有色金属提取冶金单元操作(unit operation for extractive metallurgy of non-ferrous matal)

有色金属冶金反应工程中按生产过程处理方法的不同而分解出的各个独立制造程序。提取冶金过程是通过具有化学反应的冶金反应过程及其设备——反应器来实现的。为使提取冶金反应过程顺利、有效地进行，除反应器内必须保持最优条件外，还要有与之配合的前、后处理过程，这些过程主要是指单元操作过程。如湿法炼铜过程中，除铜精矿焙烧，浸出、除杂质、电解等有化学反应或电化学反应使用的各种反应器——流态化焙烧炉、搅拌槽及电解槽外，还需各种不同的前、后处理过程及设备与之配合，如原矿干燥，流体输送，固液分离，有价金属提取等等。人们把众多的前、后处理的过程及设备进行归纳分类即构成了提取冶金的单元操作。

特点主要

(1)它们多属物理与化学共存的操作，这些操作在改变物料状态的同时常伴随着化学反应，也有部分单元操作仅有单纯的物理过程。

(2)它们是各种有色金属提取冶金中共有的操作过程，虽然各种有色金属提取工艺方法差别很大，但都可由这些单元操作组成与反应器配套的前后处理过程。

(3)某些单元操作虽然应用于不同的提取冶金过程，但其基本原理相同，数学解析方法相似，进行该项操作的设备也往往可以通用。一些提取冶金过程单元操作的特点列举于表。通过对诸如蒸发过程解析、结晶过程解析、干燥过程解析、革取过程解析、离子交换过程解析.蒸馏与精馏过程解析等，有助于开发新的单元操作，并使已有的单元操作不断完善。

有色金属提取冶金主要单元操作举例

研究内容

包括过程与设备两方面。各单元操作中所发生的过程都有其内在的规律，有相同的理论，有相似的解析方法。例如精馏与萃取过程都是提取冶金中均相组分的分离过程，尽管它们提取分离金属不同，但它们应用的基本理论是物质在相间的扩散原理，解析的数学方法都是以传质微分方程为基准，以相平衡为极限，以相间组分浓度差为推动力，讨论传质速率的问题。同理，在其他单元操作的过程中，总是以动量、热量与质量传递原理及数学解析为基础。

数学解析对于任意微元体，通用的总质量衡算方程式为：

总能量衡算方程式为：

总动量衡算方程式为：

在实际应用中，均根据不同的边界条件进行解析计算，质量衡算的应用式为：

式中W_i是输入微元体物料的速率，W₀是输出微元体物料的速率，M是物料量，dM/dθ是累积速率，W为对外所作的功，E为每公斤质量的能量，F为力。当多组分扩散时，传质速率N_A=k₀△C。多组分有化学反应时，质量衡算式为：

式中Rj为反应产物生成的质量速率。

能量衡算的增量式为：

式中第一项为动能，第二项为位能，第三项为焓，第四项为累积速率。

其中系统的机械能衡算式即贝努利方程式为：

总动量衡算的x方向的衡算式为：

单元操作设备研究在研究清楚过程的基本原理与数学解析关系后，设计设备或创新设备就能迎刃而解了。

提取冶金单元操作设备研究有两种基本方法，即实验研究法和数学模型法。实验研究方法可以避免建立数学方程的困难，直接由条件实验确定各变量之间的关系，关联出经验方程。数学模型法是由过程的物理模型，控制体的平衡关系，建立数学模型。在一定的初始条件与边界条件下求解，并通过实验给予验证。由于它揭示了过程的本质，因此可以起到对过程“举一反三”，对物料“由此及彼”，对设备“由小到大”的作用。

展望

随着生产技术的发展，新的单元操作过程及设备还在不断的出现。例如，动态过滤技术，膜分离技术，超临界状态萃取技术等。尤其是当代计算机的发展，如计算机对单元操作过程的计算与仿真，人工智能化的应用等，都是有色金属提取冶金主要单元操作的发展方向。