第一篇冶金工程概论部分第部分第部分h

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1、第一篇 冶金工程概论 第1章 绪论绪论 第2章 矿矿物工程 第3章 重金属冶金概况 铜铜锌锌 张训鹏 冶金工程概论 中南大学出版社 1998 华一新 有色冶金概论 第2版 冶金工业 出版社 1986 第1章 绪论绪论 材料 是社会进步的物质基础与先导 是人类赖以生存和 发展 征服自然和改造自然的物质基础 是人类进 步的里程碑 材料从组成上可分为三大类 高分子材料 无机非 金属材料 金属材料 而金属材料是一切材料的基础 第1章 绪论绪论 要得到金属材料 第一步就是要得到金属 得到金属就必须从含有金属元素的原料中把金属提 取出来 然后制成材料 而冶金不只是制备金属材料 还可以制备无机非金 属材料

2、金属元素常常是无机非金属材料的成分之一 所以冶金也就是材料的制备 第1章 绪论绪论 冶金 1 1 冶金的概念 冶金工程就是实施从矿石和各种物料中提取 制备和加 工金属的手段与工艺过程 冶金就是从矿石及各种物料中把金属提取出来 并制备 和加工成所需要的各种材料 冶金是一门研究如何经济地从矿石或其它原料中提取 金属或金属化合物 并制成材料的科学 第1章 绪论 5 1 2 金属的分类 n有两种分类方法 1 分为铁金属 ferrous 与非铁金属 non ferrous metals 采用这种分类法的主要有欧 美 日等 2 分为黑色金属与有色金属 前苏联 我国等 第1章 绪论 6 1 2 金属的分类

3、Fe Mn Cr n因为铬和锰的生产与 铁及铁合金关系密切 n我们所指的黑色金属 主要是铁金属 1 黑色金属 第1章 绪论 7 1 2 金属的分类 2 有色金属 1 重有色金属 密度超过6 0g cm 以上的常用有色金属 Cu Pb Zn Ni Co Sn Sb Hg Cd Bi 2 轻有色金属 密度为4 5g cm 以下的常用有色金属 Al Mg Ti Na Ca K Ba 十种常用金属 铝 铜 锌 铅 镍 镁 锡 锑 钛 汞 第1章 绪论 8 1 2 金属的分类 2 有色金属 3 贵金属 Au Ag 铂及铂族元素 4 稀有金属 稀有轻金属 Li Be Rb Cs 稀有难熔金属 W Mo N

4、b Ta Zr Hf V 稀散金属 In Ge Ga Tl Se Te Re 稀土金属 Sc Y 及 La系元素 稀有放射金属 Th Pa U Ra 锕及锕系元素 第1章 绪论 9 说明 轻金属 重金属 稀有轻金属 稀有难熔金属 稀土金属 贵金属 H H HeHe Li Li 108 5108 5 0 530 53 BeBe 12771277 1 851 85 B B C C 48304830 2 262 26 N N O O F F NeNe NaNa 97 897 8 0 970 97 MgMg 650650 1 741 74 AlAl 660660 2 72 7 SiSi P P S S

5、 ClClArAr K K 63 763 7 CaCa 838838 1 551 55 ScSc 15391539 3 03 0 TiTi 16681668 4 514 51 V V 19001900 6 16 1 CrCr 18751875 7 197 19 MnMn 12451245 7 437 43 FeFe 15361536 7 867 86 CoCo 14951495 8 98 9 NiNi 14531453 8 98 9 CuCu 10831083 8 968 96 ZnZn 419 5419 5 7 147 14 GaGa 29 829 8 5 915 91 GeGe 937 4

6、937 4 5 325 32 AsAsSeSe 217217 4 794 79 BrBrKrKr RbRb 38 938 9 1 531 53 SrSr 768768 2 62 6 Y Y 15091509 4 474 47 ZrZr 18521852 6 496 49 NbNb 24152415 8 48 4 MoMo 26102610 10 210 2 TcTcRuRu 25002500 12 212 2 RhRh 19661966 12 412 4 PdPd 15521552 12 012 0 AgAg 960960 10 510 5 CdCd 320 9320 9 8 658 65 I

7、nIn 156 156 2 2 7 317 31 SnSn 231 9231 9 7 37 3 SbSb 630 5630 5 6 626 62 TeTe 449 5449 5 6 246 24 I I XeXe CsCs 28 728 7 1 901 90 BaBa 714714 3 53 5 LaLa 920920 6 176 17 HfHf 22222222 13 113 1 TaTa 29962996 16 616 6 WW 34103410 19 319 3 ReRe 31803180 21 021 0 OsOs 27002700 22 622 6 Ir Ir 24542454 22

8、 522 5 PtPt 17691769 21 421 4 AuAu 10631063 19 319 3 HgHg 38 4 38 4 13 613 6 TlTl 303303 11 811 8 5 5 PbPb 327 4327 4 11 411 4 BiBi 271 3271 3 9 89 8 PoPoAtAtRnRn Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb LuCe Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 有色金属在元素周期表中的位置 10 1 3 冶金与提取冶金 1 冶金过程 广义 矿石采矿 选矿 冶炼和加工

9、狭义 矿石或精矿的冶炼 提取冶金 从矿石中或精矿提取金属 金属化合物 的生 产过程称为提取冶金 第1章 绪论 11 1 4 冶金与提取冶金 2 提取冶金方法的分类 1 火法冶金 n在高温条件下通过一系列物理化学变化 使矿物中的金 属与脉石及其杂质分离 提取纯金属或化合物的方法 n此过程没有水溶液参加 故又称为干法冶金 n包括原料准备 熔炼和精炼三个主要工序 n特点 高温 需要热源 n过程所需能源主要靠燃料燃烧供给 也有依靠过程中的 化学反应热来提供 第1章 绪论 12 根据是否需要外加热源 火法冶金又分为自热过程和外 热过程 不需要外加热源的火法冶金过程叫自热过程 如利用反 应放出来的热或原料

10、本身的物理热的进行的火法冶金过 程 需要外加热源的火法冶金过程叫外热过程 常用的热源 有燃料燃烧 电加热等 2 提取冶金方法的分类类 第1章 绪论绪论 火法冶金的自热热和外热热 第1章 绪论绪论 火法冶金主要优缺点 污污染不易控制 不能有效的提取复杂矿杂矿 或贫矿贫矿 中 的金属 回收率低 反应应快 设备设备 少 处处理量大 流程短 占地少 投资资省 见见效快 u优优点 u缺点 2 提取冶金方法的分类类 第1章 绪论绪论 主要火法冶金单元过程 焙烧 将矿石或精矿置于适当的气氛下 加热至低于它们 的熔点温度 发生氧化 还原或其它化学变化的过程 其目的是改变原料中提取对象的化学组成 满足熔炼或 浸

11、出的要求 按控制的气氛不同 分为 氧化焙烧 还原焙烧 硫酸化 焙烧 氯化焙烧等 煅烧 焙解 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 如石灰石煅烧为石灰 氢氧化铝煅烧成氧化铝 作 电解铝原料 2 提取冶金方法的分类类 第1章 绪论绪论 主要火法冶金单元过程 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 以适应下一工序熔炼的要求 如鼓风炉熔炼 高炉炼铁 氧气底吹炼铅的物料准备 熔炼 是指将处理好的矿石 精矿或其他原料 在高温 下通过氧化还原反应 使矿物原料中有色金属组分与脉 石和杂质分离为两个液相层即金属 或金属锍 液和熔 渣的过程 也

12、叫冶炼 分为 还原熔炼 造锍熔炼 氧化吹炼 2 提取冶金方法的分类类 第1章 绪论绪论 主要火法冶金单元过程 火法精炼 在高温下进一步处理熔炼 吹炼所得的含有 少量杂质的粗金属以提高其纯度 种类 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 熔盐电解 利用电热维持熔盐所要求的高温 又利用直 流电转换的化学能自熔盐中还原金属 如铝 镁 钠 钽 铌的熔盐电解生产 2 提取冶金方法的分类类 第1章 绪论绪论 1 4 冶金与提取冶金 2 提取冶金方法的分类 2 湿法冶金 n在常温下 低于100 C 常压压或高温 100 300 C 高压压下用溶剂处理矿物 使部分组分进

13、入溶液 达到互 相分离的目的 然后再从溶液 或者沉淀物 中提取金 属或化合物的冶金方法 n因为常以水为溶剂 所以又被称为水法冶金 n主要包括浸出 分离与富集和提取过程 19 湿法冶金主要优缺点 反应应慢 流程长长 占地多 投资资大 u缺 点 能处处理复杂矿杂矿 等外矿矿和贫矿贫矿 金属的回收率高 纯纯度高 污污染少易治理 流程连续连续 便于机械化和自动动控制 劳动劳动 条件较较好 操作简单简单 u优优 点 2 提取冶金方法的分类类 第1章 绪论绪论 主要湿法冶金单元过程 浸出 溶出 用适当的浸出剂 如酸 碱 盐等水溶液 选择性地与矿石 精矿 焙砂等矿物原料中金属组分发 生化学作用 并使之溶解而

14、与其它不溶组分初步分离的过 程 浸出又称浸取 溶出 湿法分解 液固分离 将矿物原料经过酸 碱等溶液处理后的残渣与 浸出液组成的悬浮液分离成液相与固相的湿法冶金单元过 程 主要有物理方法和机械方法 重力沉降 离心分离 过滤 等 2 提取冶金方法的分类类 第1章 绪论绪论 主要湿法冶金单元过程 溶液净化 将矿物原料中与欲提取的有色金属一道溶解进 入浸出液的杂质金属除去的湿法冶金单元过程 净液的目 的是使杂质不至于危害下一工序对主金属的提取 方法主要有 结晶 蒸馏 沉淀 置换 溶剂萃取 离子交 换 电渗析和膜分离等 水溶液电解 利用电能转化的化学能使溶液中的金属离子 还原为金属而析出 或使粗金属阳极

15、经由溶液精炼沉积于 阴极 前者称为电解提取或电解沉积 简称电积 也称不溶阳极 电解 如铜电积 锌电积 后者以粗金属为原料进行精炼 称为电解精炼或可溶阳极电 解 如粗铜 粗铅的电解精炼 2 提取冶金方法的分类类 第1章 绪论绪论 主要湿法冶金单元过程 离子交换 通过离子交换的方式使溶液中的有用成分与杂 质分离的过程 溶剂萃取 通过两种不互溶的溶液中组分的分配比的不同 达到分离不同组分的目的的过程 2 提取冶金方法的分类类 第1章 绪论绪论 水处处理离子交换换 离子交换换柱浸出罐 第1章 绪论绪论 1 3 冶金与提取冶金 2 提取冶金方法的分类 3 电冶金 n利用电能来提取或精炼金属或化合物的方法

16、 把电能转化为热能 为化学反应提供 所需的热能的冶金方法 本质同火法 冶金 用电化学反应使有色金属从所含盐类 的水溶液或熔体中析出 前者称为水 溶液电解 可归入湿法冶金 后者称 为熔盐电解 可归入火法冶金 电化学冶金 电热冶金 25 主要单元过程 电炉熔炼 用电作为热源的熔炼过程 2 提取冶金方法的分类类 第1章 绪论绪论 主要单元过程 水溶液电解 通过电化学的方法从溶液中提取或精炼金属 的过程 2 提取冶金方法的分类类 第1章 绪论绪论 主要单元过程 熔盐电解 既用电做热源 又用电化学源的提取金属或 精炼金属的过程 2 提取冶金方法的分类类 注 意 任何一种金属的提取都不是一步完成的 需要分为若干个 阶段进行 一种金属的提取往往是多步冶金过程联合作用的结果 金属的提取方法取决于金属的性质 原料的情况 最终产 品的要求等 钢铁冶金主要采用火法 有色金属的提取往往是多种冶金 方法联合而制备的 2 提取冶金方法的分类类 第1章 绪论绪论 金属的冶金过程是由若干个阶段或步骤完成的 各个阶段 的冶炼方法和使用的设备不尽相同 各阶段过程间的联系及其所获得的产物间流动线路图称为 工艺流程图 可分为