冶炼
冶炼（smelting）是一种提炼技术，是指用焙烧、熔炼、电解以及使用化学药剂等方法把矿石中的金属提取出来，减少金属中所含的杂质或增加金属中某种成分，炼成所需要的金属。
冶炼方法主要有火法冶金、湿法冶金和电冶金三类。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、精炼等过程；湿法冶金是在水溶液中进行，包括浸出、液固分离、溶液净化、金属提取等过程；电冶金是利用电化学反应或电热进行的冶金过程，包括水溶液电解、熔融盐电解、电解提取、电解精炼等过程。
冶炼是金属工业的基础，它为国家的工业发展提供了重要的原材料。未来，有色金属冶炼将更加注重资源的综合利用，加强环保控制，减少废水、废气和废渣的排放，并推进绿色制造。
冶炼方法
冶炼是指从矿石、精矿、二次资源或其他物料中提取主金属伴生元素或其化合物的物理化学过程。提取方法主要有火法冶金、湿法冶金和电冶金三类。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、精炼等过程；湿法冶金是在水溶液中进行，包括浸出、液固分离、溶液净化、金属提取等过程；电冶金是利用电化学反应或电热进行的冶金过程，包括水溶液电解、熔融盐电解、电解提取、电解精炼等过程。
火法冶金
火法冶金是在高温下从冶金原料提取或精炼有色金属的科学和技术的总称。有色金属火法冶炼一般包括炉料准备、熔炼吹炼和精炼三大过程。过程中的产物除金属或金属化合物之外，还有炉渣、烟气和烟尘。烟气由高温的粉尘、烟雾及气体组成，通过对烟气处理和烟尘综合利用来回收其中的热量、有价组分，以及把对环境有害的气体转化为有用产品。为维持有色金属火法冶金过程中所需的温度和获得更好的冶炼效果，需通过各种途径供热，以达到火法冶金热平衡及物料平衡的目的。
火法冶金的基本条件是维持一定的高温所需的热源，除了冶金本身为放热反应外，主要靠碳质燃料燃烧供热(碳质燃料有煤、焦、天然气和石油产品)。燃料燃烧大都用空气供风，由于空气含有79%(体积)的氮气，燃料燃烧放出的热大量被氮气带走，使燃料的热效率大大降低。为了提高燃料热效率和减少烟气体积，相继出现了富氧和纯氧的熔炼工艺。为了充分利用烟气带走的热，除了设置余热锅炉生产蒸汽和发电，也用来预热空气，从而出现热风熔炼工艺。为了充分利用硫化精矿以及粉状物料大比表面积而发展各种新的冶炼工艺，如闪速、旋涡、熔池熔炼等。
参与火法冶金过程的物质有固体、气体和熔体，如固体精矿、溶剂、燃料、空气、工业氧、熔体锍、溶剂和炉渣等。火法冶金过程产物亦然，如固体的焙砂、烟尘、SO2、CO2、燃烧气体、熔体金属、锍和炉渣等。火法冶金过程发生的高温化学反应相当复杂，主要的反应类型有：气一固相、气一液相、固一液相、液一液相、固一固相反应，冶金，以及气一液一固三相之间的反应。
湿法冶金
湿法冶金是利用浸出剂将矿石、精矿、焙砂及其他物料中有价金属组分溶解在溶液中或以新的固相析出，进行金属分离、富集和提取的科学技术。由于这种冶金过程大都是在水溶液中进行，故称湿法冶金。随着矿石品位的下降和对环境保护要求的日益严格，湿法冶金在有色金属生产中的作用越来越大。
电冶金
电冶金是以电能为能源进行提取和处理金属的工艺过程。根据电能转化形式的不同分为电化冶金和电热冶金两类。电化冶金又称电解，是使直流电能通过电解池转化为化学能，将金属离子还原成金属的过程。根据电解液不同，电化冶金分为水溶液电解和熔盐电解；根据阳极不同又分为不溶阳极电解和可溶阳极电解，前者又称电解提取，后者又称电解精炼。电热冶金是利用电能转变为热能在电炉内进行提取或处理金属的过程，按电能转变为热能的方法即加热的方法不同，分为电弧熔炼、电阻熔炼、感应熔炼、电子束熔炼和等离子冶金等。
电化冶金
电化冶金是利用电极反应而进行的冶炼方法，对电解质水溶液或熔盐等离子导体通以直流电，电解质便发生化学变化，在阳极(电流从电极向电解液流动）上发生氧化反应（称为阳极反应），而在阴极（电流从电解液流向电极）上则发生还原反应（即阴极反应）。
电热冶金
电热冶金和一般火法冶金相比，电热冶金具有加热速度快、调温准确、温度高（可到2000℃)，可以在各种气氛、各种压力或真空中作业，金属烧损少等优点，成为冶炼普通钢，铁合金，镍、铜、锌、锡等重有色金属，钨、钼、铌、钛、锆等稀有高熔点金属，某些其他稀有金属、半导体材料等的一种主要方法。电热冶金消耗电能较多，只有在电源充足的条件下才能发挥优势。电弧熔炼是利用电能在电极与电极或电极与被熔炼物之间产生电弧来熔炼金属的冶金过程。
冶炼设备
高温冶金技术（亦称火法冶金），是一种将矿石或低纯度金属转化为特定纯度金属，或将金属与非金属混合冶炼成特定合金的工艺。此过程依赖于一系列专业的冶炼机械设备，主要包括与矿石特性相匹配的各种炉窑、上料系统、出料装置、铸锭设施及冶金运输车辆等，同时也涵盖处理精矿的烧结机或球团机等设备。
对于某些金属矿石，湿法提炼（涵盖化学浸出、电解、细菌分解等手段）成为更优选择。湿法提炼的优势在于其高回收率、低能耗，尤其适用于难以选矿、熔点高或贫瘠的矿石，以及稀有金属的提取。此工艺所使用的机械设备包括萃取装置、电解设施、高压反应釜、过滤器、离心分离机等。
在钢铁冶炼领域，高温冶金方法占据主导地位。钢铁冶炼机械体系涵盖了炼铁的高炉及其辅助设备、炼钢的平炉、转炉、电弧炉、炉外精炼装置、铸锭设施，以及冶金运输车辆等辅助设施。
有色金属的火法冶炼则依赖于在高温环境下，通过燃烧或电能产生的热能，将矿石或精矿中的金属分离并提炼出来的机械设备。这些设备包括感应电炉、电弧炉、真空自耗电炉、电子束熔炼炉、等离子熔炼炉等，以及电化学设备如电解熔炼槽和熔盐电解槽等。
工艺流程
火法冶金
火法冶金过程的工艺一般包括原料准备、焙烧、熔炼(吹炼)和精炼四大过程。
原料准备
将精矿或矿石、熔剂和烟尘等按冶炼要求配制成具有一定化学组成和物理性质的炉料过程，为现代火法冶金流程的重要组成部分。炉料准备一般包括贮存、配料、混合、干燥、制粒、制团、焙烧和煅烧等。除焙烧和煅烧使炉料发生化学变化外，其他过程一般只发生物理变化。有的火法工艺并不要求制粒(制团)或焙烧，精矿可以直接冶炼。
冶炼厂处理多个矿山或选厂的矿石及精矿，必须进行配料，将各种精矿按一定的比例混合使用，并混合成化学成分和物理性质比较一致的原料。进厂的精矿一般含水8%~15%，而炼前的炉料准备、冶炼过程及烟尘处理都要求精矿含水较低且须经过干燥处理。某些原料，作为某一冶炼过程来说，其粒度可能太细，要配入胶黏剂制粒，若其透气性不够好，必须配人胶黏剂制团。氧化物常比硫化物更易于还原，金属的硫酸盐、氯化物或氧化物更易于从原料中浸出，因而常要通过焙烧与煅烧的化学方法，将原料中的矿物转变成所需要的形式。
制团方法分热压制团和冷压制团两种。热压制团是将常温粉煤等直接与高温的焙烧矿混合，将煤加热到充分软化，并析出一定数量的胶质体后加压成形。冷压制团是在常温下将原料、煤粉、胶黏剂等经混合、碾磨、压密，最后压制成团。
焙烧
焙烧是指在低于物料熔化温度下完成的某种化学反应的过程，为炉料准备的重要组成部分。焙烧大多为下边的熔炼或浸出等主要冶炼作业做准备。根据工艺的目的，焙烧大致可以分为氧化焙烧、盐化焙烧、还原焙烧、挥发焙烧、烧结焙烧。氧化焙烧使用氧化剂是物料中的金属化合物转变为氧化物的工艺过程。目的是为了获得氧化物以利下一步熔炼制取粗金属，并回收其中的热量和有价成分。氧化焙烧多用于硫化矿冶炼。
有时也为了挥发除去硫化矿中的砷和锑等有害杂质，也进行氧化焙烧。硫酸化焙烧和氯化焙烧是盐化焙烧的典型例子。其目的是在严格条件控制下使物料中的某些金属硫化物或氧化物尽可能多地转化为溶于水或稀酸的可溶盐。
熔炼
熔炼是指炉料在高温（1300～1600K）炉内发生一定的物理、化学变化，产出粗金属或金属富集物和炉渣的冶金过程。炉料除精矿、焙砂、烧结矿等外，有时还需添加使炉料易于熔融的熔剂，以及为进行某种反应而加入还原剂。此外，为提供必要的温度，往往需加入燃料燃烧，并送人空气或富氧空气。粗金属或金属富集物由于与熔融炉渣互溶度很小和密度的差异而分层得以分离。富集物有锍、黄渣等，它们尚需进一步吹炼或用其他方法处理才能得到金属。
熔炼主要分为氧化熔炼和还原熔炼。氧化熔炼是以氧化反应为主的熔炼过程，如硫化铜、镍矿物原料的造锍熔炼、锍的吹炼、硫化锑精矿鼓风炉熔炼等。熔炼按所用设备分为鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼；按工艺特征则分为闪速熔炼、熔池熔炼、旋涡熔炼、富氧熔炼、热风熔炼和自热熔炼等。
闪速熔炼是一种将硫化精矿（铜、镍精矿)、溶剂与氧气（或富氧空气或预热空气)一起喷入赤热的反应塔内，使炉料在飘悬状态下迅速氧化和熔化的熔炼方法。
熔池熔炼是一种将炉料直接加人鼓风翻腾的熔池中，迅速完成气、液、固相间主要反应的强化熔炼方法。该方法适用于有色金属原料熔化、硫化、氧化、还原、造锍和烟化等冶金过程。
旋涡熔炼是一种细粒炉料和粉状燃料随高速气流沿旋涡室的切线方向进入，并在旋涡室内的旋流中迅速完成主要冶金反应的熔炼方法。
还原熔炼是一种金属氧化物料在高温熔炼炉还原气氛下被还原成熔体金属的熔炼方法。
精炼
精炼是粗金属去除杂质的提纯过程。对于高熔点金属，精炼还具有致密化作用。为达到高度提纯目的，往往需要化学精炼和物理精炼，利用杂质和主金属某些化学性质的不同实现其分离。
化学精炼包括氧化精炼、硫化精炼、氯化精炼和碱性精炼。氧化精炼是利用氧化剂将粗金属中的杂质氧化造渣或氧化挥发出去的精炼方法。硫化精炼是加入硫或硫化物以除去粗金属中杂质的火法精炼方法。氯化精炼是通入氯气或加入氯化物使杂质形成氯化物而与主金属分离的火法精炼方法。氯化精炼在粗铅除锌，粗铝除钠、钙、氢，粗铋除锌，粗锡除铅等方面都有广泛应用。粗铅氯化精炼是往铅液中通入氯，使铅液中的杂质进入浮渣而与铅分离。碱性精炼是向粗金属熔体加人碱，使杂质氧化与碱结合成渣而被除去的火法精炼方法。用于粗铜除镍，粗铅除砷、锑、锡，粗锑除砷等。
物理精炼是以物理变化为主，利用它们的物理性质不同脱除杂质的方法，如精馏精炼、真空精炼、熔析精炼等。
湿法冶金
湿法冶金主要包括浸出、液固分离、溶液净化、溶液中金属提取及废水处理等单元操作过程。
浸出
浸出是借助于溶剂选择性地从矿石、精矿、焙砂等固体物料中提取某些可溶性组分的湿法冶金单元过程。根据浸出剂的不同可分为酸浸出、碱浸出和盐浸出；根据浸出化学过程分为氧化浸出和还原浸出；根据浸出方式分为堆浸、就地浸、渗滤浸、搅拌浸出、热球磨浸出、管道浸出、流态化浸出；根据浸出过程的压力可分为常压浸出和加压浸出。
酸浸出是用酸作溶剂浸出优价金属的方法。常用的酸有无机酸和有机酸，工业上采用硫酸、盐酸、硝酸、亚硫酸、氢氟酸和王水等。硫酸的沸点高，来源广，价格低，腐蚀性较弱，是使用最广泛的酸浸出剂。在有色冶金中硫酸常用于氧化铜矿的浸出、锌焙砂浸出、镍锍化矿和硫化锌精矿的氧压浸出等。盐酸的反应能力强，能浸出多种金属、金属氧化物和某些硫化物，如用来浸出镍锍、钴渣等。
碱浸出是用碱性溶液作溶剂的浸出方法。常用的碱有氢氧化钠、碳酸钠和硫化钠。铝矾土加压碱浸出是碱浸出最重要的应用实例。碱浸出还用于浸出黑钨矿、铀矿（用Na2CO3浸出UO3）、硫化或氧化锑矿等。
盐浸出是以盐作溶剂浸出优质金属的过程。如硫化矿用硫酸铁浸出铜、氯化钠浸出铅、氰化钠浸出矿石中的金和银。
氧化浸出是加入氧化剂使矿石、精矿或其他固体物料中的有价组分在浸出过程中发生以氧化反应为特征的浸出方法。工业上常用的氧化剂有空气、氧、Fe3+、MnO2和Cl2等等。
还原浸出是加入还原剂使被浸出固体物料中的有价组分在浸出过程中发生以还原反应为特征的浸出方法。工业中常用的还原剂有SO2、FeSO4等。
堆浸、就地浸（溶液采矿)及渗滤浸处理的对象都是比较贫的氧化矿、低品位矿和地表矿。矿石浸出之前一般不做深度加工，即使稍做加工，也只是停留在粗碎，处理的规模除渗滤外一般都比较大，有的沉出块可以达到几百万吨，浸出的速度不很快，提取率较低，但投资省，加工费用低。
常压和加压搅拌浸出(包括管道化浸出、流态化浸出和热球浸出方式)，在浸出之前矿石都需要深加工。管道化浸出目前已成为处理铝矾土制取氧化铝的标准方法。
固液分离
固液分离是指将浸出液分离成液相和固相的过程，常用的固液分离方法有沉降分离和过滤两种方法，过滤通常又有离心分离和过滤分离。沉降分离是借助于重力作用将浸出矿浆分离为含固体量较多的底流和清亮的溢流的液固分离方法，其先决条件是固相和溢流液之间存在密度差。当处理含极细物料的矿浆时，可利用离心力代替重力以加速颗粒沉降，如用螺旋离心机来强化沉降过程；或借助化学试剂一聚凝剂(如生石灰)使颗粒互相凝聚，絮凝剂可使细颗粒形成絮团来强化沉降过程。
过滤分离是利用多孔介质拦截浸出矿浆中的固体粒子，用压强差或其他外力为推动力，使液体通过微孔的液固分离方法。拦截固体粒子的介质多种多样，或为编织物，或为多孔陶瓷、多孔金属，或为纸浆及石棉等，但不论是哪种过滤介质，其孔隙通常都大于被过滤粒子的直径。过滤器的选择，最重要的因素是滤饼的比阻、过滤物料的固体含量、滤液黏性等。常用过滤器有回转筒真空过滤机、带式过滤机、板框式过滤机等。
溶液净化
溶液净化是除去溶液中杂质的湿法冶金过程。一般浸出液中除欲提取金属外，尚有金属和非金属杂质，必须先分离掉这些杂质才能最终提取目的金属。溶液净化方法多种多样，工业上常用的有结晶、蒸馏、沉淀、置换、溶剂萃取、离子交换、电渗析和膜分离等。
为获得纯净溶液，往往多种方法综合使用。物质从溶液、熔融物或蒸气中以晶体状态析出的过程叫结晶。在湿法冶金中，结晶操作主要是从溶液中析出晶体，以制取纯净的固体产品。物质从溶液中结晶析出主要依赖于它的过饱和度，产生过饱和度的方法可分为降温、蒸发、真空和盐析结晶四种。蒸馏是使物料的某成分蒸发再冷凝以提取或纯化物质的过程。这是一种利用液体混合物中各组合蒸气压的差异，加热混合物质至一定的温度使蒸气压大的组分蒸发，或使由矿物中还原出来的组分以气态挥发，然后使其冷凝成液体或固体的过程。
蒸馏是有色金属提取冶金的重要过程之一，常用于锌、镉、汞、硒、镓、锂、铷、铯的合金分离和精炼。蒸馏的方法很多，有简单蒸馏、真空蒸馏、分子蒸馏等。沉淀，是使水溶液中金属离子生成难溶固体化合物从溶液中析出的过程。沉淀有水解沉淀、中和沉淀、硫化沉淀、成盐沉淀、离子浮选和共沉淀。溶剂萃取是利用水溶液中某些金属在有机溶剂和水溶液中分配比例的不同，当有机相和水相充分接触时，水相中某些金属会选择性地转移到有机相，金属的这种转移过程称为萃取。近年来在湿法冶金、石油、化工、环保等行业得到广泛应用。
离子交换法是使离子交换剂官能团中的阳离子或阴离子与溶液中的同性离子进行可逆交换的过程。在湿法冶金中，它常用于从水溶液提取有价金属或作为溶液净化的一种手段。电渗析是一种以电压为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱出或富集电解质的膜分离技术。在湿法冶金中，电渗析作为技术分离杂质或富集金属的单元技术得到广泛应用。膜分离技术是在外加推动力下，使溶液中的溶剂或溶质选择性地通过隔膜的分离方法。
从溶液中提取金属
从溶液中提取金属，是把水溶液所含的金属物料经过金属状态的转化从溶液中析出回收单元的操作过程，是湿法冶金的重要步骤之一。从溶液中提取金属的方法分电解法和化学法两种。氰化冶金则是兼具两者的一种特殊冶金方法。电解提取又称电解沉积，是向含金属盐的水溶液或悬浮液中通过直流电而使其中的某些金属沉积在阴极的过程。化学提取是用一种还原剂把水溶液中的金属离子还原成金属的过程。
精炼冶金是利用乙腈浸取固体物料中的金属，然后用歧化沉淀从含乙腈液中提取金属的过程。氰化冶金只试用于提取铜、银等少数几种金属。化学提取是用还原剂把水溶液中的金属离子还原为金属态析出的提取金属的方法。工业常用的还原剂有氢气、二氧化硫气体、亚铁离子、铁、锌、铝、铜等金属以及草酸和联胺等。
电冶金
电冶金是利用电化学反应或电热进行的冶金过程，包括水溶液电解、熔融盐电解、电解提取、电解精炼等过程。
水溶液电解
水溶液电解是以金属的浸出液作为电解液进行电解还原，使目的金属在阴极表面上析出的冶金过程，简称电解提取或电解沉淀。水溶液电解是一种氧化一还原过程。体系接通直流电后，在阴极附近的离子或分子由于接受电子而被还原，在阳极处离子或分子产生电子而氧化。
熔融盐电解
熔盐电解是以熔融盐类为电解质进行金属提取或金属提纯的电化学冶金过程。
电解提取
使用不溶性电极作阳极，对溶解于电解液中的金属离子进行还原、分解的过程，称为电解提取。对于那些电势比氢负得多、比氢的超电压也小、而不能从水溶液中电解析出的金属，以及用氢或碳难以还原的金属，常用熔盐电解法制取。当今已有30多种金属使用该法生产，其中包括全部碱金属和铝，大部分镁及各种稀有金属。
电解精炼
以粗金属作阳极，而阳极反应又是目的金属本身的溶解反应，这一过程称为电解精炼(或可溶性阳极电解)。
水溶液电解精炼，主要用于电极电位较正的金属，如铜、镍、钴、金、银等，电解液多为酸液；熔盐电解精炼主要用于电极电势较负的金属，如铝、镁、钛、铍、锂、铌等。电解质一般用氯化物、氟化物或氯氟化物体系。
电热冶金
直接加热式电弧熔炼的电弧产生在电极棒和被熔炼的炉料之间，炉料受电弧直接加热，主要用于炼合金钢。直接加热式真空电弧熔炼炉主要用于熔炼钛、锆、钨、钼、铌等活泼和高熔点金属以及它们的合金。电阻熔炼是在电阻炉内利用电流通过导体电阻所产生的热量来熔炼金属的冶金过程。按电热产生的方式，电阻炉分为直接加热和间接加热两种。电阻一电弧熔炼是利用电极与炉料之间产生的电弧和电流通过炉料产生的电阻热来熔炼金属的冶金过程，是有色金属冶炼中应用广泛的一种电热冶金方法，主要用于生产铁合金、碳化钙、铜锍、镍锍化矿、白磷等冶金及化工产品。
感应熔炼是利用电磁感应和电热转换所产生的热量来熔炼金属的冶金过程。感应熔炼在感应炉内进行。电子束熔炼是利用电能产生的高速电子动能作为热源来熔炼金属的冶金过程，又称电子轰击熔炼。该法具有熔炼温度高、炉子功率和加热速度高、提纯效果好的优点，但也存在金属回收率低、比电耗大等缺点。等离子熔炼是利用电能产生的等离子弧作为热源来熔炼金属的冶金过程。该法具有熔炼温度高、物料反应速度快的特点，常用于熔炼、精炼、重熔高熔点金属和合金。等离子体用作镍和镍钴合金进行蒸发精炼，可脱出铅、锌、锡。高熔点钛粉、铌、铬等的重熔和提纯，则采用真空等离子炉。
冶炼的重要性
冶炼是金属工业的基础，它为国家的工业发展提供了重要的原材料。有色金属冶炼作为指向型工业，对于现代经济的发展和对资源的合理利用具有重要意义。首先，有色金属冶炼是现代工业的重要支撑。它们广泛应用于电子、化工、航空、航天、交通运输等领域。其次，有色金属冶炼可以有效地利用资源，实现循环经济。对于现代社会的可持续发展具有重要意义。
发展趋势
随着经济的不断发展和技术的不断进步，有色金属冶炼必将迎来更大的发展机遇和挑战。未来，有色金属冶炼将更加注重资源的综合利用，加强环保控制，减少废水、废气和废渣的排放，并推进绿色制造。同时，为了更好地适应市场需求，有色金属冶炼将不断推进技术创新，提高产品质量和市场竞争力。
参考资料
有色金属行业稳中向好.黑龙江省工业和信息化厅.2024-11-21
有色金属冶炼的意义和发展.爱采购.2024-11-21