2002級冶金工程-冶金學(xué)試題2及答案.doc

2005年度冶金學(xué)考試題 (A卷) 一、概念題（任選5題，每題4分，總20分）1. 鋁酸鈉溶液分子比2. 鋁電解質(zhì)分子比4. 漂浮狀態(tài)熔煉5. 焦比6. 拉速二、簡述題（任選6題，每題9分，總54分）1、高爐區(qū)域可劃分哪幾個區(qū)？并闡述各區(qū)的主要反應(yīng)及特征。2、在轉(zhuǎn)爐吹煉過程終了時，為什么鋼液中會有“余錳（殘錳）”，余錳含量的高低受哪些因素的影響？3、與模鑄相比，鋼的連鑄體現(xiàn)哪些優(yōu)越性？1. 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理。2. 為什么用拜耳法工藝處理A/Si較高的鋁土礦比較合理？3. 氧化鋁生產(chǎn)過程中，含硅礦物所造成的危害主要有哪些? 密閉鼓風(fēng)爐的床能率和冰銅品位低的主要原因是什么？簡述粗銅火法精煉中氧化過程的基本原理。6. 稀土精礦分解概括有幾種方法，各方法適用于分解那類礦物？工業(yè)中應(yīng)根據(jù)那些原則選擇適宜的工藝流程？三、綜合題（任選2題，每題13分，總26分）1. 已知：銅冶金爐渣的Fe/SiO2比 R = 2.0， T = 1300，CuO0.5=0.04，(S(sl)=1.1%，(Cu(mt)=38%。求：(Cu(Sl)2. 混合稀土礦配分的氯化稀土原料，經(jīng)以鐠釹為界線分離后，反萃液中稀土濃度為1.4mol/L,其中各稀土元素的摩爾百分比為：Nd2O3 89.3%, Sm2O3 7.0%,Eu2O3 1.0%,Gd2O3+重稀土2.7%。現(xiàn)用酸性磷型萃取劑提取Nd2O3，并要求其純度PB199.99%,收率YB99.5%。已知Sm/Nd=Sm/Nd=8.0。試計算分餾萃取的優(yōu)化工藝參數(shù)。2005年度冶金學(xué)考試題（A卷）標準答案一、概念題（任選5道題，每道題3分，總15分）1. 指鋁酸鈉溶液中氧化鈉與氧化鋁的分子個數(shù)比（摩爾數(shù)比）。2. 指電解質(zhì)體系中氟化鈉與氟化鋁的分子個數(shù)比（摩爾數(shù)比）。3. 指氧化鋁生產(chǎn)過程中發(fā)生的氫氧化鈉生成碳酸鈉的反應(yīng)。4. 鋁電解的陽極反應(yīng)主要是氧和碳的反應(yīng)。（3O2-+1.5C6e=1.5CO2）5. 高爐利用系數(shù)：一晝夜每立方米有效容積所生產(chǎn)的合格鐵水量，單位t/(m3.d)。6. 拉碳法：就是熔池中含碳量達到出鋼要求是停止吹氧，即吹煉終點符合終點的具體目標，不需要再專門向熔池中追加增碳劑增碳。二、簡述題（任選6道題，每道題8.5分，總51分）1. 答：拜耳法基本原理主要包括兩條：（1）用NaOH溶液溶出鋁土礦所得的鋁酸鈉溶液在添加晶種，不斷攪拌和逐漸降溫的條件下，溶液中的氧化鋁便呈Al（OH）3析出；（2）分解得到的母液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮后在高溫下可用來溶出新的一批鋁土礦2. 答案要點：（1） 硅主要以水合鋁硅酸鈉的形式脫除，鋁土礦中的硅造成鋁、鈉的化學(xué)損失，1kg硅會造成1kg鋁的損失。（2） 鋁的理論溶出率，=(A-S)/A若A/S越小，較低，氧化鋁回收率低，不利于氧化鋁生產(chǎn)。3. 答案要點：（1）硅主要形成水合鋁硅酸鈉，造成鋁、鈉損失；（2）形成結(jié)疤，降低傳熱系數(shù)；（3）影響產(chǎn)品質(zhì)量。（4）大量水合鋁硅酸鈉生成會增大赤泥量，影響赤泥分離和洗滌。4. 答：冰銅吹煉分兩個階段，造渣期和造銅期。 造渣期主要反應(yīng)：2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2 ；2FeO + SiO2 = 2FeOSiO2 造渣期主要反應(yīng)：2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2 ；Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + SO25. 答案要點： 濕法煉鋅浸出過程中為了使浸出液中的Fe2+盡可能地全部氧化成Fe3+除去，采用空氣鼓風(fēng)的方法進行攪拌，而凈液過程中為了除Cu、Cd、Co等雜質(zhì)加入鋅粉，考慮到空氣攪拌會使鋅粉氧化損失，因此凈液過程中采用的是機械攪拌。6. 答：精礦分解的方法很多，概括起來可以分為酸分解法、堿分解法、氧化焙燒法和氯化法四大類，即：（1）酸分解法包括硫酸、鹽酸和氟氫酸分解等。硫酸分解法適用于處理磷酸鹽礦物（如獨居石、磷釔礦）和氟碳酸鹽礦物（氟碳鈰礦）。鹽酸分解法應(yīng)用有限，只適于處理硅酸鹽礦物（如褐簾石、硅鈹釔礦）。氫氟酸分解法，適于分解鈮鉭酸鹽礦物（如褐釔鈮礦、鈮釔礦）。酸分解法的特點是分解礦物能力強，對精礦品位、粒度要求不嚴，適用面廣，但選擇性差，腐蝕嚴重，操作條件差，三廢較多。（2）堿分解法主要包括氫氧化鈉分解和碳酸鈉焙燒法等，它適合對稀土磷酸鹽礦物和氟碳酸鹽礦物的處理。對于個別難分解的稀土礦物亦有采用氫氧化鈉熔合法的。堿法分解的特點是：工藝方法成熟，設(shè)備簡單，綜合利用程度較高。但對精礦品位與粒度要求較高，污水排放量大。（3）氧化焙燒方法主要用于氟碳鈰礦的分解。焙燒過程中氟碳鈰礦被分解成稀土氧化物、氟氧化物、二氧化碳及氟的氣態(tài)化合物，其中三價的鈰氧化物同時被空氣中的氧進一步氧化成四價的氧化物。該方法的缺點是氟以氣態(tài)化合物隨焙燒尾氣進入大氣中，對環(huán)境有一定的污染，優(yōu)點是焙燒過程中無須加入其它的焙燒助劑，并且利用四價鈰與三價稀土元素的化學(xué)性質(zhì)上的差別，可以采用硫酸復(fù)鹽沉淀或鹽酸優(yōu)先溶解三價稀土元素的措施，優(yōu)先將占稀土配分約50%的鈰提取出來。這使得進一步的稀土萃取分離工藝過程簡化，生產(chǎn)成本降低。碳酸鈉焙燒法、氧化鈣焙燒法以及在焙燒過程中具有三價的鈰氧化物被進一步氧化成四價的氧化物特點的分解方法都具有優(yōu)先分離鈰的優(yōu)點。（4）氯化法分解稀土精礦可以直接制得無水氯化稀土，便于熔鹽電解制取混合稀土金屬。氯化工藝是將碳與稀土精礦混合，制團，在豎式氯化爐的高溫下直接通入氯氣，根據(jù)生成不同氯化物的沸點差異，可同時得到三種產(chǎn)物：稀土和鈣，鋇等金屬的氯化物，呈熔體狀態(tài)流入氯化物熔鹽接收器；將底沸點的氯化物（釷，鈾，鈮，鉭，鈦，鐵，硅等）為氣態(tài)產(chǎn)物，收集在冷凝器內(nèi)，并送綜合回收；未分解的精礦與碳渣等高沸點成分則為殘渣。氯化法目前由于設(shè)備的耐氯腐蝕材料較難解決，放射性元素釷分布在三種產(chǎn)物中，所得熔鹽成分復(fù)雜，勞動條件較差等問題的存在而在我國尚為被工業(yè)采用。稀土精礦的分解方法很多，通常根據(jù)下列原則選擇適宜的工藝流程：（1） 精礦中稀土礦物的化學(xué)性質(zhì)、稀土品位、其它非稀土化學(xué)成分等特點，以求得高的分解率。（2） 產(chǎn)品方案、原材料的供應(yīng)和價格以及消耗情況，以求得高的經(jīng)濟效益。（3） 便于回收有價元素和綜合利用。（4） 有利于勞動衛(wèi)生與環(huán)境保護。7. 答：570Fe2O3Fe3O4FeOFe570 Fe2O3Fe3O4Fe8. 答：熔渣氧化性在煉鋼過程中的作用體現(xiàn)在對熔渣自身的影響，對鋼水的影響和對煉鋼操作工藝影響三個方面。（1）影響化渣速度，渣中FeO能促進石灰溶解，加速化渣，改善煉鋼反應(yīng)動力學(xué)條件，加速傳質(zhì)過程；影響熔渣粘度，避免煉鋼渣“返干”；影響熔渣向熔池傳氧。（2）影響鋼水含氧量O，熔渣氧化性強，則鋼水含氧量高；影響鋼水脫磷，熔渣氧化性強，有利于脫磷。（3）影響鐵合金收得率，氧化性強，降低鐵合金收得率；影響爐襯壽命，熔渣氧化性強，爐襯壽命降低；影響金屬收得率，熔渣氧化性越強，金屬收得率越低。三、計算題（每道題17分，總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）確定分離界限根據(jù)酸性磷型萃取劑萃取稀土的序列可知Nd2O3為難萃組分，Sm2O3和其余稀土為易萃組分，分離界限選擇在Sm/ Nd間，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）計算分離指標此題屬于以B為主要產(chǎn)品，規(guī)定了PB1和,YB類型的工藝，可按前所述三種分離指標計算方法的（2）計算本題中分離指標。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)/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）判別控制段水相進料的控制段判別值為/（1+），代入=8.0，并與fB=0.889比較得出， fB/（1+）=2828/（1+2.828）=0.739根據(jù)表3-5中的判別原則，本題的萃取過程屬于萃取段控制。（4）計算優(yōu)化工藝參數(shù)和級數(shù)遵照表3-5所示的程序，工藝參數(shù)計算如下：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級 m+1= lna/ln(/EM)=ln199.849/ln(8.0/1.296)=2.93級m2（5）計算流比當有機相飽和萃取量Cs=0.20mol/L,洗液酸度CH=4.5mol/L,并已知料液稀土濃度CF=1.4mol/L,可將質(zhì)量流量換算為體積流量。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流比為：VS/ VF1VW/ VF=3.41710.352（6）計算濃度分布 題中PB1=0.9999為高純度，則M1= fB=0.889；PAn+m=0.96不是高純度，因此 Mn+m=MFfA