贵金属冶金学教案解析.docx
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贵金属冶金学教案解析
重庆科技学院
贵金属冶金学教案
授课教师：
周雪娇，杨文强
授课对象：
冶金普2009
授课地点：
周三（1,2）D403，周五（5,6）E315
授课时间：
2012~2013年度第1学期2~12周
课程名称
贵金属冶金学
授课类型
讲授
授课对象
冶金普2009
授课教师
周雪娇，杨文强
授课时间
2学时
授课地点
D403（周三），E315（周五）
课题
0课程简介，第一章金银及其冶炼发展史
教材及参考资料
推荐教材：
卢宜源、宾万达.《贵金属冶金学》．长沙：
中南工业大学出版社．2005年。
推荐参考书：
孙戬．《金银冶金》．北京：
冶金工业出版社．2007年。
黄礼煌．《金银提取技术》．北京：
冶金工业出版社．2001年。
屠海令、赵国权.《有色金属—冶金材料、再生与环保》．北京：
化学工业出版社．2003年。
教学目的与要求：
了解贵金属冶金学及其研究对象，了解世界黄金生产发展简史及古代黄金冶炼方法，掌握现代黄金冶炼方法，了解白银发展史及其冶炼方法。
教学重点和难点：
金银冶炼方法。
教学方法：
讲授，多媒体教学
教学内容：
◆课程简介：
1.1有色金属的粗略分类：
重金属：
相对密度在5以上的金属，称作重金属。
包括铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉和铋10种金属。
轻金属：
轻金属的共同特点是比重小于5，（又有一说是密度小于4.5克/立方厘米），包括铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。
稀有金属：
地壳中丰度很低或分布稀散或不容易经济地提取的金属。
如钨、钛、稀土、钒、锆、钽、铌、锂、铍等。
贵金属：
主要是相对其它的金属而言，而其它的金属又可称为贱金属（Basemetals）；金属的贵贱之分主要是从价格上来区分，贵金属包括了金、银、锇、铱、铂、钌、铑、钯。
其中金、银是比较熟悉的，而锇、铱、铂、钌、铑、钯则相对不熟悉，这6种金属有时又称为铂族金属（Platinumgroupmetals,PGMS）。
1.2本课程内容简介:
（1）银冶金与金冶金放在一起来讨论，不单独设立章节
（2）由于学时数的限制，主要是金、银冶金，主要讲授金冶金为主，其它的6种贵金属（铂族金属）因学时关系，不作描述。
（3）在金银冶金方面：
又重点偏向讲授从矿石中提取金银，而对从冶金副产品中（如铜电解、铅电解）的阳极泥中回收金银也将花较少的时间讲授，对二次金属资源中回收金银讲得较少。
即实行两多两少的原则：
金银冶金讲得多，铂族金属讲得少；
从矿石中提取金银讲得多，从冶金副产品、二次资源回收金银讲得少。
1.3贵金属冶金学教学要求
（1）认识贵金属：
金、银、锇、铱、铂、铑、钌、钯八个元
（2）掌握贵金属的主要性质
（3）了解贵金属的发展史及用途
（4）了解贵金属的矿物资源
（5）掌握贵金属的重要提取方法
（6）了解贵金属提取的新发展
◆金银及其冶炼发展史：
2.1黄金发展史
（1）皇权垄断时期
19世纪之前。
黄金价值高，产量稀少，运送成本高，铸造困难的特性，使得黄金的价格十分稳定，这决定了其具备充当货币功能的属性。
特点：
①极其稀有帝王独享，专有制。
②供奉和祭祀用品。
③装饰神灵的用品。
④16世纪殖民者血腥掠夺黄金。
⑤自由交换市场受到严重干扰。
（2）金本位时期
金本位制始于1816年的英国，到19世纪末，世界上主要的国家基本上都实行了“金本位”。
金本位形成原因：
一、金属货币在流通当中发生自然磨损。
②打磨硬币牟取私利的现象普遍存在。
③造假从而以假充真。
④造币者充当了“造假者”的角色。
金本位的崩溃：
①第一次世界大战爆发。
②黄金生产量的增长幅度远远低于商品生产增长的幅度。
③黄金存量各国分配不平衡。
④金本位通行了100年，为各国普遍货币贬值、推行通货膨胀政策打开了方便之门。
导致汇价的剧烈波动，冲击着世界汇率制度。
（3）布雷顿森林体系
1944年5月-1973年。
1944年5月，美国邀请参加筹建联合国的44国政府的代表在美国布雷顿森林举行会议，签定了“布雷顿森林协议”
布雷顿森林体系特点：
按照美国制定的原则，实现美国经济霸权的体制。
各国在世界贸易中，购买石油、煤炭、矿石、粮食等都需要美元，所以美元供应需求急速扩大。
美元的大量流通，促进了美国金融业及实体经济的发展，稳固了美国在世界经济中的霸主地位。
布雷顿森林体系解体：
①美国黄金储备减少。
②美国通货膨胀加剧。
③美国国际收支持续逆差。
（4）黄金迎来了非货币功能的时代
美国总统尼克松宣布正式取消黄金双价制，这意味着国际货币体系中黄金非货币化的法律过程已经完成。
2.2黄金矿石冶炼方法
黄金是人类最早发现和使用的金属之一，其迷人的金属光泽和优良特性，赢得人们的喜爱。
在几千年以来，它成为了财富的同义词，在人类的政治、经济、文化生活中起着重要作用。
因此人类从远古时代就开始开采和冶炼黄金。
有人断言，它在7万年以前就与人类结缘。
黄金到底是怎样炼成的?
本文谈谈黄金从开采到冶炼的全貌，以及黄金给现代淘金者带来的巨大变化。
远古时代炼金术：
一、焰火爆石炼金术：
用燃烧的木头烧矿石，再拨以冷水，矿石热胀冷缩爆裂破碎。
采金者再将其研磨成粉，以水用碗筛淘。
二、洪荒淘金术：
淘金者先要去挖矿沙，然后再一点一点地放进木制的淘盒工具里去淘洗，利用金子比重大的特点，让水冲刷掉泥沙，留下金沙金屑。
（3）土法炼金：
人在井下开采出金矿石以后，把矿石放进筐里，像打水一样用辘护把筐提出来。
然后再用锤子把矿石砸成小块，放在石磨上磨，磨成玉米面那样粗细的粉，再用水进行拉溜，让金砂沉到水底，再用火烧进行炼金。
此后黄金生产逐步由土法向半机械化发展，采用了风钻凿岩、炸药爆破、小矿车运输、水泵抽水等方法。
现代黄金生产的流程
现在招远的黄金生产全部采用机械化、电脑控制，白动化生产。
根据地质队用钻打出的矿石岩芯，化验出黄金在底下哪一层、多少米，然后开采。
建国40年来，黄金冶炼和综合回收发展较快，冶炼技术和工艺装备水平不断提高，冶炼成本日益降低，促进了黄金生产的发展。
（1）黄金矿山金的就地冶炼
70年代以前，黄金生产处于初步发展阶段，除少数矿山开始采用氰化法提金工艺外，矿山就地产金王要是从砂矿重选所得的自然金和精矿的冶炼，以及混汞法提金工艺产出的汞膏为原料就地冶炼，就地产金量仅占金产量的30%，70%的金依靠有色冶炼厂回收。
1970年以后，黄金生产逐步发展，氰化法提金工艺日益广泛地应用，矿山就地产金量日渐增多，1985年矿山成品金的产量已占全国黄金产量的70%，选厂产出的精矿产品大部分就地氰化冶炼产出成品金。
矿山就地冶炼多数采用传统的柑端法熔炼，因生产工艺和处理物料性质不同，所产合质金的合金量也不一样，直接交售银行因合金量不高或合银不计价等原因，有的矿山为提高质量和经济效益采取了化学法除杂再次熔炼或电解法进行金银分离精炼。
焦家金矿曾于1984年试验采用水冶新工艺，将氰化金泥经电氯化除去贱金属（用水溶液氯化法提金和氨浸法提银）获得合金品位99.9%成品金和含银99.9%的银锭，金泥中的铜、铅也同时回收（用湿法处理金泥有被推广的趋势）。
招远金矿成功地研制出一种转炉熔炼金泥，取代了过去的柑塌熔炼，降低了成本，改善了劳动条件。
这一方法在一些黄金矿山得到推广应用，效果较好。
（2）有色冶炼厂伴生金的回收
在黄金生产中，多金属矿石伴生金的回收占有相当的地位。
金和铜、铅等有色金属一道被选入精矿中，在铜、铅冶炼中，金、银得到回收。
为增产黄金，全国一些有色冶炼厂先后建起贵金属综合回收车间，伴生金的产量，占全国伴生金总产量的90%以上，是我国黄金生产的一支重要力量。
这些企业伴生金的回收系基于在铜铅冶炼过程中，金银富集在粗铜和粗铅内，电解精炼粗铜和粗铅时，金银沉积于电解阳极泥中，因此，从阳极泥中提取金银是回收伴生金银的王要途径。
铜阳极泥的处理工艺，得到了较快的发展，通过不断改革和创新，使传统的火法生产流程更加成熟和完善，半湿法联合流程和全湿法工艺新流程试验成功并先后投入生产，使我国冶炼技术和装备水平都有较大的提高。
如火法脱铜工序的改进，有价元素的综合回收，炉体的改进和吸尘系统的完善等等。
还有电解槽的改造，中频炉的推广应用等都使火法冶炼工艺逐渐成熟和完善，使技术经济指标提高。
由于火法冶炼工艺流程具有技术条件稳定，工艺成熟、综合利用程度高，对原料的适应性强，处理能力大，成本费用低等优点，至今仍是沈冶、株冶和上冶等冶炼厂昔遍应用的方法。
富春江冶炼厂、武汉冶炼厂、重庆冶炼厂先后采用全湿法流程新工艺都取得明显效果。
云南冶炼厂、天津电解铜厂采用选冶联合流程获得成功并投产，也取得显著的经济效益。
硫酸烧渣捍金工艺的试验成功与应用，也为我国黄金生产和充分利用资源创出了新路。
2.3白银发展史及其提炼方法
（1）旧世界的白银（公元前4000年-公元1500年）
安纳托利亚（现在的土耳其）被认为是首个开采白银的主要发源地，为小亚细亚地区的工匠提供原料。
安纳托利亚地区为近东、克里特和希腊地区的西方文明提供白银资源。
银器工匠主要集中在小亚细亚和希腊各岛，以及希腊大陆上迈锡尼文明统治的地区。
银矿集中开采大约是在公元前3000年开始的。
首次成熟的银矿石加工是在公元前2500年，占星家使用“灰吹法”从铅银矿中提取出白银。
当时对银器的需求，主要来自于繁荣的克里特文明和稍后的迈锡尼文明，令现今是亚美尼亚的地区对银矿的定位和开采逐渐发展起来。
基于目前的历史文献和档案，从公元前300年到公元1000年期间，白银产量不太可能较Laurium地区的每年大约150万盎司有大幅增加。
西班牙矿产在公元后一千年内风光无限，同一时期的Laurium和小亚细亚逐渐衰弱。
白银产量的实际扩张是在公元1000-1500年间的500年以内，那时矿产地数量增加，采矿和加工技术也开始提高。
（2）新世界的白银（1500年-1875年）
技术上的巨大变革以及1492年“新大陆”的发现，引发了白银产量数量级式的增长，尤其是在汞齐化加工方法发展后。
“新世界”时期首个主要开采地是玻利维亚的Potosi地区。
虽然很难准确衡量玻利维亚1500-1800年间的实际产量，但西班牙的历史记录显示当时生产了大约10亿盎司。
同时，墨西哥在1700-1800年内生产了大约15亿盎司的白银。
秘鲁的高产更持久一些，在1600-1800年内平均每年产量超过3百万盎司。
从历史来看，塞罗德帕斯科（CerrodePasco）地区一直是秘鲁最主要的银产地之一。
西班牙人到墨西哥开发银矿是从14世纪初期开始。
在1500-1800年间，玻利维亚、秘鲁和墨西哥占世界白银生产和贸易的份额超过85%。
其余份额主要来源于德国、匈牙利和俄罗斯等欧洲国家，以及智利和日本。
在1850年后，一些其他国家白银产量上升，尤其是美国发现了内华达州的康斯托克矿。
全球白银产量持续扩大，到17世纪70年代，已经从每年4,000万盎司增加至8,000万盎司。
（3）北美崛起（1876年-1920年）
1876-1920年间全球产银技术创新和新产地开发呈现爆炸式增长。
19世纪最后25年内白银年产量是前75年平均产量的4倍，达到近1.2亿盎司。
美国境内新矿的发现为全球产量增加添色不少，尤其是内华达州的康斯托克矿，科罗拉多州的Leadville以及犹他州一些地区。
同样地，澳大利亚、中美洲以及欧洲也在全球产量增加中居功至伟。
在随后的1900-1920年间，加拿大、美国、非洲、墨西哥、智利、日本及其他部分国家继续发现新矿，产量也因此扩大一半，至每年1.9亿盎司。
技术方面的升级包括蒸汽钻井、采矿、脱水，拖运技术的改善也是一个重大突破。
采矿技术的进一步升级增强了矿石处理的能力，能够同时处理更多含有银的矿石。
比如说，一种从锌中提取贵金属、被称为fuming的技术，能从中等级别的矿石中提炼出有经济价值的贵金属。
（4）当代（1921年-现在）
上个世纪早期的许多进步让世界各地白银产量都有所提高。
由于到18世纪末期，世界上许多高等级矿石都已经被耗尽，所以这些进步显得格外有意义。
这些进步包括：
批量采矿方法，包括应用于地表和地下，能够处理大量含有一定银的低等级贱金属矿石。
提炼技术，能够从矿石中分离出不同种类的贱金属浓缩液。
改进矿石分离技术，尤其是能从铅、锌和铜浓缩液中分离出银的浮选技术（1910年后）。
改进电解精炼技术，能够从精炼粘土中分离出银和其他贱金属，也逐渐成为提炼银的一个重要来源。
贯穿20世纪的各种基础金属产量爆炸式增长，令含银残渣的产量增加，最终提高了提炼得出银的产量。
课程名称
贵金属冶金学
授课类型
讲授
授课对象
冶金普2009
授课教师
周雪娇，杨文强
授课时间
2学时
授课地点
D403（周三），E315（周五）
课题
第二章金银性质和用途
教学目的与要求：
了解金银的物理性质，掌握金银的化学性质，了解世界金银储量及产量，了解金银的主要用途。
教学重点和难点：
金银化学性质。
教学方法：
讲授，多媒体教学
教学内容：
一、金银物理性质：
物理性质
银
金
原子序数
47
79
原子量
107.9
196.7
周期表中的位置
5周期，ⅠB族
6周期，ⅠB族
电子排布
Ag474s24p64d105s1
Au795s25p65d106s1
晶格结构
面心立方
面心立方
硬度（金刚石=10）
2.5
2.5
密度g﹒cm-3
10.5
~19.31
颜色
银白色
金黄
熔点℃
960
1064.43
沸点℃
2164
2808
可锻性
良好，可碾成0.025mm银箔
良好，可碾成0.23×10-3mm金箔
延展性
良好，可拉成0.001mm细丝
良好，1g金可拉成3500m细丝
导热性（热容J﹒g-1）
良好（0.234）
良好（0.129）
导电性（电阻率μΩ/cm﹒℃）
良好（1.59）
良好（2.06）
熔融状态的挥发性
大于金，正常熔炼温度（1100~1300℃）下，小于1%
很小
吸气性
21VO2/1VAg
37~46VH2/1VAu；33~48VO2/1VAu
氧化态
0、+1
0、+1、+3
二、金的化学性质：
（3）与盐的反应
（4）Au在有机溶剂中的溶解
金在化合物中的氧化态：
+1、+3。
金的一切化合物都不稳定，易还原为金属。
金的主要化合物
①金的氯化物：
金的氯化物有氯化亚金AuCl和三氯化金AuCl3，它们可呈固态存在，但在水溶液中不稳定，分解生成络合物。
金粉与氯气作用生成三氯化金。
三氯化金溶于水时转变为金氯酸。
金氯酸（HAuCl4·3H2O）呈黄色的针状结晶形态产出，将其加热至120℃时，转变为三氯化金。
在140～150℃下将氯气通入金粉中，可获得吸水性强的黄棕色三氯化金，它易溶于水和酒精中，将其加热至150～180℃时，分解为氯化亚金和氯气，加热至200℃以上时，分解为金和氯气。
氯化亚金为非晶体柠檬黄色粉末，不溶于水，易溶于氨液或盐酸液中，常温下，能缓慢分解析出金，加温时，分解速度加快。
溶于氨液中的氯化亚金，用盐酸酸化时可析出AuNH3Cl沉淀。
氯化亚金与盐酸作用生成亚氯氢金酸。
溶液中的Au（Ⅰ、Ⅲ）易被还原
还原剂：
SO2、Fe2+盐、草酸、甲酸、对苯二酚、联氨、乙炔、
木炭及Mg、Zn、Fe、Al等。
②金的氰化物
有O2存在时，Au可溶于氰化物溶液中：
金化合物在氯化合物溶液或氰化合物溶液中，金几乎均呈络阴离子形态存在，如[AuClO]2-、[AuCl2]-，[AuCl4]-，[Au（CN）2]-等。
氰化液中的金常用锌（锌丝或锌粉）、铝等还原剂将其还原，也可采用电解还原法将金还原析出。
③金的硫脲化合物
④金-汞齐
Au与Hg可以任何比例形成合金——金-汞齐。
依金含量的不同，金-汞齐可为固体或液体状态存在。
将金块浸泡在汞液中，且持续足够长的时间，随着金的吸汞作用，从金块的表面至心部，汞的浓度逐渐下降，形成的金汞齐将以各种中间相和固溶体形态出现，若沿金块的横断面切开可见如图所示的变化，从心部开始逐渐变化的顺序为：
固体金、Hg在Au中的固溶体、Au3Hg、Au2Hg、AuHg2、液态含金的汞、纯汞液体。
◆银的化学性质：
银的主要化合物：
◆金银产量
自古以来的世界黄金年产量t
时间
产量
经历的总年数
平均年产量
产量累计
公元前4000～公元前50年
7685
3950
1.95
7685
公元前50～公元500年
2572
550
4.7
10257
公元500～1000年
934
500
1.9
11191
公元1000年～1492年
1538
492
3.1
12729
公元1493年～1800年
4166
107
38.9
16895
公元1801年～1900年
12303
100
123
29198
公元1901年～1972年
76451
72
1062
105649
公元1973年～1980年
11000
8
1375
116649
公元1981年～2000年
>40000
20
>2000
>160000
世界银产量t
年代
产量t
平均年产量
年代
产量t
平均年产量
1493～1600
23232
215
1982
11722
11722
1601～1700
39561
396
1983
12247
12247
1701～1800
57562
576
1994
13801
13801
1801～1850
33103
662
1997
16379
16379
1851～1900
125480
2510
1998
17039
17039
1901～1925
152448
6098
1999
17007
17007
1926～1950
169930
6797
2000（预测）
17220
17220
1951～1960
69330
6933
至2000年合计
1100000
1961～1970
75032
7503
1971～1980
89509
8951
至1980合计
870290
◆金银用途
发达国家和发展中国家各应用领域黄金用量（t）
金——被称为“现代新金属”
传统：
用做首饰、美术工艺、货币的原料、金融储备。
敏感材料：
是现代发展最快的传感器的基础和核心，在信息技术体系和高新技术、现代工业及人们生活中都占有十分重要的位置，被人形象的喻为“电五官”。
电接触材料：
贵金属滑动接触材料主要用于航空和宇航仪表中高精密长寿命的各种电接触元件，如绕线电位器的绕组、电刷、导电滑环、整流片、换向片等
焊接材料：
电镀材料：
常用的有金及Au-Co系，Au-Ag、Au-Cd、Au-In、Au-Ag-Ni、Au-Co-In等系列。
医疗：
金的药物中应用最有效的是金诺芬（Auronafin），即2,3,4,6-四乙酰-β-D-1-硫代葡糖三乙基膦金，是治疗类风湿关节炎的特效药，且副作用小；牙科材料主要用作充填材料、锤造金属箔、铸造牙冠、镶嵌体、牙桥、假牙托、销钉和钎料。
开发了Au（-Ag）（-Cu）-PGM（PGM一铂族金属）、Au-Pt-Pd、Au-Pd-In及Au-Pd-Sn等合金。
课程名称
贵金属冶金学
授课类型
讲授
授课对象
冶金普2009
授课教师
周雪娇，杨文强
授课时间
2学时
授课地点
D403（周三），E315（周五）
课题
第三章金银的矿物资源
教学目的与要求：
了解生产金银的矿物原料及其性质，了解可以从哪些有色金属冶炼副产中提取金银，了解含金银废旧材料的回收方法。
教学方法：
讲授，多媒体教学
教学内容：
一、金矿物原料
金的分布
金在地球中的分布：
据估计，地球中金的总含量为48×1014t。
海水含金一般为0.001～0.04mg/m3；
海水总体积1.4×109km3，所以全世界海洋应含金近3000万t。
天然淡水平均含金0.03PPb。
动植物体内含金：
世界上最著名的金矿资源集中在威特沃特斯兰德（Witwatersrand）
我国的金矿资源
分布在山东、河南、陕西、吉林、河北、辽宁、四川、广东、湖南等省。
其中山东的招远、尹格庄、三山岛、焦家、新城、玲珑；河南、陕西间的小秦岭，江西金山，河南银洞坡，四川的东北寨，贵州烂泥沟，云南镇沅，甘肃格尔柯，新疆阿希金矿，黑龙江的乌拉嘎和吉林的浑春、夹皮沟，河北张家口，广东河台和台湾北港等都是有名的特大型或大型金矿床产地。
二、银矿物原料
我国的银矿特点
① 产地分布广泛，储量相对集中
② 伴生银资源丰富，产地多，但贫矿多，富矿少
③ 大、中型产地少，占有的储量多；小型产地多，占有储量少。
④ 银多与铅锌矿共生或伴生
三、有色金属冶炼副产金银原料
四、含金银的废旧材料
课程名称
贵金属冶金学
授课类型
讲授
授课对象
冶金普2009
授课教师
周雪娇，杨文强
授课时间
2学时
授课地点
D403（周三），E315（周五）
课题
第四章金银提取前的矿石加工
教学目的与要求：
了解金银选冶的原则流程及矿石准备；掌握金银矿石预先处理工艺重选及浮选。
教学重点和难点：
重点：
金银矿石重力选矿以及金银矿石的浮选。
难点：
金银选冶的原则流程。
教学方法：
讲授，多媒体教学
教学内容：
一、从矿石中提取金银的原则流程
不同矿床通常使用的提取方法：
（1）良好砂金矿床的自然金多与脉石分离，金粒解离呈单体存在于砂砾中。
但坡积或冲积矿床中的金粒只有少量已从脉石中解离出来，因而需要先进行破碎。
这些矿石通常经预处理后用重选法产出精矿，再经混汞或氰化法处理。
（2）嵌布于石英脉中的单体自然金，通常将矿石破碎后直接用重选法、混汞法或氰化法处理。
（3）嵌布于硫化铁中的自然金，或与锑、砷、铜、镍矿物共生或呈碲化金存在的金，通常先经过浮选和焙烧，然后用氰化法处理所得的精矿或焙砂。
如矿石为次生硫化铜、硫化锑及金赋存于碳质页岩中，使用氰化法处理有困难时，则经浮选后用其它方法处理，最后再用氰化法处理。
（4）与铁、铅、铜、镍硫化矿床共生的少量金，多嵌布于这些硫化矿物的晶格内。
浮选获得的精矿、送铜、铅或镍冶炼厂处理。
（5）金和银在自然界中常以各自的矿物共生在一起，或呈天然的合金共成一体。
一般说来，回收铜、铅、锌等矿石中的银使用浮选法为主，辅以其它方法。
金矿石中的银则可采用与回收金相
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