冶金科学与技术的诞生和发展,始终与冶金工业的大规模生产息息相关。目前,冶金工业的生产量虽已逐渐趋于平稳,但仍是最重要的基础工业之一。随着社会的发展,人们已经意识到大自然赋予的矿产资源是有限的,并且,作为国民经济重要支柱产业之一的冶金工业,是消耗大量物质与能源的行业,也是重大的环境污染源之一,成为人们非常关注的对象,因此合理开发与利用这些宝贵资源是冶金科技工作者的重要任务。
冶金工业在20世纪的技术进步是相当迅速的,其中湿法冶金的发展尤为显著。由20世纪70年代开始,湿法冶金的发展进入到相当活跃阶段,其主要原因归纳如下:
(一)对环境保护的要求更加严格。特别是有色金属硫化矿火法冶炼时排放的含低浓度SO2烟气是主要的环境污染源之一,导致了大气中严重的酸雨危害,迫使人们更加关注无大气污染的湿法冶金清洁生产工艺。例如,在20世纪80年代,加拿大先后建成两个直接加压浸取硫化锌精矿的湿法炼锌工厂,就是在现有的传统焙烧-浸取炼锌工厂中采用加压浸取新技术扩建的,在加压浸取硫化锌矿的同时,副产出元素硫产品,既消除了SO2烟气的污染大气问题,也解决了硫酸的运输与出路问题。
(二)低品位矿石资源的开发与利用。随着天然矿床的不断开采,有的矿产资源已趋于枯竭,一些金属矿床中有用矿物的开采品位普遍下降。以铜矿石为例,铜矿的可开采品位在20世纪初是含铜1%以上,到20世纪末已降低到含铜0.2%~0.3%。有些过去难于经济利用的低品位资源,例如尾矿,表外矿或废弃的炉渣等,又重新给予注意或加以利用,如澳大利亚从过去废弃的提金尾矿中提取黄金,取得了经济效益。
(三)复杂矿石二次资源的综合利用。湿法冶金对物料中有价成分的分离,提取和综合回收利用率相对较高。对于复杂矿产资源的开发利用更多地依赖于湿法冶金的新技术,而从合理利用资源及节约能源出发,用湿法冶金方法从二次资源中回收再生有价金属及其化合物也是有效的途径之一。
(四)学科之间的交叉与相互渗透促使湿法冶金不断发展。例如,现代生物技术在冶金中的应用,发展出生物冶金(bio-metallurgy)新技术,于20世纪60年代起,已大规模工业应用于低品位铜矿的提取。近10多年来,微生物氧化预处理含砷难浸金矿的新工艺取得了成功,已在世界各地有近10个工厂建成投产。生物冶金技术有可能进一步扩展应用到其他有色金属或稀有盘属的提取工艺中,具有良好的发展前景。
在此期间,湿法冶金的研究工作也相当活跃,每年发表的湿法冶金文献占冶金学科发表论文的总数由最初的10%逐年上升。在著名的美国的《金属杂志》(Journal of metals)(现已改名为Journal of the Minerals, metals and Materials Society)上每年有一期登载有“湿法冶金”的年评报告,综述前一年有关湿法冶金的文献和发展动向,所引用的文献已由开始的每年约100篇上升到300余篇,这也可看出湿法冶金领域的活跃程度。同时,于1975年创刊的国际性杂志《湿法冶金》(Hydrometallurgy),专门刊登在水溶液或非水溶液中有关金属的湿法提取、分离及工程等方面的论文,已成为湿法冶金领域很有影响的刊物,论文的数量与质量均不断提高。另外,一些更专业化的有关分离科学与技术杂志,如《分离科学与技术》(Separation Science and Technology)于1965年、《分离与纯化方法》(Separation and Purification Method于1972年、《溶剂萃取与离子交换》(Solvent Extration and Ion Exchange)于1983年,《溶剂萃取的研究与发展》(Solvent Extraction Research and Development)于1994年相继出版,其中不少论文都涉及湿法冶金的化学与分离过程。
与此同时,湿法冶金领域的国学术会议也很活跃。自1963年召开首届国际湿法冶金学术会议,并会议决定每10年组织召开一次以来。已分别于1973年、1983年和1993年在美国召开了第二、三、四届,2003年在加拿大召开了第五届。由于10年的间隔时间过长,因此一些国家,如英国、德国、澳大利亚、中国和印度等,也纷纷举办国际湿法冶金学术会议。同时,美国金属学会(TMS)、加拿大冶金学会(CIM)、澳大利亚矿冶学会(AIMM)、日本矿冶学会(MMIJ)等,在其每年的年会上均设有“湿法冶金”的专门分会报告。大型国际溶剂萃取会议(ISEC)通常是每隔3年召开一次,论文的数量和会议的规模均是逐届增长的,其中有关金属萃取的分离化学与分离过程方面的内容所占比例较大。国际化学反应工程学术会议每隔2年召开一次,例如在1984年的第八届会议上也设有“湿法冶金”的专门分会。另外,其他更专业性的学术会议,如英国的离子交换与膜分离会议、国际贵金属会议、国际水热反应学术会议等,均涉及到湿法冶金的化学提取与分离过程。
我国的湿法冶金研究工作开始于20世纪50年代,中国科学院过程工程研究所(原化工冶金研究所)于1956年首先成立了湿法冶金研究室,在国内开创高压湿法冶金的研究工作。同时,中国科学院长春应用化学研究所、北京大学化学系等在稀土金属提取与分离方面,中国科学院上海有机化学研究所在有机萃取剂的合成与应用方面,中国科学院青海盐湖研究所在盐湖资源的开发利用方面,均开展了许多工作。国家工业部门所属的一些科研院所,如北京矿冶研究总院、长沙矿冶研究院、北京有色金属研究总院、北京有色冶金设计研究院、核工业部北京化工冶金研究院、广州有色金属研究院、郑州轻金属研究院、昆明贵金属研究所和一些省市的冶金研究所等,均在我国矿产资源的湿法提取与综合利用方面进行了大量工作。国内的高等院校,如清华大学、中南大学、昆明理工大学、北京科技大学、东北大学、华东理工大学、华南理工大学、四川大学(原成都科技大学)、西安建筑科技大学(原西安冶金建筑学院)、南方冶金学院等的冶金系、化工系以及一些综合性大学,如北京大学、复旦大学、山东大学、中山大学、辽宁大学等的化学系,都相继开展与湿法冶金提取与分离有关的应用基础和开发研究工作。在国内,主要是结合我国的重要矿产资源的开发利用,如金川矿中的镍、钴、铜和铂族金属等,包头矿中的稀土和铌等,攀枝花矿中的钛、钒、铬、钪等,还有湖南柿竹园矿和广西大厂矿等多金属复杂矿以及我国丰产的特色矿产资源(如钨、钼、锑、稀土等)的分离与提取,进行了大量的研究与开发工作,为我国的有色金属和稀有金属工业的建设和发展作出了重要贡献。
有关我国湿法冶金的研究与发展的前期工作情况,中国科学院过程工程研究所陈家镛院士曾于1983年在美国召开的第三届国际湿法冶金会议上作过题目为“中国的湿法冶金”(Hydrometallurgy in China)的大会报告,进行了较全面的评述。随后,在我国成功地召开了四届国际湿法冶金学术会议(1988年第届在北京,1992年第二届在长沙,1998年第三届在昆明,2004年第四届在西安),分别出版了会议论文集,我国学者与国外同行进行了广泛的学术交流。近10多年来,我国学者到国外参加与湿法冶金有关的国际学术会议的人数逐年增多,我国与国外同行的联系和学术交流也在加强。同时,于20世纪90年代在国内还相继出版了一些有关湿法冶金的专著,分别介绍了国内在湿法冶金领域取得的成果和进展。从总体上说,我国在湿法冶金领域的研究与发展工作,目前仍主要偏重于应用方面。
进入21世纪,我国湿法冶金的研究与发展工作仍将主要结合国家的需要,针对我国矿产资源的合理开发与综合利用,不断扩展应用领域,并建立清洁无污染的生产工艺,为国民经济建设提供各种必需的优质材料作出更大贡献。同时,也要根据学科本身发展的特点,重视开展湿法冶金的基础研究,提高研究工作水平和创新性,向新的高度发展。我国广大的湿法冶金工作者在这方面还任重而道远。