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1、第一节 冶金工艺概述 第二节 钢铁冶炼 第三节 有色金属冶炼,第一章 金属材料的制备冶金,第一节 冶金工艺概述,引言：绝大多数金属元素（除Au、Ag、Pt）都以氧化物、硫化物等化合物形式存在地壳之中。因此，要获得金属及其合金，必须首先将金属元素从矿物中提取出来，再对粗炼产品进行精练提纯和合金化处理，然后浇注成锭，加工成形，才能得到所需成分、组织和规格的金属材料。,分类：冶金工艺分为火法冶金、湿法冶金、电冶金及真空冶金等。,1 火法冶金,定义：利用高温从矿石中提取金属或其化合物的方法。,工艺过程：,Ore preparation,smelting,refining,第一节 冶金工艺概述-火法冶金
2、,1）矿石准备（Ore preparation）,第一节 冶金工艺概述-火法冶金,第一节 冶金工艺概述-火法冶金,2）矿石冶炼 ( smelting ),第一节 冶金工艺概述-火法冶金,3）矿石精炼 ( refining),工艺方法分类：,火法冶金,提取 冶金,真空 冶金,喷射 冶金,氯化 冶金,第一节 冶金工艺概述-火法冶金,2 湿法冶金,定义：利用一些化学溶剂的化学作用，在水溶液或非水溶液中进行包括氧化、还原、中和、水解和络合等反应，对原料、中间产物或二次再生资源中的金属进行提取和分离的冶金过程。,工艺过程：,第一节 冶金工艺概述-湿法冶金,3 电冶金,定义：利用电能从矿石或其它原料中提取
3、、回收、精炼金属的冶金过程。,第一节 冶金工艺概述-电冶金,工艺分类：,1)电热熔炼 ：直接用电加热生产金属的一种冶金方法。包括电弧熔炼、等离子熔炼和电磁熔炼等。 2)水溶液电解：应用水溶液电解精炼金属的冶金方法。 3)熔盐电解：直接利用高导电率、低熔点的熔盐作为电解质在熔池中进行电解。,第一节 冶金工艺概述-电冶金,第一节 冶金工艺概述-电冶金,概述：Fe在地壳中的含量为5左右，在金属中仅次于铝， 除陨石外，纯铁在地壳中还未见到，铁容易与其它元素化合，特别是与氧化合，因此铁矿石多以氧化物形式存在。 铁矿石中除铁的氧化物外，还有其它元素的氧化物(SiO2、MnO2 等)，统称脉石。,第二节 钢
4、铁冶炼,1 生铁冶炼,第二节 钢铁冶炼,炼铁的目的：使铁从铁的氧化物中还原，并使还原出的铁与脉石分离。,1)原料：脉石、熔剂（如CaCO3用于造渣）、耐火材料及 燃料（焦炭）等。 2)冶炼生铁的主要装置：高炉,第二节 钢铁冶炼,第二节 钢铁冶炼,3) 炼铁时高炉中的物理化学过程,4)炼铁产品及副产品：,生铁（主要产品）： 炉渣（副产品）：含SiO2、CaO和Al2O3的铝硅酸盐，主要用于生产水泥。 煤气（副产品）：含26左右的CO，用作燃料。,第二节 钢铁冶炼,2、钢铁冶炼,第二节 钢铁冶炼,炼钢的基本过程：,铁元素氧化： 2FeO22（FeO）,铁元素再还原：,第二节 钢铁冶炼,2P + 5
5、FeO + 4CaO = 5Fe + 4CaOP2O5 FeS + CaO = FeO + CaS,由于P、S元素的存在严重影响钢的性能，所以必须脱除。,造渣除P、S：,脱氧：消除钢中的氧化杂质，提高钢的质量。,合金化：按照不同钢种对合金元素成分的要求，进行合金化处理。,第二节 钢铁冶炼,炼钢的常见工艺：,碱性平炉炼钢：以液态生铁或废钢为原料；利用炉气和矿石供氧；以气体或液体燃料供热。,第二节 钢铁冶炼,电弧炉炼钢：利用石墨电极和金属炉料之间形成的电弧高温(通常5000一6000)加热和熔化金属，金属熔化后加入铁矿石、熔剂等，吹氧，加速钢中的碳、硅、锰、磷等元素的氧化。,当碳、磷含量合格时，扒
6、去氧化性炉渣再加入石灰、萤石、电石、硅铁等造渣剂和还原剂，形成高碱度还原渣，脱去氧和硫。,第二节 钢铁冶炼,氧气顶吹转炉炼钢： 熔池搅拌；放热升温；无需燃料。现代冶炼碳钢和低合金钢的主要方法。,第二节 钢铁冶炼,第二节 钢铁冶炼,铜在地壳中的含量只有0.01，在自然界中大多以硫化物和氧化物的形式存在于各种伴生矿中。 一般，硫化铜矿采用火法冶炼；氧化铜矿采用湿法冶炼。,1、铜的冶炼,第三节 有色金属冶炼-铜的冶炼,第三节 有色金属冶炼-铜的冶炼,第三节 有色金属冶炼-铜的冶炼,目前，湿法冶炼的发展出现新的契机，基于环保的要求，湿法冶炼的地位显示出不可取代的作用。,铜的湿法冶炼：,第三节 有色金属冶炼-铜的冶炼,铝的化学性质活泼，不能通过各种化学处理直接还原得到粗金属，所以长期以来铝价格极高。 后来，人类发现电解法很容易制备金属铝，铝的价格大约降低了20倍。 电解法制备金属铝必须包括两个环节：一是从含铝的矿石中制取纯净的氧化铝；二是采用熔盐电解氧化铝得到纯铝。,2 铝的冶炼,第三节 有色金属冶炼-铝的冶炼,氧化铝的制备（湿碱法和干碱法）,第三节 有色金属冶炼-铝的冶炼,氧化铝的电解,第三节 有色金属冶炼-铝的冶炼,铝的生产流程示意图,第三节 有色金属冶炼-铝的冶炼,铝冶炼的主要过程：,第三节 有色金属冶炼-铝的冶炼,
