冶金工程概论_冶金工程概论作业

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冶金工程概论绪论

1． 1金属及其分类

元素周期表中109个元素，其中93个为金属元素。

欧美分类：铁金属；Fe,Cr,Mn.非铁金属

前苏联：黑色金属；有色金属――我国采用此类分类方法

有色金属按密度大小，原料富集程度，发现早晚以及用途和价格又分为；重，轻，稀，贵金属四大类。

重金属；密度大于6g/cm3,如Sb（6.2）,Zn(7.14),Cu(8.95),Pb(11.34),Hg(14.2)。其产量大，用途广，价格低，又称常用有色金属或贱金属。火法加湿法提取。

轻金属；密度小于4.5g/cm3,Al（2.7）,Mg(1.74).比重金属化学性质活泼，提取较困难，采用熔盐电解或金属热还原。

贵金属；价格比常用金属贵而得名，如Au,Ag,Pt族等。与其它金属区别在于其化学活性很低，不与氧起反应，故又称惰性金属。小部分从矿石中提出，大部分从Cu,Ni,Pb,Zn冶炼过程的付产品（阳极泥）中回收。

稀有金属；已知的93种金属元素中约占60种。这类金属中有的地壳丰度小，天然资源少；有的地壳丰度大，但赋存状态分散，不易经济的提取，有的物化性质上近似不易分离成单一金属。故制取和使用得很少，得名为稀有金属。其提取方法多种多样。

稀有金属根据其物化性质，赋存状态，生产工艺等特征，又分为稀有轻金属，稀有高熔点金属，稀有分散性金属，稀土金属和稀有放射性金属等五类。

稀有轻金属；特点是密度小，如锂密度为0.53g/cm3。

稀有高熔点金属；特点是熔点高，如Ti的熔点为1660℃，W的熔点为3400℃。

稀散金属；特点是在地壳中平均分布，没有单独的矿物，更没有单一的矿床，常以微量杂质形态存在于其它矿物的晶格中。

稀土金属；包括镧系元素和化学性质近似的钪和钇共17个元素。稀土并不似土，也不稀少，地壳中含量比Pb,Zn,Sn等多几十倍，但物化性质非常近似，总是相互伴生；所有提取单独的纯金属或其化合物都相当困难。

稀有放射性金属；习惯上不视为普通提取冶金的对象。

1．2 金属产量和价格

p3 图1－2

1．3 冶金和冶金方法

冶金是一门研究如何经济地从矿石或精矿或其它原料中提取金属或化合物，并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。

广义的冶金包括采矿，选矿，冶炼和金属加工。由于科技进步和工业发展，采矿，选矿和金属加工已形成各自独立的科学。狭义的冶金是指矿石或精矿的冶炼，即提取冶金。

冶金又分为物理冶金（性能――结构）和化学冶金（性能――成分）；即提取冶金。它研究火法冶炼，湿法提取或电化学沉积等各过程的原理，流程，工艺及设备，故又称过程冶金学。

冶金方法；

（1）火法冶金；在高温下矿石或精矿经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中金属与脉石

和杂质分开，获得纯金属的过程。包括备料，熔炼，精练三个工序。

（2）湿法冶金；在常温（低于100℃）常压或高温（100－300℃）高压下，用溶剂处理

矿石或精矿，使所要提取的金属溶解于溶液中，而其它杂质不溶解，然后再从溶液中将金属提取和分离出来的过程。它包括浸出，分离，富集和提取等工序。

（3）电冶金；利用电能提取和精练金属的方法。按电能利用形式可分为两类； 电热冶金；利用电能转变成热能，在高温下提炼金属，本质与火法冶金相同。

电化学冶金；用电化学反应使金属从含金属的盐类的水溶液或熔体中析出。

水溶液电解；如铜的电解精炼和锌的电解沉积，属湿法冶金。

熔盐电解；如铝电解，属火法冶金。

冶金方法的采用：

（1）节能

（2）环保

（3）处理低品位矿

（4）综合利用

1．4冶金工艺流程和冶金过程

黑色金属矿石的冶炼：一般情况下，矿石成分单一，常采用火法处理，即使矿石成分较为复杂，通过火法处理后，也能促使其伴生的有价进入渣中，再处理渣提取有价金属。如高炉冶炼钒钛磁铁矿。

有色金属矿石的冶炼：由于其矿石的成分极为复杂，含有多种金属矿物，不仅要提取或提纯某种金属，还要考虑综合回收各种有价金属，以充分利用资源和降低生产成本。考虑冶金方法时，要用多种方法才能完成。

工艺流程图：各工序间的联系及其所获得的产品（包括中间产物）间流动线路图。设备连接图；表示主要设备间的联系。

原则流程图；表示各阶段作业间的联系。

数质量连接图；表示各阶段所获产物的数量和质量的情况。

冶金工艺过程；由单元冶金过程组成。

（1）焙烧；在适当气氛下，加热至低于熔点温度，发生氧化，还原或其它化学变化的过

程。其目的改变原料中提取对象的化学组成，满足熔炼或埐出的要求。按气氛不同分为氧化焙烧，还原焙烧，硫酸化焙烧，氯化焙烧等.（2）煅烧；将碳酸盐或氢氧化物的矿物原料在空气中加热分解，除去二氧化碳或水分变

成氧化物的过程，又称焙解。如石灰石煅烧成石灰；氢氧化铝。

（3）烧结和球团；将粉矿或精矿经加热焙烧，固结成多孔状或球状的物料，以适应下一

工序的要求。如铁矿粉的烧结，铅精矿的烧结。

（4）熔炼；在高温下（熔点以上）通过氧化还原反应，使矿物原料中金属组分与脉石和

杂质分离两个液相层即金属（或金属锍）熔体和熔渣的过程，也叫冶炼。按作业条件可分为还原熔炼，造锍熔炼和氧化吹炼等。

（5）火法精炼；在高温下处理含少量杂质的粗金属，以提高其纯度。如生铁经氧化精炼

成钢。火法炼锌得到的粗锌，再经蒸馏精炼得纯锌。其种类有氧化精炼，硫化精炼，氯化精炼，熔析精炼，碱性精炼，区域精炼，真空冶金，蒸馏等。

（6）浸出：用适当的浸出剂选择性地与原料中金属组分发生化学作用，使其溶解而与其

它不溶组分初步分离的过程。浸出又称浸取（重金属冶金）,溶出（轻金属冶金），湿法分解（稀有金属冶金）。

（7）液固分离：将残渣与浸出液组成的悬浮液分离成液相和固相的湿法冶金单元过程。

主要用物理方法和机械方法，如重力沉降，离心分离，过滤等。

（8）溶液净化；将浸出液中杂质除去的湿法冶金单元过程。其方法多种多样，主要有结

晶，蒸馏，沉淀，置换，溶剂萃取，离子交换，电渗析和膜分离。

（9）水溶液电解；利用电能转化为化学能使溶液中的金属离子还原成金属而析出，或使

粗金属阳极经由溶液精炼沉积于阴极。前者为电积，也称不溶阳极电解。后者为电解精炼或可溶阳极电解。

（10）熔盐电解；利用电热维持熔盐所要求的温度，又利用直流电转化的化学能自熔盐中

还原金属。

1．5冶金工业在国民经济中的地位和作用

冶金工业与能源工业和交通运输业一样是构成国民经济的基础产业。能源技术，信息技术和材料技术是人类现代文明的三大支柱。材料是人类社会发展的物质基础和先导，没有金属材料便没有人类的物质文明。

钢铁是用途最广泛的金属材料，占使用金属的90％以上。目前我国是世界上第一钢铁大国，但还不是钢铁强国，我国的钢铁工业将以提高质量，扩大品种，降低成本和节约原材料和能源为中心，进一步发展现代化钢铁冶炼技术。

世界有色金属产量仅占钢产量的7％左右，我国目前只占4.8%，但有色金属具有许多特殊的优良性能，如导电，导热性好，密度小，化学性能稳定，耐热，耐酸碱和耐腐蚀，工艺性能好等特点是许多工业部门不可缺少和不可替代的材料。我国有色金属工业具有潜在的资源优势，矿产资源潜在总值仅次于前苏联和美国而居世界第三位，是资源总量丰富，储量可观，品种齐全，资源配套程度较高的少数国家之一。我国有色金属工业的发展目标是充分利用有色金属资源，依靠科技进步，高效率，低成本，节能降耗，减少污染，提高综合利用水平，生产品种齐，纯度高，质量优的更多有色金属及材料。