2007年上學(xué)期《有色重金屬冶金學(xué)》A卷參考答案

1、密閉鼓風(fēng)爐煉鋅有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？（5分）答：①優(yōu)點(diǎn)：對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)、可綜合利用原礦中的有價(jià)金屬，生產(chǎn)能力大、燃料利用率高、基建投資費(fèi)用少--------（2.5分）②缺點(diǎn)：需要冶金焦炭、技術(shù)條件要求較高、燒結(jié)塊的含硫量低于1%、爐內(nèi)和冷凝器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生爐結(jié)、勞動(dòng)強(qiáng)度大--------（2.5分）2、如何處理濕法煉鋅生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)出的浸出渣？（5分）答：在濕法煉鋅生產(chǎn)過(guò)程中，所得浸出渣的處理方法很多，可根據(jù)渣的成分及冶煉所具備的條件不同而選擇不同的方法，歸結(jié)起來(lái)大致可分兩類：一類是火法，如煙化法，熔煉法及回轉(zhuǎn)窯法；--------（2.5分）另一類是濕法，如鐵礬法、針鐵礦法等。我國(guó)通常采用的回轉(zhuǎn)窯法。--------（2.5分）3、火法煉銅造锍熔煉的目的是什么？（10分）答：現(xiàn)代造锍熔煉是在1150-1250℃的高溫下，使硫化銅精礦和熔劑在熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉。爐料中的銅、硫與未氧化的鐵形成液態(tài)銅锍。-------（2分）火法煉銅造锍熔煉的目的是將銅精礦中銅及其他有價(jià)金屬（Ni、Co、Pb、Zn和貴金屬）富集于冰銅中，------（4分）從而達(dá)到與脈石、部分硫鐵的分離。------（4分）4、粗銅電解過(guò)程中，電流密度與電流效率是什么？（10分）答：在銅電解過(guò)程中，電流密度表示每平方米陰極表面通過(guò)的電流安培數(shù)：DK=I/S---（4分）單位為安/米------（1分）電流效率通常指的是陰極電流效率------（2分）是實(shí)際在陰極沉積的銅量與理論沉積的銅量之比，ηK=(wCu／qIτ)×100%------（3分）5、請(qǐng)分別繪出QSL反應(yīng)器中氧槍、還原槍以及Ausmelt爐噴槍的結(jié)構(gòu)示意圖，并進(jìn)行簡(jiǎn)要的說(shuō)明。（13分）答：氧槍：兩層同心管，內(nèi)管輸送氧氣，環(huán)套輸送N2對(duì)氧槍起冷卻作用。繪圖-----（1分）標(biāo)注-----（1分）說(shuō)明-----（2分）還原槍：三個(gè)同心管，內(nèi)管輸送空氣和粉煤混合物，內(nèi)環(huán)輸送氧氣，外環(huán)供給氮?dú)馄鹄鋮s作用。繪圖-----（1分）標(biāo)注-----（1分）說(shuō)明-----（2分）Ausmelt噴槍：兩層同心管，內(nèi)管輸送燃料和帶料空氣，外管為壓縮空氣。繪圖-----（2分）標(biāo)注-----（1分）說(shuō)明-----（2分）空氣+O2N2粉煤燃料+帶壓縮料空氣空氣掛渣O2N26、粗鉛電解精煉過(guò)程中，陽(yáng)極中的雜質(zhì)元素分為哪幾類？分別簡(jiǎn)要敘述它們?cè)陔娊膺^(guò)程中的走向。（12分）答：粗鉛中中的雜質(zhì)元素分為三類：（1）電位比鉛負(fù)的雜質(zhì)如Zn、Fe、Cd、Ni、Co等，由于電位比鉛負(fù)，隨鉛一道溶解進(jìn)入電解液中，但不在陰極析出；---------（4分）（2）電位比鉛正的雜質(zhì)如Sb、Bi、As、Ag、Au等，由于電位比鉛正，不能溶解，只能進(jìn)入陽(yáng)極泥，電流密度較高時(shí)會(huì)有少量溶解；----（4分）（3）電位與鉛很相近的Sn，一部分溶解進(jìn)入電解液并在陰極析出，一部分不溶解而進(jìn)入陽(yáng)極泥---------（4分）二、論述題（3題，共計(jì)35分）1、造锍熔煉時(shí)銅在渣中的損失有哪幾種形式？并說(shuō)明原因及降低渣含銅的可采取的措施。（10分）答：火法煉銅造锍熔煉時(shí)渣中的銅損失有機(jī)械夾帶、溶解兩種形式（或機(jī)械夾帶、物理?yè)p失、化學(xué)損失三種形式）。-----------（4分）機(jī)械夾帶損失是由于細(xì)顆粒冰銅未能沉降到锍層而夾帶于爐渣中引起的銅損失；溶解損失是由于銅的硫化物（Cu2S）及氧化物（Cu2O）溶解于FeO爐渣中造成的損失，又分別稱為物理?yè)p失、化學(xué)損失。-----------（3分）為降低渣含銅，實(shí)踐中采取的主要措施是控制冰銅品位不要太高，渣中要有足夠的SiO2以及良好的沉清條件和足夠的沉清時(shí)間。-----------（3分）2、在硫化鋅精礦焙燒的過(guò)程中，鐵酸鋅的生成對(duì)濕法煉鋅過(guò)程有什么危害？如何避免鐵酸鋅的生成？（10分）答：鐵酸鋅的危害：浸出時(shí)不溶解而使鋅進(jìn)入渣中，影響鋅的浸出率。---------（2分）避免鐵酸鋅的生成的方法：(1)加速焙燒作業(yè)、縮短反應(yīng)時(shí)間；---------（2分）(2)增大爐料的粒度、減小ZnO與Fe2O3顆粒的接觸；---------（2分）(3)升高焙燒溫度并對(duì)焙砂進(jìn)行快速冷卻；---------（2分）(4)進(jìn)行還原沸騰焙燒以破壞鐵酸鋅的結(jié)構(gòu)而將ZnO析出。---------（2分）3、請(qǐng)分析云錫公司用Ausmelt爐還原熔煉—爐渣煙化爐貧化技術(shù)取代三段熔煉技術(shù)的合理性。（15分）答：Ausmelt煉錫三段熔煉技術(shù)即：（1）第一段為熔煉階段，產(chǎn)出粗錫和含Sn為10％的爐渣；-------（2分）（2）第二段為弱還原階段，產(chǎn)出粗錫并使?fàn)t渣含Sn由10％降至4％；-------（2分）（3）第三段為強(qiáng)還原階段，進(jìn)一步貧化爐渣，使?fàn)t渣含Sn由4％降至1％左右。------（2分）Ausmelt爐還原熔煉——爐渣煙化爐貧化技術(shù)是指在Ausmelt爐中：第一段熔煉產(chǎn)生粗錫產(chǎn)品和含錫15％左右的爐渣；-------（2分）第二段對(duì)渣進(jìn)行還原處理，使渣含錫達(dá)到4％～6％后，從爐內(nèi)放出運(yùn)至煙化爐處理。-------（2分）云錫公司用Ausmelt爐還原熔煉—爐渣煙化爐貧化技術(shù)取代三段熔煉技術(shù)主要從以下幾方面考慮：（1）強(qiáng)還原階段需要花2-4h，可以節(jié)省冶煉周期；（2）還原溫度達(dá)到1300℃高溫，不利與昂貴的Cr-Mg耐火材料的壽命；（3）云錫公司可以利用現(xiàn)有的煙化爐來(lái)處理爐渣；（4）兩段工藝可處理低品位的錫中礦。（5）拋渣含錫低（0.1%）-------（5分）三、計(jì)算題（1題，共計(jì)10分）鋅與氫的標(biāo)準(zhǔn)電極電位分別為-0.763V和0.00V，從熱力學(xué)上看，在陰極上析出鋅之前，電位較正的氫應(yīng)先析出，但在硫酸鋅溶液電解沉積鋅的實(shí)際過(guò)程中為什么是鋅優(yōu)先于氫析出？（10分）答：在硫酸鋅溶液電解沉積鋅時(shí)，在陰極上的主要反應(yīng)有：+Zn2++2e=ZnE°Zn2+/Zn=-0.763V2H+2e=H2E°H+/H2=0.0V從熱力學(xué)上可以看出，在陰極上析出鋅之前，電位較正的氫應(yīng)先析出。---------（2分）但在實(shí)際的電積鋅過(guò)程中，由極化現(xiàn)象而產(chǎn)生電極反應(yīng)的超電壓（η），加上這個(gè)超電壓，陰極反應(yīng)的析出電位應(yīng)為：EZn2+/Zn=E°Zn2+/Zn+lnaZn2+=-0.763+lnaZn2+-ηZnEH+/H2=E°H+/H2+lnaH+-ηH=lnaH+-ηH----------（4分）