有色金属冶金概论复-习题

有色金属冶金概论复习题有色金属冶金概论复习题1. 简述冶金学科（冶金方法）的分类；提取冶金学（Extractive metallurgy）物理冶金学（Physical metallurgy）。2. 几种典型提炼冶金方法的一般流程及特点 火法冶金 火法冶金的工艺流程一般分为矿石准备、冶炼、精炼3个步骤特点： 湿法冶金湿法冶金在机理上属物理化学的内容，其生产步骤主要包括：浸取、分离、富集和提取特点： 电冶金电冶金包括电炉冶炼、熔盐电解和水溶液电解等特点： 粉末冶金粉末冶金由以下几个主要工艺步骤组成：配料、压制成型、坯块烧结和后处理。对于大型的制品，为了获得均匀的密度，还需要采取等静压（各方向同时受液压）的方法成型特点：3. 简述有色金属提取的特点有色金属矿物的品位低，成分复杂。提取方法多，分火法和湿法。4. 简述有色金属火法、湿法提取工艺的分类。火法： 焙烧（氧化、还原、硫酸化、氯化、煅烧、烧结焙烧）； 熔炼（造锍、还原、氧化、熔盐电解、反应熔炼，吹炼）； 精炼（氧化、氯化、硫化、电解精炼）。湿法： 浸出：按浸出的溶剂：碱浸、氨浸、酸浸、硫脲浸出、氰化物浸出，等；按浸出的方式：常压浸出、加压浸出、槽浸、堆浸、就地浸出，等。 净化：水解沉淀净化、置换净化、气体还原（氧化）净化，等。 沉积：置换沉积、电解沉积、气体还原沉积。5. 判断下列金属那些属于稀有金属、轻金属、重有色金属及贵金属 重金属，一般是指密度在4.5 （或5）gcm-3以上的金属，过渡元素大都属于重金属。主要有11种：铜Cu、铅Pb、锌Zn、镍Ni、锡Sn、钴Co、砷As、铋Bi、锑Sb、镉Cd、汞Hg轻金属，密度在4.5 （或5） gcm-3以下的金属叫轻金属，周期系中第A、A族均为轻金属，主要有7种：铝Al、镁Mg、钾K、钠Na、钙Ca、锶Sr、钡Ba；贵金属，通常是指金、银和铂族元素。这些金属在地壳中含量较少，不易开采，价格较贵，所以叫贵金属。这些金属对氧和其他试剂较稳定，金、银常用来制造装饰品和硬币。主要有8种：银Ag、金Au、铂Pt、铱Ir、锇Os、铼Re、铑Rd、钯Pd；6. 金属铝、铜、金、银的主要物理化学性质？铜的性质：铝的主要物理性质：(1) 熔点：99.996%的纯铝熔点为933K（660）。工业纯铝的最终凝固点575。(2) 沸点：铝的沸点是2467。(3) 熔化热和熔化熵：铝的熔化热在933K时为1070.21 kJ/mol。熔化熵为11.5J/（molk）。(4) 热容：铝的热容在298933K之间(5) 导热系数（或导热率）固体铝在室温下的导热系数为（2.352.37）10-2W/（mk）。(6) 热膨胀系数99.99%精铝凝固时的体积收缩率为6.5%。(7) 密度铝的实际密度值为2.69662.6988g/cm3。(8) 导电性高纯铝（99.995%）的电阻率在293K时为（2.622.65）10-8m-1。铝的主要化学性质(1) 铝同氧的反应，生成Al2O3即 2Al+1.5O2=Al2O3(2) 铝在高温下能够还原金属氧化物，即: 2Al+Me=Al2O3+3Me(3) 铝易被碱溶液侵蚀，生成铝酸盐。从铜的原子结构来看，铜具有d组元素的通性，所以只能失去电子，不会和电子结合。从而有以下特点： a) 有两种价态(Cu+，Cu2+)，2价铜离子在溶液中显蓝色； b) 能生成络合物，如 Cu(NH3)4SO4； c) 能和非金属性强的元素直接化合成二元化合物，如CuS、Cu2S、CuO、Cu2O、CuCl2等； d) 铜的高导电性、导热性及良好的延展性是最有价值的特性； e) 铜与金银一样属于活性小的金属。但在含CO2的潮湿空气中，铜的表面会慢慢生成有毒的铜绿即铜锈Cu(OH)2CO3。铜与盐酸与稀硫酸不起作用，但有氧存在时，可缓慢溶解。金的化学稳定性很好，它不被氧化，也不被硝酸、盐酸和硫酸溶解，但能溶于王水、氨水（H2O+Cl2）、溴水（H2O+Br）、溴化氢（HBr）、碘化钾的碘溶液（KI+I2）、盐酸的氯化铁溶液（HCl+FeCl3）、酒精的碘溶液（C2H5OH+I2）、有氧或氧化剂存在时的氰化物（KCN和NaCN）溶液、高于420K温度时的氯（Cl2）、硫脱（SCN2H4）、753K温度时的乙炔（C2H2）及溴加乙醚Br+(C2H5)2O中。金有Au+和Au3+两种化合价。AuCl3容易挥发。用铁盐和SO2等还原剂可从氯金酸HAuCl4中沉淀金。银有银白色金属光泽，故称白银。银的导电性和导热性都最高。常温时银的密度为10.49 g/cm3 ，熔点961.93，沸点2210，也是不易挥发的金属，莫氏硬度2.7。银的延展性仅次于金。银有很强的吸氧性，在973时每10g银可溶解21.35cm3的O2，相当于银体积的20倍。7. 解释下列术语水溶液电解；在电解质水溶液中进行的电解。特点是温度不高于100。熔盐电解；以氧化物、氟化物或卤化物为电解质所进行的电解。特点是温度高于100。电解精炼；在直流电的作用下，阳极不断溶解，阴极不断析出，杂质被留在溶液中的电化学过程。铅冰铜；以铁硫化物与铅硫化物为主要组元的的融合体。还原熔炼；在高温下，在还原气氛下所进行的熔炼。氧化精炼；在高温下，通入空气使杂质氧化成氧化物造渣除去的过程。电流效率；在直流电点解时，阴极上实际析出的物质量与理论析出量之比的百分数。造锍熔炼；在一台高温冶金设备中，含有硫的炉料以及燃料和熔剂，在和氧的反应过程中，生成含二氧化硫的烟气、氧化物融合体的炉渣、以及金属硫化物的融合体的冰铜的过程。 置换沉积；用电极电位较负的物质把电极电位较正的物质从其水溶液中置换出来的过程。浸出液净化；在浸出过程中少量杂质也被浸出进入溶液，为从溶液中回收的有价物质更纯，必须把溶液中的杂质先行除去的步骤。硫酸化焙烧；在较高的温度下，鼓入空气，使炉料中硫化物氧化生成硫酸盐的过程。冰铜：铜硫化物和铁硫化物的融合体。锍：金属硫化物的融合体，主要成分为铁、硫和其他金属。粗铜：含杂质比较高的铜，一般品位在98%99.5%。镍冰铜：硫化镍与硫化铁的融合体。8当今铜的主要消费领域是哪些？表2-1 铜在各部门应用中所占的百分比（）部门年份198019902003电气工业建筑工业运输交通工业机械和设备家用及其他49.313.7 9.719.3 7.848.216.2 6.620.6 8.42637111511合计1001001009试从资源综合利用和生产过程对环境的友好两方面，分析火法炼铜和湿法炼铜的主要优缺点。火法流程最大的优点是适应性广，对各种不同的铜矿均能处理，特别是对一船硫化矿和富氧化矿很适用。湿法炼铜是在常温、常压或高压下用溶剂使铜从矿石中浸出。然后从浸出液中除去各种杂质，再将铜从浸出液中沉淀出来。当前世界上铜产量约有15由该法制得。对氧化铜矿和自然铜矿，大多数可用溶剂直接浸出；而硫化铜矿则一般先经焙烧，然后溶浸。 火法炼钢与湿法炼铜的根本差别在于湿法浸出时，只有铜和少数其他成分溶解，绝大多数的脉石成分和杂质仍留在浸出渣中。湿法过程可在常温下进行，不需要更多的燃料；不造渣；产品输送方便；劳动条件较好；无烟害。从今后铜资源的变化情况看，铜矿日益贫化，将会遇到低品位难选复合矿处理的问题更多，这会促使湿法冶金向前发展。然而，湿法炼铜发展至今，尚有其不足之处，诸如适用范围还不如火法广，一般硫化矿用廉价溶剂浸出还有困难，溶剂对设备有腐蚀，固液分离困难等，还须研究解决。总之，火法和湿法炼铜都各有利弊，选用哪种方法，应根据矿物的特点，当地的经济情况，交通运输情况，地理条件，气候条件，特别是应根据矿物特点（化学成分，物相组成，含铜量，脉石组成等）和当地经济条件（燃烧，水，电，耐火材料等）而定。10造锍熔炼过程中Fe3O4有何危害？生产实践中采用哪些有效措施抑制Fe3O4的形成？在造锍熔炼和冰铜吹炼时，由于Fe3O4析出，在转炉渣口和上升烟道等部位产生结垢物；炉渣粘度增大和熔点升高；渣含铜升高等许多问题。图2-11表明，当冰铜品位提高到白冰铜时，Fe3O4的活度显著升高。这是由于平衡氧位升高所致。所以在常规熔炼法中，产出冰铜的质量分数为40%60，最高不超过70生产实践中采用哪些有效措施抑制Fe3O4的形成：影响Fe3O4生成的因素有熔体温度、pSO2、FeO和FeS等。在实际操作中熔体温度和pSO2变化不大， FeO与炉渣中的SiO2的含量有关，FeS与冰铜品位有关，所以最终影响Fe3O4生成的主要因素是渣中SiO2含量和冰铜品位。11酸性炉渣和碱性炉渣各有何特点？碱性炉渣受热熔化时，立即转变成各种Me2+和半径较小的硅氧络阴离子，粘度迅速下降。在粘度温度曲线上有明显的转折点。当温度超过转折点温度后，曲线变得比较平缓，即温度对粘度的影响不明显。通过实验，可得出碱性炉渣的粘度与温度关系式：lg= A/T + B 或 = B0eW/RT式中 AW/R；BlgB0； W粘度活化能 酸性炉渣含SiO2 高，随着温度升高复杂的硅氧络阴离子逐步离解为简单的络阴离子，因此粘度也逐渐降低。其粘度温度曲线上没有明显的转折点。酸性炉渣粘度与温度关系的经验式如下： lg= A + BT 式中 A，B与炉渣成分有关的常数12闪速炉造锍熔炼对入炉铜精矿为何要预先进行干燥？液态冰铜遇水爆炸，其原因如下：Cu2S + 2H2O = 2Cu + 2H2 + SO2FeS + H2O = FeO + H2S3FeS + 4H2O = Fe3O4 + 3H2S + H2反应产生的H2和H2S与空气中氧反应而引起爆炸。2H2S 3O2 2H2O(g) + 2SO22H2 + O2 =2H2O(g)13闪速熔炼过程要达到自热，生产上采用哪些措施来保证？14熔池熔炼产出的炉渣为何含铜较高？15铜锍的吹炼过程为何能分为两个周期？ 16在吹炼过程中Fe3O4 有何危害？怎样抑制其形成？转炉吹炼是一个周期性的作业，可分为两个阶段：第一阶段：造渣期，主要进行FeS的氧化和造渣反应；第二阶段：造铜期，主要进行Cu2S的氧化及Cu2S和Cu2O的相互反应，最终获得粗铜。造渣期根据情况加入冰铜和石英溶剂，并间断地排放炉渣。造铜期无需加溶剂，不产出炉渣。17吹炼过程中铁、硫之外的其它杂质行为如何？炼铜原料中除了铜、铁和硫外，还含有铅、锌、镍、钴、硒、碲、砷、锑、金、银和铂族金属等。其中贵金属最终几乎都富集在金属铜相中，从电解精炼阳极泥中加以回收。其他元素在熔炼过程中不同程度地被氧化进入气相，或者以氧化物形态进入渣相。其中Zn大部分氧化进入渣相，Ni、Pb、Co大都以硫化物形态进入冰铜相，大部分的Sb、Bi和Ag也进入冰铜相，As大部分进入气相中。18如果炉渣中含有较多以Cu2O形态存在的铜，用哪种贫化方法处理更有效？目前闪速熔炼贫化炉渣的方法主要有选矿法和电炉贫化法两种。其中选矿法是将炉渣(闪速炉渣和转炉渣)注入6090t的铸坑中，经810h缓冷，便会析出溶于渣中的硫化物，并聚结成大粒。然后将凝固的炉渣磨细，粒度小于0.06mm的达90%以上，送到浮选车间。浮选产出含铜20%的渣精矿和含铜0.3%的尾矿。 电炉贫化法是利用电炉高温(炉渣温度15231573K)过热澄清，并加入还原剂和硫化剂，使渣中的Fe3O4还原成FeO，并且使渣中的Cu2O被硫化，产出低品位的锍。贫化后的渣含铜为0.50.6%。19简述粗铜火法精炼的过程原理。 2.6.2 P170氧化过程铜中有害杂质的除去还原过程铜中氧的排除20火法精炼过程中为什么镍较难除去？难除去的Ni、As和Sb等杂质。 Ni: NiO + Fe2O3 NiOFe2O3 造渣，因有少量As、Sb，可生成镍云母(6Cu2O8NiO2As2O3、6Cu2O8NiO2Sb2O3) ，这是这些杂质难除去的主要原因。加入Na2CO3可破坏镍云母，最终铜阳极板含镍小于0.6%，满足电解精炼的要求。21精炼过程中有一还原作业，目的是什么？过还原有什么不利影响？还原过程是将铜液中含有的Cu2O用还原剂脱除的过程。常用的还原剂有重油、天然气和液化石油气等。用重油还原时，高温下重油中的有机物先分解为H2、CO和甲烷等。其反应如下：Cu2O + H2 = 2Cu + H2OCu2O + CO = 2Cu + CO24Cu2O + CH4 = 8Cu + CO2 +2H2O用H2还原Cu2O时，当Cu2O饱和的状态下，可见，混合气体中只要有极少的H2，就可以去还原Cu2O。铜水对氢的溶解能力较强。铜溶液中含氢量过多，铸成的阳极板产生气孔，对电解不利。22铜电解精炼和铜电积，两者的电极反应有什么差别？23. 铜电解精炼过程的原理，它是如何把杂质除去的，指出杂质的去向？按电解时的行为，阳极上的杂质可分为四类：第一类：正电性金属和以化合物形态存在的元素。Au、Ag和铂族金属为正电性金属，进入阳极泥。少量的Ag以Ag2SO4的形式溶解于电解液中，当有少量Cl存在时，形成AgCl进入阳极泥。O、S、Se和Te以Cu2S、Cu2O、Cu2Te、Cu2Se、AgSe和AgTe的形态进入阳极泥中。第二类：在电解液中形成不溶性化合物的Pb和Sn。Pb在溶解时形成PbSO4沉淀，并可进一步氧化成PbO2覆盖在阳极上，使槽电压升高。Sn进入电解液后氧化成四价，四价的硫酸锡易水解成碱式硫酸锡进入阳极泥中。 SnSO4 + 1/2O2 + H2SO4 = Sn(SO4)2 + H2O Sn(SO4)2 + 2H2O = Sn(OH)2SO4 + H2SO4Sn(OH)2SO4沉淀时可吸附As、Sb的化合物，有利于电解，但过多会粘附在阴极上，降低阴极质量。第三类：负电性金属Ni、Fe、Zn。Fe和Zn溶于电解液中，Ni可电化学溶解于电解液中，但有一些不溶性化合物如NiO和镍云母等，易在阳极表面形成不溶性的薄膜，使槽电压升高，甚至会引起阳极钝化。第四类：电位与铜相近的As、Sb和Bi。电解时它们可在阴极上放电析出。它们还易形成SbAsO4和BiAsO4等漂浮阳极泥，机械地粘附在阴极上，影响阴极质量。其中Sb进入阴极的量比As多，所以危害比As大。24生产上采用哪些有效措施降低电解过程的电耗？25砷、锑、秘杂质在铜电解过程中有哪些危害？电位与铜相近的As、Sb和Bi。电解时它们可在阴极上放电析出。它们还易形成SbAsO4和BiAsO4等漂浮阳极泥，机械地粘附在阴极上，影响阴极质量。其中Sb进入阴极的量比As多，所以危害比As大。26湿法炼铜有那些主要方法？适合用于处理那些物料？1. 焙烧浸出电积法 此法是目前世界上应用最广的湿法炼铜方法。2. 细菌浸出法 主要处理低品位难选复合矿和废矿。3. 高压氨浸法在高温、高氧压和高氨压下，使Cu、Ni、Co等有价金属以络合物形态进入溶液，铁以氢氧化物进入渣。此法适于处理Cu-Ni-Co或Ni-Co矿。27细菌在浸出时作用是什么？ 28. 分析比较高炉炼铁和鼓风炉熔炼冰铜过程的异同？29. 影响铜电解电流效率的因素？电流效率： 一般铜电解的电流效率为9298%。影响电流效率的因素主要有：漏电、阴阳极短路、阴极铜被空气氧化和Fe2+的氧化和Fe3+的还原等。电能消耗与槽电压、电流效率的关系如下：(W的计算公式)30. 生产氧化铝的原料有几种？铝土矿的类型有那几种？我国主要是那种矿物？ 铝土矿按其含有的氧化铝水合物的类型可分为：三水铝石型铝土矿；一水软铝石型铝土矿；一水硬铝石型铝土矿混合型铝土矿。我国铝土矿资源丰富，储量大；高铝、高硅、低铁；铝硅比较低，中、低品位铝土矿居多；多数铝土矿是一水硬铝石型铝土矿。31. 碱法生产氧化铝的方法有那几类？它们的优缺点是什么？32. 铝酸钠溶液是氧化铝生产过程中那道工序的产物？它组成以什么表示？什么叫摩尔比？它代表溶液的什么重要特征？33. 烧结法生产氧化铝过程中铝酸钠溶液脱硅的目的与方法？34. 拜尔法生产氧化铝的主要工序是是么？各工序的主要原理？P220主要工序原矿浆制备高压溶出赤泥分离、洗涤晶种分解氢氧化铝分离、洗涤氢氧化铝焙烧35. 简述拜耳法生产溶出过程中结疤的分类及危害拜耳法过程结疤可分为四大类：（1）因溶液分解而产生，以Al（OH）3为主，主要在赤泥分离沉降槽、赤泥洗涤沉降糟、分解槽等设备的器壁上生成。视条件不同，可以是三水铝石、拜耳石、诺尔石，一水软铝石及胶体。（2）由溶液脱硅以及铝土矿与溶液间反应而产生。如钠硅渣，水化石榴石等。此类结疤主要是在矿浆预热，溶出过程及母液蒸发过程中出现。其结晶形态与温度、溶液组成、时间等多种因素有关。（3）因铝土矿中含钛矿物在拜耳法高温溶出过程中与添加剂及溶液反应而生成。主要成份为钛酸钙CaOTiO2和羟基钛酸钙CaTi2 O4(OH)2。这类结疤主要在高温区生成。（4）除上述三种以外的结疤成分，如一水硬铝石、铁矿物、磷酸盐、含镁矿物、氟化物及草酸盐等。这类结疤相对较少。结疤的实际矿物组成则更复杂，如在钙钛矿的结疤中含有相当量的锆、铌和钇。结疤危害在氧化铝生产过程中，结疤形成和危害比较复杂。对氧化铝生产带来的危害主要是使热交换设备的传热系数下降，能耗升高，造成生产成本增加。当加热面的结疤厚达1 mm 时，