有色金属冶金期末考试总结材料

1、第一章氧化铝生产1. 有色金属的分类？轻金属重金属稀有金属贵金属轻金属(lightmetals):密度小于彳艮高的化学活性，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、耨、钢重金属(heavymetals)：密度大于，化学活性较低用火法冶金或湿法冶金方式来提取铜、银、钻、铅、怦、相、锦、汞、镉、秘等10种经常使用有色金属因产量大，用途广，价钱低，称为经常使用有色金属或贱金属。A1、CunZnPbxNi、Mg、Sn、Sb、Ti、Hg贵金属(preciousmetals)：由于化学活性低，又称惰性金属。金(Au)、银(A和粕族金属(Pt、Pd、RhxlrOs、Ru)稀有金属(

2、raremetals)：是一种适应称号，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，过去利用的较少稀有金属按元素物理化学性质、赋存状态，生产工艺和其他一些特点，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。2. 冶金方式，要紧的有色金属冶金方式有：火法冶金、湿法冶金、电冶金火法冶金：在高温下矿石或精矿经熔炼与精炼反映及熔化作业，使其中的有色金属与脉石和杂质分开，取得较纯有色金属的进程。包括原料预备、熔炼和精炼三个要紧工序。进程所需能源要紧靠燃料燃烧供给，也有依托进程中的化学反映热来

3、提供。湿法冶金：它是在常温(或低于1。0)常压或高温(100-30()高压下，用溶剂处置矿石或精矿，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禹出来的进程。要紧包括浸出、分离与富集和提取进程。电冶金：利用电能提取和精炼有色金属的方式。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：用电化学反映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。3. 有色金属冶金要票单元进程(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

4、其它化学转变的进程。其目的是改变原料中提取对象的化学组成，知足熔炼或浸出的要求。按操纵的气氛不同，分为：氧化焙烧：还原焙烧：硫酸化焙烧：氮化焙烧等。(2)煨烧：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进程。如石灰石煨烧为石灰；氢氧化铝燃烧成氧化铝，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：是指将处置好的矿石、精矿或其他原料，在高温下通过氧化还原反映，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(或金属铳)液和熔渣的进程,也叫冶炼。分为：还原熔炼：造铳熔炼：氧化吹炼：(

5、5)火法精炼：在高温下进一步处置熔炼、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、蒸僧等。(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进程。浸出又称浸取、溶出、湿法分解。(7)液固分离：该进程是将矿物原料通过酸、碱等溶液处置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进程。要紧有物理方式和机械方式：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

6、湿法冶金单元进程。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。方式要案有:结晶、蒸憎、沉淀、置换、溶剂萃取、离子互换、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(筒称电积)，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、铝、铜的熔盐电解生产。3 .铝合金的种类铸造铝合金：Al-Si,Al-Cu,Al-Mg,Al

7、-Zn系和变形铝合金(加工用铝合金)4 .各类铝用电解法或其它方式直接生产出来的纯铝称为原铝)：A1-00(特一号铝)：；A1-0(特二)：%;Al-1:;Al-2:99;Al-3:98%精铝：特级精铝：；一级精铝：二级精铝：高纯铝：Al-05:%;Al-055:%超高纯度铝：(6N-7N)5 .现代铝工业三个要紧生产环节(1)从铝土矿提取纯氧化铝(2)用冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产铝(3)铝加工辅助环节：(1)炭素电极制造(2)僦盐生产现代铝工业生产流程简图4t铝土矿纯诚一氧轨化铝培烧炭阳极氟盐0. 9 t电能约蒸气、二拜耳法溶出现代铝工业生产流程简由6 .铝电解原理现代铝工业生产，要紧采纳

8、冰晶石-氧化铝卷就电解法，其中氧化铝是炼铝的原料，冰晶石是熔剂。直流电通入电解槽，在阴极和阳极上发生电化学反映。电解产物，阴极上是遨座铝，阳极上是气体CO2(75-80%)和CO(20-25%)。在工业电解槽内，电解质通常由质量分数为95%的冰晶石淤5%的氧化铝组成,电解温度为950-970二电解液的密度约为2.1g/cm3,铝液密度为2.3g/cm3,二者因密度差而上下分层。铝液用总诩包抽出后,通过净化和过遽，浇铸成商品铝锭，纯度达阳极气体中还含有少量有害的氟化物、沥青烟气和二氧化硫。通过净化后，废气排入大气，收回的氟化物返回电解槽内继续利用。7 .铝土矿分类铝上矿是含铝矿物和赤铁矿.、针铁

9、矿、高岭石、锐铁矿、金红石、钛铁矿等矿物的混合矿，是现代电解法炼铝的底吼铝土矿的化学成份质量分数和要紧矿物成份铝土矿类型三水铝石一水软铝石一水硬铝石组成A12O33H2OA12O3H2OA12O3H2O最高A12O3%晶系单斜正方正方硬度密度快速脱水温度/C150350450在每升Na2O水溶液中A12O3溶解度/g(125)10545基本不溶8 .中国铝土矿的特点我国铝土矿的特点应磋、我国和土锲,为一水硬铝石型、矿石中铝硅比在47之间m(A12O3)/m(SiO2)o福建、河南和广西有少量的三水铝石型铝土矿。9 .铝土矿质量评判标准A、矿石类型B、矿石中可溶性氧化铝含量可溶性氧化铝含量是由氧

10、化铝总量减去由氧化硅生成羟基方钠石化合物所损失的氧化铝量。铝上矿的可溶性碱液溶出顺序：三水铝石型、一水软铝石型、一水硬铝石型。10 .从铝土矿中提取氧化铝的方式生产氧化铝的方式分为碱法(如拜耳法、烧结法、拜耳烧结联合法)、酸法和电热法。工业应用的只有做法。用各类无机酸(硫酸、盐酸、硝酸)处置含铝原料时，原料中的氧化硅大体上不与酸起反映而残留在渣中。取得的含铁铝盐酸性水溶液经除铁净化后，可通过不同的方式取得铝盐水合物结晶或氢氧化铝结晶，煨烧这些结晶取得氧化铝。酸法分为硫酸法和盐酸法。设备侵蚀、能耗高，尚未工业应用。电热法也尚未工业应用。拜耳法生产氧化铝占世界95%,要紧采纳三水铝石型铝土矿从铝土

11、矿中提取铝的简要生产流程高品位将矿溶出氧化铝一选矿低品位铝矿j电热还原一A铝硅铁钛合金1-3从铝土矿提取铝的简要生产流程图H.拜耳法拜耳法原理：用苛性钠溶液(其质量浓度为130350gNa2O/L)在加热的条件下将铝土矿中的各类氧化铝水合物溶解出来，生成铝酸钠溶液，此种溶液经稀释后在冷却的条件下分解出纯的氢氧化铝，同时从头生成苛性钠溶液，供循环利用。流程见下页拜耳法流程包括三个要紧步骤：铝土矿溶出：铝酸钠溶液分解：氢氧化铝煨烧溶出：指把铝土矿中的氧化铝水合物(A12O3-xH2O)溶解在苛性钠(NaOH)中，生成铝酸钠溶液。A12O3.XH2O+2NaOH=2NaA102+(x+l)H2OA1

12、(OH)3+NaOH=NaAl(OH)4A1OOH+NaOH+H2O=NaAl(OH)4分解：析出固体氢氧化铝2NaAlO2+4H2O=2NaOH+A12O3xH2O(添加晶种A12O3.3H2O)煨烧：A12O3.3H2O=A12O3+3H2O(高温1100)铝土矿的溶出率赤泥：在铝上矿溶出进程中，铝土矿中的不溶物残渣，经沉降分离和洗涤过滤后排除。在铝上矿溶出进程中，赤铁矿事实上也不溶于苛性钠溶液中，全数进入沉淀中，由于赤铁矿呈红色，沉淀物也呈红色，此种残渣称为赤泥，数量庞大铝酸钠溶液：铝酸钠溶液中的Na2O和A12O3的比值，来表示溶液中氧化铝的饱和程度。两种表示方式：A、采纳物质的摩尔比

13、n(Na2O)/n(A12O3),其中的Na2O是按苛性碱NaOH浓度计算，叫苛性比，符号aK。中国与俄罗斯B、采纳物质的质量比m(Na2O)/m(A12O3),符号为A/C,其中的Na2O按当量Na2CO3计算。美国利用。铝土矿的配入量aK=按所溶出溶液苛性计算简环性碱液的aK=公式见6页拜耳法流程31-D2,那么分离因素为：B=D1/D2一样讲P大，分离成效就好。但不是绝对的，是相对的，因0与体积无关，当两相体积相较,有机相的体积要小得多时，即便0专门大，分离成效也可不能好。萃取百分率（萃取率）n（%）=（A）有.V有100/（依）有丫有+心冰、水=100口/（0+丫水/有）7 .萃取方式

14、要紧有：错流萃取：逆流萃取；分储萃取等。下而介绍前两种方式。&(A) Vs.(A)2经常使用工业金属萃取剂分为四类：酸性萃取剂，中性萃取剂，碱性萃取剂，螯合萃取剂。“11-1k11,1丁yA)nVFS，(A)n.iSJ(A)n设有n级；有机相体枳为nVS：料液体积为VF,料液中A物浓度为(A)F：萃余液中A浓度别为(A)l(A)n,体积为VF：负载有机相中A浓度别离为(A)l(A)n.o萃取比(e)：是指萃取达到平稳后组分在两相之间中的含量比。e=VS(A)/T(A)=Dx相较萃取剂的选择性可用选择性系数P表示，其概念式为萃取相中A的质量分数/萃余相中A的质量分数一萃取相中8的质量分数/萃余相

15、中8的质量分数_L户_乃/%_八yjXbXA/Xb若1,说明组分A在萃取相中的相对含量比萃余相中的高，即组分A、B取得了必然程度的分离，显然乂值越大，攵8值越小，选择性系数乃就越大，组分A、B的分离也就越容易，相应的萃取剂的选择性也就越高；若=1,那么即萃取相和萃余相在脱除溶剂S后将具有相同的组成，而且等于原料液的组成，说明A、B两组分不能用此萃取剂分离，换言之所选择的萃取剂是不适宜的。萃取剂的选择性越高，那么完成必然的分离任务，所需的萃取剂用量也就越少，相应的用于回收溶剂操作的能耗也就越低。率_萃取根4的质量分数_以律燃八一萃余相中A的质量分数-，分派系数表示的是：待提取的组分，在有机相和水

16、相中的浓度比，用来讲明该组分用溶剂萃取的可能性。K1：说明该组分进入有机相的可能性大：K1：说明该组分进入水相的可能性更大，即该组分能够用水从有机相中萃掏出来：K=l：该组分不能用溶剂萃取法分离8 .饱和互换容量：也是最大互换能力，是指单位重量(1克)的干树脂能互换的离子的最大亳克当量数。阻碍互换容量的因素(1)单位重量或体积树脂中含活性基的数量；(2)活性基性质，或活性基离子化程度：(3)溶液性质，包括PH等：(4)树脂的性质，包括交联度等：(5)温度。9 .离子互换离子互换树脂属高分子聚合物，分阳离子互换树脂和阴离子互换树脂二类。金属离子分离一样用阳离子互换树脂，因此咱们只讲解这种树脂。工

17、艺料液互换淋洗分离互换柱分离柱互换反映3Na+RE3+=3Na+RE3+含稀土阳离子的溶液流经树脂时，RE3+离子能从树脂的活性基团上把Na+互换下来。互换反映的难易程度取决于溶液中稀土离子和钠离子对树脂活性基团亲和力的大小，亲和力越大就越易互换。互换进程的作用稀上离子通过负载柱互换以后，离子大体上吸附在树脂上，那个进程只有负载作用、富集作用和部份除杂作用，对稀上离子没有分离作用。要分离还得通过以下淋洗、分离等进程。淋洗通过离子互换将稀土阳离子全数吸附或富集在负载柱中。A.淋洗目的把吸附在负载柱中的离子淋洗下来。淋洗反映在淋洗进程中，一样用含有络合剂(NH4)3R的淋洗液(一样为EDTA等)淋

18、洗(若是用蒸馀水，那么无法洗下来)，RE3+为树脂吸附的离子，那么反映为：RE3+(NH4)3R=RER+3NH4+经淋洗，树脂上的稀上离子RE3+与络合剂络合，被洗涤下来。分离A.分离反映分离是在分离柱中进行，含有稀土离子(实际是络合物)和络合剂的淋洗液经分离柱时，若是分离柱中的互换树脂中的阳离子为Na+,NH+或H+等，因这些离子与络合剂的作使劲小，因此不能使络合物RER分解、吸附，因此RER将直接流出。若是在分离柱中先吸附Cu2+等，因Cu2+与络合剂络合能力强，那么Cu2+使RER分解而互换。Cu2+为延缓离子。Cu2+RER=RE3+CuR-(1)被吸附的RE3+的又与后而流经的淋洗液中的络合剂作用(互换)：RE3+(NH4)3R=RER+3NH4+(2)如此的吸附和解吸进程在分离柱中能反复进行，每完成一次吸附和解吸相当于一级萃取，通过无数级的分离，最终使稀上离子达到了分离。从以上反映能够看出，离子互换分离法利用的是离子之间络合能力和亲合力的不同或不同进行分离的。10 稀土精矿分解方式：A、酸分解法(硫酸法和氢氟酸法)B、碱分解法(苛性钠法和苏打法)C、高温氯化法。硫酸焙烧法是我国处置包头稀土矿和氟碳钵精矿的要紧方式。经常使用稀土金属的提纯方式有：真空蒸镭、区域熔炼、固态电解、电解精炼等第五章金银冶金1 .分类金(Au)、银(Ag)、的(Pt)、钿(Pd)、铐(Rh)、