小，同時還必須考慮溶液特性、金屬回收的難易程度和經濟因素以及是否污染溶液對提取金屬產生影響等。常用的置換劑有鐵、鋅、鉛、鎳、鑽等，其形狀有板、粒和粉，粉狀的表面積大，效果最好。置換廣泛用於浸出液提取金屬，並用於溶液凈化。

5、聯胺還原法

聯胺即用水合肼N2H4·H2O與適量氨水配合將水溶液中的金屬鹽還原成金屬粉末的化學提取方法。又稱氨肼或水合肼還原法，是製取金屬粉末的重要方法之一。

聯胺是一種無色油狀液體，但有毒和有氣味，具有很強的還原作用。聯胺將金屬離子還原成金屬，無論是不溶性鹽（AgCl）或可溶性鹽（AgNO3），都是先與氨作用轉變成金屬氨配離子，然後將金屬配氨離子還原成金屬，如： AgCl+2NH3·H2O====Ag(NH3)2·Cl+2H2O 4Ag(NH3)2Cl+N2H4+4H2O====4Ag+N2+4NH4Cl+4NH3·H2O

該法生產的銀粉粒度細、純度高，是製作銀觸頭的理想材料。

6、歧化沉澱法

控制一定條件使溶液或溶鹽中具有多種價態的金屬離子，發生自身的氧化還原生成高價態的離子和金屬的化學方法。

一些具有多種價態的金屬如銅、鎵、銦、鋁、鈦、鋯、鉿、鈮和鉭等，都可用歧化沉澱法提純，其特點是金屬必須具有多價態的特性。如銦的歧化沉澱提純，是先用氯化氫使銦生成InCl： 2In（I）+2HCl（g）→2InCl（s）+H2（g）

製得的InCI（s）在水中發生歧化反應得到高純海綿銦。 3InCl（s）→InCl3（t）+2In（海綿）

是用腈的水溶液提取金屬的一種濕法冶金方法。乙腈又名甲基腈，是生產丙烯腈的一種副產品。乙腈對Cu和Ag有很強的配合力。此法是由澳大利亞人帕克（A.J.Parker）在20世紀70年代提出的。

在乙腈存在的情況下常溫反應：Cu+Cu====2Cu 向右進行平衡常數K=10，但當有乙腈時，以上反應的K=10-10，並隨乙腈濃度的增加，K值繼續增大，說明Cu容易氧化成Cu而進入溶液。這是帕克提出該法的依據。

該法主要用於從含銅的固體物料（粗銅粉、置換銅、廢雜銅屑以及氧化銅離析產物），氧化銅礦和硫化銅中提取銅。應該說，該法還是一種很有前途的方法，因為該法投資少，總處理費用低，產品質量高。但還處在試驗階段，真正用於工業生產，還需做大量的工作。

濕法冶金就是金屬礦物原料在酸性介質或鹼性介質的水溶液進行化學處理或有機溶劑萃取、分離雜質、提取金屬及其化合物的過程。濕法冶金作為一項獨立的技術是在第二次世界大戰時期迅速發展起來的，在提取鈾等一些礦物質的時候不能採用傳統的火法冶金，而只能用化學溶劑把他們分離出來，這種提煉金屬的方法就是濕法冶金。陳家鏞是我國最早從事濕法冶金的人，他用近半個世紀的時間奠定了我國濕法冶金事業的今天。

濕法冶金在我國古代就有，《天工開物》中好像有記載---曾青得鐵則化為銅(曾青是指硫酸銅溶液，意思是：硫酸銅遇到鐵就會變成銅）。

就是在銅的硫酸鹽溶液中加如鐵，可以得到銅。其實就是用金屬性強的物質，去置換比它弱的金屬，如在硫酸銅溶液中加入金屬鋅或鐵，可置換得到金屬銅，這就是濕法煉銅的原理，主要反應為:(1)CuSO4+Zn=Cu+ZnSO4; (2)CuSO4+Fe=Cu+FeSO4

我國勞動人民很早就認識了銅鹽溶液里的銅能被鐵置換，從而發明了水法煉銅。它成為濕法冶金術的先驅，在世界化學史上佔有光輝的一頁。

在漢代許多著作里有記載“石膽能化鐵為銅”，晉葛洪《抱朴子內篇·黃白》中也有“以曾青塗鐵，鐵赤色如銅”的記載。南北朝時更進一步認識到不僅硫酸銅，其他可溶性銅鹽也能與鐵發生置換反應。南北朝的陶弘景說：“雞屎礬投苦灑（醋）中塗鐵，皆作銅色”，即不純的鹼式硫酸銅或鹼式碳酸銅不溶於水，但可溶於醋，用醋溶解后也可與鐵起置換反應。顯然認識的範圍擴大了。到唐末五代間，水法煉銅的原理應用到生產中去，至宋代更有發展，成為大量生產銅的重要方法之一。

地殼中可利用的有色金屬資源品位愈來愈低，以銅為例，20世紀初可采品位均在 1%以上，70年代已降到0.3%左右，而一些稀貴金屬原料的含量往往只有百萬分之幾，這些金屬的提取將更多地依賴於濕法冶金。

濕法冶金的優點是原料中有價金屬綜合回收程度高，有利於環境保護，並且生產過程較易實現連續化和自動化。

現代的濕法冶金幾乎涵蓋了除鋼鐵以外的所有金屬提煉，有的金屬其全部冶鍊工藝屬於濕法冶金，但大多數是礦物分解、提取和除雜採用濕法工藝，最後還原成金屬採用火法冶鍊或粉末冶金完成。

典型的濕法冶金有鎢、鉬、鉭、鈮、鈷、鎳、稀土、鈾、釷、鉍、錫、銅、鉛、鋅、鈦、錳、釩、金、銀、鉑、鈀、銦、釕、鋨、銥、鍺、鎵等。

萃取器

萃取效率極高，每小時可實現上萬級萃取，對於分配係數差異較小的兩種物質也能，輕鬆分離。適用範圍廣，可用於液液萃取的所有應用領域，節省成本，設備佔地面積小，節省溶劑，易工藝放大，可輕鬆實現從試驗級到生產級的放大，安全環保，儀器密閉性好，溶劑不易揮發，不產生固體廢棄物，工作靈活，運行中途可停止，並不影響分離效果。

利用某種溶劑，藉助化學作用，包括氧化、還原、中和、水解及絡合等反應，對原料中的金屬進行提取和分離的冶金過程。又稱水法冶金，與傳統的火法冶金同屬於提取冶金或化學冶金。

濕法冶金包括下列步驟：

①將原料中有用成分轉入溶液，即浸取；

②浸取溶液與殘渣分離，同時將夾帶於殘渣中的冶金溶劑和金屬離子洗滌回收；

③浸取溶液的凈化和富集，常採用離子交換和溶劑萃取技術或其他化學沉澱方法；

④從凈化液提取金屬或化合物。在生產中，常用電解提取法從凈化液製取金、銀、銅、鋅、鎳、鈷等純金屬。鋁、鎢、鉬、釩等多數以含氧酸的形式存在於水溶液中，一般先以氧化物析出，然後還原得到金屬。20世紀50年代發展起來的加壓濕法冶金技術可自銅、鎳、鈷的氨性溶液中，直接用氫還原（例如在180℃,25大氣壓下）得到金屬銅、鎳、鈷粉，並能生產出多種性能優異的複合金屬粉末，如鎳包石墨、鎳包硅藻土等。這些都是很好的可磨密封噴塗材料。

許多金屬或化合物都可以用濕法生產。濕法冶金在鋅、鋁、銅、鈾等工業中佔有重要地位，目前世界上全部的氧化鋁、氧化鈾、約74％的鋅、近12％的銅都是用濕法生產的。

中國在北宋時期已用濕法(膽銅法)生產銅，據《宋史·藝文

志》記載，有《浸銅要略》一卷，可惜已失傳。1752年西班牙里奧·廷托(Rio Tinto)開始用濕法生產銅。工藝與我國北宋膽銅法基本相同，其重要進展是採用人工焙燒硫化銅礦而不靠自然風化。同期，俄國古米雪夫斯基（Гумещевсκий）礦也開始用濕法生產銅。1889年開始用濕法生產氧化鋁，以後濕法煉鋅、金、銀、鈷、鎳等工廠相繼出現。

第二次世界大戰後，濕法冶金技術迅速發展，主要表現在以下幾方面：①從礦物中提取鈾的技術有很大發展；②1954年在加拿大對硫化鎳、鈷、銅礦加壓濕法冶金技術研究成功並投入生產；③50年代起稀有金屬、半導體材料（鍺、鎵等）的提取技術有了迅速的發展；④水解、沉澱、置換等分離、提純的傳統技術，逐漸被新興的離子交換、溶劑萃取等新技術所取代。

60年代末至70年代初，出現了研究所謂無污染冶金的高潮。以濕法處理硫化銅礦為例，較成功的方法有：①阿比特(Arbiter)法，即低壓氨浸、萃取分離、殘渣浮選法。硫產品形式為(NH4)2SO4或CaSO4。②加壓硫酸浸取法，85%的硫產品為單質硫。③氯化鐵浸出法，即氯化鐵浸取、溶劑萃取、電積法。95%以上的硫產品為單質硫。④舍利特高爾頓(Sherritt Gordon)法，即加壓氨浸法。硫產品形式為(NH4)2SO4或CaSO4。⑤R.L.E.(roasting-leaching-electrowinning)法，即焙燒-浸取-電積法。硫產品為CaSO4或H2SO4。這些方法都可消除二氧化硫對空氣的污染，同時能綜合回收原料中的硫，已為中間試驗所證實。

在濕法煉鋅方面，1981年已在加拿大建成一個直接加壓濕法煉鋅車間。硫化鋅精礦不再經氧化焙燒而直接進行浸出，可節省25%的投資，並消除了二氧化硫對大氣的污染。硫產品為單質硫，回收率為96%。原則流程見圖。