第一次课绪论课件分解.ppt

有色冶金概论-绪论,刘松利2015年9月,1,课程教学目的,本门课程属于专业方向课，通过对有色冶金基本原理、主要设备、生产工艺等的学习学习，能较全面、系统的认识和掌握有代表性的几种有色金属冶金过程的原理和实践，为今后从事有色冶金生产、设计、科研和管理等方面工作奠定必要的基础。,2020/5/1,2,有色冶金概论教学形式1、课堂教学2、录像教学3、自学讨论成绩构成：出勤率：10平时作业：10研讨：10期末成绩：70,内容提要,1有色金属简史及分类2有色金属资源及地位3有色金属提取冶金4有色金属冶金展望,4,1有色金属简史及分类,5,6,7,1.3有色金属分类,8,有色金属：是指铁、铬、锰以外的金属。80种,半金属,9,10,11,（4）稀有金属元素分类,在元素周期表109个元素中，稀有金属元素占有70个，按这些元素的物理性质和在自然界中的特点可分为6类：1）稀轻元素4个，比重在0.53-1.87t/m3间锂铷铯铍LiRbCsBe0.531.551.871.85,12,这些元素碱性强，也称稀碱元素。其主要化学特点是：（）与水剧烈反应，放出大量的热；（）与非金属元素氧、硫、氟、氯、溴、碘反应强烈，形成相应的化合物。也正是由于这原因，锂、铷、铯、铍在自然界中不能以金属存在。,13,2）稀散元素7个镓铟铊锗硒碲铼GaInTlGeSeTeRe镓铟铊第主族元素，电子层结构为ns2np1,可以同族金属形成二元化合物，如GaAs；锗硒碲第主族元素，电子层结构为ns2np2，具有金属与非金属过渡性质；铼第副族元素，熔点3180（高熔点）。,14,3）高熔点金属9个（包括Re）钛，锆，铪，钒，铌，钽，钨，钼，(铼)TiZrHfVNbTaWMoRe（）166021502740341031801852190029962610Ti熔点高，硬度大，抗腐蚀性强。,15,Hf熔点高，抗腐蚀性强，具有良好的加工性能，用于核工业的中子防护材料，10%Hf-Nb合金作登月火箭喷嘴，2%Hf-Ta-W合金作宇宙飞船防护层，Hf粉作火箭推进器。一颗直径为127mm的铪炮弹，其能量相当于2000吨TNT，爆炸力相当于1945年投到广岛原子弹的1/7。科学家计算出1克铪所储存的能量相当于1克TNT炸药威力的5万倍。美国国防部高级研究计划局在2004财政年拨款1000万美元，2005年再拨2000万美元以加大铪弹研发的力度。,16,4）稀有贵金属（铂族金属）6个钌，铑，钯，锇，铱，铂RuRhPdOsIrPt与金，银同属于贵金属，但由于其在自然界的存量稀少，也称稀贵金属。稀贵金属的化学稳定性很强，多用于有机合成过程的催化剂。,17,5）稀土金属17个镧系元素15个，钪，钇6）放射性金属元素24个钋Po,钫Fr，镭Ra锕，钍，镤，铀，镎，钚，镅，锔，锫，AcTuPaUNpPuAmCmBk锎，锿，镄，钔，锘，铹(锕系元素15个）CfEsFmMdNoLr104-109人造元素6个Rf,Ha,Unh,Uns,Uno,Une,18,19,2有色金属资源及地位,20,在13种主要金属原料的地区分布前五位排名上，我国除锡（占14.8%）和钼（占6.0%）外，其余都榜上无名。,21,22,23,24,25,26,27,3有色金属提取冶金,28,(一)冶金方法的分类1.火法冶金:矿石(精矿)物理化学变化金属。如干燥、焙解、熔炼、蒸馏、真空冶金等。2.湿法冶金:矿石(精矿)溶解溶液金属。,29,电解、电积,3.1冶金方法的分类及冶金工艺过程,包括浸出、净化、置换沉积（电积）三大过程。近年发展的生物冶金、原地溶浸等都属于湿法冶金。3.电冶金:电能金属。分为：a.电热冶金:电能热能。（如工业硅的生产）b.电化冶金:含金属盐类的水溶液(熔体)中-电化学反应析出金属。（如Cu、Zn的电解电积，Li、Al等的精炼）,30,31,3.2冶金工艺过程1.干燥:除水份。2.焙解:分解水化物或氢氧化物及碳酸盐，除去其中的水份、二氧化碳及有机物等。如钨酸、氢氧化铝等（200）。3.焙烧:矿石(精矿)加热(熔点)化学变化。包括有：氧化焙烧,如MeS+1O2=MeO+SO2硫酸化焙烧,如湿法提Cu、Zn等：MeS+1O2=MeO+SO2SO2+O2=SO3MeO+SO3=MeSO4,32,（Me-表示金属）,氯化焙烧,矿石（精矿）+氯化剂可溶性氯化物（稀有金属冶金）如TiO2+2CaCl2=TiCl4+2CaO还原焙烧,矿石（精矿）+还原剂低价氧化物或金属。4.烧结：粉矿（精矿）块状物料。5.熔炼：矿石（精矿、焙烧或烧结的物料）熔化（化学反应）两种或以上互不相溶的液体产物（粗金属或锍）。还原熔炼：金属氧化物（焙砂、烧结块）还原气氛熔炼粗金属。SnO2+CO=SnO+CO2SnO+CO=Sn+CO2,33,氧化熔炼：利用某些元素易氧化的特性，除去合金中的杂质。2FeS+3O2=2FeO+SO2造锍熔炼：如氧化镍矿炼镍锍FeO+CaS=FeS+CaO3NiO+3CaS=Ni3S2+3CaO+S23NiO+3FeS=Ni3S2+3FeO+S2沉淀熔炼（置换熔炼）：如炼锑Sb2S3+Fe=2Sb+3FeS,34,反应熔炼：MeS+2MeO=3Me+SO2MeS+MeSO4=2Me+2SO2熔析熔炼：不经化学作用而将熔体分成几相。电解熔炼：利用电的化学效应在高温下将物质分离。如Mg2+2e=Mg6.蒸馏：用于处理低沸点金属的原料。7.精炼：将熔炼或蒸馏得到的粗金属中所含的杂质除去，得到较纯的金属。有：a.电解精炼、b.火法精炼。,35,8.浸出：矿石（焙砂）+溶剂溶液。9.净化：用水解法或置换法除去与被提金属一起进入溶液中的杂质。10.金属的沉积：将金属从溶液中沉积出来。有：a.电积法：利用电化学反应，将金属在阴极上析出。如：阴极：Zn2+2e=Zn阳极：SO42-+2e+H2O=H2SO4+O2ZnSO4+H2O=Zn+H2SO4+O2,36,b.置换法：负电金属正电金属。如CuSO4+Fe=Cu+FeSO4c.水解法：金属盐类氢氧化物(碱性盐类)。如NaAlO2+2H2O=Al(OH)3+NaOHd.化学沉积法：金属化合物金属难溶盐。如Ag2SO4+NaCl=2AgCl+Na2SO4,37,38,39,40,41,3.4几种常用的冶金炉1.竖炉：用于矿物原料的焙烧、煅烧及熔炼等方面。如炼Cu、Pb、Sn、Ni、Sb的鼓风炉、Sb、Hg焙烧炉、炼Mg工业的竖式氯化炉等。鼓风炉：单位生产率(床能力)：a=-鼓风时率(0.9-0.95)；V-熔炼每吨炉料(不包括焦碳)所需的空气量；Nm3/t。K0-最佳鼓风强度。Nm3/m2.min,42,1440K0,V,t/(m2.d),2.火焰炉：用于加热、焙烧、熔化、熔炼、精炼等工艺。有：.回转窑：用于干燥、焙烧和煅烧。如图：,43,.反射炉：用于熔炼、熔化、精炼等。(炼Cu、Sn、Pb等)3.沸腾炉：是利用流态化技术的热工设备。用于Zn、Cu精矿的氧化焙烧和硫酸化焙烧，含钴硫铁精矿的硫酸化焙烧，锡精矿、辉钼矿、富镍冰铜的氧化焙烧，高鈦渣的氯化焙烧，汞矿石的焙烧。（如图）,44,45,沸腾炉图示,4.电炉：电能热能。有：电阻炉；电弧炉：用于熔炼、炉渣贫化、熔炼产物的过热与保温；感应电炉。,46,47,3.5用湿法从硫化锌精矿生产金属锌的原则流程图,48,3.6我国有色冶金工业的发展现状和目标,到2000年底，我国规模以上有色金属工业企业近3000家，总资产3100亿元，从业人员130万人。2000年10种主要有色金属冶炼能力为900万吨，其中铜160万吨，铝330万吨，铅120万吨，锌220万吨；铜加工能力为256万吨，铝材加工能力为335万吨。2007年,我国10种有色金属总产量达2360.52万吨。铜300万吨，铝500万吨。,49,(1)95年以来我国有色金属产销量持续增长，其产销量见表1-1。表1-1近年我国有色金属产销量(万吨),3.6.1“九五”期间我国有色金属工业取得的主要成绩,50,(2)我国已成为世界有色金属生产大国。世界有色金属生产大国的产量及位次见表1-2。,表1-2世界有色金属生产大国的产量及位次(万吨),中国2396395450326162,51,表1-3近几年来我国10种常用有色金属产量（单位：万吨）,2002年，中国有色金属产量为1012万吨，第一次超过美国，成为世界有色金属第一生产大国。2003年达到1182万吨，第二次居世界第一位。2004年达到1398万吨，第三次居世界第一位，2005年达到1631.8万吨，连续四年居世界第一位。,52,(3)进出口贸易有较大幅度增长。随着有色金属产量年均增长率的提高，改变了我国有色金属长期短缺的状况。目前我国在常用金属中，除了铜因受资源限制尚存缺口外，铝的供需已基本平衡，铅锌自给有余，镁产量激增，大量进入国际市场，钨、锡、锑、钼和稀土等传统出口产品仍保持一定的出口规模，我国已成为有色金属冶炼产品净出口国。(4)部分大企业技术装备水平明显提高。通过对重点企业的改扩建项目的实施，采用了世界上最先进的铜、铝冶炼技术与装备，如奥托昆普闪速熔炼、诺兰达熔池熔炼、拜耳法生产氧化铝、300kA预焙阳极铝电解槽等，使一批有色金属生产基地的工艺技术装备达到了国际先进水平。,53,(5)依靠科技进步，主要技术经济指标明显改善。通过推广强化熔炼、铝电解槽大型化、低浓度SO2烟气制酸等先进技术，有色金属主要经济指标提高了很多。,54,3.6.2制约21世纪有色金属工业可持续发展的主要问题,矿山资源紧缺，形势严峻。我国铜品位低，大型铜矿少，可供利用的资源严重不足，难以满足铜工业发展要求。2000年铜精矿进口量达31万吨，2004年铜矿进口总量为288万吨，铜（包括阳极铜、精炼铜和铜合铝土矿储量虽然丰富，但大多属于高铝、高硅、低铁的一水硬铝石，矿石的溶出性差，与国外高铝硅比、易溶出的三水铝石相比，在氧化铝回收率、碱耗和综合能耗方面有较大差距。铅、锌、钨、锡、锑、稀土矿资源比较丰富，但富矿多数已被开发利用。(2)产品结构不合理。到2000年底，我国10种有色金属矿山原料年生产能力为550万吨，而冶炼能力达900万吨，矿山建设严重滞后于冶炼。,55,(3)生产集中度低。全国共有电解铝厂116家，平均规模2.4万吨/a，超过10万吨/a的企业只有8家，占总能力的40。50家铜冶炼厂，平均规模仅2万吨/a，超过10万吨的企业只有9家，占总能力的50。770多家铅锌冶炼厂，平均规模0.3万吨/a，超过5万吨/a的企业有11家，占总能力的50。而发达国家铜冶炼和电解铝厂的规模一般都在20万吨/a以上，铅锌冶炼厂规模一般在10万吨/a以上。(4)技术装备落后，环境污染严重。按生产能力计算，目前技术装备达到国际先进水平的不足20，大多数中小企业技术和装备落后，众多小冶炼企业仍采用土法工艺，浪费资源，污染环境。,56,(5)我国有色金属工业能耗高。我国吨粗铜综合能耗(标煤)平均为1.130t/t，其中最低的粗铜能耗(标煤)为0.68t/t。而国外闪速炉的能耗(标煤)只有0.3t/t。我国的密闭鼓风炉铅能耗(标煤)为0.78t/t，国外的为0.45t/t。我国的火法炼铜成本为1600美元/t，炼镍成本为6000美元/t，而国外的火法炼铜的成本为12001300美元/t，炼镍成本为4500美元/t。目前我国的有色金属企业的二氧化硫利用率约76左右，达到96以上利用率的仅有少数企业，致使二氧化硫排放量较大，污染较为严重，而国外企业的二氧化硫利用率普遍可达96以上。我国水资源短缺，而有色金属工业普遍水资源消耗强度大，1997年有色金属工业万元产值耗水为309.2t，与美国的1993年万元产值耗水9t相比，相差34倍。,57,3.6.321世纪有色金属工业环境友好可持续发展的战略目标,指导思想(1)以市场为导向，以经济效益为中心，以科技进步为动力，加快结构调整。(2)重点发展矿产原料、深加工产品和新材料。(3)搞好总量调控，加快淘汰落后工艺装备。(4)加强技术创新，推进清洁生产。(5)培育有国际竞争力的大型企业集团，实现有色冶金工业持续、健康发展。,58,规划目标(2000年制定)(1)总量调控。10种有色金属产量调控目标为800万吨。其中铜170万吨，铝350万吨，铅90万吨，锌170万吨，锡、锑各6万吨，钨1.2万吨，稀土氧化物6万吨。(2)产品结构。调整各种有色金属原料的产量；完善并促进废杂料的回收，提高再生金属产量；集中力量发展国内大量进口的有色金属深加工产品，加快半导体及高纯材料、超导材料、储氢材料、高性能电池材料、粉体及微孔材料等新材料的产业化。