《2002级冶金工程-冶金学试题2及答案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2002级冶金工程-冶金学试题2及答案.doc（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2005年度冶金学考试题 (A卷) 一、概念题（任选5题，每题4分，总20分）1. 铝酸钠溶液分子比2. 铝电解质分子比4. 漂浮状态熔炼5. 焦比6. 拉速二、简述题（任选6题，每题9分，总54分）1、高炉区域可划分哪几个区？并阐述各区的主要反应及特征。2、在转炉吹炼过程终了时，为什么钢液中会有“余锰（残锰）”，余锰含量的高低受哪些因素的影响？3、与模铸相比，钢的连铸体现哪些优越性？1. 拜耳法生产氧化铝的基本原理。2. 为什么用拜耳法工艺处理A/Si较高的铝土矿比较合理？3. 氧化铝生产过程中，含硅矿物所造成的危害主要有哪些? 密闭鼓风炉的床能率和冰铜品位低的主要原因是什么？简述粗铜火法精
2、炼中氧化过程的基本原理。6. 稀土精矿分解概括有几种方法，各方法适用于分解那类矿物？工业中应根据那些原则选择适宜的工艺流程？三、综合题（任选2题，每题13分，总26分）1. 已知：铜冶金炉渣的Fe/SiO2比 R = 2.0， T = 1300，CuO0.5=0.04，(S(sl)=1.1%，(Cu(mt)=38%。求：(Cu(Sl)2. 混合稀土矿配分的氯化稀土原料，经以镨钕为界线分离后，反萃液中稀土浓度为1.4mol/L,其中各稀土元素的摩尔百分比为：Nd2O3 89.3%, Sm2O3 7.0%,Eu2O3 1.0%,Gd2O3+重稀土2.7%。现用酸性磷型萃取剂提取Nd2O3，并要求其
3、纯度PB199.99%,收率YB99.5%。已知Sm/Nd=Sm/Nd=8.0。试计算分馏萃取的优化工艺参数。2005年度冶金学考试题（A卷）标准答案一、概念题（任选5道题，每道题3分，总15分）1. 指铝酸钠溶液中氧化钠与氧化铝的分子个数比（摩尔数比）。2. 指电解质体系中氟化钠与氟化铝的分子个数比（摩尔数比）。3. 指氧化铝生产过程中发生的氢氧化钠生成碳酸钠的反应。4. 铝电解的阳极反应主要是氧和碳的反应。（3O2-+1.5C6e=1.5CO2）5. 高炉利用系数：一昼夜每立方米有效容积所生产的合格铁水量，单位t/(m3.d)。6. 拉碳法：就是熔池中含碳量达到出钢要求是停止吹氧，即吹炼终
4、点符合终点的具体目标，不需要再专门向熔池中追加增碳剂增碳。二、简述题（任选6道题，每道题8.5分，总51分）1. 答：拜耳法基本原理主要包括两条：（1）用NaOH溶液溶出铝土矿所得的铝酸钠溶液在添加晶种，不断搅拌和逐渐降温的条件下，溶液中的氧化铝便呈Al（OH）3析出；（2）分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用来溶出新的一批铝土矿2. 答案要点：（1） 硅主要以水合铝硅酸钠的形式脱除，铝土矿中的硅造成铝、钠的化学损失，1kg硅会造成1kg铝的损失。（2） 铝的理论溶出率，=(A-S)/A若A/S越小，较低，氧化铝回收率低，不利于氧化铝生产。3. 答案要点：（1）硅主要形成水合铝硅酸钠，造成
5、铝、钠损失；（2）形成结疤，降低传热系数；（3）影响产品质量。（4）大量水合铝硅酸钠生成会增大赤泥量，影响赤泥分离和洗涤。4. 答：冰铜吹炼分两个阶段，造渣期和造铜期。 造渣期主要反应：2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2 ；2FeO + SiO2 = 2FeOSiO2 造渣期主要反应：2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2 ；Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + SO25. 答案要点： 湿法炼锌浸出过程中为了使浸出液中的Fe2+尽可能地全部氧化成Fe3+除去，采用空气鼓风的方法进行搅拌，而净液过程中为了除Cu、Cd、Co等杂质加入锌粉，考虑到空气搅拌会使锌粉氧化
6、损失，因此净液过程中采用的是机械搅拌。6. 答：精矿分解的方法很多，概括起来可以分为酸分解法、碱分解法、氧化焙烧法和氯化法四大类，即：（1）酸分解法包括硫酸、盐酸和氟氢酸分解等。硫酸分解法适用于处理磷酸盐矿物（如独居石、磷钇矿）和氟碳酸盐矿物（氟碳铈矿）。盐酸分解法应用有限，只适于处理硅酸盐矿物（如褐帘石、硅铍钇矿）。氢氟酸分解法，适于分解铌钽酸盐矿物（如褐钇铌矿、铌钇矿）。酸分解法的特点是分解矿物能力强，对精矿品位、粒度要求不严，适用面广，但选择性差，腐蚀严重，操作条件差，三废较多。（2）碱分解法主要包括氢氧化钠分解和碳酸钠焙烧法等，它适合对稀土磷酸盐矿物和氟碳酸盐矿物的处理。对于个别难分解
7、的稀土矿物亦有采用氢氧化钠熔合法的。碱法分解的特点是：工艺方法成熟，设备简单，综合利用程度较高。但对精矿品位与粒度要求较高，污水排放量大。（3）氧化焙烧方法主要用于氟碳铈矿的分解。焙烧过程中氟碳铈矿被分解成稀土氧化物、氟氧化物、二氧化碳及氟的气态化合物，其中三价的铈氧化物同时被空气中的氧进一步氧化成四价的氧化物。该方法的缺点是氟以气态化合物随焙烧尾气进入大气中，对环境有一定的污染，优点是焙烧过程中无须加入其它的焙烧助剂，并且利用四价铈与三价稀土元素的化学性质上的差别，可以采用硫酸复盐沉淀或盐酸优先溶解三价稀土元素的措施，优先将占稀土配分约50%的铈提取出来。这使得进一步的稀土萃取分离工艺过程简
8、化，生产成本降低。碳酸钠焙烧法、氧化钙焙烧法以及在焙烧过程中具有三价的铈氧化物被进一步氧化成四价的氧化物特点的分解方法都具有优先分离铈的优点。（4）氯化法分解稀土精矿可以直接制得无水氯化稀土，便于熔盐电解制取混合稀土金属。氯化工艺是将碳与稀土精矿混合，制团，在竖式氯化炉的高温下直接通入氯气，根据生成不同氯化物的沸点差异，可同时得到三种产物：稀土和钙，钡等金属的氯化物，呈熔体状态流入氯化物熔盐接收器；将底沸点的氯化物（钍，铀，铌，钽，钛，铁，硅等）为气态产物，收集在冷凝器内，并送综合回收；未分解的精矿与碳渣等高沸点成分则为残渣。氯化法目前由于设备的耐氯腐蚀材料较难解决，放射性元素钍分布在三种产物
9、中，所得熔盐成分复杂，劳动条件较差等问题的存在而在我国尚为被工业采用。稀土精矿的分解方法很多，通常根据下列原则选择适宜的工艺流程：（1） 精矿中稀土矿物的化学性质、稀土品位、其它非稀土化学成分等特点，以求得高的分解率。（2） 产品方案、原材料的供应和价格以及消耗情况，以求得高的经济效益。（3） 便于回收有价元素和综合利用。（4） 有利于劳动卫生与环境保护。7. 答：570Fe2O3Fe3O4FeOFe570 Fe2O3Fe3O4Fe8. 答：熔渣氧化性在炼钢过程中的作用体现在对熔渣自身的影响，对钢水的影响和对炼钢操作工艺影响三个方面。（1）影响化渣速度，渣中FeO能促进石灰溶解，加速化渣，改善
10、炼钢反应动力学条件，加速传质过程；影响熔渣粘度，避免炼钢渣“返干”；影响熔渣向熔池传氧。（2）影响钢水含氧量O，熔渣氧化性强，则钢水含氧量高；影响钢水脱磷，熔渣氧化性强，有利于脱磷。（3）影响铁合金收得率，氧化性强，降低铁合金收得率；影响炉衬寿命，熔渣氧化性强，炉衬寿命降低；影响金属收得率，熔渣氧化性越强，金属收得率越低。三、计算题（每道题17分，总34分）1. 解：Dd = nFDCi / = 296500(0.7210-5)(0.004/63.54)0.07= 1.2510-3 (A/m2) =2.8710-6=0.000287%2. 解：（1）确定分离界限根据酸性磷型萃取剂萃取稀土的序列
11、可知Nd2O3为难萃组分，Sm2O3和其余稀土为易萃组分，分离界限选择在Sm/ Nd间，因此有：Sm/Nd= Sm/Nd=A/B=A/B=8.0f Nd2O3=fB=0.893, f Sm2O3+重稀土=fA=0.107P Nd2O3= PB1=0.9999, YB=0.995（2）计算分离指标此题属于以B为主要产品，规定了PB1和,YB类型的工艺，可按前所述三种分离指标计算方法的（2）计算本题中分离指标。b=PB1/(1-PB1)/fB/fA=(0.9999/0.0001)/(0.893/0.107)=1198.089 a=(b- YB)/b(1- YB)=(1198.089-0.995)/
12、1198.089(1-0.995)=199.849 PAn+m= afA /(fB+afA)= 199.8490.107 /(0.893+199.8490.107)=0.96 fB=fBYB/PB1=0.8930.995/0.9999=0.889fA=1- fB=0.111YA=a(b-1)/(ab-1)199.849(1198.089-1)/(199.8491198.089-1)=0.999（3）判别控制段水相进料的控制段判别值为/（1+），代入=8.0，并与fB=0.889比较得出， fB/（1+）=2828/（1+2.828）=0.739根据表3-5中的判别原则，本题的萃取过程属于萃取段
13、控制。（4）计算优化工艺参数和级数遵照表3-5所示的程序，工艺参数计算如下：Em=1/=1/8=0.354 Em= EmfB/( Em-fA)=0.3540.889/(0.354-0.111)=1.296S= EmfB/(1- Em)=0.3540.889/(1-0.354)=0.488 W=S-fA0.488-0.111=0.377n= lnb/lnEM=ln1198.089/ln(8.00.354)=6.8097级 m+1= lna/ln(/EM)=ln199.849/ln(8.0/1.296)=2.93级m2（5）计算流比当有机相饱和萃取量Cs=0.20mol/L,洗液酸度CH=4.5m
14、ol/L,并已知料液稀土浓度CF=1.4mol/L,可将质量流量换算为体积流量。VF=MF/CF=1/ 1.4=0.714L/minVS=S/CS=0.488/0.20=2.44L/min VW=3W/CH=30.377/4.5=0.251L/min流比为：VS/ VF1VW/ VF=3.41710.352（6）计算浓度分布 题中PB1=0.9999为高纯度，则M1= fB=0.889；PAn+m=0.96不是高纯度，因此 Mn+m=MFfAYA/Pn+m=10.1070.999/.96=0.111。水相出口 (M)1=M1/（VF+VW）=0.889/(0.714+0.251)=0.921mol/L萃取段 (M)i=(MF+W)/（VF+VW）=(1+0.377)/(0.714+0.251)=1.427mol/L洗涤段 (M)j=W/VW=0.377/0.251=1.502mol/L有机相出口 (M)n+m=Mn+m/VS=0.111/2.44=0.045mol/L
