重金属冶金学授课教案

备课本课程名称重金属冶金学课时数64适用班级冶金093、094授课教师胡宇杰使用时间2010-2011学年第2学期冶金工程学院冶金工程学院备课纸冶金工程学院备课纸《重金属冶金学》课程授课教案课程编号：课程名称：重金属冶金学课程总学时/学分：64/4.0（其中理论64学时，实验0学时，课程设计0周）适用专业：冶金工程一、课程地位本课程是冶金工程专业的核心专业课，包含硫化矿的焙烧和烧结、还原熔炼、造锍熔炼、硫化精矿的直接熔炼、粗金属精炼与湿法冶金。本课程以金属冶炼过程为基本主线，围绕环境保护和可持续发展两大问题，着重介绍冶炼过程的新技术、新理论、新工艺和新设备以及技术经济分析和冶炼过程管理等知识。通过本课程的学习，使学生了解有色重金属冶炼过程的新技术、新工艺；理解冶炼过程的基本原理和基本过程；掌握有色重金属冶炼的典型过程、基本原理、工艺技术及装备，培养学生的创新能力、分析和解决问题的能力，为今后从事有色重金属冶炼工作打下良好的专业知识基础。本课程要求学生对冶金原理及物理化学有一定的了解。重金属冶金学是后续专业课（冶金设备、冶金工厂设计）的重要基础课程。二、推荐教材及主要参考资料[1]朱祖泽、贺家齐编.《现代铜冶金学》，科学出版社，2003年01月第一版.[2]《铅锌冶金学》编委会.《铅锌冶金学》，科学出版社，2003年4月第一版.[3]郭年祥.《有色冶金化工过程原理及设备》，冶金工业出版社，2008年12月第一版.三、课时分配序号授课内容提要学时1介绍课程的主要内容、教授目的及达到要求22重金属冶金的基本概念、生产工艺方法、本行业的特点及背景23硫化矿氧化焙烧与烧结焙烧的热力学理论基础及主要杂质行为24硫化锌精矿的流态化焙烧的特点及生产实践25铅锌硫化精矿的烧结焙烧过程及生产实践26鼓风炉炼铅的工艺及生产实践（1）27鼓风炉炼铅的工艺及生产实践（2）28鼓风炉炼锌铅的工艺及生产实践（1）29鼓风炉炼锌铅的工艺及生产实践（2）210锡精矿的还原熔炼工艺及生产实践211还原熔炼渣的烟化处理工艺212造锍熔炼的原料及冶炼方法213造锍熔炼的基本原理214重金属造锍熔炼的生产实践215锍的吹炼原理及生产实践216造锍熔炼炉渣的贫化处理217硫化矿直接熔炼的基本方法218硫化铅精矿直接熔炼的基本原理219硫化铅精矿直接熔炼的生产实践220锌镉精馏的基本原理及生产工艺221铅、锑、锡、铋的火法精炼工艺及生产实践（1）222铅、锑、锡、铋的火法精炼工艺及生产实践（2）223粗铜的火法精炼及电解精炼224铅的电解精炼225重金属湿法冶金的基本理论及主要方法226重金属湿法冶金的浸出过程227浸出液的净化方法及基本原理228浸出液净化的生产实践229锌电极的反应及杂质在电积过程中的行为230锌电解的基本概念及生产实践231铜镍湿法冶金的基本概念及主要方法232铜镍湿法冶金的生产实践233合计64四、考核方式与成绩核定办法1.考核方式：开考试2.成绩核定办法：总分＝70％×考试成绩＋30％×平时成绩五、授课方案授课教师胡宇杰所在单位冶金学院课程类型课堂理论教学授课时间2011年2月21日授课对象冶金专业大专093、094班授课内容前言教学内容提要1、重金属主要包括哪些金属？介绍有色金属的分类，重点介绍重金属的概念以及有色工业中最常见的几种重金属Cu、Pb、Zn、Ni、Co。2、重金属的主要冶炼方法及生产工艺。介绍重金属原料及金属本身的特点，主要的冶炼方法及生产工艺流程。3、我国有色重金属工业的概况及冶炼行业背景。介绍世界及我国重有色金属工业的历史、现状及将来的发展趋势，重点介绍我国有色重金属冶炼技术和生产水平在世界有色行业中的地位。4、有色金属冶金单元过程。介绍有色金属火法冶金、湿法冶金及电冶金方法生产有色金属的主要冶金单元过程。5、重金属冶金过程中存在的环境污染。介绍重金属冶金过程中产生的“三废”：废气、废水、废渣排放情况。教学目的及要求教学目的：了解重金属及重金属冶金的基本知识、行业背景、发展方向。教学要求：掌握目前铜、铅、锌、镍等重金属的主要冶炼方法和生产工艺。教学重点与难点重点：常见重金属冶金的主要生产工艺流程。难点：有色金属冶金的单位过程。教学手段PPT、讲授、讨论教学策略本节课主要讲授了重金属冶金学的基本知识。学生在课上听讲十分认真，说明学生对本专业课有一定的兴趣，在以后的讲授中还需进一步提高学生对本专业课的兴趣，以使所有学生都能较好的学好本专业课。教学预习教材P.1-9作业课堂问答授课教师胡宇杰所在单位冶金学院课程类型课堂理论教学授课时间2011年2月23日第授课对象冶金专业大专093、094班授课内容第一章硫化矿焙烧与烧结第一节烧结与烧结焙烧的目的教学内容提要1．烧结与烧结焙烧的概念介绍了焙烧与烧结焙烧的基本概念及焙烧的主要过程。2．烧结与烧结焙烧的作用介绍了焙烧与烧结焙烧的主要作用，解释为什么大多数金属硫化矿在冶炼前要进行焙烧或烧结焙烧预处理。3．烧结的主要方式介绍氧化焙烧、还原焙烧、硫酸化焙烧、氯化焙烧等几种主要焙烧方式。4．锌精矿焙烧的必要性介绍硫化锌精矿在冶炼前进行焙烧的作用及其必要性。5．铅精矿焙烧的必要性介绍硫化铅精矿在冶炼前进行烧结焙烧的作用及其必要性。教学目及要求教学目的：了解烧结与烧结焙烧的概念、作用及在冶炼过程中的必要性。教学要求：掌握硫化锌精矿焙烧与硫化铅精矿烧结焙烧的作用及区别。教学重点与难点重点：金属硫化矿焙烧和烧结焙烧的目的与作用。难点：焙烧和烧结焙烧的基本原理与主要区别。教学手段PPT、讲授、讨论教学策略本节课简要介绍了焙烧与烧结焙烧的目的及其在硫化锌精矿和硫化铅精矿火法冶金过程中的必要性，内容较为简单，多讲实例，以讨论为主。教学预习教材P.1-9作业课堂问答授课教师胡宇杰所在单位冶金学院课程类型课堂理论教学授课时间2011年2月24日第授课对象冶金专业大专093、094班授课内容第一章硫化矿焙烧与烧结第二节硫化矿氧化焙烧与烧结焙烧的理论基础教学内容提要1．ZnS氧化焙烧的热力学介绍ZnS精矿在氧化焙烧过程中发生的主要化学反应，研究Zn-S-O系与Zn-Fe-S-O系的热力学平衡图，考察在一定温度下硫化物、焙烧产物与焙烧气相之间的化学平衡，从而确定焙烧的操作温度和合适的炉气成分，保证金属硫化物充分转变成氧化物。2．PbS氧化焙烧的热力学介绍PbS精矿在氧化焙烧过程中发生的主要化学反应，研究了一定条件下Pb-S-O系的热力学平衡图，考察在一定温度下硫化物、焙烧产物与焙烧气相之间的化学平衡，从而确定焙烧的操作温度和合适的炉气成分，保证金属硫化物充分转变成氧化物。3．铁硫化物在焙烧过程中的变化介绍了FeS2在焙烧的高温条件下的化学反应，研究了Fe-S-O系的热力学平衡图，讨论阻止铁酸锌生成所要求的热力学条件。4．SiO2、CaO等脉石矿物的行为通过热力学平衡图分析SiO2、CaO等脉石矿物在硫化矿氧化焙烧过程中行为，对硫化锌和硫化铅焙烧的影响。教学目及要求教学目的：了解硫化矿氧化焙烧和烧结焙烧的基本热力学原理。教学要求：学会分析硫化物焙烧过程的热力学平衡图。教学重点与难点重点：硫化锌和硫化铅精矿氧化焙烧的热力学原理。难点：硫化矿焙烧过程中热力学平衡图的分析，确定焙烧最佳条件。教学手段PPT、讲授、讨论教学策略本节课介绍了硫化矿氧化焙烧过程的热力学基本原理，学会了利用各种热力学工具（主要是化学势图）去分析和解决问题。本次课的课容量较大，要求学生有一定的冶金原理和物理化学理论基础，结合了较多具体实例进行讲解，根据课堂效果，总体上学生都能理解并接受。教学预习教材P.2-10作业教材P10，1，2，3，4题。授课教师胡宇杰所在单位冶金学院课程类型课堂理论教学授课时间2011年2月28日第授课对象冶金专业大专093、094班授课内容第一章硫化矿焙烧与烧结第三节硫化锌精矿的流态化焙烧教学内容提要1．硫化锌精矿的主要特点介绍了硫化锌精矿的化学成分和一般特性。锌精矿的主要化学成分为Zn、Fe和S，三者共占总量的90%左右。在选用精矿氧化焙烧脱硫设备时，应当充分利用精矿粒度小、比表面大、活性高以及硫化物本身也是一种“燃料”的特点。2．锌精矿流态化焙烧的生产实践介绍了锌精矿流态化焙烧为强冶金过程，氧化反应剧烈进行并放出大量热，可以维持炉内锌精矿焙烧的正常温度900~1100℃。介绍了锌精矿流态化焙烧的主要设备及其工作原理，分析鲁奇型焙烧炉和道尔型焙烧炉在结构上的区别，以及采用鲁奇型炉子的优点。3.锌精矿焙烧工艺技术指标分析介绍了锌精矿流态化焙烧工艺的主要技术指标，包括床能力、二氧化硫浓度、脱硫率、烟尘率、热能利用率等。教学目及要求教学目的：了解锌精矿流态化焙烧工艺的主要特点、主要设备及工艺指标。教学要求：掌握焙烧流态化焙烧工作原理及工艺特点。了解鲁奇型焙烧炉的工作原理、优点。教学重点与难点重点：流态化焙烧工艺的基本原理及特点。难点：流态化焙烧设备的主要结构及其工作原理。教学手段PPT、讲授、讨论教学策略本节课介绍了锌精矿流态化焙烧工艺的主要特点、主要设备及工艺指标，要求对冶金设备结构和工作原理有所了解，因此要多结合生产实践进行讲解，帮助学生更好理解。教学预习教材P.11-14作业课堂问答，教材P.13思考题授课教师胡宇杰所在单位冶金学院课程类型课堂理论教学授课时间2011年3月2日第授课对象冶金专业大专093、094班授课内容第一章硫化矿焙烧与烧结第四节铅锌硫化精矿的烧结焙烧教学内容提要1.铅精矿和铅锌混合精矿原料的特点介绍了铅精矿和铅锌混合精矿的化学成分和一般特性，其特点是铅精矿和铅锌混合精矿的特点是金属品位高，在氧化时，都具有很大的发热值。锌精矿主要用氧化焙烧-湿法冶金方法处理，而铅精矿和铅锌混合精矿都用焙烧-还原熔炼的火法工艺生产铅或同时生产锌。2.铅精矿烧结焙烧的生产实践介绍了铅精矿烧结焙烧的主要过程和主要设备-带式烧结机的结构、工作原理及主要技术性能。3.铅精矿烧结焙烧工艺技术指标分析介绍了铅精矿流态化焙烧工艺的主要技术指标，包括脱硫率、返粉率、二氧化硫浓度、烟尘率、热能利用率等。教学目及要求教学目的：了解铅精矿烧结焙烧工艺的主要特点、主要设备及工艺指标。教学要求：掌握烧结焙烧工作原理及工艺特点。了解带式烧结机的工作原理、优缺点。教学重点与难点重点：烧结焙烧工艺的基本原理及特点。难点：带式烧结机的主要结构及其工作原理，烧结焙烧工艺的不足。教学手段PPT、讲授、讨论教学策略本节课介绍了硫化铅精矿烧结焙烧工艺的主要特点、主要设备及工艺指标，要求对冶金设备结构和工作原理有所了解，因此要多结合生产实践进行讲解，帮助学生更好理解。教学预习教材P.17-26作业课堂问答，教材P.26思考题1、2授课教师胡宇杰所在单位冶金学院课程类型课堂理论教学授课时间2011年3月3授课对象冶金专业大专093、094班授课内容第二章重金属还原熔炼第一节概述第二节鼓风炉炼铅教学内容提要1.重金属高温还原熔炼的概念介绍了几种常见重金属还原熔炼的概念、基本原理及主要生产工艺。2.重金属高温还原熔炼的主要特征3.铅鼓风炉炉料的组成介绍了铅鼓风炉主要炉料-烧结块的基本组成及其主要特点。4.铅鼓风炉熔炼产物介绍了铅鼓风炉熔炼的主要产物：粗铅、炉渣、铅锍、黄渣的组成及特点。教学目及要求教学目的：了解鼓风炉炼铅工艺的基本原理及主要特点。教学要求：掌握鼓风炉炼铅工艺的基本原理及其生产工艺。教学重点与难点重点：重金属还原熔炼的基本原理。难点：铅还原熔炼反应的热力学分析。教学手段PPT、讲授、讨论教学策略本节课介绍了重金属还原熔炼的基本概念，鼓风炉炼铅的基本原理及生产工艺。要求学生较好地掌握冶金过程的热力学原理，因此要课前要求学生课前对冶金原理中的相关内容进行认真复习。教学预习教材P.27-33，《冶金原理》中热力学部分内容作业课堂问答，教材P.33思考题1、2授课教师胡宇杰所在单位冶金学院课程类型课堂理论教学授课时间2011年3月授课对象冶金专业大专093、094班授课内容第二章重金属还原熔炼第二节鼓风炉炼铅教学内容提要1.铅鼓风炉内的金属氧化还原反应介绍铅鼓风炉还原熔炼过程中的主要化学反应，利用铅、锌、锡和铁的氧化物用CO还原的平衡图，分析鼓风炉炼铅应具备的合理生产操作条件。2.炼铅鼓风炉的结构及生产工艺介绍几种常见炼铅鼓风炉的结构及其生产工艺。3.铅鼓风炉还原熔炼工艺的基本原理介绍生产过程中铅鼓风炉炉内炉料温度及其物理化学变化。4.铅鼓风炉还原炼铅法的发展趋势从设备结构、富氧浓度、生产工艺的角度介绍了铅鼓风炉熔炼工艺的发展方向及趋势。教学目及要求教学目的：了解鼓风炉炼铅工艺的基本原理及主要特点。教学要求：掌握鼓风炉炼铅工艺的基本原理及其生产工艺。教学重点与难点重点：重金属还原熔炼的基本原理。难点：铅还原熔炼反应的热力学分析。教学手段PPT、讲授、讨论教学策略本节课介绍了重金属还原熔炼的基本概念，鼓风炉炼铅的基本原理及生产工艺。要求学生较好地掌握冶金过程的热力学原理，因此要课前要求学生课前对冶金原理中的相关内容进行认真复习。教学预习教材P.34-39，《冶金原理》中热力学部分内容作业课堂问答，教材P.39思考题1授课教师胡宇杰所在单位冶金学院课程类型课堂理论教学授课时间2011年3月9授课对象冶金专业大专093、094班授课内容第二章重金属还原熔炼第三节鼓风炉炼锌铅教学内容提要1.鼓风炉炼锌铅方法的发展历史、现状及主要生产工艺介绍鼓风炉炼锌铅方法的发展历史及现状，介绍ISP法炼锌铅的主要工艺流程及技术指标。2.氧化锌还原反应的热力学介绍锌鼓风炉熔炼和锌蒸气冷凝过程的热力学原理，通过热力学分析确定合理的生产工艺及操作条件。3.鼓风炉炼锌炉内主要反应分析介绍炼锌鼓风炉内的各个反应带，包括炉料加热带、再氧化带、还原带、炉渣融化带。4.锌蒸气的冷凝过程和所需条件教学目及要求教学目的：了解鼓风炉炼锌铅工艺的基本原理及主要特点。教学要求：掌握鼓风炉炼锌铅工艺的基本原理及其生产工艺。教学重点与难点重点：鼓风炉炼锌铅的基本原理及生产工艺。难点：锌还原熔炼及锌蒸气蒸馏过程的热力学分析。教学手段PPT、讲授、讨论教学策略本节课介绍了鼓风炉炼锌铅的基本原理、生产工艺及主要设备。要求学生较好地掌握冶金过程的热力学原理，因此要课前要求学生课前对冶金原理中的相关内容进行认真复习。教学预习教材P.40-54，《冶金原理》中热力学部分内容作业课堂问答，教材P.54思考题1、2、3、4、5授课教师胡宇杰所在单位冶金学院课程类型课堂理论教学授课时间2011年3月10授课对象冶金专业大专093、094班授课内容第二章重金属还原熔炼第三节鼓风炉炼锌铅教学内容提要1.鼓风炉炼锌铅的主要原料介绍鼓风炉炼锌铅的主要原料、燃料的主要成分及其特点。2.炼锌鼓风炉和铅雨冷凝器介绍锌鼓风炉和铅雨冷凝器的基本结构、工作原理及主要技术指标。3.鼓风炉炼锌的技术经济指标通过对工厂鼓风炉炼锌的实际技术经济指标分析，介绍鼓风炉炼锌工艺的不足及改进措施，对鼓风炉炼锌技术发展进行展望。教学目及要求教学目的：了解鼓风炉炼锌铅工艺的基本原理及主要特点。教学要求：掌握鼓风炉炼锌铅工艺的基本原理及其生产工艺。教学重点与难点重点：鼓风炉炼锌铅的基本原理及生产工艺。难点：锌还原熔炼及锌蒸气蒸馏过程的热力学分析。教学手段PPT、讲授、讨论教学策略本节课介绍了鼓风炉炼锌铅的基本原理、生产工艺及主要设备。要求学生较好地掌握冶金过程的热力学原理，因此要课前要求学生课前对冶金原理中的相关内容进行认真复习。教学预习教材P.55-59，《冶金原理》中热力学部分内容作业课堂问答，教材P.59思考题1、2授课教师胡宇杰所在单位冶金学院课程类型课堂理论教学授课时间2011年3月14授课对象冶金专业大专093、094班授课内容第三章重金属造锍熔炼第一节造锍熔炼的原料及冶炼方法第二节造锍熔炼基本原理教学内容提要1.造锍熔炼的主要原料介绍铜、镍硫化矿的主要原料，对其化学成分及特点进行分析。2.铜镍矿物原料的冶炼方法介绍铜镍矿物原料的主要冶炼方法及造锍熔炼的主要过程。3.造锍熔炼过程中的物理化学变化介绍硫化铜矿高温下造锍熔炼过程中主要发生的化学反应，通过对Cu-Cu2S-FeSl.08-Fe系状态图的分析，认识铜锍的形成及其特性。通过对Cu-Cu2S-FeSl.08-Fe系状态图的分析，认识造锍熔炼炉渣及其特性，确定合理的造锍熔炼渣型。教学目及要求教学目的：了解铜造锍熔炼的基本原理及生产工艺。教学要求：掌握铜造锍熔炼的基本原理及其工艺在工业生产中合理性。教学重点与难点重点：铜造锍熔炼基本原理及生产工艺。难点：造锍熔炼过程中的物理化学变化。教学手段PPT、讲授、讨论教学策略本节课介绍了造锍熔炼的基本原理、生产工艺及主要设备。要求学生较好地掌握冶金过程的热力学原理，因此要课前要求学生课前对冶金原理中的相关内容进行认真复习。教学预习教材P.82-95，《冶金原理》中热力学部分内容作业课堂问答，教材P.95思考题1、2授课教师胡宇杰所在单位冶金学院课程类型课堂理论教学授课时间2011年3月16授课对象冶金专业大专093、094班授课内容第三章重金属造锍熔炼第二节造锍熔炼基本原理教学内容提要1.造锍熔炼过程中硫化物的优先反应通过对MS-MO相互反应的热力学特性分析，认识造锍熔炼过程中Fe、Cu、Ni的行为，从而得出铜造锍熔炼的可能性及降低铜造锍熔炼炉渣中金属铜的含量，提高金属回收率的措施是提高熔炼温度、降低铜锍的品位，降低炉渣中FeO的活度。通过对1200℃的Cu-Fe-S系热力学平衡图的分析，认识铜造锍熔炼及吹炼过程的反应途径及确定合理的生产操作条件2.Cu-Fe-S-O-SiO2系化学势图的分析通过对Cu-Fe-S-O-SiO2系化学势图分析，认识常规炼铜法的合理性及在生产过程中应当如何控制合理的生产操作条件。此外，通过该图的分析，了解连续炼铜法面临的困难及对策介绍铜镍矿物原料的主要冶炼方法及造锍熔炼的主要过程。3.Fe和其它杂质在铜造锍熔炼过程中的行为教学目及要求教学目的：了解铜造锍熔炼的基本原理及生产工艺。教学要求：掌握铜造锍熔炼的基本原理及其工艺在工业生产中合理性。教学重点与难点重点：铜造锍熔炼基本原理及生产工艺。难点：造锍熔炼过程中的物理化学变化。教学手段PPT、讲授、讨论教学策略本节课介绍了造锍熔炼的基本原理、生产工艺及主要设备。要求学生较好地掌握冶金过程的热力学原理，因此要课前要求学生课前对冶金原理中的相关内容进行认真复习。教学预习教材P.95-117，《冶金原理》中热力学部分内容作业课堂问答，教材P.99思考题1、2，P.106思考题1、2授课教师胡宇杰所在单位冶金学院课程类型课堂理论教学授课时间2011年3月17日授课对象冶金专业大专093、094班授课内容第三章重金属造锍熔炼第三节重金属造锍熔炼的生产实践教学内容提要1.闪速熔炼介绍闪速熔炼的基本原理及生产工艺，重点介绍Outokumpu闪速熔炼和Inco闪速熔炼两种类型炉子的结构特点、主要工艺技术指标、优缺点以及目前在世界有色冶金工业上的应用情况。2.熔池熔炼介绍熔池熔炼的基本原理及生产工艺，重点介绍艾萨炉、奥斯麦特炉、白银炉、瓦纽科夫炉、三菱法、诺兰达炉等炉子的结构特点、主要工艺技术指标、优缺点以及目前在世界有色冶金工业上的应用情况。3.其它造锍熔炼方法简要介绍反射炉、鼓风炉及电炉造锍熔炼的原理及设备特点。教学目及要求教学目的：了解铜造锍熔炼的基本原理及生产工艺。教学要求：掌握铜造锍熔炼的基本原理及其工艺在工业生产中合理性。教学重点与难点重点：铜造锍熔炼基本原理及生产工艺。难点：造锍熔炼过程中的物理化学变化。教学手段PPT、讲授、讨论教学策略本节课介绍了造锍熔炼的基本原理、生产工艺及主要设备。要求学生较好地掌握冶金过程的热力学原理，因此要课前要求学生课前对冶金原理中的相关内容进行认真复习。教学预习教材P.117-159作业课堂问答，教材P.145思考题1授课教师胡宇杰所在单位冶金学院课程类型课堂理论教学授课时间2011年3月21授课对象冶金专业大专093、094班授课内容第三章重金属造锍熔炼第四节锍的吹炼教学内容提要1.铜锍吹炼的目的冰铜的吹炼多在水平转炉中进行，其主要原料为熔炼产出的液态冰铜。吹炼的目的是利用空气中的氧，将冰铜中的铁和硫几乎全部氧化除去，同时除去部分杂质，以得到粗铜。2.铜锍吹炼的理论基础对冰铜吹炼过程反应的热力学进行分析，找出冰铜吹炼过程中各组分的变化规律。利用各种热力学手段分析冰铜吹炼过程分段操作的原因，以及最佳的吹炼工艺条件。3.铜锍吹炼的生产实践介绍P-S转炉设备的基本结构及其工作原理。对转炉吹炼的生产数据及技教学内容提要术经济指标进行分析，进而认识P-S转炉吹炼工艺的优缺点及发展方向。4.铜锍的闪速吹炼首先介绍传统转炉吹炼工艺的不足和缺陷，进而介绍更为先进的闪速吹炼工艺。重点介绍闪速吹炼工艺流程的特点、基本原理及实际应用情况。教学目及要求教