再生金属冶金复习(第2次修改)

1、一、名词解释城市矿山：Urban mineral 在传统的观念中大量的生产、生活过程中产生的废弃物都作为垃圾废弃，但是当今社会中由于技术的进步和观念的转变，这些垃圾可作为一种特殊的资源回收利用，由于这些垃圾主要是在城市中产生，所以我们把这些废弃物称谓城市矿山。循环经济的定义和意义：这是一种基本观念、生产技术以及生活方式的转变。指在生产，流通和消费等过程中进行的减量化再利用，资源化活动的总称。它的意义主要在于有效地利用资源和保护环境。发展循环经济将促进以最小的资源消耗、最少的废物排放和最小的环境代价来换取最大的经济效益。铜电解精炼（原理）：铜的电解精炼是将火法精炼铜铸成阳极板，以电解产出的薄铜片

2、（始极片）作为阴极，二者相间地装入盛有电解液（硫酸铜与硫酸的水溶液）的电解槽中，在直流电的作用下，阳极铜进行电化学溶解，阴极上进行纯铜的沉积。由于化学性质（化学电势电位）的差异，贵金属和部分杂质进入阳极泥，大部分杂质则以离子形态保留在电解液中，从而实现了铜与杂质的分离。冶炼尾气的电收尘（原理）：利用高压电场使烟气发生电离，气流中的粉尘荷电在电场作用下与气流分离。主要是利用静电能吸引微小颗粒的性质，吸收尾气中的粉尘。铝精炼中的除气：由于铝液的性质比较活泼，因此需要通氯气或加入其它一些精炼剂（Na3AlF6）精炼铝液，以达到除去铝液中氢气的目的。由于溶于合金液中的氢气扩散到鼓入气体的小气泡中，而发

3、生脱气作用。同时也脱除氧化物和其他不容杂质。最终气体吸附在固体杂物上，随后就上浮到熔体表面。精炼的气体要预先脱除氧和水分。用氯气精炼效果最好，但因有剧毒不乐于采用。再生金属冶金或二次冶金：利用废弃的金属材料进行熔炼提取纯金属。浮选分离：矿物颗粒自身表面具有疏水性或经浮选药剂作用产生或增强疏水性。疏水就是亲油和亲气体，可在液，气或水油的界面发生聚集。经过一系列工艺处理后的金矿粒虽然密度大却能与气泡和浮选剂亲合而被浮于浮选机的矿液表面，将作为泡沫产品回收。炼钢LF精炼炉（原理）：这是一种钢水的精炼手段和装置，可以把电能转变为热能，自主提供能量，可以吹氩，可以使用合成渣对钢液进行渣洗，可以营造还原性

4、冶炼气氛，故此LF能够调节钢水温度、减少夹杂物、实现脱硫、进行合金化等功能。铸造铝合金：可用金属铸造成形工艺直接获得零件的铝合金，铝合金铸件。该类合金的合金元素含量一般多于相应的变形铝合金的含量。紫铜、黄铜和白铜：纯铜是玫瑰红色金属，表面形成氧化铜膜后呈紫色，故工业纯铜常称紫铜或电解铜。黄铜：黄铜是铜与锌的合金。白铜：以镍为主要添加元素的铜基合金呈银白色，称为白铜。二、简答题与原生矿（一次资源）相比，再生金属废料（二次资源）的特点有哪些，它们对冶金工艺有哪些影响？举例。以钢铁冶金为例，来说明二者的区别：原料特点：铁的一次资源主要是氧化矿，金属主要以化合物的形式存在，主要杂质是脉石，冶炼时主要是

5、对矿物进行富集，提高矿石品味；废旧金属（二次资源）主要以单质为主，还含有少了的氧化物，其中的杂质是其他的合金元素，冶炼时主要是需要对废金属进行分类，以适合后续的冶炼。（这是关键点，然后据此介绍工艺的区别。）工艺特点：以矿石为原料的冶炼首先要进行采矿、富集和烧结，且还要经过高炉冶炼、转炉脱碳，因此能耗较大，工艺流程较长。以废钢为原料冶炼，生产工艺流程短，可直接用电炉进行冶炼；大量减少矿石的开采和碳的使用，减少二氧化碳的排放，保护资源，节约能源，利用电能加热熔化原料，电炉温度较易控制，减少投资，降低生产费用，但电能消耗较多，减少环境污染，具有明显环境、生态效益。 影响：冶金工艺或冶金设备不同。 试

6、根据再生金属冶金的特点，讨论再生金属原料预处理的意义，并举例说明其预处理的方法有哪些？特点：再生金属冶金主要是利用废旧金属进行冶炼，主要是将需要的金属从废旧金属合金中提取出来。意义：预处理按等级分开没有被金属和非金属杂质污染了的废料。可以生产纯金属和高质量的合金，提高废料的质量，以便利用简单的重熔与精炼来达到目的。并且能够使废料达到规定的外形尺寸和重量标准；将有色金属与钢铁分离；去除非金属夹杂物、水分、油渍等；对废金属进行精细和高质量的准备，使其适用于冶金工序，可以使金属的损失降低到最低程度，使燃料、电力、溶剂的单位消耗降低，使冶金设备和运输工具得到有效的利用，并使劳动生产率和产品的合格率得到

7、提高。 再生有色金属原料的预处理包括：废料分拣、废件解体、电磁分选，或重、浮选。举例说明，铜的再生冶炼工艺中有哪些是属于火法冶金，有哪些属于湿法冶金，它们的冶金过程动力学有哪些特点？火法冶金：一段法：将分类过的黄杂铜或紫杂铜直接加入反射炉精炼成阳极铜。二段法：杂铜先经鼓风炉还原熔炼得到金属铜，然后将金属铜在反射炉内精炼成阳极铜；或杂铜先经转炉吹炼成粗铜，再在反射炉内精炼成阳极铜。三段法：杂铜先经鼓风炉还原熔炼成黑铜，黑铜在转炉内吹炼成次粗铜，次粗铜再在反射炉中精炼成阳极铜。火法冶金动力学特点：大多数冶金反应都是在高温下进行，反应速率非常快，以接近平衡的状态的方式进行，同时有吹气搅拌、鼓风、富氧

8、等强化冶炼的手段促使冶金反应的进行。湿法冶金：1、化学溶解法：含铜废料预先处理成块状、粒状或粉妆，增大接触面积，提高反应速度，在涡轮充气或机械搅拌设备中溶解，加快溶解速度。浸出时用蒸汽间接或直接加热溶液提高温度。2、电化学溶解（直接电解法）：废铜料一般先处理成碎料；废铜料作阳极加到阳极框内压实可改善导电能力；废铜料的成分，电解过程的电流、电压、温度、电解液成分都会影响铜的溶解；电解液粘度增加将不利于铜离子的扩散。湿法冶金动力学特点：反应温度相比于火法很低，化学反应进行的速率较慢，很多反应进行得不彻底。请画出常见的炼钢转炉（顶底复吹）和炼钢电弧炉（底部出钢）的结构示意图，并对比二者在冶炼热力学和

9、动力学条件上的异同点，结合这些异同点说明两种工艺的优缺点。结构示意图： 顶底复吹转炉 炼钢电弧炉（底部出钢）的结构示意图（注意出钢口） 要点：电极、出钢口，炉门，液压千斤顶2电弧炉炼钢的热源为电能，即电弧炉内有石墨做成的电极，电极之间可以发出强烈的电弧，具有极高的热能，转炉炼钢时不需要在额外加热，因为铁水本身就是高温的，同时，它内部还在继续着发热的氧化反应；转炉炼钢可以采用顶底复吹，必要时还可以侧吹，而电炉没有顶底复吹工艺。转炉炼钢的优点：(1)生产速度快，因为用纯氧吹炼，就会高速降碳，快速提温，大大缩短冶炼时间。 (2) 钢的品种多、质量好，纯氧顶吹转炉既能炼普通钢，也能炼普通低碳钢。由于用

10、纯氧吹炼，钢中氮、氢等有害气体含量较低。（3）基建投资和生产费用低转炉炼钢的缺点：炼钢种受一定限制，冶炼含大量难熔元素和易氧化元素的高合金钢有一定的困难。电炉炼钢的优点：炉内气氛易于控制调节。在冶炼的不同阶段，炉内不仅能造成氧化性气氛，还能造成还原性气氛，前者有利于脱碳和去磷，后者有利于脱氧、去硫、易氧化合金的加入、回收金属元素和控制钢液成分。电炉设备比较简单，投资少，建厂快，占地少，且容易控制污染。 电炉炼钢缺点：（1）电炉能耗高，生产成本大。（2）容量小，出钢量少（3）电弧炉炼钢产生大量废气、废渣和噪声，能耗较高。含铝废料火焰熔炼的常用炉子的类型有哪几种？请分别介绍它们的原理，并指出铝合金

11、废料熔炼所使用的熔剂相比于炼钢熔剂有哪些特点？ 含铝废料火焰熔炼的常用炉子的类型有反射炉、回转炉、竖炉、熔沟型感应电炉、坩埚型感应电炉。反射炉是利用炉底加热，高温下炉料共熔；回转炉是利用加热柴油或天然气或粉煤，将热量由炉墙吸收传给炉料；竖炉是基于200300m/s的高速高温气流与对流传热和余热的充分利用；熔沟型感应电炉是利用将液态金属短路产生电流转变为热能；坩埚型感应电炉是利用液态熔体合金加热到720740温度下表面扒渣。 铝合金废料的特点：熔点应低于铝合金的熔化温度、比重应小于铝合金的比重、能吸附、溶解熔体中的夹杂物，并能从熔体中将气体排除、不应与金属及炉衬起化学作用，如果与金属起作用时，应

12、只能产生不溶于金属的惰性气体，且熔剂应不溶于熔体金属中、吸湿性要小，蒸发压要低、不应含有或产生有害杂质及气体。炼钢溶剂：CaO，SiO2 特点：容易获得，价格便宜，与钢水中的杂质产生的渣容易撇除。铝合金废料熔炼的溶剂：主要是卤化物； 特点：熔点较低、流动性好。请列出三种冶炼过程中尾气除尘的手段，并介绍各自的原理、使用条件和效果。 除尘：旋风收尘、布袋收尘、电收尘、湿法收尘（喷淋或通入液体中洗涤），关键是介绍各自的原理等 旋风收尘：利用烟尘质点在曲线气流中运动产生离心力的原理进行收尘。通常都是作为一级收尘装置，适合捕集较大粒径的粉尘，除去较大颗粒的效果非常好，同时运行和维护成本最低，但是会在一定

13、程度上降低烟尘的流速。（流速降低之后会使炉内的烟气产生量大于排放量，因此烟气会从炉口与收尘设备之间溢出，而造成废气污染，且在烟气中含有较多的CO，因此可能在炼钢过程中产生爆炸。） 布袋收尘：利用织物对含尘气体进行过滤而使烟气与烟尘分离进行收尘。净化时使含尘气体通过一多孔的织物，气体分子可以通过纤维间隙，而悬浮的烟尘则通不过去而被截留下来。通常作为二级收尘装置，用于捕集颗粒介于旋风收尘之后、电收尘之前的粉尘，运行成本介于二者之间，会明显地降低烟气的流速。电收尘：利用静电收尘原理，靠电场作用使尘粒分离的设备。电收尘器具有收尘效率高（可达99以上）、处理风量大、动力消耗少、维持费用低，可以处理温度较

14、高的气体。通常作为三级收尘装置，用于捕集介于旋风收尘和电收尘之后的微小颗粒，运行成本较高，除去微小颗粒的效果非常好。一般收尘的装置会将这三种收尘设备结合在一起，以达到较好的除尘效果。 （湿法收尘：原理是根据固体尘粒能被水润湿，利用其粘附现象使尘粒变大或粘附于液体，与气体得以分离。应用在烟尘允许与水相接触而且被冷却的场合，一般是用水来洗涤含尘烟气。）请列出三种常用的电池，并简要地介绍低温碱性熔炼法处理废铅蓄电池。锌/碱性电池、锂电池和镍氢电池低温碱性熔炼法处理铅蓄电池： （1）将再生铅原料与硫化铅矿粉混合，慢慢加入氢氧化钠熔体中进行低温碱性熔炼。氢氧化钠加入量0.83.5g/gPb，硫化铅量为理

15、论值的1.53.0倍，充分搅拌均匀，熔炼温度437600C，时间为加完矿后保温10120分钟，产生粗铅或贵铅和碱炉渣。 （2）回收炉渣中的NaOH溶液（约含20%50%）。采用氢氧化钠溶液或水浸泡炉渣的方法，浸泡的温度2090C。直至炉渣完全松散粉碎后过滤。氢氧化钠浓度及用量或加水量以溶液含氢氧化钠300350g/L为准，此浓度下的硫酸钠不被浸出，从而使氢氧化钠分离。滤液经蒸发结晶返回冶炼过程。 （3）回收氢氧化钠后的滤液含有硫酸钠之类的盐及残余的氢氧化钠，为消除对环境的污染，采用水浸脱盐，同时回收氢氧化钠（以含盐50200g/L来确定加水量，在2090C下浸出滤渣0.54小时，然后过滤，用水

16、淋洗滤饼3次以上，直至pH为78.5。将滤液蒸发浓缩，至含氢氧化钠150300g/L，冷却结晶析出硫酸钠之类的钠盐。结晶母液含有大量的氢氧化钠，返回浸碱过程配置浸碱剂。） 优点：流程简单，实现了低温无污染处理，铅回收率高（Pb>97%）在处理合金、银等金属的再生铅原料和硫化铅矿粉时，可综合回收金、银等贵重金属，且粗铅质量高（Pb>98%）铅+贵金属99%。铜废料鼓风炉熔炼的基本原理，重点讨论鼓风炉的结构、温度区间、冶炼反应和造渣剂，并对该工艺的优缺点进行讨论。鼓风炉主要由炉基，小车，炉缸，风口水套组成。废杂铜在鼓风炉进行的是还原熔炼，熔炼时加入炉料量的 1015% 焦炭，焦炭燃烧，

17、不仅供热，而且形成还原性气氛，从而使 Cu2O 还原。鼓风炉内从炉顶到炉底分五个区段。第一段，预备区，位于炉子上部，温度区间为400-600。使料中水分蒸发、熔料熔化，同时还使处于上部的锌蒸汽和 CO 作用，产生大量热：2Zn （气）+O2=2ZnO+Q2CO+O2=2CO2因此，出炉废气温度可达 650 800 ，第二区域炉温约 600 1000 ，在此区域发生碳酸钙分解，黄铜熔化，铜锌合金中部分锌蒸发，炉料中的氧化物开始还原，还原剂主要为 CO。包括铜氧化物的还原，铅氧化物的还原，锡氧化物还原，氧化锌的还原，反应为：CaCO3=CaO+CO2，Cu2O+CO=2Cu+CO2SnO2+CO=

18、SnO+CO2， SnO+CO=Sn+CO2CuO+CO=Cu+CO2 ，2CuO+CO=Cu2O+CO2 PbO+CO=Pb+CO2 ZnO 难还原，但有铁存在时，铁可使 ZnO 还原： ZnO+Fe=Zn+FeO 。第三区域温度为 1000 1300 ，有色金属还原结束，炉料熔化，并生成黑铜和炉渣。锌及其它易挥发组分（如 PbO 、 SnO ）继续转入气相。造渣反应有：Fe3O4+CO=3FeO+CO22FeO+SiO2=2FeO*SiO2xCaO+ySiO2=xCaO*ySiO2第四区域为焦点区（风口附近）。炉温 1300 1400 ，风口区附近充满了赤热的焦炭，液态的熔炼产物经炽热的焦

19、炭层滤下进入炉缸中，焦炭则与空气生成CO2，过剩的焦炭又将CO2还原成CO,其反应为：C+O2=CO2CO2+C=2CO第五区（炉缸）温度为 1200 1250 ，熔体在此沉渣分离，并继续调整其成分，添加一定量的石灰石，造碱性较高的炉渣，即高钙渣，对提高铜的回收率、降低渣含铜有利。烧结鼓风炉熔炼法使用时间久远、技术成熟可靠、生产稳定、建设投资少、回收率高、热效率高。近年来又对鼓风烧结机和烧结操作制度作了许多改进，如烧结机采用刚性滑道，以减少漏风；采用返烟烧结提高SO2浓度非稳态制酸等。但就整体工艺而言，在环保要求日益严格的现状下，烧结鼓风炉熔炼法仍存在一些较难继续接受的缺点：（1）无论怎样改进

20、，烧结烟气SO2浓度依旧偏低，难以达到常规制酸工艺的要求；（2）无论采用何种烧结方式，烧结块依然含有2%3%的残硫，鼓风炉烟气的SO2浓度通常高达4g/m3，难以经济治理，对环境污染严重；（3）烧结返料量大（80%），设备庞大，随烟气逸散的粉尘量大，这是导致铅污染事件时有发生的主要原因；（4）烧结过程中大量氧化反应热不能得到回收利用，而烧结块冷却后在鼓风炉熔炼又要消耗大量的冶金焦，能耗高；（5）操作环境差、劳动、工业卫生条件差、对职工身体健康有较大危害举例说明常见的三种钢水精炼手段，并介绍其功能和原理。1、渣洗：获得纯净钢液并能适当进行脱氧、脱硫和去除夹杂物的最简便的精炼手段。将事先配合的合成

21、渣（在专门炼渣炉中熔炼）倒入钢包内，借出钢时钢流的冲击作用，是钢液与合成渣充分混合，从而完成脱氧、脱硫和去除夹杂等精炼任务。电弧炉冶炼时的钢渣混出，称铜炉渣洗，也是利用了渣洗原理。2、真空：将钢液置于真空室内，由于真空作用使反应向生成气相方向移动，达到脱气、脱氧、脱碳等目的。真空室炉外精炼中广泛应用的一种。3、搅拌：通过搅拌扩大反应界面，加速反应物质的传递过程，提高反应速度。搅拌方法有吹气搅拌和电磁搅拌。4、加热：调节钢液温度的一项重要手段，是炼钢与连铸更好的衔接。加热方法有电弧加热和化学加热法。5、喷吹：用气体作载体将反应剂加入金属液内的一种手段。喷吹的冶金功能取决于精炼剂的种类，它能完成不

22、同程度的脱硫、脱氧、合金化和控制夹杂物形态等精炼任务。请介绍再生铝合金脱除非金属杂质的精炼手段的工艺流程和原理。再生铝精炼用于去除非金属杂质方法有过滤、通气精炼、盐类精炼、真空精炼。过滤：将铝合金熔体通过活性或惰性过滤材料以除去杂质。熔体通过活性过滤器时，固体夹杂颗粒与过滤器发生吸附作用而被阻挡除去；通过惰性过滤器时则是靠机械阻挡作用除去杂质。通气精炼：精炼时向炉渣中通入氯 、氮、氢气，当通入的气体呈分散状鼓入熔体时，原溶于合金液中的氢气扩散到鼓入气体的小气泡中而发生脱气作用。同时，鼓入的气体也会吸附在固体夹杂物上，随后带着固体夹杂物上浮到熔体表面，从而脱除固体夹杂物。盐类精炼：该法是用盐类熔

23、剂处理合金熔体以脱除熔体中气体和非金属夹杂物。常用盐类有冰晶石及各种金属卤化物。它们作为熔剂进人铝熔体后，生成卤化铝气体逸出。真空精炼法：该法是在400500 Pa真空下，铝熔体脱气20 min，使铝熔体脱除氢气。请介绍再生有色金属冶炼过程中废水净化的常用方法，原理和适用对象。重金属污水处理可分为两大类：第一类：把污水称溶解态的重金属转变为不溶性的重金属化合物，经沉淀和附上法从污水中除去。具体方法有中和法、硫化法、还原法、氧化法、离子交换法、离子上浮法、活性炭法、铁氧体法、电解法和隔膜电解法等。第二类：将污水中的重金属在不改变其化学形态下，进行浓缩和分离，具体方法有反渗透法、电渗析法、蒸发浓缩

24、法等。目前再生有色金属冶炼废水处理则以中和法、硫化法为主。下面介绍常用的的两种有色金属冶炼污处理方法：氢氧化物沉淀法：原理：向污水中投加碱性中和剂（石灰、碳酸钠、镁砖、强碱性废料等），使与重金属离子生成难溶的金属氢氧化物沉淀，分离。适用对象：适用于含重金属离子外还含有砷、氟、磷等的废水。硫化物沉淀法：原理：向污水中加入硫化钠或硫化氢等硫化剂，使重金属离子与硫离子反应，生成难溶的金属硫化物沉淀，予以分离出去。适用对象：由于重金属离子与硫离子（S2-）有很强的亲和力，能生成溶度积小的硫化物。因此，用硫化物沉淀法除去污水中的溶解性的重金属离子是一种有效的处理方法。三、论述题请从冶金工业发展的要求和我

25、国目前冶金资源的特点出发，论述再生金属冶金产业的重要性、产业特点，并结合我国当前金属回收和资源循环中存在的主要问题提出建议。目前，资源浪费比较严重，矿产资源利用率较低，矿产资源日益紧缺，矿石品味也越来越低，污染严重，工业发展与环境、资源及能源供应紧张的矛盾突出。寻求新资源是必然的，而废金属废物的再利用是很好的途径，再生金属冶金既能节约资源和能源，又能减少废弃物的排放。金属废弃物含金属品味比矿石更高，冶炼工艺比一次资源要短，可以节约大量能源的使用，并能降低污染物的排放，同时又能处理生产生活中产生的废弃物，这对环境保护都十分有利。我国目前资源回收正在加大力度，但是回收成本较高，技术还不够先进，利润较低，政府支持力度较小，因此回收行业目前较国外落后。（展开论述金属回收和资源循环中存在的主要问题，并提出相应的建议）例如：为什么回收成本比较高？人们的观念上不够重视，教育和宣传不够，没有建立起一个完整的回收体系，大多是单打独斗，私人的小公司太多，政策的扶持不够，地方政府不够重视，还存在一些地方保护主义，对于金属再生过程中的环保抓得不够严厉，导致很多小个体违法地进行各种金属的回