第一章-金属材料的制备-冶金

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,*,第一节 冶金工艺概述,第二节 钢铁冶炼,第三节 有色金属冶炼,第一章 金属材料的制备冶金,第一节 冶金工艺概述,引言：,绝大多数金属元素（除,Au,、,Ag,、,Pt,）都以,氧化物,、硫化物等化合物形式存在地壳之中。因此，要获得金属及其合金，必须首先将金属元素从矿物中提取出来，再对粗炼产品进行精练提纯和合金化处理，然后浇注成锭，加工成形，才能得到所需成分、组织和规格的金属材料。,分类：,冶金工艺分为,火法冶金、湿法冶金、电冶金及真空冶金,等。,1,火法冶金,定义,：,利用高温从矿石中提取金属或其化合物的方法。,工艺过程,：,矿石准备,矿石冶炼,精炼提纯,选矿、焙烧球化或烧结,金属化合物的还原,除去杂质提纯金属,Ore preparation,smelting,refining,第一节 冶金工艺概述-火法冶金,1）矿石准备,（Ore preparation）,第一节 冶金工艺概述-火法冶金,第一节 冶金工艺概述-火法冶金,2）矿石冶炼,(smelting),第一节 冶金工艺概述-火法冶金,3）矿石精炼(,refining),工艺方法分类,：,火法冶金,提取,冶金,真空,冶金,喷射,冶金,氯化,冶金,第一节 冶金工艺概述-火法冶金,2 湿法冶金,定义,：,利用一些化学溶剂的化学作用，在水溶液或非水溶液中进行包括氧化、还原、中和、水解和络合等反应，对原料、中间产物或二次再生资源中的金属进行提取和分离的冶金过程。,工艺过程,：,离 子,浸 取,固 液,分 离,金属或化,合物提取,溶 液,富 集,第一节 冶金工艺概述-湿法冶金,3 电冶金,定义,：,利用电能从矿石或其它原料中提取、回收、精炼金属的冶金过程。,第一节 冶金工艺概述-电冶金,工艺分类,：,1)电热熔炼：直接用电加热生产金属的一种冶金方法。包括,电弧熔炼,、,等离子熔炼,和,电磁熔炼,等。,2)水溶液电解：应用水溶液电解精炼金属的冶金方法。,3)熔盐电解：直接利用高导电率、低熔点的熔盐作为电解质在熔池中进行电解。,第一节 冶金工艺概述-电冶金,第一节 冶金工艺概述-电冶金,概述：,Fe在地壳中的含量为5左右，在金属中仅次于铝，除陨石外，纯铁在地壳中还未见到，铁容易与其它元素化合，特别是与氧化合，因此铁矿石多以氧化物形式存在。,铁矿石中除铁的氧化物外，还有其它元素的氧化物(SiO,2,、MnO,2,等)，统称脉石。,第二节 钢铁冶炼,1 生铁冶炼,第二节 钢铁冶炼,炼铁的目的,：使铁从铁的氧化物中还原，并使还原出的铁与脉石分离。,1)原料：,脉石、熔剂（如CaCO3用于造渣）、耐火材料及,燃料（焦炭）等。,2)冶炼生铁的主要装置：,高炉,第二节 钢铁冶炼,第二节 钢铁冶炼,3)炼铁时高炉中的物理化学过程,4),炼铁产品及副产品：,生铁（,主要产品）：,炉渣（副,产品）：含SiO,2,、CaO和Al,2,O,3,的铝硅酸盐，主要用于生产水泥。,煤气（副,产品）：含26左右的CO，用作燃料,。,第二节 钢铁冶炼,2、钢铁冶炼,第二节 钢铁冶炼,炼钢的基本过程,：,铁元素氧化：,2FeO,2,2（FeO）,Si,Mn,P,C,(FeO）,（SiO,2,）,（MnO）,（P,2,O,5,）,（CO）,Fe,铁元素再还原：,第二节 钢铁冶炼,2P+5FeO+4CaO=5Fe+4CaO,P,2,O,5,F,eS+CaO=FeO+CaS,由于P、S元素的存在严重影响钢的性能，所以必须脱除。,造渣除P、S：,脱氧,：,消除钢中的氧化杂质，提高钢的质量。,合金化,：按照不同钢种对合金元素成分的要求，进行合金化处理。,第二节 钢铁冶炼,炼钢的常见工艺,：,碱性平炉炼钢：,以液态生铁或废钢为原料；利用炉气和矿石供氧；以气体或液体燃料供热。,第二节 钢铁冶炼,电弧炉炼钢：,利用石墨电极和金属炉料之间形成的电弧高温(通常5000一6000)加热和熔化金属，金属熔化后加入铁矿石、熔剂等，吹氧，加速钢中的碳、硅、锰、磷等元素的氧化。,当碳、磷含量合格时，扒去氧化性炉渣再加入石灰、萤石、电石、硅铁等造渣剂和还原剂，形成高碱度还原渣，脱去氧和硫,。,第二节 钢铁冶炼,氧气顶吹转炉炼钢：,熔池搅拌；放热升温；无需燃料。现代冶炼碳钢和低合金钢的主要方法。,第二节 钢铁冶炼,第二节 钢铁冶炼,铜在地壳中的含量只有0.01，在自然界中大多以硫化物和氧化物的形式存在于各种伴生矿中。,一般，硫化铜矿采用火法冶炼；氧化铜矿采用湿法冶炼。,1、铜的冶炼,第三节 有色金属冶炼-,铜的冶炼,铜精矿的火法冶炼,：,精铜矿,熔 炼,粗 铜,冰 铜,火法精炼,电解精炼,纯 铜,第三节 有色金属冶炼-,铜的冶炼,第三节 有色金属冶炼-,铜的冶炼,目前，湿法冶炼的发展出现新的契机，基于环保的要求，湿法冶炼的地位显示出不可取代的作用。,铜的湿法冶炼,：,铜 矿,溶 剂,铜离子,置换法,溶 解,电沉积,氢还原,铜,第三节 有色金属冶炼-,铜的冶炼,铝的化学性质活泼，不能通过各种化学处理直接还原得到粗金属，所以长期以来铝价格极高。,后来，人类发现电解法很容易制备金属铝，铝的价格大约降低了20倍。,电解法制备金属铝必须包括两个环节,：一是从含铝的矿石中制取纯净的氧化铝；二是采用熔盐电解氧化铝得到纯铝。,2 铝的冶炼,第三节 有色金属冶炼-铝,的冶炼,氧化铝的制备（湿碱法和干碱法）,第三节 有色金属冶炼-铝,的冶炼,氧化铝的电解,第三节 有色金属冶炼-铝,的冶炼,铝的生产流程示意图,纯冰晶石,铝 锭,萤 石,铝 矿 石,生产氧化铝,纯氧化铝,电 解 制 铝,碳素材料,阳 极 糊 或,其 它 产 品,电极生产,选 矿,再熔或精炼,电 能,生产冰晶石,或 氟 化 物,第三节 有色金属冶炼-铝,的冶炼,铝,冶炼的主要过程,：,Al,3,3e Al,AlO,3,3-,-6e Al,2,O,3,矿石（Al,2,O,3,）,NaAlO,2,Al,2,O,3,N,a,2,O,Al,（,OH,）,3,Al,2,O,3,Al,矿石（Al,2,O,3,）,NaAlO,2,Al,（,OH,）,3,NaOH,NaOH,Na,2,CO,3,煅烧 9501000,165,0.35Pa,1100,CO,2,900,第三节 有色金属冶炼-铝,的冶炼,