第一章_金属材料的制备-冶金

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 Orepreparation smelting refining 第一节冶金工艺概述 火法冶金 1 矿石准备 Orepreparation 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 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 SiO2 MnO2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SiO2 CaO和Al2O3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 2 Fe O2 2 FeO 铁元素再还原 第二节钢铁冶炼 2P 5FeO 4CaO 5Fe 4CaO P2O5FeS 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 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 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