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.鈮共四十頁黑色金屬有色金屬金屬材料鑄鐵

鋼工程構(gòu)件用鋼機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

在13種主要金屬原料的地區(qū)分布(fēnbù)前五位排名上，我國除錫（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)爭金屬工業(yè)味精空間金屬最高熔點共四十頁藍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。

2）冶金包括：提取冶金：

物理冶金：研究提取金屬，存在化學反應(yīng)研究金屬材料成型過程冶煉共四十頁鈦合金共四十頁２、金屬的冶煉的實質(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３、冶金工業(yè)(yějīnɡōnɡyè)發(fā)展歷史人類社會(shèhuì)發(fā)展史：原始社會→奴隸社會→封建社會→資本主義社會

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(多種新材料)共四十頁中國冶金的輝煌(huīhuáng)歷史共四十頁共四十頁共四十頁現(xiàn)代冶金(yějīn)過程—冶煉過程共四十頁

現(xiàn)代冶金(yějīn)過程—軋鋼過程共四十頁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第二節(jié)火法冶金(yějīn)第七章冶金(yějīn)工程基礎(chǔ)共四十頁一、基本概念概念：火法冶金是指利用高溫（超過金屬熔點溫度）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：1）污染嚴重

2）對礦物品質(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，不易實現(xiàn)其它伴生金屬的回收。共四十頁二、火法冶金(yějīn)主要工藝過程

工藝(gōngyì)過程：礦石準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1、礦石(kuàngshí)準備選礦: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、二氧化碳及有機物等。3、焙燒：除硫

→焙砂4.

燒結(jié)：粉礦（精礦）→球團→燒結(jié)→

塊狀物料。

→燒結(jié)塊不宜直接加入鼓風爐共四十頁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）化學反應(yīng)石灰石硅石(ɡuīshí)共四十頁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、熱風熔煉、富氧熔煉、自熱熔煉共四十頁3、精煉(jīngliàn)

將冶煉得到的金屬進一步去除雜質(zhì)，提高純度的過程稱為精煉。精煉包括：

1）化學方法：氧化精煉：利用雜質(zhì)對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)沸點不同，進行多次蒸發(fā)、冷凝而除去(chúqù)雜質(zhì)

3）電化學方法：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二、火法冶金主要(zhǔyào)工藝過程

工藝(gōngyì)過程：礦石準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)塊共四十頁第三節(jié)濕法冶金(yějīn)第七章冶金(yějīn)工程基礎(chǔ)共四十頁一、基本概念定義：濕法冶金是指利用一些化學溶劑的化學作用，在水溶液或非水溶液中進行包括氧化、還原、中和、水解和絡(luò)合等反應(yīng)，對原料、中間產(chǎn)物或二次再生資源中的金屬進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：

1）污染可控

2）可用于對貧礦、廢渣等的金屬提取

3）生產(chǎn)效率低共四十頁1、礦石(kuàngshí)準備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)→化學變化。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→燒結(jié)→

塊狀物料。除硫、生成硫酸鹽、可溶性化合物共四十頁二、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振動研磨浸出外力場的作用強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)共四十頁用濕法從硫化鋅精礦(jīnɡkuànɡ)生產(chǎn)金屬鋅的流程圖共四十頁第四節(jié)電冶金(yějīn)第七章冶金(yějīn)工程基礎(chǔ)共四十頁

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：

電熱學冶金：直接用電加熱生產(chǎn)金屬的一種冶金方法。特點：耗熱量大，溫度可控，速度快，產(chǎn)品純度高電化學冶金：電化冶金是利用電極反應(yīng)而進行的冶煉方法。特點：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)共四十頁電解過程：實則為一個(yīɡè)氧化還原過程陽極：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、電化學冶金(yějīn)共四十頁電解精煉電解提取電解精煉(jīngliàn)：以粗金屬作陽極，而陽極反應(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極電解；電解提?。菏褂貌蝗苄噪姌O作陽極，對溶解于電解液中的金屬離子進行還原、分解的過程，稱為電解提取。共四十頁依據(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——電極電位較負的金屬氫負電位金屬

正電位金屬金屬的電負性：鋁、鎂、鈦等堿、堿土金屬銅、鎳、鈷、金、銀等原因(yuányīn)：電負性小的金屬鹽的水溶液，其分解電壓比水的大，電解時只是使水電解析出氫和氧，而金屬并不會析出。共四十頁二、電熱(diànrè)學冶金

電熱冶金具有加熱速度快、調(diào)溫準確、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。1、電弧熔煉2、電阻爐熔煉（高熔點(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第五節(jié)粉末冶金(fěnmòyějīn)第七章冶金(yějīn)工程基礎(chǔ)共四十頁

概念：粉末冶金最初是指在金屬的熔點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)處理共四十頁四種(sìzhǒnɡ)冶金方法的特點對比優(yōu)點缺點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金屬粉末冶金純度高后機械加工少，節(jié)約金屬混合相