有色金属冶金学1——序论.ppt

有色金属冶金学 Non-ferrous Metallurgy,北京科技大学 有色金属冶金系 马瑞新 E-mail：,有色金属冶金学教学形式 1 课堂教学 2 录像教学 3 自学讨论 成绩构成： 出勤率：15 平时成绩：15 期末成绩：70,绪 论 Introduction,有色金属及其分类 有色金属冶金方法 有色金属冶金工艺过程 有色金属冶金在国民经济中的地位和作用 有色金属冶金学内容及课时安排 有色金属冶金学教学形式 参考书,1有色金属及其分类 相关概念： 金属（metals）：周期表中具有光亮的金属光泽，很高的导热、导电性及良好的延展加工性的化学元素称为金属。 118种元素(102号以后人工合成）中96种金属元素分类： 有色与黑色金属：ferrous & non-ferrous metals,黑色金属（铁金属，ferrous metals)： 铁、铬、锰； 有色金属(非铁金属，non-ferrous metals)： 除铁和铁合金、铬、锰以外 按习惯，分类： 轻金属 重金属 稀有金属 贵金属,2 轻金属（light metals)： 密度小于5.0, 很高的化学活性，还原电位小于零 用熔盐电解、金属热还原法来提取。 铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡 3 重金属(heavy metals)： 密度大于5.0， 化学活性较低 用火法冶金或湿法冶金方法来提取 铜、镍、钴、铅、锌、锡、锑、汞、镉、铋等,10种常用有色金属因产量大，用途广，价格低，称为常用有色金属或贱金属。 Al、Cu、Zn Pb、Ni、Mg、Sn、Sb、Ti、Hg 4.贵金属(precious metals)： 由于化学活性低，又称惰性金属。 金(Au)、银(Ag)和铂族金属（Pt、Pd、Rh、Ir、Os、Ru )。,3 稀有金属(rare metals)： 是一种习惯称呼，是沿用至今的一个历史名词； 或在地壳中丰度小，天然资源少； 或虽丰度大，赋存分散，经济提取难； 或性质接近难分离成单一金属； 或开发较晚，过去使用的较少，而给人留下“稀有”的印象； 并不是对元素进行某种科学研究，进而分类的结果。 稀有金属按元素物理化学性质、赋存状态，生产工艺以及其他一些特征，分为稀有轻金属、稀有高熔点金属、稀有分散性金属、稀土金属和稀有放射性金属。,稀有轻金属：Li、Be、Rb、Sr 特点：密度小（2）、活性高、难还原成金属 采用熔盐电解或金属热还原法生产。 如最轻的金属锂：0.53 稀有高熔点金属:Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Re 特点：m.p.高，硬度大，耐腐蚀性能好； 具有多种变价，化合物的种类繁多； 与非金属元素反应，生成难熔、坚硬、化学稳定性强的化合物，如碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等。 电子结构：属于4、5、6副族元素，从相邻的一个元素过 渡到另一个元素时，内层的d电子数目发生变化，最外层的电子数不变，为12个。 钛有时列入轻金属。,稀散金属Rare scattering metals：Ga、In、Tl、Ge、Se、Te 、Re 特点：在地壳中的分散性：大部分不能形成或极少能形成独立的矿物。一般是以同晶型杂质的形态存在于其它矿物晶格中。因此，稀散元素往往是从冶金、化工过程的废渣中顺便提取。 稀土金属rare earth metals：Sc、Y、镧系元素（57号镧71号镥15种元素） 特点：外层电子结构相似，物理化学性质接近。另外，从元素周期表可见：镧系元素实际上是占有同一个位置，这也就是这些元素性质相似的最根本的原因。 稀有放射性金属：Tc Po Fr Ra 89-103锕系元素，104-112号元素,说明： 轻金属 重金属 稀有轻金属 稀有难熔金属 稀土金属 贵金属,有色金属在元素周期表中的位置,2 有色金属冶金方法 有色金属冶金学： 是一门研究如何经济地从矿石或精矿或其它原料中提取有色金属或有色金属化合物，并用各种加工方法制成具有一定性能的有色金属材料的科学。 广义：矿石采矿、选矿、冶炼和加工。 狭义：矿石或精矿的冶炼，提取冶金。 为了达到由矿石到金属的过程，所采用的方法冶金方法，主要的有色金属冶金方法有：火法冶金、湿法冶金、电冶金,有色金属冶金方法： （1）火法冶金：在高温下矿石或精矿经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中的有色金属与脉石和杂质分开，获得较纯有色金属的过程。 包括原料准备、熔炼和精炼三个主要工序。 过程所需能源主要靠燃料燃烧供给，也有依靠过程中的化学反应热来提供。,（2）湿法冶金： 它是在常温（或低于100）常压或高温（100-300 ）高压下，用溶剂处理矿石或精矿，使所要提取的有色金属溶解于溶液中，而其它杂质不溶解，然后再从溶液中将有色金属提取和分离出来的过程。 主要包括浸出、分离与富集和提取过程。,（3）电冶金： 利用电能提取和精炼有色金属的方法。 A、电热冶金：利用电能转变成热能在高温下提炼有色金属，本质同火法冶金。 B、电化学冶金：用电化学反应使有色金属从所含盐类的水溶液或熔体中析出。前者称为水溶液电解，可归入湿法冶金；后者称为熔盐电解，可归入火法冶金。 实现上述冶金方法，需要一系列的单元操作，分述如下：,3 有色金属冶金主要单元过程 （1）焙烧： 将矿石或精矿置于适当的气氛下，加热至低于它们的熔点温度，发生氧化、还原或其它化学变化的过程。其目的是改变原料中提取对象的化学组成，满足熔炼或浸出的要求。 按控制的气氛不同，分为： 氧化焙烧： 还原焙烧： 硫酸化焙烧： 氯化焙烧等。,（2）煅烧： 将碳酸盐或氢氧化物的矿物原料在空气中加热分解，除去二氧化碳或水分变成氧化物的过程。 如石灰石煅烧为石灰；氢氧化铝煅烧成氧化铝，作电解铝原料。,（3）烧结和球团： 将粉矿或精矿经加热焙烧，固结成多孔状或球状的物料，以适应下一工序熔炼的要求。 （4）熔炼： 是指将处理好的矿石、精矿或其他原料，在高温下通过氧化还原反应，使矿物原料中有色金属组分与脉石和杂质分离为两个液相层即金属（或金属锍）液和熔渣的过程，也叫冶炼。 分为：还原熔炼： 造锍熔炼： 氧化吹炼：,（5）火法精炼：在高温下进一步处理熔炼、吹炼所得的含有少量杂质的粗金属以提高其纯度。 种类：氧化精炼、硫化精炼、氯化精炼、熔析精炼、碱性精炼、区域精炼、真空冶金、蒸馏等。 （6）浸出：用适当的浸出剂（如酸、碱、盐等水溶液）选择性地与矿石、精矿、焙砂等矿物原料中金属组分发生化学作用，并使之溶解而与其它不溶组分初步分离的过程。浸出又称浸取、溶出、湿法分解。,（7）液固分离： 该过程是将矿物原料经过酸、碱等溶液处理后的残渣与浸出液组成的悬浮液分离成液相与固相的湿法冶金单元过程。 主要有物理方法和机械方法：重力沉降、离心分离、过滤等。,（8）溶液净化： 将矿物原料中与欲提取的有色金属一道溶解进入浸出液的杂质金属除去的湿法冶金单元过程。净液的目的是使杂质不至于危害下一工序对主金属的提取。 方法主要有：结晶、蒸馏、沉淀、置换、溶剂萃取、离子交换、电渗析和膜分离等。,（9）水溶液电解： 利用电能转化的化学能使溶液中的金属离子还原为金属而析出，或使粗金属阳极经由溶液精炼沉积于阴极。 前者称为电解提取或电解沉积（简称电积），也称不溶阳极电解，如铜电积； 后者以粗金属为原料进行精炼，称为电解精炼或可溶阳极电解，如粗铜、粗铅的电解精炼。,（10）熔盐电解： 利用电热维持熔盐所要求的高温，又利用直流电转换的化学能自熔盐中还原金属，如铝、镁、钠、钽、铌的熔盐电解生产。,4 有色金属冶金工业在国民经 济中的地位和作用 国民经济的基础产业 高科技发展的支柱产业 资源优势，世界第三：总量丰富、储量可观、品种齐全、资源配套程度高，世界首位储量：W Sn Ta Li Be Mg 稀土 产量：世界第一：Zn Sb W Mg 稀土 世界第二：Pb Mo 第三：Hg Bi 第四：Cu Ti Cd 第七：Ni 第八： Ag,复习思考题： 1 有色金属分为几类？有色金属中的稀有金属又分为几类？对于每一类有色金属和稀有金属你能举出几种有代表性的金属吗？ 2 提取冶金方法是如何分类的？ 3 火法、湿法、电化学法三种冶金方法包括哪些基本冶金过程？这些冶金单元过程在提取冶金工艺中各起什么作用？,5 有色金属冶金学内容及课时安排 绪言 （2） 1 轻金属冶金 （14） 1.1 铝冶金 1.2 镁冶金