金屬冶金概述

第七章冶金工程(gōngchéng)基礎(chǔ)材料(cáiliào)工程基礎(chǔ)共四十頁(yè)第一節(jié)金屬(jīnshǔ)冶金概述第七章冶金工程(gōngchéng)基礎(chǔ)共四十頁(yè)金屬(jīnshǔ)的分類1.冶金工業(yè)的分類方法：黑色金屬（鐵.鉻.錳）有色金屬（除以上三種）2.根據(jù)密度的大小分類：輕金屬（小于4.5g/cm3）如:鋁.鉀.鎂.鈉重金屬（大于4.5g/cm3）如:鐵.銅.銀.汞3.根據(jù)地殼中的含量：常見(chánɡjiàn)金屬如:鐵.銅.錫稀有金屬如:鉭.鋯.鈮共四十頁(yè)黑色金屬有色金屬金屬材料鑄鐵

鋼工程構(gòu)件用鋼機(jī)器零件用鋼工具鋼特殊性能用鋼(不銹鋼及耐熱鋼)輕金屬(鋁,鎂,鈦)

重金屬(銅,鋅,鉛,鎳)

貴重金屬(金,銀)稀有金屬(鎢鉬釩鈮鈷)

放射金屬(鐳鈾釷)結(jié)構(gòu)金屬材料功能金屬材料難熔金屬(鈦鋯鉿釩鈮鉭鉬鎢)

稀土金屬(鈧、釔及鑭系元素)共四十頁(yè)

在13種主要金屬原料的地區(qū)分布(fēnbù)前五位排名上，我國(guó)除錫（占14.8%）和鉬（占6.0%）外，其余都榜上無名。銦，鎢，鍺，稀土，鉬，鈦，釩工業(yè)的牙齒戰(zhàn)爭(zhēng)金屬工業(yè)味精空間金屬最高熔點(diǎn)共四十頁(yè)藍(lán)銅礦磁鐵礦金屬元素在自然界，少數(shù)不活潑金屬以游離態(tài)存在(cúnzài)，多數(shù)金屬以化合態(tài)存在(cúnzài)。共四十頁(yè)1、冶金(yějīn)的基本概念1）冶金的概念(冶金的目的或任務(wù)）冶金是研究如何(rúhé)經(jīng)濟(jì)地從礦石或其他原料中提取金屬或金屬化合物，并采用各種加工方法制成具有一定性能的金屬材料的科學(xué)。

2）冶金包括：提取冶金：

物理冶金：研究提取金屬，存在化學(xué)反應(yīng)研究金屬材料成型過程冶煉共四十頁(yè)鈦合金共四十頁(yè)２、金屬的冶煉的實(shí)質(zhì)(shízhì)及過程自然界中的金屬大都以化合態(tài)存在用化學(xué)的方法把化合態(tài)的金屬變成游離態(tài)要考慮的問題礦石的富集合適的冶煉方法如何精煉金屬冶煉(yěliàn)的三大過程（1）煉前處理（2）粗煉（3）精煉共四十頁(yè)３、冶金工業(yè)(yějīnɡōnɡyè)發(fā)展歷史人類社會(huì)(shèhuì)發(fā)展史：原始社會(huì)→奴隸社會(huì)→封建社會(huì)→資本主義社會(huì)

人類使用材料的歷史：石器→青銅器→鐵器→工業(yè)化(鋼鐵)→信息社會(huì)(多種新材料)共四十頁(yè)中國(guó)冶金的輝煌(huīhuáng)歷史共四十頁(yè)共四十頁(yè)共四十頁(yè)現(xiàn)代冶金(yějīn)過程—冶煉過程共四十頁(yè)

現(xiàn)代冶金(yějīn)過程—軋鋼過程共四十頁(yè)4、冶金(yějīn)方法分類金屬(jīnshǔ)冶金按其原理可劃分為四大基本類型：火法冶金（又稱干法冶金）濕法冶金、電冶金粉末冶金。物理冶金提取冶金共四十頁(yè)第二節(jié)火法冶金(yějīn)第七章冶金(yějīn)工程基礎(chǔ)共四十頁(yè)一、基本概念概念：火法冶金是指利用高溫（超過金屬熔點(diǎn)溫度）從礦物中提取金屬或其他化合物的方法；顧名思義，這種生產(chǎn)工藝常利用火來加熱得到高溫。因這種工藝沒有水溶液的參與(cānyù)，所以也叫干法冶金。典型的火法冶煉：煉鋼，煉銅適用性：富集礦、硫化物礦特點(diǎn)：1）污染嚴(yán)重

2）對(duì)礦物品質(zhì)要求高

3）生產(chǎn)成本低，易于大規(guī)模生產(chǎn)使用

4）產(chǎn)品純度低，不易實(shí)現(xiàn)其它伴生金屬的回收。共四十頁(yè)二、火法冶金(yějīn)主要工藝過程

工藝(gōngyì)過程：礦石準(zhǔn)備礦石熔煉精煉提純除脈石、得精礦富集和分離的過程除去雜質(zhì)提純金屬共四十頁(yè)1、礦石(kuàngshí)準(zhǔn)備選礦:礦石破碎后、通過重選、浮選、磁選等。

→精礦2.干燥、焙解:

分解水化物或氫氧化物及碳酸鹽，除去其中(qízhōng)的水份、二氧化碳及有機(jī)物等。3、焙燒：除硫

→焙砂4.

燒結(jié)：粉礦（精礦）→球團(tuán)→燒結(jié)→

塊狀物料。

→燒結(jié)塊不宜直接加入鼓風(fēng)爐共四十頁(yè)2、熔煉(rónɡliàn)煤、焦炭溶解度、密度差原料

熔化兩種或以上互不相溶的液體產(chǎn)物礦石（精礦、焙砂或燒結(jié)塊）熔劑、氧化、還原劑、燃料粗金屬、金屬富集物、熔渣（脈石、灰分）化學(xué)反應(yīng)石灰石硅石(ɡuīshí)共四十頁(yè)1、還原熔煉：以還原(huányuán)反應(yīng)為主（氧化物礦）還原氣氛熔煉

MeO+C=Me+CO2；

MeO+CO=Me+CO2；

C+CO2=2CO2、氧化熔煉：以氧化反應(yīng)為主（硫化物礦）。

MeS+O2=Me+SO2；

MeS+1.5O2=MeO+SO2；

Me’S+MeO=MeS+Me’O[Me’為雜質(zhì)金屬元素

]閃速熔煉、熔池熔煉、漩渦熔煉、熱風(fēng)熔煉、富氧熔煉、自熱熔煉共四十頁(yè)3、精煉(jīngliàn)

將冶煉得到的金屬進(jìn)一步去除雜質(zhì)，提高純度的過程稱為精煉。精煉包括：

1）化學(xué)方法：氧化精煉：利用雜質(zhì)對(duì)氧的親和力大于主金屬元素

Me’+MeO=Me+Me’O

硫化精煉：利用雜質(zhì)對(duì)硫的親和力大于主金屬元素

MeS+Me’=Me’S+Me

2）物理方法：區(qū)域提純：改變溫度，利用雜質(zhì)和主金屬熔化-結(jié)晶發(fā)生相變規(guī)律不同精餾：利用物質(zhì)沸點(diǎn)不同，進(jìn)行多次蒸發(fā)、冷凝而除去(chúqù)雜質(zhì)

3）電化學(xué)方法：電解提純煉鋼吹氧，粗銅除鐵粗鉛除銅、除鐵雜質(zhì)元素變成氧化物與脈石造渣除去共四十頁(yè)二、火法冶金主要(zhǔyào)工藝過程

工藝(gōngyì)過程：礦石準(zhǔn)備礦石熔煉精煉提純除脈石、得精礦富集和分離的過程除去雜質(zhì)提純金屬粗礦石燒結(jié)塊、熔劑、氧化、還原劑、燃料粗金屬、金屬富集物、熔渣粗金屬純金屬精礦粉燒結(jié)塊共四十頁(yè)第三節(jié)濕法冶金(yějīn)第七章冶金(yějīn)工程基礎(chǔ)共四十頁(yè)一、基本概念定義：濕法冶金是指利用一些化學(xué)溶劑的化學(xué)作用，在水溶液或非水溶液中進(jìn)行包括氧化、還原、中和、水解和絡(luò)合等反應(yīng)，對(duì)原料、中間產(chǎn)物或二次再生資源中的金屬進(jìn)行提取和分離的冶金過程。典型的濕法冶煉：濕法煉鋅（已占到世界(shìjiè)鋅產(chǎn)量的80%）適用性：貧礦、氧化物礦、海水、廢渣、選礦尾礦特點(diǎn)：

1）污染可控

2）可用于對(duì)貧礦、廢渣等的金屬提取

3）生產(chǎn)效率低共四十頁(yè)1、礦石(kuàngshí)準(zhǔn)備1.

選礦:礦石破碎后、通過重選、浮選、磁選等。2.干燥、焙解:

3.

焙燒:礦石(精礦)→加熱(<熔點(diǎn))→化學(xué)變化。包括有：硫酸化焙燒、如濕法提Cu、Zn等：

MeS+1?O2=MeO+SO2

SO2+?O2=SO3

MeO+SO3=MeSO4氯化焙燒、礦石（精礦）+氯化劑→可溶性氯化物（稀有金屬冶金(yějīn)）如

TiO2+2CaCl2=TiCl4+2CaO

4.

燒結(jié)：粉礦（精礦）→球團(tuán)→燒結(jié)→

塊狀物料。除硫、生成硫酸鹽、可溶性化合物共四十頁(yè)二、濕法冶金工藝(gōngyì)過程

工藝過程：浸出固液分離金屬或化合物提取溶液凈化高溫加壓浸出超細(xì)振動(dòng)研磨浸出外力場(chǎng)的作用強(qiáng)化催化劑活化浸出沉降分離過濾分離蒸餾沉淀結(jié)晶溶液萃取離子交換膜分離將金屬組分溶解變?yōu)槿芤赫羝麎弘y熔固體過飽和萃取(cuìqǔ)共四十頁(yè)用濕法從硫化鋅精礦(jīnɡkuànɡ)生產(chǎn)金屬鋅的流程圖共四十頁(yè)第四節(jié)電冶金(yějīn)第七章冶金(yějīn)工程基礎(chǔ)共四十頁(yè)

定義：利用電能(diànnéng)從礦石或其它原料中提取、回收、精煉金屬的冶金過程。

工藝分類：

電熱學(xué)冶金：直接用電加熱生產(chǎn)金屬的一種冶金方法。特點(diǎn)：耗熱量大，溫度可控，速度快，產(chǎn)品純度高電化學(xué)冶金：電化冶金是利用電極反應(yīng)而進(jìn)行的冶煉方法。特點(diǎn)：純度高，用于后期精煉或提取。也可看成是一種干法冶金技術(shù)也可看成是一種濕法冶金技術(shù)共四十頁(yè)電解過程：實(shí)則為一個(gè)(yīɡè)氧化還原過程陽(yáng)極：電流流出端發(fā)生氧化反應(yīng)：Me-2e=Me2+（金屬溶解）陰極：電流流入端發(fā)生還原：

Me2++2e=Me（金屬析出）一、電化學(xué)冶金(yějīn)共四十頁(yè)電解精煉電解提取電解精煉(jīngliàn)：以粗金屬作陽(yáng)極，而陽(yáng)極反應(yīng)又是目的金屬本身的溶解反應(yīng)，這一過程稱為電解精煉或可溶性陽(yáng)極電解；電解提?。菏褂貌蝗苄噪姌O作陽(yáng)極，對(duì)溶解于電解液中的金屬離子進(jìn)行還原、分解的過程，稱為電解提取。共四十頁(yè)依據(jù)(yījù)所使用電解質(zhì)的物理狀態(tài)分為兩種類型：1）水溶液電解：適用電負(fù)性比氫大的金屬元素——電極電位較正的金屬2）熔鹽電解：原則上適用于所有金屬——電極電位較負(fù)的金屬氫負(fù)電位金屬

正電位金屬金屬的電負(fù)性：鋁、鎂、鈦等堿、堿土金屬銅、鎳、鈷、金、銀等原因(yuányīn)：電負(fù)性小的金屬鹽的水溶液，其分解電壓比水的大，電解時(shí)只是使水電解析出氫和氧，而金屬并不會(huì)析出。共四十頁(yè)二、電熱(diànrè)學(xué)冶金

電熱冶金具有加熱速度快、調(diào)溫準(zhǔn)確、溫度高（可到2000℃以上），可以在各種氣氛、各種壓力或真空中作業(yè)，以及金屬燒損少等優(yōu)點(diǎn)。1、電弧熔煉2、電阻爐熔煉（高熔點(diǎn)(róngdiǎn)金屬）3、電阻－電弧熔煉4、感應(yīng)熔煉5、電子束熔煉6、等離子熔煉共四十頁(yè)第五節(jié)粉末冶金(fěnmòyějīn)第七章冶金(yějīn)工程基礎(chǔ)共四十頁(yè)

概念：粉末冶金最初是指在金屬的熔點(diǎn)溫度以下采用金屬礦物或金屬及合金粉末生產(chǎn)制備相應(yīng)金屬與合金材料或制品的冶金工藝過程。又稱為“金屬陶瓷法”。

對(duì)于難熔金屬而言，粉末冶金更是重要(zhòngyào)的冶金手段。粉末冶金過程制粉成型燒結(jié)后續(xù)處理共四十頁(yè)四種(sìzhǒnɡ)冶金方法的特點(diǎn)對(duì)比優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用性火法處理精礦能力大，能夠利用硫化物礦中硫的燃燒熱，生產(chǎn)規(guī)模大，效率高。污染嚴(yán)重，純度低鋼鐵重有色金屬硫化物礦濕法污染可控；原材料要求低，使用范圍廣；可回收貴金屬，稀有金屬相對(duì)工藝過程復(fù)雜處理多金屬礦，低品味礦，難選礦火法不能使用的氧化礦物原料電冶金純度高電加熱速度快、溫度可控性好。電能耗能大；成本高用于火法冶金得到粗金屬的精煉濕法冶金的萃取提煉高熔點(diǎn)金屬粉末冶金純度高后機(jī)械加工少，節(jié)約金屬混合相