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1、 有色金属冶金技术基础知识讲座主讲人 李卫锋2007年2月 主要内容 一 基本概念二 冶金方法的分类及冶金工艺过程三 几种常用的冶金炉四 湿法炼锌的原则流程五 发展趋势 一 基本概念 1 有色金属 在元素周期表中的80种金属元素中 除Fe Mn Cr和Sb Pm Fr及十种超铀元素外的64种元素都列为有色金属 2 冶金 矿石 精矿或其他原料 金属加工处理应用 1 化学冶金 2 物理冶金 3 有色冶金的任务 把要提取的金属从成分复杂的矿物集合体中分离出来 得到粗金属产品 粗炼 再将粗金属进行提纯得到合格的精炼金属产品 精炼 4 冶金过程 应用各种化学方法或物理化学方法使原料中的主要金属与其他金属
2、或非金属元素化合物分开 以获得纯度较高的金属 1 炼前处理 2 粗炼 3 精炼 5 冶金原理 是用物理化学的基本原理来分析研究冶金过程的物化反应 内容 1 化学热力学方法 研究冶金过程的方向和平衡 以确定冶金反应进行的可能性及其限度 2 化学动力学方法 研究冶金过程的速度和机理 以分析影响冶金反应进行的因素和探索提高反应速度的途径 3 物质结构学 研究参与反应物质的结构和性质 以了解冶金反应的内在原因 6 冶金方法 是使矿石或精矿中的金属与脉石分开 并破坏金属化合物的键以游离金属且使之纯化到工业品位 7 回收率 是指原料开始到产出最终金属产品止 产出合格金属量占消耗物料金属量的百分比 8 浸出
3、率 浸出液中被提金属总量与被浸出矿物中所提金属总量的百分比 二 冶金方法的分类及冶金工艺过程 一 冶金方法的分类1 火法冶金 矿石 精矿 物理化学变化金属 如干燥 焙解 熔炼 蒸馏 真空冶金 电热冶金等 2 湿法冶金 矿石 精矿 溶解溶液金属 电解 电积 包括浸出 净化 置换沉积 电积 三大过程 近年发展的生物冶金 原地熔浸等都属于湿法冶金 3 电冶金 电能金属 分为 a 电热冶金 电能热能 如工业硅的生产 b 电化冶金 含金属盐类的水溶液 熔体 中 电化学反应 析出 金属 如Cu Zn的电解电积Li Al等的精炼 二 冶金工艺过程1 干燥 除水份 2 焙解 分解水化物或氢氧化物及碳酸盐 除去
4、其中的水份 二氧化碳及有机物等 如钨酸 氢氧化铝等 200 3 焙烧 矿石 精矿 加热 熔点 化学变化 包括有 氧化焙烧 如MeS 1 O2 MeO SO2 硫酸化焙烧 如湿法提Cu Zn等 MeS 1 O2 MeO SO2SO2 O2 SO3MeO SO3 MeSO4 Me 表示金属 氯化焙烧 矿石 精矿 氯化剂 可溶性氯化物 稀有金属冶金 如TiO2 2CaCl2 TiCl4 2CaO 还原焙烧 矿石 精矿 还原剂 低价氧化物或金属 4 烧结 粉矿 精矿 块状物料 5 熔炼 矿石 精矿 焙烧或烧结的物料 溶化 化学反应 两种或以上互不相溶的液体产物 粗金属或锍 还原熔炼 金属氧化物 焙砂
5、烧结块 还原气氛熔炼 粗金属 SnO2 CO SnO CO2SnO CO Sn CO2 氧化熔炼 利用某些元素易氧化的特性 除去合金中的杂质 2FeS 3O2 2FeO SO2 造锍熔炼 如氧化镍矿炼镍锍FeO CaS FeS CaO3NiO 3CaS Ni3S2 3CaO S23NiO 3FeS Ni3S2 3FeO S2 沉淀熔炼 置换熔炼 如炼锑Sb2S3 Fe 2Sb 3FeS 反应熔炼 MeS 2MeO 3Me SO2MeS MeSO4 2Me 2SO2 熔析熔炼 不经化学作用而将熔体分成几相 电解熔炼 利用电的化学效应在高温下将物质分离 如Mg2 2e Mg6 蒸馏 用于处理低沸点
6、金属的原料 7 精炼 将熔炼或蒸馏得到的粗金属中所含的杂质除去 得到较纯的金属 有 a 电解精炼 b 火法精炼 8 浸出 矿石 焙砂 溶剂溶液 9 净化 用水解法或置换法除去与被提金属一起进入溶液中的杂质 10 金属的沉积 将金属从溶液中沉积出来 有 a 电积法 利用电化学反应 将金属在阴极上析出 如阴极 Zn2 2e Zn阳极 SO2 2e H2O H2SO4 OZnSO4 H2O Zn H2SO4 O2 b 置换法 负电金属正电金属 如CuSO4 Fe Cu FeSO4c 水解法 金属盐类氢氧化物 碱性盐类 如NaAlO2 2H2O Al OH 3 NaOHd 化学沉积法 金属化合物金属难
7、溶盐 如Ag2SO4 NaCl 2AgCl Na2SO4 三 几种常用的冶金炉1 竖炉 用于矿物原料的焙烧 锻烧及熔炼等方面 如炼Cu Pb Sn Ni Sb的鼓风炉 Sb Hg焙烧炉 炼Mg工业的竖式氯化炉等 鼓风炉 单位生产率 床能力 a 鼓风时率 0 9 0 95 V 熔炼每吨炉料 不包括焦碳 所需的空气量 Nm3 t K0 最佳鼓风强度 Nm3 m2 min 1440K0 V t m2 d 2 火焰炉 用于加热 焙烧 熔化 熔炼 精炼等工艺 有 回转窑 用于干燥 焙烧和锻烧 如图 反射炉 用于熔炼 熔化 精炼等 炼Cu Sn Pb等 3 沸腾炉 是利用流态化技术的热工设备 用于Zn C
8、u精矿的氧化焙烧和硫酸化焙烧 含钴硫铁精矿的硫酸化焙烧 锡精矿 辉钼矿 富镍冰铜的氧化焙烧 高鈦渣的氯化焙烧 汞矿石的焙烧 如图 沸腾炉图示 4 电炉 电能热能 有 电阻炉 电弧炉 用于熔炼 炉渣贫化 熔炼产物的过热与 感应电炉 四 用湿法从硫化锌精矿生产金属锌的原则流程图 五 发展趋势1 技术进步步伐不断加快积极汲取相关学科和工程技术的新成就进行充实 更新和深化 更加深入地研究冶金热力学 金属 熔锍 熔渣 熔盐结构及物性和冶金动力学 冶金反应工程学 建立智能化热力学 动力学数据库 应用计算机逐步实现对冶金全流程进行系统最优设计和自动控制 冶金生产技术将实现生产柔性化 高速化和连续化 达到资源 能源的充分利用和生态环境的最佳保护 2 新材料发展迅速随着冶金新技术 新设备 新工艺的出现 冶金产品将在超纯净和超高性能等方面发展 有色金属向高效益 低成本 低能耗 短流程方向发展 产品科技含量高 应用于高新技术产业的新材料品种多 规格全 应用范围也逐渐扩大 3 产业向高度集中方向发展有色金属企业都在向规模化 大型化 集约化发展 实现规模化运营 扩大市场份额 谢谢
