材料工程基礎(chǔ)-第一章

1、 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo): : 了解什么是金屬冶金？進(jìn)一步習(xí)得一些常見(jiàn)了解什么是金屬冶金？進(jìn)一步習(xí)得一些常見(jiàn)的冶金工藝方法；的冶金工藝方法；掌握鋼鐵冶金的工藝流程；掌握鋼鐵冶金的工藝流程；掌握有色金屬冶金的工藝流程。掌握有色金屬冶金的工藝流程。定義定義 : 金屬冶金是研究如何從礦山或其他原料中提取金屬或金金屬冶金是研究如何從礦山或其他原料中提取金屬或金屬化合物，并制成具有一定性能的金屬材料的工程技術(shù)。屬化合物，并制成具有一定性能的金屬材料的工程技術(shù)。 金屬的分類(lèi)：金屬的分類(lèi)： 現(xiàn)代工業(yè)中把金屬分為黑色金屬和有色金屬兩大類(lèi)，如現(xiàn)代工業(yè)中把金屬分為黑色金屬和有色金屬兩大類(lèi)，如鐵、鉻、錳屬于黑色金屬，其余

2、的金屬都屬于有色金屬。鐵、鉻、錳屬于黑色金屬，其余的金屬都屬于有色金屬。那么金屬的冶金也可以分為鋼鐵冶金和有色冶金。那么金屬的冶金也可以分為鋼鐵冶金和有色冶金。冶金工藝：火法冶金、濕法冶金和電冶金。 1 1、原料準(zhǔn)備、原料準(zhǔn)備 火法冶金火法冶金是指在高溫下礦石經(jīng)過(guò)熔煉、精煉反應(yīng)及是指在高溫下礦石經(jīng)過(guò)熔煉、精煉反應(yīng)及熔化過(guò)程，使其中的金屬與雜質(zhì)分開(kāi)，以獲得較純金熔化過(guò)程，使其中的金屬與雜質(zhì)分開(kāi)，以獲得較純金屬的工藝方法。屬的工藝方法。 火法冶金的基本過(guò)程分為：原料準(zhǔn)備、冶煉和精煉三部分。礦石400600干燥氧化還原或其他化學(xué)反應(yīng)焙燒達(dá)到熔煉要求 碳酸鹽或氫氧化物還要進(jìn)行煅燒，使得其變成金屬氧化物

3、，然后再進(jìn)行上述步驟燒結(jié)和球團(tuán)冶煉原料 2 2、冶煉、冶煉 3 3、精煉、精煉 濕法冶金濕法冶金是在常溫或低于是在常溫或低于100以下，用溶劑處理以下，用溶劑處理礦石或精礦，使所要提取的金屬溶解于溶液中，而其礦石或精礦，使所要提取的金屬溶解于溶液中，而其他雜質(zhì)不溶解，然后再?gòu)娜芤褐袑⒔饘俜蛛x和提取出他雜質(zhì)不溶解，然后再?gòu)娜芤褐袑⒔饘俜蛛x和提取出來(lái)的過(guò)程。來(lái)的過(guò)程。濕法冶金浸出分離富集提取酸性、堿性和鹽性氧化和還原常壓和加壓就地、滲慮、攪拌和球磨過(guò)濾分離和沉降分離結(jié)晶、蒸餾、沉淀、置換、溶液萃取、離子交換、膜分離電解、化學(xué)置換、還原 電冶金電冶金是利用電能提取和精煉金屬的方法，按照電是利用電能提

4、取和精煉金屬的方法，按照電能形式可分為電熱冶金和電化學(xué)冶金。能形式可分為電熱冶金和電化學(xué)冶金。電冶金電熱冶金電弧熔煉電弧熔煉電阻熔煉電阻熔煉電阻電阻-電弧熔煉電弧熔煉等離子熔煉等離子熔煉感應(yīng)熔煉感應(yīng)熔煉電子束熔煉電子束熔煉電化學(xué)冶金溶液電解溶液電解熔鹽電解熔鹽電解鋼鐵的冶煉包括兩個(gè)部分鋼鐵的冶煉包括兩個(gè)部分 ：礦石礦石 生鐵生鐵生鐵生鐵 鋼鋼2.1 生鐵的冶煉生鐵的冶煉2006年-2013年鋼材價(jià)格走勢(shì)2015年-2016年鋼材價(jià)格走勢(shì)2016年年8月月23日日世界第四世界第四大大 鐵礦石生產(chǎn)鐵礦石生產(chǎn)商商 表示，鐵礦表示，鐵礦石市場(chǎng)經(jīng)歷了數(shù)石市場(chǎng)經(jīng)歷了數(shù)年的價(jià)格下跌之年的價(jià)格下跌之后已經(jīng)開(kāi)始

5、復(fù)蘇，后已經(jīng)開(kāi)始復(fù)蘇，因過(guò)剩的低成本因過(guò)剩的低成本供應(yīng)已經(jīng)被吸收。供應(yīng)已經(jīng)被吸收。燃料的作用燃料的作用C發(fā)熱劑還原劑料柱骨架滲碳劑熔劑熔劑爐渣爐渣高爐煉鐵的冶煉過(guò)程鐵的還原鐵的還原溫度大于570：3Fe2O32Fe3O46FeO6Fe溫度小于570：3Fe2O32Fe3O46FeFeO + CO = Fe + CO2CO2 + C = 2CO其他元素的還原其他元素的還原Si的還原的還原SiO2 + 2C = Si + 2COMn的還原MnO2Mn2O3Mn3O4Mn3O4MnP的還原Ca3(PO4)2 + 5C = 3CaO + 2P + 5COS的還原石灰石的分解與造渣石灰石的分解與造渣Ca

6、CO3 = CaO + CO2mSiO2 + pAl2O3 + nCaO=mSiO2pAl2O3nCaO高爐煉鐵產(chǎn)品高爐煉鐵產(chǎn)品 生鐵煉鋼生鐵鑄造生鐵鐵合金爐渣水渣渣棉干渣煤氣爐塵 高爐煉鐵的技術(shù)指標(biāo)：高爐煉鐵的技術(shù)指標(biāo)：1、高爐有效容積利用、高爐有效容積利用系數(shù)系數(shù) 2、焦比、焦比 3、燃燒比、燃燒比 4、冶煉強(qiáng)度、冶煉強(qiáng)度 5、生、生鐵合格率鐵合格率 6、生鐵成本、生鐵成本 7、爐齡、爐齡 高爐煉鐵技術(shù)：高爐煉鐵技術(shù)：1、高爐大型化自動(dòng)化、高爐大型化自動(dòng)化 2、高爐冶煉低硅生鐵高爐冶煉低硅生鐵 3、高爐使用金屬爐料、高爐使用金屬爐料 4、高爐噴吹還原氣體高爐噴吹還原氣體 非高爐煉鐵技術(shù)：直

7、接還原煉鐵和熔融還非高爐煉鐵技術(shù)：直接還原煉鐵和熔融還原煉鐵原煉鐵2.2鋼的冶煉鋼的冶煉鋼和生鐵的主要區(qū)別？什么是煉鋼？從生鐵到鋼需要哪些工藝步驟？項(xiàng)目鋼生鐵含碳量含碳量2%，一般為0.04-1.7% 2%，一般為2.5-4.3%含含SiSi、MnMn、P P、S S量量較少較多熔點(diǎn)熔點(diǎn)1450-15301100-1150力學(xué)性能強(qiáng)度、塑性、韌性好硬而脆，耐磨性好鑄造性能較好好鍛造性能好差焊接性能好差可加工性能好好熱處理性能好差鋼和生鐵的主要區(qū)別鋼和生鐵的主要區(qū)別 煉鋼的基本任務(wù)：煉鋼的基本任務(wù)：脫碳、去脫碳、去P和和S、去、去氣和去除非金屬夾雜物、脫氧與合金化、氣和去除非金屬夾雜物、脫氧與合

8、金化、調(diào)整溫度、澆注調(diào)整溫度、澆注。 煉鋼的基本方法：平爐煉鋼、煉鋼的基本方法：平爐煉鋼、轉(zhuǎn)爐煉轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼鋼、電爐煉鋼。轉(zhuǎn)爐構(gòu)造模型圖解轉(zhuǎn)爐構(gòu)造模型圖解電弧爐構(gòu)造模型圖解電弧爐構(gòu)造模型圖解 電爐的優(yōu)點(diǎn)有：爐內(nèi)氣氛容易控制、物料電爐的優(yōu)點(diǎn)有：爐內(nèi)氣氛容易控制、物料加熱快、加熱溫度高、溫度容易控制等。包括加熱快、加熱溫度高、溫度容易控制等。包括電弧爐、感應(yīng)爐、電渣爐等。電弧爐、感應(yīng)爐、電渣爐等。煉鋼原料煉鋼原料金屬料非金屬料氧化劑鐵液廢鋼合金鋼造渣劑冷卻劑增碳劑和燃料氧氣鐵礦石氧化皮煉鋼的基本原理及過(guò)程煉鋼的基本原理及過(guò)程 元素的氧化、造渣除磷和硫、脫氧及合金元素的氧化、造渣除磷和硫、脫氧

9、及合金化、爐外精煉、鋼的澆鑄?；?、爐外精煉、鋼的澆鑄。元素的氧化元素的氧化2Fe + 2O = 2(FeO)2(FeO) + Si = (SiO2)+2Fe(FeO) + Mn = (MnO) + Fe5(FeO) + 2P = (P2O5) + 5Fe(FeO) + C = (CO) + Fe造渣脫磷、硫造渣脫磷、硫2P + 5FeO + 3CaO = 5Fe + (3CaOP2O5)2P + 5FeO + 4CaO = 5Fe + (4CaOP2O5)FeS + (CaO) = (FeO) + (CaS)脫氧及合金化脫氧及合金化沉淀脫氧法擴(kuò)散脫氧法真空脫氧法鎮(zhèn)靜鋼沸騰鋼半鎮(zhèn)靜鋼爐外精煉脫氫

10、、脫氧、脫碳、非金屬夾雜物的形態(tài)控制，成分調(diào)整脫氫、脫氧、脫碳、非金屬夾雜物的形態(tài)控制，成分調(diào)整（添加合金）、鋼液成分、溫度的微調(diào)及均勻化、脫磷（添加合金）、鋼液成分、溫度的微調(diào)及均勻化、脫磷鋼的澆鑄模鑄法連鑄法作業(yè)P32 1、什么是火法冶金？簡(jiǎn)述火法冶金的工藝過(guò)程。 3、簡(jiǎn)述火法冶金中精煉的方法有哪些？ 1、金屬冶金的工藝？、金屬冶金的工藝？2、濕法冶金的步驟？、濕法冶金的步驟？3、鐵礦石的分類(lèi)？鐵的還原？、鐵礦石的分類(lèi)？鐵的還原？4、鋼和生鐵的區(qū)別？、鋼和生鐵的區(qū)別？冶金工藝：火法冶金、濕法冶金和電冶金。有色金屬分類(lèi)有色金屬分類(lèi) 有色重金屬有色輕金屬貴金屬稀有金屬密度在4.5以上的，銅、鋅

11、、鉛、錫等密度在4.5以下的，鋁、鎂、鈣等鋰Li、銣Rb、銫Cs、鈹Be、鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉬、鎢1.3.1 銅銅 冶冶 金金一、一、 銅的性質(zhì)與用途銅的性質(zhì)與用途 （1）性質(zhì)）性質(zhì)：玫瑰紅色；延展性好；導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好；液玫瑰紅色；延展性好；導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好；液態(tài)時(shí)易溶解某些氣體；熔點(diǎn)態(tài)時(shí)易溶解某些氣體；熔點(diǎn)1083，沸點(diǎn)，沸點(diǎn)2310，常溫比，常溫比重重8.96g/cm3。常溫干燥空氣中不易氧化，但在有。常溫干燥空氣中不易氧化，但在有CO2存在存在的潮濕空氣中易生成的潮濕空氣中易生成CuCO3Cu(OH)2即銅綠，有毒；即銅綠，有毒； Cu在在185時(shí)開(kāi)始與氧作用，低于時(shí)開(kāi)始與氧作用，低

12、于350時(shí)生成時(shí)生成Cu2O，高于高于350時(shí)生成時(shí)生成CuO。 （2）用途：）用途：在電器工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)、國(guó)防及其他方面在電器工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)、國(guó)防及其他方面，如建材、熱工、冷卻、和民用等方面有廣泛應(yīng)用。，如建材、熱工、冷卻、和民用等方面有廣泛應(yīng)用。銅的主要礦物銅的主要礦物礦物礦物類(lèi)別類(lèi)別礦物礦物名稱(chēng)名稱(chēng)化學(xué)分子式化學(xué)分子式%Cu密度密度gcm-3顏色顏色自然自然礦物礦物自然銅自然銅Cu1008.9紅色紅色硫化硫化礦物礦物輝銅礦輝銅礦銅藍(lán)銅藍(lán)黃銅礦黃銅礦斑銅礦斑銅礦硫砷銅礦硫砷銅礦黝銅礦黝銅礦Cu2SCuSCuFeS2Cu4FeS4Cu3AsS4（Cu,Fe)12Sb4S1379.866.

13、734.663.549.025.05.5-5.84.6-4.74.1-4.35.064.454.6-5.1灰黑色灰黑色紅藍(lán)色紅藍(lán)色黃色黃色紅藍(lán)色紅藍(lán)色灰黑色灰黑色灰黑色灰黑色氧氧化化礦礦物物赤銅礦赤銅礦黑銅礦黑銅礦孔雀石孔雀石藍(lán)銅礦藍(lán)銅礦硅孔雀石硅孔雀石膽礬膽礬Cu2OCuOCuCO3Cu(OH)22CuCO3Cu(OH)2CuSiO32H2OCuSO45H2O88.879.957.568.236.225.57.145.8-6.14.053.772.0-2.22.29紅色紅色灰黑色灰黑色亮綠色亮綠色亮藍(lán)色亮藍(lán)色藍(lán)綠色藍(lán)綠色藍(lán)色藍(lán)色（2）煉銅方法及其工藝流程）煉銅方法及其工藝流程有兩大類(lèi)型：有兩

14、大類(lèi)型：火法冶金：適于硫化礦，經(jīng)過(guò)造锍熔煉火法冶金：適于硫化礦，經(jīng)過(guò)造锍熔煉吹煉吹煉火火法精煉法精煉電解精煉電解精煉銅精礦的火法冶煉銅精礦的火法冶煉：火法煉銅火法煉銅 適于硫化礦適于硫化礦 過(guò)程：造锍熔煉過(guò)程：造锍熔煉吹煉吹煉火火法精煉法精煉電解精煉電解精煉(1)(1)造锍熔煉造锍熔煉 基本原理基本原理 造锍熔煉目的：造锍熔煉目的： a a）使礦石中銅盡可能形成）使礦石中銅盡可能形成CuCu2 2S S，與部分鐵形成的，與部分鐵形成的FeSFeS熔化，熔化，混合成冰銅，大部分鐵氧化成混合成冰銅，大部分鐵氧化成FeOFeO與脈石礦物造渣排出。與脈石礦物造渣排出。 b b）使冰銅與爐渣分離。為此）

15、使冰銅與爐渣分離。為此需有兩個(gè)保證：爐料內(nèi)有足夠需有兩個(gè)保證：爐料內(nèi)有足夠的硫以形成冰銅的硫以形成冰銅 爐渣中爐渣中SiOSiO2 2接接近飽和，使冰銅，爐渣不致混熔近飽和，使冰銅，爐渣不致混熔。 熔煉過(guò)程化學(xué)反應(yīng)熔煉過(guò)程化學(xué)反應(yīng) 高溫下化學(xué)反應(yīng)分兩大類(lèi)：高價(jià)硫化物，碳酸鹽高溫下化學(xué)反應(yīng)分兩大類(lèi)：高價(jià)硫化物，碳酸鹽、硫酸鹽的熱分解，各種化合物相互作用。具體如、硫酸鹽的熱分解，各種化合物相互作用。具體如下：下： 1)高價(jià)硫化物，碳酸鹽、硫酸鹽的熱離解：高價(jià)硫化物，碳酸鹽、硫酸鹽的熱離解： 4CuFeS22Cu2S+4FeS+S2 2Cu3FeS33Cu2S+2FeS+1/2S2 FeS2FeS+

16、1/2S2 CaCO3CaO+CO2 ZnSO4ZnO+SO2 +1/2O2 S+O2SO2 產(chǎn)物產(chǎn)物CO2 和和SO2進(jìn)入煙氣中進(jìn)入煙氣中 2)各種化合物的相互作用及造锍、造渣：各種化合物的相互作用及造锍、造渣： 3Fe3O4+FeS10FeO+SO2 Cu2O+FeSCu2S+FeO ZnO+FeSZnS+FeO 造锍：造锍：Cu2S+FeSCu2SFeS 造渣：造渣：FeO+SiO22FeOSiO2 2CaO+SiO22CaOSiO2(2)冰銅轉(zhuǎn)爐吹煉冰銅轉(zhuǎn)爐吹煉 該法實(shí)質(zhì)是往液體冰銅吹入一定壓力的空該法實(shí)質(zhì)是往液體冰銅吹入一定壓力的空氣，使其中氣，使其中FeS氧化變成氧化變成FeO，與

17、加入的石英，與加入的石英熔劑造渣，熔劑造渣，Cu2S則氧化后，又與則氧化后，又與Cu2S反應(yīng)變反應(yīng)變成粗銅。氧化反應(yīng)的熱量能使整個(gè)反應(yīng)在成粗銅。氧化反應(yīng)的熱量能使整個(gè)反應(yīng)在12001400。主要反應(yīng)階段為造渣及造銅。主要反應(yīng)階段為造渣及造銅階段。階段。（4）銅的電解精煉）銅的電解精煉 是將火法精煉銅作陽(yáng)極，電解銅作陰極（又稱(chēng)始極片）相是將火法精煉銅作陽(yáng)極，電解銅作陰極（又稱(chēng)始極片）相間的裝在電解槽中，用硫酸銅和硫酸溶液作電解液，引入直流電間的裝在電解槽中，用硫酸銅和硫酸溶液作電解液，引入直流電后，陽(yáng)極銅發(fā)生電化學(xué)溶解反應(yīng)，在陰極上析出，銅中雜質(zhì)和有后，陽(yáng)極銅發(fā)生電化學(xué)溶解反應(yīng)，在陰極上析出，銅

18、中雜質(zhì)和有價(jià)元素，或者進(jìn)入陽(yáng)極泥或者落在電解液中。價(jià)元素，或者進(jìn)入陽(yáng)極泥或者落在電解液中。1.3.2 鋁冶金鋁冶金 由于鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，由于鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，不能通過(guò)各種不能通過(guò)各種化學(xué)處理直接還原得到粗金屬化學(xué)處理直接還原得到粗金屬，所以長(zhǎng)期以，所以長(zhǎng)期以來(lái)鋁的價(jià)格極高。來(lái)鋁的價(jià)格極高。 后來(lái)，人類(lèi)發(fā)現(xiàn)電解法很容易制備金屬后來(lái)，人類(lèi)發(fā)現(xiàn)電解法很容易制備金屬鋁，鋁的價(jià)格大約降低了鋁，鋁的價(jià)格大約降低了20倍倍。 電解法制備金屬鋁必須包括兩個(gè)環(huán)節(jié)電解法制備金屬鋁必須包括兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是從含鋁的礦石中制取純凈的氧化鋁；二一是從含鋁的礦石中制取純凈的氧化鋁；二是采用熔鹽電解氧化鋁得到純鋁。是采用熔鹽

19、電解氧化鋁得到純鋁。一、鋁的性質(zhì)和用途一、鋁的性質(zhì)和用途性質(zhì)：性質(zhì)：銀白色，密度：銀白色，密度：2.7g/cm32.7g/cm3，熔點(diǎn)：，熔點(diǎn)：660.24660.24 導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好 非磁性材料非磁性材料 具有良好的塑性和韌性，具有良好的塑性和韌性， 具有良好的抗蝕性具有良好的抗蝕性 易與鹵素元素易與鹵素元素、S、C化合，生成相應(yīng)的鹵化物化合，生成相應(yīng)的鹵化物（AlCl3）、硫化物）、硫化物(Al2S3）和碳化物）和碳化物(Al4C3)用途：用途： 純鋁：電器工業(yè)中用作電線、電纜、導(dǎo)電板，電工制純鋁：電器工業(yè)中用作電線、電纜、導(dǎo)電板，電工制品品 鋁合金：交通運(yùn)輸、軍事工業(yè)上用作

20、汽車(chē)、裝甲車(chē)、鋁合金：交通運(yùn)輸、軍事工業(yè)上用作汽車(chē)、裝甲車(chē)、坦克、飛機(jī)及艦艇部件；建筑工業(yè)作門(mén)窗框架；輕工業(yè)中坦克、飛機(jī)及艦艇部件；建筑工業(yè)作門(mén)窗框架；輕工業(yè)中用作包裝品、生活用品和家具用作包裝品、生活用品和家具 （1 1） 拜耳法拜耳法：典型的濕法冶金，在氧化鋁生產(chǎn)中占絕：典型的濕法冶金，在氧化鋁生產(chǎn)中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。對(duì)優(yōu)勢(shì)。 實(shí)質(zhì)是在不同條件下，控制反應(yīng)向不同方向進(jìn)行：實(shí)質(zhì)是在不同條件下，控制反應(yīng)向不同方向進(jìn)行： Al2O33H2O(或或Al2O3H2O)+NaOH（浸出（浸出/分解）分解）NaAl(OH)4+赤泥赤泥 （晶種分解（晶種分解/蒸發(fā)、苛化）蒸發(fā)、苛化）Al(OH)3（煅燒）煅燒）

21、Al2O3。 （2）堿石灰燒結(jié)法）堿石灰燒結(jié)法 適于處理鋁硅比小于適于處理鋁硅比小于4 4的鋁土礦的鋁土礦 1 1）實(shí)質(zhì)：是鋁土礦與足量）實(shí)質(zhì)：是鋁土礦與足量NaNa2 2COCO3 3、石灰配成爐料，在、石灰配成爐料，在12001200下燒結(jié)，生成可溶于水的鋁酸鈉（下燒結(jié)，生成可溶于水的鋁酸鈉（NaNa2 2OAlOAl2 2O O3 3）。）。其中其中SiOSiO2 2與石灰化合生成不溶于水的原硅酸鈣（與石灰化合生成不溶于水的原硅酸鈣（2CaOSiO2CaOSiO2 2），用稀堿溶液浸出），用稀堿溶液浸出NaNa2 2OAlOAl2 2O O3 3，與，與2CaOSiO2CaOSiO2 2

22、分離。溶液分離。溶液脫脫SiSi后通入后通入COCO2 2氣體進(jìn)行碳酸化分解，析出氣體進(jìn)行碳酸化分解，析出Al(OH)Al(OH)3 3及碳分母及碳分母液，用過(guò)濾機(jī)將兩者分離。氫氧化鋁經(jīng)洗滌后，最終送煅液，用過(guò)濾機(jī)將兩者分離。氫氧化鋁經(jīng)洗滌后，最終送煅燒，分解成燒，分解成AlAl2 2O O3 3。母液經(jīng)蒸發(fā)濃縮，用于配料處理循環(huán)使。母液經(jīng)蒸發(fā)濃縮，用于配料處理循環(huán)使用。用。 2 2）工藝為：生料燒結(jié)，熟料溶化，鋁酸鈉液脫硅，）工藝為：生料燒結(jié)，熟料溶化，鋁酸鈉液脫硅，碳酸化分解。碳酸化分解。 燒結(jié)法的基本化學(xué)反應(yīng)為：燒結(jié)法的基本化學(xué)反應(yīng)為：溶出過(guò)程的反應(yīng)：溶出過(guò)程的反應(yīng)：Na2oAl2O3(

23、s) + 4H2O = 2Na+ + 2Al(OH)4-鋁酸鈉溶液的碳分過(guò)程反應(yīng)：鋁酸鈉溶液的碳分過(guò)程反應(yīng)：2NaOH + CO2 = Na2O3 + H2ONaAl(OH)4 = Al(OH)3 + NaOH三、金屬鋁的生產(chǎn)三、金屬鋁的生產(chǎn) 熔鹽電解法電解槽熔鹽電解法電解槽 AlAl2 2O O3 3、冰晶石（、冰晶石（NaNa3 3AlFAlF6 6）及）及其它氟化鹽作為電解質(zhì)，其中插其它氟化鹽作為電解質(zhì)，其中插入碳素陰、陽(yáng)極，通入直流電，入碳素陰、陽(yáng)極，通入直流電，經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)，陰極得到液體鋁經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)，陰極得到液體鋁，陽(yáng)極生成，陽(yáng)極生成O O2 2，與碳陽(yáng)極氧化生成，與碳陽(yáng)極氧化生成

24、COCO2 2和和COCO。鋁液用真空包抽出，凈。鋁液用真空包抽出，凈化澄清后澆注成鋁錠。其質(zhì)量分化澄清后澆注成鋁錠。其質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到數(shù)達(dá)到99.5%99.5%99.8%99.8%。陰極：陰極：AlAl3+3+( (絡(luò)合絡(luò)合)+3eAl)+3eAl 陽(yáng)極：陽(yáng)極：2O2O2-2-+C-4eCO+C-4eCO2 2總體：總體： 2Al2Al2 2O O3 3+3C4Al+3CO+3C4Al+3CO2 2 電解過(guò)程，碳素陽(yáng)極不斷消電解過(guò)程，碳素陽(yáng)極不斷消耗，要不時(shí)的調(diào)整陰極位置，以耗，要不時(shí)的調(diào)整陰極位置，以調(diào)整電解槽溫度。調(diào)整電解槽溫度。 氧化鋁的熔鹽電解法原理氧化鋁的熔鹽電解法原理1.3.3 鋅鋅

25、 冶冶 金金鋅鋅的性質(zhì)與用途的性質(zhì)與用途 （1 1）性質(zhì)：）性質(zhì)：鋅是一種藍(lán)白色金屬。密度為鋅是一種藍(lán)白色金屬。密度為6.9-7.2g/cm6.9-7.2g/cm3 3，熔點(diǎn)為，熔點(diǎn)為419.5419.5。在室溫下，性較脆；。在室溫下，性較脆；100100150150時(shí)，時(shí)，變軟；超過(guò)變軟；超過(guò)200200后，又變脆。鋅的化學(xué)性質(zhì)活潑，在常后，又變脆。鋅的化學(xué)性質(zhì)活潑，在常溫下的空氣中，表面生成一層薄而致密的堿式碳酸鋅膜，溫下的空氣中，表面生成一層薄而致密的堿式碳酸鋅膜，可阻止進(jìn)一步氧化。當(dāng)溫度達(dá)到可阻止進(jìn)一步氧化。當(dāng)溫度達(dá)到225225后，鋅氧化激烈。后，鋅氧化激烈。燃燒時(shí)，發(fā)出藍(lán)綠色火焰。

26、燃燒時(shí)，發(fā)出藍(lán)綠色火焰。 （2 2）用途：）用途：鋅用作防腐蝕的鍍層、制造銅合金材料、鋅用作防腐蝕的鍍層、制造銅合金材料、用于鑄造鋅合金、制造氧化鋅、干電池等。用于鑄造鋅合金、制造氧化鋅、干電池等。 硫化鋅精礦的焙燒硫化鋅精礦的焙燒 硫化鋅精礦的焙燒主要有兩個(gè)目的：1、使得硫化鋅變成氧化鋅，其他雜質(zhì)揮發(fā)分離；2、硫氧化成氧化硫，制備硫酸。ZnS + O2 = Zn + SO22Zn + 2SO2 + O2 = 2ZnSO4ZnO + Fe2O3 = ZnFe2O4火法煉鋅火法煉鋅 火法煉鋅的基本原理是將氧化鋅在高溫下用碳火法煉鋅的基本原理是將氧化鋅在高溫下用碳質(zhì)還原劑還原，并利用鋅沸點(diǎn)低的特點(diǎn)

27、，使鋅以蒸質(zhì)還原劑還原，并利用鋅沸點(diǎn)低的特點(diǎn)，使鋅以蒸汽揮發(fā)，然后冷凝為液態(tài)鋅?；鸱掍\：焙燒、蒸汽揮發(fā)，然后冷凝為液態(tài)鋅?；鸱掍\：焙燒、蒸餾、精煉。餾、精煉。ZnO(s) + CO(g)= Zn(g) + CO2(g)CO2 + C = 2COZnO(s) + C(s) = Zn(g) + CO(g)濕法煉鋅濕法煉鋅濕法煉鋅的基本原理是使用稀硫酸將鋅焙砂中的鋅浸出，凈化后電解析出鋅。濕法煉鋅包括：焙燒、浸出浸出、凈化和電解沉積。ZnSO4 + 2H2O= Zn + 2H2SO4 + O21.3.4 鈦鈦 冶冶 金金鈦鈦的性質(zhì)與用途的性質(zhì)與用途 （1 1）性質(zhì)：）性質(zhì)：鈦是一種銀白色金屬。密

28、度為鈦是一種銀白色金屬。密度為4.5g/cm4.5g/cm3 3，熔，熔點(diǎn)為點(diǎn)為16681668。鈦具有良好的耐腐蝕性，特別是對(duì)氯離子。鈦具有良好的耐腐蝕性，特別是對(duì)氯離子。鈦具有良好的力學(xué)性能，但是導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性很差。鈦具有良好的力學(xué)性能，但是導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性很差。鈦的塑性主要依賴(lài)于純度。鈦越純，塑性越大。在常溫下鈦的塑性主要依賴(lài)于純度。鈦越純，塑性越大。在常溫下，不會(huì)被稀鹽酸、稀硫酸、硝酸或稀堿溶液所腐蝕；只有，不會(huì)被稀鹽酸、稀硫酸、硝酸或稀堿溶液所腐蝕；只有氫氟酸、熱的濃鹽酸、濃硫酸等才可對(duì)它作用。氫氟酸、熱的濃鹽酸、濃硫酸等才可對(duì)它作用。 （2 2）用途：）用途：鈦能與鈦能與鐵鐵、鋁鋁、

29、釩釩或或鉬鉬等其他元素熔成合等其他元素熔成合金，造出高強(qiáng)度的輕合金，在各方面有著廣泛的應(yīng)用，包金，造出高強(qiáng)度的輕合金，在各方面有著廣泛的應(yīng)用，包括航天、軍事、工業(yè)程序、汽車(chē)、農(nóng)產(chǎn)食品、醫(yī)學(xué)（義肢括航天、軍事、工業(yè)程序、汽車(chē)、農(nóng)產(chǎn)食品、醫(yī)學(xué)（義肢、骨科移植及牙科器械與填充物）、運(yùn)動(dòng)用品、珠寶及手、骨科移植及牙科器械與填充物）、運(yùn)動(dòng)用品、珠寶及手機(jī)等等。機(jī)等等。 鈦鐵礦精礦的還原熔煉鈦鐵礦精礦的還原熔煉1200時(shí)時(shí)FeTiO3 + C = Fe + TiO2 + CO2TiO2 + C = Ti2O3 + CO在在1270-1400時(shí)時(shí)2Ti3O5 + C = 3Ti2O3 + CO在在1400-

30、1600時(shí)時(shí)Ti2O3 + C = 2TiO + CO四氯化鈦的生產(chǎn)四氯化鈦的生產(chǎn) 氯化冶金是向物料中添加氯化劑使欲提純的金氯化冶金是向物料中添加氯化劑使欲提純的金屬轉(zhuǎn)變?yōu)槁然?，為制備純金屬做?zhǔn)備。屬轉(zhuǎn)變?yōu)槁然?，為制備純金屬做?zhǔn)備。2TiO2 + 2Cl2 + C = TiCl4 + CO22TiO2 + 2Cl2 + 2C = TiCl4 + 2CO在有碳的條件下，700900海綿鈦的生產(chǎn)海綿鈦的生產(chǎn)1 1）鎂還原法）鎂還原法TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2TiCl4 + Mg = TiCl2 + MgCl2TiCl2 + Mg = Ti + MgCl2在惰性氣體的環(huán)境

31、下，8009002 2）鈉還原法（）鈉還原法（801883）TiCl4（g） + 4Na(l) = Ti(s) + 4NaCl(l) 金屬鈦的生產(chǎn)金屬鈦的生產(chǎn) 海綿鈦經(jīng)過(guò)熔煉成為致密的金屬鈦錠，鈦是高活性金屬，在熔煉溫度下很容易與多種元素發(fā)生反應(yīng)，所以必須在真空或惰性氣體的環(huán)境下進(jìn)行熔煉。1.3.5 鎂鎂 冶冶 金金鎂鎂的性質(zhì)與用途的性質(zhì)與用途 （1 1）性質(zhì)：）性質(zhì)：鎂是一個(gè)年輕的金屬，鎂是一個(gè)年輕的金屬，20世紀(jì)才發(fā)展起來(lái)世紀(jì)才發(fā)展起來(lái).它呈銀白色它呈銀白色,熔點(diǎn)熔點(diǎn)650，質(zhì)輕，密度為，質(zhì)輕，密度為1.74g/cm3；其化學(xué)；其化學(xué)活性強(qiáng)，與氧的親合力大。粉狀或細(xì)條狀的鎂，在空氣中活性強(qiáng)

32、，與氧的親合力大。粉狀或細(xì)條狀的鎂，在空氣中很易燃燒，燃燒時(shí)發(fā)出眩目的白光。金屬鎂無(wú)磁性，且有很易燃燒，燃燒時(shí)發(fā)出眩目的白光。金屬鎂無(wú)磁性，且有良好的熱消散性。良好的熱消散性。 （2 2）用途：）用途：常用做還原劑，去置換鈦、鋯、鈾、鈹?shù)瘸Ｓ米鲞€原劑，去置換鈦、鋯、鈾、鈹?shù)冉饘?。主要用于制造輕金屬合金、球墨鑄鐵、科學(xué)儀器脫金屬。主要用于制造輕金屬合金、球墨鑄鐵、科學(xué)儀器脫硫劑脫氫和格氏試劑，也能硫劑脫氫和格氏試劑，也能用于制煙火、閃光粉、鎂鹽等。 電解還原法制鎂電解還原法制鎂1 1）鹵水脫水電解法）鹵水脫水電解法 鹵水為鹵水為MgCl2430g/L的水溶液，通常用海水來(lái)獲得鹵水。的水溶液，通常

33、用海水來(lái)獲得鹵水。鹵水中含有鹵水中含有MnO2、Fe（OH）3、B2O3等雜質(zhì)。等雜質(zhì)。加熱到加熱到6070，加入，加入CaCl2，其反應(yīng)如下，其反應(yīng)如下：SO4-2 + CaCl2 = 2Cl- + CaSO4 鹵水中的其它雜質(zhì)同時(shí)被過(guò)濾去除，然后進(jìn)入除溴塔，鹵水中的其它雜質(zhì)同時(shí)被過(guò)濾去除，然后進(jìn)入除溴塔，通入氯氣除溴，最后采用有機(jī)溶劑萃取除去通入氯氣除溴，最后采用有機(jī)溶劑萃取除去B2O3，進(jìn)行蒸發(fā)，進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，除水分后得到無(wú)水氯化鎂。濃縮，除水分后得到無(wú)水氯化鎂。2 2）光鹵石脫水電解法）光鹵石脫水電解法3 3）氧化鎂氯化電解法）氧化鎂氯化電解法KClMgCl26H2O，去水，熔融下電解

34、，去水，熔融下電解熱還原法制鎂熱還原法制鎂1 1）半連續(xù)法）半連續(xù)法 以白云石為原料，煅燒得到煅白（以白云石為原料，煅燒得到煅白（CaOMgO），真空），真空環(huán)境下以硅鐵還原制取金屬鎂。環(huán)境下以硅鐵還原制取金屬鎂。將白云石破碎到將白云石破碎到530mm，煅燒，煅燒12001300：CaCO3MgCO3 = CaOMgO + 2CO2 將煅白、硅鐵和鋁土礦混合熔融狀態(tài)下進(jìn)行還原反應(yīng)：將煅白、硅鐵和鋁土礦混合熔融狀態(tài)下進(jìn)行還原反應(yīng)：2 2）皮江法）皮江法鎂精煉鎂精煉在固態(tài)下，使用硅鐵還原煅白得到金屬鎂在固態(tài)下，使用硅鐵還原煅白得到金屬鎂2（CaOMgO）+（XFe）Si+nAl2O3=2CaOSi

35、O2nAl2O3+XFe+2Mg鎂的精煉方法有：鎂的精煉方法有：熔劑精煉、沉降精煉、添加劑精煉、真熔劑精煉、沉降精煉、添加劑精煉、真空蒸餾、區(qū)域熔煉和電解精煉空蒸餾、區(qū)域熔煉和電解精煉。1.3.6 鉛鉛 冶冶 金金鉛鉛的性質(zhì)與用途的性質(zhì)與用途 （1 1）性質(zhì)：）性質(zhì)：鉛是最軟的重金屬，呈藍(lán)灰色。熔點(diǎn)低鉛是最軟的重金屬，呈藍(lán)灰色。熔點(diǎn)低327.5、密度大（、密度大（11.2711.48g/cm3）、展性好、延性差。對(duì)電和熱的）、展性好、延性差。對(duì)電和熱的傳導(dǎo)性能不好。高溫下易揮發(fā)，對(duì)環(huán)境污染。鉛在空氣中表面?zhèn)鲗?dǎo)性能不好。高溫下易揮發(fā)，對(duì)環(huán)境污染。鉛在空氣中表面能生成氧化鉛膜，在潮濕和含有二氧化碳

36、的空氣中，表面生成能生成氧化鉛膜，在潮濕和含有二氧化碳的空氣中，表面生成堿式碳酸鉛膜，這兩種化合物，均能阻止鉛的繼續(xù)氧化。鉛還堿式碳酸鉛膜，這兩種化合物，均能阻止鉛的繼續(xù)氧化。鉛還具有吸收放射線的性能。具有吸收放射線的性能。 （2 2）用途：）用途：鉛是制造蓄電池、電纜、汽油添加劑等產(chǎn)品的鉛是制造蓄電池、電纜、汽油添加劑等產(chǎn)品的原材料。由于有很好的耐腐蝕性，可以作為電解槽的內(nèi)襯。鉛原材料。由于有很好的耐腐蝕性，可以作為電解槽的內(nèi)襯。鉛能吸收放射線，可以應(yīng)用到核工業(yè)和醫(yī)療器械中。還可以與其能吸收放射線，可以應(yīng)用到核工業(yè)和醫(yī)療器械中。還可以與其它金屬形成合金。它金屬形成合金。 硫化鉛精礦的焙燒和燒結(jié)硫化鉛精礦的焙燒和燒結(jié) 硫化礦的焙燒和燒結(jié)的目的是把精礦中的硫化物氧化脫硫化礦的焙燒和燒結(jié)的目的是把精礦中的硫化物氧化脫硫，同時(shí)揮發(fā)砷