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文檔簡(jiǎn)介
1、有色金屬冶金概論復(fù)習(xí)題1. 簡(jiǎn)述冶金學(xué)科(冶金方法)的分類;答:1)提取冶金學(xué):從礦石中提取金屬(包括金屬化合物)的生產(chǎn)過(guò)程稱為提取冶金學(xué)。由于這些生產(chǎn)過(guò)程伴有化學(xué)反應(yīng),故又稱為化學(xué)冶金學(xué)。它研究火法冶煉、濕法提取或電化學(xué)沉積等各種過(guò)程及方法的原理、流程、工藝及設(shè)備,故又稱為過(guò)程冶金學(xué),中國(guó)習(xí)慣簡(jiǎn)稱冶金學(xué)。即狹義的冶金學(xué)指的是提取冶金學(xué)。提取冶金方法 :火法冶金;濕法冶金;電冶金;粉末冶金。2)物理冶金學(xué):物理冶金學(xué)是通過(guò)成型加工的研究,制備有一定性能的金屬或合金材料的學(xué)科,又稱金屬學(xué)。2. 幾種典型提煉冶金方法的一般流程及特點(diǎn);答:1)火法冶金:利用高溫從礦石中提取金屬或其化合物的冶金過(guò)程。
2、此過(guò)程沒(méi)有水溶液參加,故又稱為干法冶金?;鸱ㄒ苯鸬墓に嚵鞒桃话惴譃榈V石準(zhǔn)備、冶煉、精煉3個(gè)步驟。2)濕法冶金 濕法冶金是利用溶劑,借助于氧化、還原、中和、水解、絡(luò)合等化學(xué)作用,對(duì)原料中金屬進(jìn)行提取和分離,得到金屬或其化合物的過(guò)程,稱為濕法冶金。由于大部分溶劑是水溶液,因而也叫水法冶金。水法冶金的優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境污染少,并且能提煉低品位的礦石,但成本較高。主要用于生產(chǎn)鋅、氧化鋁、氧化鈾及一些稀有金屬。濕法冶金在機(jī)理上屬物理化學(xué)的內(nèi)容,其生產(chǎn)步驟主要包括:浸取、分離、富集和提取。 3) 電冶金 :利用電能從礦石或其他原料中提取、回收和精煉金屬的冶金過(guò)程。電冶金成為大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的先決條件是廉價(jià)電能的大量
3、供應(yīng)。電冶金包括電爐冶煉、熔鹽電解和水溶液電解等。4) 粉末冶金:由以下幾個(gè)主要工藝步驟組成:配料、壓制成型、坯塊燒結(jié)和后處理。對(duì)于大型的制品,為了獲得均勻的密度,還需要采取等靜壓(各方向同時(shí)受液壓)的方法成型。特點(diǎn):粉末冶金在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上有以下特點(diǎn):(1)可生產(chǎn)普通熔煉方法無(wú)法生產(chǎn)的特殊性能材料,如多孔材料、復(fù)合材料等;可避免成分偏析、保證合金具有均勻的組織和穩(wěn)定的性能;(2)可生產(chǎn)高熔點(diǎn)金屬(如鎢和鉬)和不互熔的合金(如鎢-銀合金);(3)可大量減少產(chǎn)品的后續(xù)機(jī)加工量,節(jié)約金屬材料,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。這一點(diǎn)對(duì)貴重金屬尤其重要;(4)粉末冶金零件的缺點(diǎn)是塑性和韌性較差?;鸱ㄒ苯鸫罅坑糜阡撹F材
4、料的生產(chǎn),濕法冶金和電冶金主要用于有色金屬(除鋼鐵以外的金屬)的生產(chǎn)。許多有色合金既可以采用濕法冶金也可以采用火法冶金生產(chǎn),可根據(jù)礦石品位、工程條件以及生產(chǎn)成本來(lái)選擇。電冶金是獲得高純度金屬的一種有效辦法,火法冶金和濕法冶金的產(chǎn)品常常是作為初級(jí)產(chǎn)品,通過(guò)電冶金工藝進(jìn)一步提純。粉末冶金實(shí)際上是把金屬原料粉制成塊狀金屬和零件的過(guò)程,只涉及物理變化過(guò)程,是對(duì)其它冶金方法的一種補(bǔ)充,也可以看作是一種加工工藝。 2. 簡(jiǎn)述有色金屬提取的特點(diǎn);答:有色金屬礦物的品位低,成分復(fù)雜;提取方法多,分火法和濕法。3. 簡(jiǎn)述有色金屬火法、濕法提取工藝的分類。答:火法:(1)焙燒(氧化、還原、硫酸化、氯化、煅燒、燒結(jié)
5、焙燒);(2)熔煉(造锍、還原、氧化、熔鹽電解、反應(yīng)熔煉,吹煉);(3)精煉(氧化、氯化、硫化、電解精煉)。濕法:(1)浸出 按浸出的溶劑:堿浸、氨浸、酸浸、硫脲浸出、氰化物浸出,等; 按浸出的方式:常壓浸出、加壓浸出、槽浸、堆浸、就地浸出,等。 (2)凈化:水解沉淀凈化、置換凈化、氣體還原(氧化)凈化,等。 (3)沉積:置換沉積、電解沉積、氣體還原沉積。 5. 判斷下列金屬那些屬于稀有金屬、輕金屬、重有色金屬及貴金屬 Fe ( 黑 Cu (重 Mg ( 輕 Al ( 輕 Au ( 貴 Ag (貴 Pt (貴 Ti ( 稀 Co (重 Pb (重 Zn (重 Na ( 輕 K (輕 W (稀
6、Mo (稀 Ga ( 稀 Sr ( 輕 Ir (貴 Zr (稀 Pd (貴6. 金屬鋁、銅、金、銀的主要物理化學(xué)性質(zhì)?答:鋁的主要物理性質(zhì)(1 熔點(diǎn):99.996%的純鋁熔點(diǎn)為933K(660)。工業(yè)純鋁的最終凝固點(diǎn)575。(2 沸點(diǎn):鋁的沸點(diǎn)是2467。(3 熔化熱和熔化熵:鋁的熔化熱在933K時(shí)為1070.21 kJ/mol。熔化熵為11.5J/(mol·k)。(4 熱容:鋁的熱容在298933K之間。(5 導(dǎo)熱系數(shù)(或?qū)崧剩┕腆w鋁在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)為(2.352.37)×10-2W/(m·k)。(6 熱膨脹系數(shù):99.99%精鋁凝固時(shí)的體積收縮率為6.5%
7、。(7 密度:鋁的實(shí)際密度值為2.69662.6988g/cm3。(8 導(dǎo)電性: 高純鋁(99.995%)的電阻率在293K時(shí)為(2.622.65)×10-8·m-1。 鋁的主要化學(xué)性質(zhì)(1 鋁同氧的反應(yīng),生成Al2O3即:2Al+1.5O2=Al2O3(2 鋁在高溫下能夠還原金屬氧化物,即:2Al+Me=Al2O3+3Me(3 鋁易被堿溶液侵蝕,生成鋁酸鹽。銅:有兩種價(jià)態(tài)(Cu+,Cu2+,2價(jià)銅離子在溶液中顯藍(lán)色; b 能生成絡(luò)合物,如 Cu(NH34SO4;c 能和非金屬性強(qiáng)的元素直接化合成二元化合物,如CuS、Cu2S、CuO、Cu2O、CuCl2等;d 銅的高導(dǎo)電
8、性、導(dǎo)熱性及良好的延展性是最有價(jià)值的特性; e 銅與金銀一樣屬于活性小的金屬。但在含CO2的潮濕空氣中,銅的表面會(huì)慢慢生成有毒的銅綠即銅銹Cu(OH2CO3。銅與鹽酸與稀硫酸不起作用,但有氧存在時(shí),可緩慢溶解。金的性質(zhì):金的化學(xué)穩(wěn)定性很好,它不被氧化,也不被硝酸、鹽酸和硫酸溶解,但能溶于王水、氨水(H2O+Cl2)、溴水(H2O+Br)、溴化氫(HBr)、碘化鉀的碘溶液(KI+I2)、鹽酸的氯化鐵溶液(HCl+FeCl3)、酒精的碘溶液(C2H5OH+I2)、有氧或氧化劑存在時(shí)的氰化物(KCN和NaCN)溶液、高于420K溫度時(shí)的氯(Cl2)、硫脫(SCN2H4)、753K溫度時(shí)的乙炔(C2H
9、2)及溴加乙醚Br+(C2H52O中。金有Au+和Au3+兩種化合價(jià)。AuCl3容易揮發(fā)。用鐵鹽和SO2等還原劑可從氯金酸HAuCl4中沉淀金。與王水作用生成的氯金酸是金電解精煉的電解液主要成分。 銀的性質(zhì):銀有銀白色金屬光澤,故稱白銀。銀的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性都最高。常溫時(shí)銀的密度為10.49 g/cm3 ,熔點(diǎn)961.93,沸點(diǎn)2210,也是不易揮發(fā)的金屬,莫氏硬度2.7。銀的延展性僅次于金。銀有很強(qiáng)的吸氧性,在973時(shí)每10g銀可溶解21.35cm3的O2,相當(dāng)于銀體積的20倍。 銀不與水作用,常溫下也不氧化,加熱時(shí)則氧化成氧化銀,但到400時(shí)又明顯分解。銀不溶于鹽酸和醋酸中;難溶于濃硝酸和稀
10、硫酸中,但易溶于稀硝酸、濃熱硫酸、氰化鉀、氰化鈉和有氧化劑存在的硫脲中。有少量硫酸鐵存在的濃硫酸也能溶解銀。7. 解釋下列術(shù)語(yǔ)水溶液電解:在電解質(zhì)水溶液中進(jìn)行的電解。特點(diǎn)是溫度不高于100。熔鹽電解;以氧化物、氟化物或鹵化物為電解質(zhì)所進(jìn)行的電解。特點(diǎn)是溫度高于100。電解精煉;在直流電的作用下,陽(yáng)極不斷溶解,陰極不斷析出,雜質(zhì)被留在溶液中的電化學(xué)過(guò)程。鉛冰銅;以鐵硫化物與鉛硫化物為主要組元的的融合體。還原熔煉;在高溫下,在還原氣氛下所進(jìn)行的熔煉。氧化精煉;在高溫下,通入空氣使雜質(zhì)氧化成氧化物造渣除去的過(guò)程。電流效率;在直流電點(diǎn)解時(shí),陰極上實(shí)際析出的物質(zhì)量與理論析出量之比的百分?jǐn)?shù)。造锍熔煉;在一
11、臺(tái)高溫冶金設(shè)備中,含有硫的爐料以及燃料和熔劑,在和氧的反應(yīng)過(guò)程中,生成含二氧化硫的煙氣、氧化物融合體的爐渣、以及金屬硫化物的融合體的冰銅的過(guò)程。 置換沉積;用電極電位較負(fù)的物質(zhì)把電極電位較正的物質(zhì)從其水溶液中置換出來(lái)的過(guò)程。浸出液凈化;在浸出過(guò)程中少量雜質(zhì)也被浸出進(jìn)入溶液,為從溶液中回收的有價(jià)物質(zhì)更純,必須把溶液中的雜質(zhì)先行除去的步驟。硫酸化焙燒;在較高的溫度下,鼓入空氣,使?fàn)t料中硫化物氧化生成硫酸鹽的過(guò)程。冰銅:銅硫化物和鐵硫化物的融合體。锍:金屬硫化物的融合體,主要成分為鐵、硫和其他金屬。粗銅:含雜質(zhì)比較高的銅,一般品位在98%99.5%。鎳冰銅:硫化鎳與硫化鐵的融合體。8當(dāng)今銅的主要消費(fèi)
12、領(lǐng)域是哪些?答:電氣工業(yè),建筑工業(yè),運(yùn)輸交通工業(yè),機(jī)械和設(shè)備,家用及其他9試從資源綜合利用和生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境的友好兩方面,分析火法煉銅和濕法煉銅的主要優(yōu)缺點(diǎn)。答:火法流程最大的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性廣,對(duì)各種不同的銅礦均能處理,特別是對(duì)一船硫化礦和富氧化礦很適用。濕法煉銅是在常溫、常壓或高壓下用溶劑使銅從礦石中浸出。然后從浸出液中除去各種雜質(zhì),再將銅從浸出液中沉淀出來(lái)。當(dāng)前世界上銅產(chǎn)量約有15由該法制得。對(duì)氧化銅礦和自然銅礦,大多數(shù)可用溶劑直接浸出;而硫化銅礦則一般先經(jīng)焙燒,然后溶浸。 濕法冶金具有環(huán)境污染少,能處理低品位礦或多金屬?gòu)?fù)雜礦等特點(diǎn)10造锍熔煉過(guò)程中Fe3O4有何危害?生產(chǎn)實(shí)踐中采用哪些有效措
13、施抑制Fe3O4的形成?11酸性爐渣和堿性爐渣各有何特點(diǎn)?12閃速爐造锍熔煉對(duì)入爐銅精礦為何要預(yù)先進(jìn)行干燥?13閃速熔煉過(guò)程要達(dá)到自熱,生產(chǎn)上采用哪些措施來(lái)保證?奧托昆普閃速熔煉是采用富氧空氣或7231273K的熱風(fēng)作為氧化氣體。在反應(yīng)塔頂部設(shè)置了下噴型精礦噴嘴。干燥的精礦和熔劑與富氧空氣或熱風(fēng)高速噴入反應(yīng)塔內(nèi),在塔內(nèi)呈懸浮狀態(tài)。物料在向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,與氣流中的氧發(fā)生氧化反應(yīng),放出大量的熱,使反應(yīng)塔中的溫度維持在1673K以上。在高溫下物料迅速反應(yīng)(23s,產(chǎn)生的熔體沉降到沉淀池內(nèi),完成造冰銅和造渣反應(yīng),并進(jìn)行澄清分離。印柯閃速熔煉是利用工業(yè)氧氣(含氧95%97%將干銅精礦、黃鐵礦和熔劑從設(shè)在
14、爐子兩端的精礦噴嘴水平地噴入爐內(nèi)熔池上方空間,爐料在空間內(nèi)處于懸浮狀態(tài)發(fā)生氧化反應(yīng),放出大量的熱,使反應(yīng)過(guò)程自熱進(jìn)行。熔煉過(guò)程爐內(nèi)就形成了兩個(gè)區(qū)域即熔化帶和貧化帶。熔煉結(jié)果產(chǎn)出冰銅、爐渣和含80%SO2的煙氣。14熔池熔煉產(chǎn)出的爐渣為何含銅較高?15銅锍的吹煉過(guò)程為何能分為兩個(gè)周期? 16在吹煉過(guò)程中Fe3O4 有何危害?怎樣抑制其形成?17吹煉過(guò)程中鐵、硫之外的其它雜質(zhì)行為如何?18如果爐渣中含有較多以Cu2O形態(tài)存在的銅,用哪種貧化方法處理更有效?19簡(jiǎn)述粗銅火法精煉的過(guò)程原理。20火法精煉過(guò)程中為什么鎳較難除去?難除去的Ni、As和Sb等雜質(zhì)。Ni: NiO + Fe2O3 NiO
15、83;Fe2O3 造渣,因有少量As、Sb,可生成鎳云母(6Cu2O·8NiO·2As2O3、6Cu2O·8NiO·2Sb2O3 ,這是這些雜質(zhì)難除去的主要原因。21精煉過(guò)程中有一還原作業(yè),目的是什么?過(guò)還原有什么不利影響?22銅電解精煉和銅電積,兩者的電極反應(yīng)有什么差別?23. 銅電解精煉過(guò)程的原理,它是如何把雜質(zhì)除去的,指出雜質(zhì)的去向?24生產(chǎn)上采用哪些有效措施降低電解過(guò)程的電耗?25砷、銻、秘雜質(zhì)在銅電解過(guò)程中有哪些危害?26濕法煉銅有那些主要方法?適合用于處理那些物料?27細(xì)菌在浸出時(shí)作用是什么? 28. 分析比較高爐煉鐵和鼓風(fēng)爐熔煉冰銅過(guò)程的異同?29. 影響銅電解電流效率的因素?30. 生產(chǎn)氧化鋁的原料有幾種?鋁土礦的類型有那幾種?我國(guó)主要是那種礦物? 31. 堿法生產(chǎn)氧化鋁的方法有那幾類?它們的優(yōu)缺點(diǎn)是什么?32. 鋁酸鈉溶液是氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中那道工序的產(chǎn)物?它組成以什么表示?什么叫摩爾比?它代表溶液的什么重要特征?33. 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁過(guò)程中鋁酸鈉溶液脫硅的目的與方法
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