五種非鋁金屬簡(jiǎn)介課件

五種非鋁金屬簡(jiǎn)介主講:下面主要介紹鈦、鎳、鉻、鉬、釩五種非鋁金屬的礦石資源、主要用途、常用生產(chǎn)方法等基本知識(shí)。一、鈦冶金

（一）鈦礦資源

鈦的資源十分豐富，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)TiO2含量大于1%的鈦礦物有140多種，但現(xiàn)階段具有利用價(jià)值的主要是金紅石和鈦鐵礦，其次是白鈦石、銳鈦礦、紅鈦鐵礦。在世界鈦資源中，鈦鐵礦儲(chǔ)量多的國(guó)家是加拿大、挪威、南非等，金紅石儲(chǔ)量多的國(guó)家是巴西、澳大利亞和印度等。我國(guó)的鈦資源儲(chǔ)量也十分豐富，但主要是鈦鐵礦，金紅石礦甚少。在鈦鐵礦儲(chǔ)量中，巖礦占大部分，還有少量砂礦。鈦鐵礦巖礦主要產(chǎn)地是四川、云南和河北；砂礦產(chǎn)地主要有廣東、廣西、海南和云南。金紅石礦主要分布在湖北和山西。一、鈦冶金

（三）鈦的生產(chǎn)目前，工業(yè)上處理鈦鐵礦精礦以制取鈦的化合物和海綿鈦的原則流程如圖1。鈦鐵礦中約含有40-60％TiO2和40-50%鐵的氧化物(FeO+Fe2O3)。對(duì)鈦鐵礦的處理主要是除去其中的鐵，工業(yè)上常用的有兩種方法，即用硫酸法除鐵以制取鈦白；或用還原熔煉法除鐵以制取鈦渣。以鈦渣或以金紅石為原料經(jīng)氯化處理可得粗四氯化鈦。精制后的純四氯化鈦為中間產(chǎn)品，它既可用氣相氧化法制得鈦白，又可用鎂還原法或鈉還原法制取海綿鈦。目前，制取海綿鈦工業(yè)流程可分為下面幾步：一、鈦冶金

（三）鈦的生產(chǎn)

(1)鈦鐵礦的還原熔煉除鐵制取鈦渣；(2)鈦渣氯化得粗四氯化鈦；(3)粗四氯化鈦的精制，除硅、釩、鋁等雜質(zhì)制得純四氯化鈦；

(4)純四氯化鈦用金屬熱還原法處理，然后經(jīng)真空蒸餾(或濕法處理)使還原產(chǎn)物中的氯化物與鈦分離獲得海綿鈦。此外，用鋁熱法在電爐中還原鈦鐵礦精礦可制取鈦鐵，其組成為：25-30%Ti、5-8％Al、3-4.5%Si，其余是鐵。圖1現(xiàn)行鈦冶煉工藝原則流程二、鎳冶金

（二）鎳的應(yīng)用鎳在工業(yè)上的具體用途可分為六類(lèi)：

1)作金屬材料，包括制造不銹鋼、耐熱合金鋼及各種合金等3000多種，占鎳總消費(fèi)量70％以上；2)用作鍍鎳，其量約占鎳的總消費(fèi)量15％；3)作催化劑，主要應(yīng)用于石油化工的氫化等過(guò)程；4)主要用作化學(xué)電源，如工業(yè)上已生產(chǎn)的Cd-Ni、Fe-Ni、Zn-Ni等電池和H2-Ni密封電池；5)制作顏料和染料，其最重要的是制作一種由鈦酸鎳為主要組成的黃橙色顏料；6)制作陶瓷及鐵素體，如陶瓷上常用NiO作著色劑，鐵素體是一種較新的陶瓷材料，主要用于高頻電器設(shè)備。二、鎳冶金

（三）鎳的生產(chǎn)由于資源特征、產(chǎn)品銷(xiāo)售形態(tài)、能源等原因，造成鎳的冶煉方法多樣化，現(xiàn)行的鎳冶煉工業(yè)生產(chǎn)方法如圖2。這些冶煉方法中，火法造锍熔煉歷來(lái)是，現(xiàn)在也是最主要的生產(chǎn)方法。上世紀(jì)70年代以前，世界上總鎳產(chǎn)量的70％是用該法生產(chǎn)的；70年代以后，由于許多鎳鐵冶煉廠投產(chǎn)，造锍熔煉產(chǎn)鎳比率有所下降。硫化礦造锍熔煉的工藝主要有鼓風(fēng)爐、反射爐、電爐熔煉，閃速熔煉以及氧氣頂吹熔煉、熔池熔煉。從降低能耗、提高硫?qū)嵤章?、防止污染出發(fā)，新建或改建處理硫化鎳礦的冶煉廠宜采用閃速熔煉或富氧熔煉，今后電爐熔煉仍然是重要的生產(chǎn)方法，二、鎳冶金

（三）鎳的生產(chǎn)由于高鎳锍除含鎳和硫以外，還合有相當(dāng)數(shù)量的銅，并富集了原料中的鉑族金屬和金等貴金屬及鈷，因此高鎳锍的分離和精煉歷來(lái)是鎳冶煉工藝中的關(guān)鍵問(wèn)題。由于氧化鎳礦日益成為提鎳的重要原料，上世紀(jì)70年代以來(lái)，新建的處理氧化鎳礦的工廠所采用的工藝雖然是百花齊放，但從原料性質(zhì)、能源消耗和產(chǎn)品銷(xiāo)售形式等考慮，電爐熔煉鎳鐵具有領(lǐng)先地位。用硅酸鹽型氧化鎳礦熔煉鎳鐵，熔煉可以在鼓風(fēng)爐、回轉(zhuǎn)窯或電爐中進(jìn)行，但以電爐用得最多。電爐的優(yōu)點(diǎn)是能達(dá)到高溫，爐內(nèi)條件易于控制，熔煉產(chǎn)生的廢氣量少，收塵設(shè)備投資省。三、鉻冶金

（一）鉻礦資源

自然界已發(fā)現(xiàn)的含鉻礦石有鉻鐵礦、鉻綠泥石、鉻石榴石、鉻云母、鉻透輝石、鉻金紅石等30多種，其中具有工業(yè)利用價(jià)值的為鉻鐵礦。鉻鐵礦按用途分為三種級(jí)別，冶金級(jí)含Cr2O3＞46％，Cr：Fe比值大于2；化工級(jí)含Cr2O340-46％，Cr：Fe比值為1.5-2，SiO2小于3.5％；耐火材料級(jí)Al2O3+Cr2O3＞60％、Cr2O330％-40％，Cr：Fe比值為2-2.5。鉻鐵礦的物理性質(zhì)與化學(xué)組成有關(guān)，高鐵鉻鐵礦與磁鐵礦性質(zhì)相似，硬度高，磁性中至強(qiáng)，呈黑色金屬光澤，薄片不透明，具有棕黑色至黑色條紋。高鋁鉻鐵礦為黑色、呈亞金屬至瀝青光澤，帶有淡棕色至綠棕色條紋，薄片具咖啡色，硬度很高、無(wú)磁性。三、鉻冶金

（二）鉻的應(yīng)用鉻鹽在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)中用途極廣，主要用于電鍍、鞣革、印染、醫(yī)藥、顏料、催化劑、有機(jī)合成氧化劑、火柴及金屬緩蝕等方面。鉻鹽行業(yè)的產(chǎn)品品種以重鉻酸鈉和鉻酸酐為主，同時(shí)還生產(chǎn)少量的重鉻酸鉀、氧化鉻綠、堿式硫酸鉻及部分含鉻顏料產(chǎn)品。金屬鉻用于生產(chǎn)高溫合金、電熱合金、精密合金等，其合金用于航空、宇航、電器及儀表等工業(yè)部門(mén)，另外在鑄鐵生產(chǎn)中也得到了廣泛應(yīng)用。三、鉻冶金

（三）重鉻酸鈉的生產(chǎn)重鉻酸鈉為鉻鹽的母體產(chǎn)品，大部分用于制造其他鉻鹽產(chǎn)品。商品重鉻酸鈉僅占總產(chǎn)量的25％-30％。生產(chǎn)原則工藝為鉻鐵礦有鈣氧化焙燒-硫酸酸化法。為減少排渣量，焙燒工藝趨向于無(wú)鈣焙燒工藝。重鉻酸鈉的生產(chǎn)方法和主要生產(chǎn)設(shè)備與燒結(jié)法氧化鋁相似，其生產(chǎn)過(guò)程包括鉻酸鈉堿性液制備及重鉻酸鈉生產(chǎn)兩部分。鉻酸鈉堿性液的生產(chǎn)過(guò)程為：礦石粉碎、爐料配制及混合、鉻鐵礦氧化焙燒、鉻酸鈉熟料浸濾；重鉻酸鈉生產(chǎn)的主要過(guò)程為：鉻酸鈉堿性液中和去鋁、镕酸鈉中性液酸化、重镕酸鈉酸性液蒸發(fā)及分離硫酸鈉、重鉻酸鈉結(jié)晶及脫水。重鉻酸鈉的簡(jiǎn)單生產(chǎn)工藝見(jiàn)圖3。三、鉻冶金

（四）金屬鉻的生產(chǎn)金屬鉻的制取方法有兩種：鋁熱法和電解法。除此之外，還有電硅熱法、電鋁熱法和氧化鉻真空碳還原法。具有延展性的金屬鉻必須用電解法制得。我國(guó)主要采用鋁熱法制取金屬鉻，該法用鋁還原三氧化二鉻。其主要反應(yīng)為：Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3氧化鉻原料中要求含Cr2O3

≥94％，S≤0.01%，SiO2

≤0．60％，F(xiàn)e2O3＜0．20％，粒度小于3mm。鋁則制成鋁粒后使用，一般采用噴霧法，即將鋁錠加熱熔化后，用壓縮空氣加壓，從熔鋁鍋經(jīng)噴嘴噴出時(shí)，由霧化器用壓縮空氣將鋁流擊碎而得，可通過(guò)調(diào)整噴出壓力或改換霧化器，得到所要求粒度的鋁粒。四、鉬冶金

（一）鉬礦資源鉬是分布量很少的一種元素，我國(guó)的鉬儲(chǔ)量為世界的第二位。已知的鉬礦約有20余種，這些鉬礦中具有工業(yè)價(jià)值的礦石只有四種，這四種鉬礦是輝鉬礦、鉬酸鈣礦、鉬酸鐵礦和鉬酸鉛礦，其中又以輝鉬礦的工業(yè)價(jià)值為最高，分布最廣，約有99％的鉬呈輝鉬礦存在，它占世界開(kāi)采量的90％以上。工業(yè)生產(chǎn)用的輝鉬精礦是從含千分之幾的礦石中經(jīng)破碎、浮選得來(lái)的，原礦通過(guò)這樣的處理可獲得含二硫化鉬85％-90％的精礦。為了節(jié)約鉬的資源，充分利用鉬的二次資源是很必要的，二次鉬資源種類(lèi)繁多，如從低品位鉬礦物原料或其他副產(chǎn)品、廢舊含鉬催化劑、廢鉬基合金等回收鉬。四、鉬冶金

（二）鉬的應(yīng)用鉬主要用于鋼鐵工業(yè)，用作鋼的添加劑，作為鋼鐵行業(yè)用的添加劑有金屬鉬條、鉬鐵和鉬酸鈣；鉬合金頂頭是穿刺不銹鋼管的重要工具，添加鉬的模具可用于加工銅、鋁的型材；鉬的熔化溫度很高，廣泛的應(yīng)用于電光源和電真空行業(yè)；機(jī)械零件上噴鍍一層鉬后，可增強(qiáng)它的耐磨性；用于火箭、導(dǎo)彈部件，如噴嘴、發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)廨喥_壓發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、火焰導(dǎo)向器及燃燒室等。此外，鉬具有熱中子捕獲截面較小，有持久強(qiáng)度，對(duì)核燃料的穩(wěn)定性能和抵抗液體金屬的腐蝕等特性，故用作核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料，如隔熱屏等。此外，由于鉬酸鹽容易被還原生成鉬藍(lán)，所以鉬的化合物可以作絲、毛、棉織物及毛皮的染料。四、鉬冶金

（三）氧化鉬的生產(chǎn)當(dāng)浸出液中含有—些不能生成硫化物沉淀的鉀、鈉和有機(jī)物雜質(zhì)時(shí)，就得用活件炭吸附的辦法加以?xún)艋?；將凈化后的鉬酸銨溶液加熱蒸發(fā)，使氨氣揮發(fā)，并增加溶液合鉬濃度；用鹽酸中和鉬酸銨溶液，使之生成多鉬酸銨結(jié)晶從溶液中沉淀析出，與溶解于母液中的雜質(zhì)分離；再將多鉬酸銨溶于氨溶液，制成正鉬酸銨溶液，然后蒸發(fā)濃縮，使氨揮發(fā)，鉬呈仲鉬酸銨析出，與溶解在結(jié)晶母液中的雜質(zhì)進(jìn)一步分離；仲鉬酸銨在450-500℃的溫度下進(jìn)行焙燒分解，析出其中的氨氣和水，即得到三氧化鉬，此過(guò)程又稱(chēng)為焙解，主要的煅燒設(shè)備是回轉(zhuǎn)管爐和四管爐。圖4氧化鉬的簡(jiǎn)單生產(chǎn)工藝石灰輝鉬精礦焙燒氨浸出氨溶劑萃取洗滌鉬酸銨溶液凈化過(guò)濾硫化胺活性碳酸沉仲鉬酸銨凈化渣焙砂過(guò)濾冷卻鉬酸銨溶液濃縮鹽酸多鉬酸銨溶解蒸發(fā)結(jié)晶氨水水焙解三氧化鉬五、釩冶金

（一）釩礦資源目前發(fā)現(xiàn)的含礬礦物達(dá)65種，但只有幾種礦物具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。這些礦物按合量可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是含釩品位高的礦物，如綠硫釩礦、釩鉛礦、釩鉛鋅礦、釩銅鉛礦等，這類(lèi)礦物含五氧化二釩達(dá)20％左右，但是這類(lèi)礦物僅在少數(shù)國(guó)家存在，其蘊(yùn)藏量不大。另一類(lèi)是含釩品位很低的礦物，如釩鈦磁鐵礦、合釩磁鐵礦、含釩鋁土礦及含釩磷酸鹽礦等，這類(lèi)礦物中含五氧化二釩約在0.1-2％之間，其中釩鈦磁鐵礦的蘊(yùn)藏量特別大，是目前世界上提釩的土要礦物，可以回收利用其中的釩、鐵與鈦。我國(guó)的釩鈦磁鐵礦儲(chǔ)量很大，攀枝花地區(qū)是我國(guó)最大的釩基地，其次還有河北承德、安徽馬鞍山等。五、釩冶金

（三）五氧化二釩的生產(chǎn)將釩鈦鐵磁礦與食鹽、芒硝（純堿）按一定比例配料并磨細(xì)，在1150℃的高溫下，燒結(jié)磨細(xì)的物料，形成疏松多孔的燒結(jié)料；經(jīng)過(guò)粗碎的燒結(jié)料，用濕磨磨細(xì)浸出，溫度80-90℃，然后溶出液進(jìn)行沉降過(guò)濾