有色冶金概论-绪论课件

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1、有色冶金概论 -绪论,刘松利 2015年9月,1,课程教学目的,本门课程属于专业方向课，通过对有色冶金基本原理、主要设备、生产工艺等的学习学习，能较全面、系统的认识和掌握有代表性的几种有色金属冶金过程的原理和实践，为今后从事有色冶金生产、设计、科研和管理等方面工作奠定必要的基础。,2019/7/20,2,有色冶金概论教学形式 1、 课堂教学 2、 录像教学 3、 自学讨论 成绩构成： 出勤率： 10 平时作业：10 研讨： 10 期末成绩：70,内容提要,1 有色金属简史及分类 2 有色金属资源及地位 3 有色金属提取冶金 4 有色金属冶金展望,4,1 有色金属简史及分类,5,6,7,1.3

2、有色金属分类,8,有色金属：是指铁、铬、锰以外的金属。 80种,半金属,9,10,11,（4）稀有金属元素分类,在元素周期表109个元素中，稀有金属元素占有70个，按这些元素的物理性质和在自然界中的特点可分为6类： 1）稀轻元素4个，比重在0.53-1.87 t/m3间 锂 铷 铯 铍 Li Rb Cs Be 0.53 1.55 1.87 1.85,12,这些元素碱性强，也称稀碱元素。其主要化学特点是： （）与水剧烈反应，放出大量的热； （）与非金属元素氧、硫、氟、氯、溴、碘反应强烈，形成相应的化合物。也正是由于这原因，锂、铷、铯、铍在自然界中不能以金属存在。,13,2）稀散元素 7个 镓 铟

3、 铊 锗 硒 碲 铼 Ga In Tl Ge Se Te Re 镓 铟 铊 第主族元素，电子层结构为ns2np1,可以同族金属形成二元化合物，如GaAs； 锗 硒 碲 第主族元素，电子层结构为ns2np2，具有金属与非金属过渡性质； 铼 第副族元素，熔点3180（高熔点）。,14,3）高熔点金属9个（包括Re） 钛，锆，铪，钒，铌，钽，钨，钼，(铼) Ti Zr Hf V Nb Ta W Mo Re （） 1660 2150 2740 3410 3180 1852 1900 2996 2610 Ti 熔点高，硬度大，抗腐蚀性强。,15,Hf 熔点高，抗腐蚀性强，具有良好的加工性能，用于核工业的

4、中子防护材料，10%Hf-Nb合金作登月火箭喷嘴， 2%Hf-Ta-W合金作宇宙飞船防护层，Hf粉作火箭推进器。 一颗直径为 127mm 的铪炮弹，其能量相当于 2000吨TNT，爆炸力相当于1945年投到广岛原子弹的1/7。 科学家计算出 1克 铪所储存的能量相当于 1克TNT 炸药威力的5万倍。 美国国防部高级研究计划局在 2004 财政年拨款 1000 万美元，2005 年再拨 2000 万美元以加大铪弹研发的力度。,16,4）稀有贵金属（铂族金属）6个 钌， 铑， 钯， 锇， 铱， 铂 Ru Rh Pd Os Ir Pt 与金，银同属于贵金属，但由于其在自然界的存量稀少，也称稀贵金属。

5、 稀贵金属的化学稳定性很强，多用于有机合成过程的催化剂。,17,5）稀土金属17个 镧系元素15个， 钪， 钇 6）放射性金属元素24个 钋 Po, 钫 Fr ，镭 Ra 锕，钍，镤，铀，镎，钚，镅，锔， 锫， Ac Tu Pa U Np Pu Am Cm Bk 锎，锿，镄，钔，锘，铹(锕系元素15个） Cf Es Fm Md No Lr 104-109人造元素6个 Rf, Ha, Unh, Uns, Uno, Une,18,19,2 有色金属资源及地位,20,在13种主要金属原料的地区分布前五位排名上，我国除锡（占14.8%）和钼（占6.0%）外，其余都榜上无名。,21,22,23,24,2

6、5,26,27,3 有色金属提取冶金,28,(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、真空冶金等。 2.湿法冶金:矿石(精矿) 溶解 溶液 金属。,29,电解、电积,3.1 冶金方法的分类及冶金工艺过程,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、原地溶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）,30,31,3.2 冶金工艺过程 1.干燥: 除水份。 2.

7、焙解: 分解水化物或氢氧化物及碳酸盐，除去其中的水份、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+1O2=MeO+SO2 硫酸化焙烧,如湿法提Cu、Zn等： MeS+1O2=MeO+SO2 SO2+O2=SO3 MeO+SO3=MeSO4,32,（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）熔化（化学反应）

8、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、烧结块）还原气氛熔炼粗金属。 SnO2+CO=SnO+CO2 SnO+CO=Sn+CO2,33,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+CaO 3NiO+3CaS=Ni3S2+3CaO+S2 3NiO+3FeS=Ni3S2+3FeO+S2 沉淀熔炼（置换熔炼）：如炼锑 Sb2S3+Fe=2Sb+3FeS,34,反应熔炼：MeS+2MeO=3Me+SO2 MeS+MeSO4=2Me+2SO2 熔析熔炼：不经化学作用而将熔

9、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=Mg 6.蒸馏：用于处理低沸点金属的原料。 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。,35,8.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：Zn 2+ +2e=Zn 阳极：SO42-+2e+H2O=H2SO4+ O2 ZnSO4 +H2O=Zn+H2SO4+O2,36,b.置换法：负电金属 正电

10、金属。如 CuSO4+Fe=Cu+FeSO4 c.水解法：金属盐类 氢氧化物(碱性盐类)。如 NaAlO2+2H2O=Al(OH)3 +NaOH d.化学沉积法：金属化合物 金属难溶盐。如 Ag2SO4+NaCl=2AgCl+Na2SO4,37,38,39,40,41,3.4 几种常用的冶金炉 1.竖炉：用于矿物原料的焙烧、煅烧及熔炼等方面。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.m

11、in,42,1440K0,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、焙烧和煅烧。如图：,43,.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、Cu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）,44,45,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、熔炼产物的过热与保温； 感应电炉。,46,47,3.5 用湿法从硫化锌精矿生产金属锌的原则流程图,48,3.6

12、 我国有色冶金工业的发展现状和目标,到2000年底，我国规模以上有色金属工业企业近3000家，总资产3100亿元，从业人员130万人。 2000年10种主要有色金属冶炼能力为900万吨，其中铜160万吨，铝330万吨，铅120万吨，锌220万吨；铜加工能力为256万吨，铝材加工能力为335万吨。 2007年,我国10种有色金属总产量达2360.52万吨。铜300万吨，铝500万吨。,49,(1) 95年以来我国有色金属产销量持续增长，其产销量见表1-1。 表1-1 近年我国有色金属产销量(万吨),3.6.1 “九五”期间我国有色金属工业取得的主要成绩,50,(2) 我国已成为世界有色金属生产大

13、国。世界有色金属生产大国的产量及位次见表1-2。,表1-2 世界有色金属生产大国的产量及位次(万吨),中国 239 6 395 4 503 2 616 2,51,表1-3 近几年来我国10种常用有色金属产量（单位：万吨）,2002年，中国有色金属产量为1012万吨，第一次超过美国，成为世界有色金属第一生产大国。2003年达到1182万吨，第二次居世界第一位。2004年达到1398万吨，第三次居世界第一位，2005年达到1631.8万吨，连续四年居世界第一位。,52,(3) 进出口贸易有较大幅度增长。 随着有色金属产量年均增长率的提高，改变了我国有色金属长期短缺的状况。目前我国在常用金属中，除了

14、铜因受资源限制尚存缺口外，铝的供需已基本平衡，铅锌自给有余，镁产量激增，大量进入国际市场，钨、锡、锑、钼和稀土等传统出口产品仍保持一定的出口规模，我国已成为有色金属冶炼产品净出口国。 (4) 部分大企业技术装备水平明显提高。 通过对重点企业的改扩建项目的实施，采用了世界上最先进的铜、铝冶炼技术与装备，如奥托昆普闪速熔炼、诺兰达熔池熔炼、拜耳法生产氧化铝、300kA预焙阳极铝电解槽等，使一批有色金属生产基地的工艺技术装备达到了国际先进水平。,53,(5) 依靠科技进步，主要技术经济指标明显改善。 通过推广强化熔炼、铝电解槽大型化、低浓度SO2烟气制酸等先进技术，有色金属主要经济指标提高了很多。,

15、54,3.6.2 制约21世纪有色金属工业可持续发展的主要问题,矿山资源紧缺，形势严峻。 我国铜品位低，大型铜矿少，可供利用的资源严重不足，难以满足铜工业发展要求。2000年铜精矿进口量达31万吨， 2004年铜矿进口总量为288万吨，铜（包括阳极铜、精炼铜和铜合铝土矿储量虽然丰富，但大多属于高铝、高硅、低铁的一水硬铝石，矿石的溶出性差，与国外高铝硅比、易溶出的三水铝石相比，在氧化铝回收率、碱耗和综合能耗方面有较大差距。铅、锌、钨、锡、锑、稀土矿资源比较丰富，但富矿多数已被开发利用。 (2) 产品结构不合理。 到2000年底，我国10种有色金属矿山原料年生产能力为550万吨，而冶炼能力达900万吨，矿山建设严重滞后于冶炼。,55,(3) 生产集中度低。 全国共有电解铝厂116家，平均规模2.4万吨/a，超过10万吨/a的企业只有8家，占总能力的40。50家铜冶炼厂，平均规模仅2万吨/a，超过10万吨的企业只有9家，占总能力的50。770多家铅锌冶炼厂，平均规模0.3万吨/a，超过5万吨/a的企业有11家，占总能力的50。而发达国家铜冶炼和电解铝厂的规模一般都在2