2025年有色金属冶炼（除铜、铝、铅、锌）作业考试试题带答案

2025年有色金属冶炼（除铜、铝、铅、锌）作业考试试题带答案一、单项选择题（每题2分，共20题，40分）1.镍硫化矿火法冶炼流程中，焙烧工序的主要目的是（）。A.脱除全部硫元素B.生成高镍锍C.部分脱硫并富集镍D.直接获得金属镍答案：C2.钴精矿湿法浸出时，若原料含砷较高，通常需先进行（）预处理。A.氧化焙烧B.还原焙烧C.硫酸化焙烧D.氯化焙烧答案：A（氧化焙烧可使砷转化为As2O3挥发脱除）3.锡精矿还原熔炼时，炉内最佳温度范围为（）。A.800-1000℃B.1200-1350℃C.1500-1600℃D.1800-2000℃答案：B（锡的熔点为231.9℃，还原反应需在渣熔点以上，通常控制1200-1350℃）4.锑的火法精炼中，加入碳酸钠的主要作用是（）。A.降低熔体黏度B.与杂质硫化物反应生成炉渣C.提高锑的挥发性D.促进锑的氧化答案：B（碳酸钠与杂质如FeS反应生成Na2S进入渣相）5.镁电解生产中，电解质体系主要成分为（）。A.MgO+NaClB.MgCl2+KCl+CaCl2C.MgSO4+Na2CO3D.Mg(OH)2+CaF2答案：B（工业镁电解通常采用MgCl2-KCl-CaCl2三元体系降低熔点）6.钛的克劳尔法（KrollProcess）中，还原产物为（）。A.海绵钛+MgCl2B.钛锭+MgOC.钛粉+MgD.钛合金+CaCl2答案：A（TiCl4与Mg在高温下反应生成海绵钛和MgCl2）7.锂辉石提锂工艺中，“煅烧转型”工序的目的是（）。A.使α-锂辉石转化为β-锂辉石（易酸解）B.脱除结晶水C.直接生成Li2CO3D.降低铁杂质含量答案：A（α型锂辉石结构稳定，煅烧至1050℃转化为β型，易与酸反应）8.稀土萃取分离中，P507（2-乙基己基膦酸单2-乙基己基酯）通常用于（）。A.轻稀土分组（La-Nd）B.中重稀土分离（Gd-Y）C.稀土与非稀土杂质分离D.稀土氧化焙烧答案：B（P507对中重稀土萃取能力强，常用于Gd以后元素的分离）9.铟的富集通常来源于（）。A.铜冶炼烟灰B.铅锌冶炼渣C.铝电解槽渣D.金精矿焙砂答案：B（铟常伴生于闪锌矿，铅锌冶炼渣中可富集）10.金属锗的提取中，氯化蒸馏法利用的是（）。A.GeCl4的高挥发性（沸点83℃）B.GeO2的水溶性C.GeS的难溶性D.Ge的强还原性答案：A（GeCl4沸点低，可通过蒸馏与其他氯化物分离）11.钽铌分离常用的方法是（）。A.磁选B.重选C.氟化氢-硫酸体系萃取D.氧化焙烧答案：C（钽铌在HF-H2SO4体系中形成络合物，可通过萃取分离）12.金属铋的火法精炼中，“加锌除银”利用的原理是（）。A.锌与银形成不溶于铋的金属间化合物（AgZn3）B.锌优先氧化进入渣相C.锌降低铋的熔点D.锌与铋形成合金答案：A（AgZn3密度小，浮于铋熔体表面形成银锌壳）13.钒钛磁铁矿提钒的主要工艺是（）。A.酸浸直接提钒B.高炉炼铁-转炉吹钒（钒渣）C.氯化挥发D.电解还原答案：B（钒钛磁铁矿经高炉炼铁后，铁水在转炉中吹氧，钒氧化进入炉渣形成钒渣）14.金属镉的生产中，置换沉淀法常用的还原剂是（）。A.铁屑B.锌粉C.铝粉D.镁粉答案：B（锌的金属活动性强于镉，可从含镉溶液中置换出镉）15.海绵锆生产中，主要采用的还原工艺是（）。A.碳热还原B.镁热还原（Kroll法）C.铝热还原（Goldschmidt法）D.电解还原答案：B（与钛类似，ZrCl4与Mg在氩气保护下还原生成海绵锆）16.金属铼的提取通常来源于（）。A.钼精矿焙烧烟尘（Re2O7）B.铜精矿电解阳极泥C.铅锌冶炼废水D.稀土矿酸浸液答案：A（铼常伴生于辉钼矿，焙烧时生成Re2O7进入烟尘）17.金属铍的冶炼中，氟化法的关键步骤是（）。A.铍精矿与氟化氢反应生成BeF2B.电解BeF2-KF熔体C.碳热还原BeOD.酸浸提取BeSO4答案：B（BeF2熔点高，需与KF形成共熔体降低电解温度）18.金属铊的富集主要来源于（）。A.铅锌冶炼烟灰（Tl2SO4）B.金矿氰化尾渣C.铝土矿溶出液D.稀土矿萃取余液答案：A（铊伴生于黄铁矿、闪锌矿，冶炼烟灰中可富集）19.金属镓的提取通常来源于（）。A.铝土矿拜耳法赤泥（Ga(OH)4-）B.铜冶炼转炉渣C.铅烧结机烟尘D.锌浸出渣答案：A（镓与铝性质相似，铝土矿溶出时部分镓进入溶液，可从赤泥中回收）20.金属铯的生产中，常用的还原方法是（）。A.钙还原CsClB.电解CsOHC.碳还原Cs2CO3D.镁还原CsF答案：A（CsCl与Ca在高温真空下反应：2CsCl+Ca=CaCl2+2Cs↑）二、判断题（每题1分，共10题，10分）1.镍红土矿湿法冶炼（HPAL工艺）的核心是高压酸浸（250-270℃，3-5MPa）。（）答案：√2.钴的硫化矿浸出时，加入氧化剂（如MnO2）可提高钴的浸出率。（）答案：√（氧化剂可将Co3+还原为Co2+，促进溶解）3.锡精矿还原熔炼中，炉渣含FeO过高会导致锡损失增加。（）答案：√（FeO与SiO2形成低熔点渣，但FeO过多会与SnO2生成FeSnO3，增加锡在渣中的溶解度）4.锑的挥发焙烧需在强还原气氛中进行，使Sb2S3转化为Sb蒸汽。（）答案：×（挥发焙烧需控制弱氧化气氛，使Sb2S3氧化为Sb2O3（沸点1425℃）挥发）5.镁电解过程中，阳极产物是Cl2，阴极产物是Mg。（）答案：√（MgCl2电解：Mg2++2e-=Mg（阴极）；2Cl--2e-=Cl2↑（阳极））6.海绵钛破碎后可直接作为成品，无需进一步提纯。（）答案：×（海绵钛含Mg、MgCl2等杂质，需真空蒸馏脱除）7.盐湖提锂中，吸附法对Li+的选择性高于Na+、K+，因此无需除杂可直接吸附。（）答案：×（盐湖卤水中Mg2+、Ca2+等会影响吸附剂性能，需先除钙镁）8.稀土萃取分离中，“相比”（O/A）是指有机相体积与水相体积的比值。（）答案：√9.金属锗的区熔提纯可将纯度从99.99%提升至99.9999%以上。（）答案：√（区熔法利用杂质在固液两相中的分配系数差异，多次提纯可提高纯度）10.金属铟的电解精炼中，阳极泥主要成分为铅、锡等金属。（）答案：×（铟电解时，比铟活泼的金属（如Zn、Fe）进入溶液，比铟不活泼的金属（如Ag、Cu）进入阳极泥）三、简答题（每题5分，共8题，40分）1.简述镍红土矿的两种主流冶炼工艺（RKEF与HPAL）的核心区别。答案：RKEF（回转窑-电炉熔炼）是火法工艺，适用于高镁低铁红土矿（褐铁矿型），通过干燥、焙烧（1000-1100℃）脱除结晶水，电炉还原熔炼（1500-1600℃）得到镍铁合金；HPAL（高压酸浸）是湿法工艺，适用于高铁低镁红土矿（腐殖土型），在高压釜中（250-270℃，3-5MPa）用浓硫酸浸出，使Ni、Co溶解，经中和、萃取分离得到镍钴产品。两者的核心区别在于原料适应性（镁铁含量）、工艺路线（火法vs湿法）及产品形式（镍铁vs镍钴盐）。2.钴精矿预处理（焙烧）的主要目的是什么？列举两种常见焙烧方式。答案：预处理目的：①脱除硫、砷等杂质（硫转化为SO2，砷转化为As2O3挥发）；②将钴的硫化物（如CoS2）氧化为氧化物（Co3O4），提高后续浸出率；③减少后续浸出剂（如硫酸）消耗。常见焙烧方式：①氧化焙烧（空气气氛，800-900℃）；②硫酸化焙烧（控制低氧气氛，使CoS转化为CoSO4，可直接水浸）。3.锡粗炼（还原熔炼）过程中，向炉内加入铁屑的作用是什么？写出主要反应方程式。答案：作用：置换渣中的Cu2+，减少锡中铜杂质含量。锡精矿中常含CuS，熔炼时CuS与SnO2反应生成Cu2SnS3（进入炉渣），加入铁屑后，Fe与Cu2SnS3反应：Fe+Cu2SnS3=2Cu+FeSnS3（或Fe+Cu2+→Fe2++Cu↓）。反应方程式示例：Fe+Cu2+=Fe2++Cu↓（离子反应）。4.锑的挥发焙烧需控制哪些关键参数？为什么不能过度氧化？答案：关键参数：①温度（500-600℃，低于Sb2O3熔点（656℃），避免熔体堵塞炉料）；②气氛（弱氧化，O2浓度5-8%）；③焙烧时间（确保Sb2S3充分氧化为Sb2O3）。过度氧化会生成高熔点的Sb3O4（熔点930℃）或Sb2O5（分解温度380℃），导致Sb2O3挥发率下降，且Sb2O5可能与脉石（如SiO2）反应生成难挥发的锑硅酸盐，降低回收率。5.镁电解槽的阴极通常采用钢质材料，而阳极采用石墨，说明其原因。答案：阴极（钢质）：镁在阴极析出（Mg2++2e-=Mg），钢的熔点（约1500℃）远高于电解质温度（700-750℃），且钢与镁不反应，可稳定承载镁熔体。阳极（石墨）：阳极反应为2Cl--2e-=Cl2↑，石墨在Cl2气氛中化学稳定性高（仅少量反应生成CCl4），且导电性好、成本低；若用金属阳极（如钢），会被Cl2腐蚀生成金属氯化物，污染电解质。6.钛还原（Kroll法）过程中，为何需要在氩气保护下进行？还原结束后为何需真空蒸馏？答案：氩气保护原因：钛在高温（800-1000℃）下易与O2、N2反应生成TiO2、TiN等杂质，氩气作为惰性气体可隔绝空气，防止钛氧化或氮化。真空蒸馏目的：还原产物（海绵钛）中含未反应的Mg和生成的MgCl2（熔点714℃），在真空（1-10Pa）、高温（900-1000℃）下，Mg（沸点1090℃）和MgCl2（沸点1412℃）可挥发脱除，得到高纯度海绵钛（纯度＞99.5%）。7.锂辉石提锂中，“硫酸化焙烧”的反应原理是什么？写出主要反应方程式。答案：原理：β-锂辉石（LiAlSi2O6）与浓硫酸在250-300℃反应，生成可溶于水的Li2SO4，同时Al、Si转化为不溶物（Al2(SO4)3、SiO2）。主要反应：2LiAlSi2O6+4H2SO4=Li2SO4+Al2(SO4)3+4SiO2↓+4H2O↑。8.稀土分组萃取（如轻稀土/中重稀土分离）的意义是什么？常用的分组萃取剂有哪些？答案：意义：稀土元素化学性质相似（原子半径差异小），直接分离相邻元素（如La-Ce、Gd-Tb）难度大；分组萃取可先将稀土分为轻（La-Nd）、中（Sm-Gd）、重（Tb-Lu+Y）几组，降低后续分离难度，提高效率。常用萃取剂：轻稀土分组用P204（二（2-乙基己基）磷酸）；中重稀土分组用P507（2-乙基己基膦酸单2-乙基己基酯）或C272（二（2,4,4-三甲基戊基）膦酸）。四、计算题（每题6分，共5题，30分）1.某镍硫化矿精矿含Ni8%、S30%，经氧化焙烧后，焙砂含S0.5%（质量分数），焙烧尾气中SO2体积浓度为8%（标准状态）。计算硫的转化率（保留两位小数）。（已知：空气密度1.293kg/m³，O2体积分数21%，焙烧反应：2NiS+3O2=2NiO+2SO2）答案：设处理100kg精矿，含S30kg（1000mol）。焙砂中S质量=100kg×0.5%=0.5kg（15.625mol），则转化为SO2的S=1000-15.625=984.375mol。SO2体积=984.375mol×22.4L/mol=22050L=22.05m³。尾气中SO2体积分数8%，则尾气总体积=22.05/0.08=275.625m³。硫转化率=（转化的S量/原S量）×100%=（984.375/1000）×100%=98.44%。2.某钴精矿含Co12%（以CoS形式存在），采用硫酸浸出（H2SO4过量20%），反应方程式：CoS+H2SO4+0.5O2=CoSO4+S↓+H2O。计算处理1吨钴精矿所需98%浓硫酸（密度1.84g/cm³）的体积（保留两位小数）。（Co原子量58.93，S32.07，H2SO4分子量98.08）答案：1吨精矿含Co质量=1000kg×12%=120kg（2036.3mol），对应CoS=2036.3mol。理论H2SO4用量=2036.3mol（1:1反应），质量=2036.3×98.08=200,000g=200kg。过量20%后用量=200×1.2=240kg。98%浓硫酸质量=240/0.98=244.90kg，体积=244900g/1.84g/cm³=133,097.83cm³=133.10L。3.某锡精矿含SnO265%（质量分数），采用焦炭还原熔炼（SnO2+2C=Sn+2CO↑），焦炭含固定碳85%，还原过程中碳利用率为80%，且需过量20%以保证还原完全。计算熔炼1吨锡精矿所需焦炭的质量（保留两位小数）。（SnO2分子量150.71，C原子量12.01，Sn原子量118.71）答案：1吨精矿含SnO2=650kg（4312mol），理论需C=4312×2=8624mol（103.6kg）。考虑碳利用率80%，实际需C=103.6/0.8=129.5kg。过量20%后需C=129.5×1.2=155.4kg。焦炭质量=155.4/0.85=182.82kg。4.某锑精炼厂处理粗锑（含Sb95%，杂质5%）1000kg，产出精锑（含Sb99.5%）920kg，精炼渣含Sb15%（质量分数）。计算锑的直收率（保留两位小数）。答案：投入Sb量=1000kg×95%=950kg。产出精锑中Sb量=920kg×99.5%=915.4kg。精炼渣量=1000-920=80kg，渣中Sb量=80kg×15%=12kg。损失Sb量=950-915.4-12=22.6kg。直收率=（产出精锑中Sb量/投入Sb量）×100%=（915.4/950）×100%=96.36%。5.某镁电解槽电流强度为200kA，24小时产镁2.8吨。计算电流效率（保留两位小数）。（法拉第常数F=96485C/mol，Mg原子量24.305）答案：理论产镁量=（电流×时间×Mg摩尔质量）/(2×F)=（200000A×24×3600s×24.305g/mol）/(2×96485C/mol)=（200000×86400×24.305）/(2×96485×1000)kg=（418,176,000,000）/(192,970,000)kg≈2167.5kg≈2.1675吨。电流效率=（实际产量/理论产量）×100%=（2.8/2.1675）×100%≈129.10%（注：实际中电流效率不可能超过100%，此题数据可能为假设，仅作计算练习）。五、案例分析题（每题10分，共4题，40分）1.某企业采用RKEF工艺处理低品位红土矿（Ni1.5%，MgO25%），生产中出现镍回收率低（85%）、电炉能耗高（4500kWh/t镍铁）的问题。请分析可能原因并提出优化措施。答案：可能原因：①红土矿含大量结晶水（10-15%），回转窑干燥不充分，导致电炉需额外耗能脱水；②矿石粒度粗（＞50mm），焙烧时传热不均，部分NiO未充分还原；③电炉渣型不合理（CaO/SiO2＜0.8），渣熔点高（＞1450℃），镍铁与渣分离不彻底；④还原剂（焦粉）配比不足（＜8%），NiO还原不完全。优化措施：①预处理脱泥（去除细颗粒杂质），降低入窑水分（＜5%）；②控制回转窑温度（1050-1100℃），延长焙烧时间（3-4h），确保β-橄榄石（Mg2SiO4）分解为MgO和SiO2，释放包裹的NiO；③调整电炉渣型（CaO/SiO2=0.9-1.0，MgO=18-22%），降低渣熔点（1350-1400℃），提高镍铁沉降效率；④增加焦粉配比（8-10%），并添加少量萤石（CaF2）降低渣黏度，促进镍铁聚集。2.某钴湿法冶炼厂采用“硫酸浸出-中和除铁-萃取提钴”工艺，近期发现浸出液中Co浓度仅35g/L（设计值50g/L），浸出率88%（设计值95%）。请分析可能原因并提出解决措施。答案：可能原因：①硫酸浓度不足（＜150g/L），H+浓度低，CoS溶解速率慢；②浸出温度低（＜80℃），反应动力学差；③矿粉粒度粗（＞100目），比表面积小，传质效率低；④氧化剂（MnO2）添加量不足（＜理论量1.2倍），Co3+未完全还原为Co2+；⑤浸出时间短（＜4h），反应未达平衡。解决措施：①提高硫酸浓度至180-200g/L（过量20%）；②将浸出温度升至90-95℃（常压下）或采用高压釜（120℃，0.5MPa）强化反应；③将矿粉细磨至-200目占80%以上；④按Co:S=1:1.3添加MnO2（或H2O2），确保Co3+充分还原；⑤延长浸出时间至6-8h，或采用连续搅拌浸出槽（CSTR）提高停留时间。3.某锡冶炼厂还原熔炼后，炉渣含Sn5%（设计值＜3%），导致锡损失增加。请