有色冶金原理馬良12第一章緒論課前知識預(yù)備：知識預(yù)備：U、H、S、G、ΔS、ΔH、ΔG、ΔH?、ΔG?、ΔS?、ΔHm?、ΔGm?、ΔSm?含義及用途3第一章緒論一、幾個概念二、冶金原理研討內(nèi)容三、冶金原理分類1234四、冶金熔體第一節(jié)概述4一、幾個概念2、金屬分類3、生鐵和鋼含C≥2.0%的鐵基合金—生鐵鋼機(jī)械性能，焊接性能好，能鍛呵斥型且本錢較低，易獲得，因此，鋼材成為了一個國家根底資料。1〕按含F(xiàn)e量劃分鐵金屬和非鐵金屬2〕按顏色劃分分為黑色〔Fe金屬〕和有色金屬〔如Cu，Al金屬〕鋼性能:1、冶金過程5★14、提取冶金一、幾個概念〔1〕火法冶金高溫條件下從原料中〔主要為礦石〕提取有用金屬或化合物的過程〔2〕濕法冶金在常溫或稍高溫度條件下從礦石或其它原料中提取有用金屬或化合物的過程。〔3〕電冶金利用電能從礦石中提取有用金屬或化合物的過程5、冶金原理:定義P1分類:6★1二、冶金原理研討內(nèi)容冶金過程熱力學(xué)、冶金過程動力學(xué)、冶金溶液。1、內(nèi)容冶金反響進(jìn)展的能夠性，反響進(jìn)展的限制，各種參數(shù)〔或影響要素〕對冶金反響的影響。2、冶金過程熱力學(xué)3、冶金過程動力學(xué)冶金反響進(jìn)展的機(jī)理，反響速率限制環(huán)節(jié)，各種參數(shù)對反響速率的影響主要研討內(nèi)容：主要研討內(nèi)容：714、冶金溶液冶金熔體和水溶液三、冶金原理分類冶金溶液的構(gòu)造、物理化學(xué)性質(zhì)，相平衡條件三、冶金原理分類火法冶金原理，濕法冶金原理，電化學(xué)冶金原理分類：主要研討內(nèi)容：按研討的詳細(xì)冶金過程的任務(wù)條件劃分：鋼鐵冶金原理，有色冶金原理按詳細(xì)的冶金對象劃分：8四、冶金熔體1、冶金熔體含義2、冶金熔體分類(1)金屬熔體例：鋼、生鐵、銅液(2)熔渣P6：〔1〕冶煉渣；〔2〕精煉渣；〔3〕富集渣；〔4〕合成渣。成分見表1-1(3)熔鹽(4)熔锍：多種金屬硫化物的共熔體反響介質(zhì)和反響產(chǎn)物(或中間產(chǎn)品)金屬及其分類有色金屬的分類我國有色金屬的產(chǎn)量冶金和冶金方法有色金屬提取的特點(diǎn)人類運(yùn)用金屬的歷史人類最早運(yùn)用的金屬—黃金。銅也是最早運(yùn)用的金屬之一，距今8000年以前，人類曾經(jīng)運(yùn)用銅。鉛也是人類史前運(yùn)用的金屬，煉鉛和煉銅術(shù)大致始于同一歷史時期。錫也是古老金屬，最初是在熔煉自然銅和錫礦石或處置錫銅礦石的混合物偶爾獲得錫銅合金〔錫青銅〕—構(gòu)成了人類古代文明的青銅器時代。人類運(yùn)用金屬的歷史鋅在古代是被人類制成黃銅作裝飾品運(yùn)用。我國是最早掌握煉鋅技術(shù)的國家，大約在北宋末年〔12世紀(jì)初〕已運(yùn)用了金屬鋅。鎳是既古老又年輕的金屬。古代埃及、中國、巴比倫人都曾用含鎳很高的隕鐵制造器物。古代云南消費(fèi)的白銅中含鎳很高，在歐洲曾經(jīng)稱這種白銅為“中國銀〞。而到了1751年，瑞典礦物學(xué)家克朗斯塔特〔A.F.Cronstedt〕才分別出金屬鎳，而且鎳用于工業(yè)上是近一百多年的事。金屬的分類西方：鐵〔FerrousMetal〕；非鐵金屬〔Non-FerrousMetal〕。蘇聯(lián)、中國：黑色金屬和有色金屬。黑色金屬：通常指鐵、錳、鉻及它們的合金〔主要指鋼鐵〕。錳和鉻主要運(yùn)用于制合金鋼，而鋼鐵外表常覆蓋著一層黑色的Fe3O4，所以把鐵、錳、鉻及它們的合金叫做黑色金屬。這樣分類主要是從鋼鐵在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的位置出發(fā)的。有色金屬：通常是指除黑色金屬以外的其他金屬。有色金屬的分類有色金屬可分為四類：〔1〕重金屬，普通是指密度在4.5〔或5〕g·cm-3以上的金屬，過渡元素大都屬于重金屬。主要有11種：銅Cu、鉛Pb、鋅Zn、鎳Ni、錫Sn、鈷Co、砷As、鉍Bi、銻Sb、鎘Cd、汞Hg；〔2〕輕金屬，密度在4.5〔或5〕g·cm-3以下的金屬叫輕金屬，周期系中第ⅠA、ⅡA族均為輕金屬，主要有7種：鋁Al、鎂Mg、鉀K、鈉Na、鈣Ca、鍶Sr、鋇Ba；〔3〕貴金屬，通常是指金、銀和鉑族元素。這些金屬在地殼中含量較少，不易開采。這些金屬對氧和其他試劑較穩(wěn)定，金、銀常用來制造裝飾品和硬幣。主要有8種：銀Ag、金Au、鉑Pt、銥Ir、鋨Os、錸Re、銠Rd、鈀Pd；〔4〕稀有金屬，它們難于從原料中提取，在工業(yè)上制備及運(yùn)用較晚。稀有金屬跟普通金屬沒有嚴(yán)厲的界限，如有的稀有金屬在地殼中的含量比銅、汞、鎘等金屬還要多。a〕高熔點(diǎn)稀有金屬〔共8種〕：鎢W、鉬Mo、釩V、鈦Ti、鋯Zr、鉿Hf、鉭Ta、鈮Nb；b〕稀散金屬〔共7種〕：鎵Ga、銦In、鉈Tl、鍺Ge、碲Te、硒Se、錸Re；c〕稀土金屬〔共15種〕：鈧Sc、銥Y、鑭La系元素；d〕稀有輕金屬〔共4種〕：鋰Li、鈹Be、銣Rb、銫Cs；e〕稀有放射性金屬〔共4種〕：鐳Ra、鈁Fr、錒Ac、鈾U。我國有色金屬的產(chǎn)量中國有色金屬產(chǎn)量2002年為1012萬t，2003年到達(dá)1182萬t，2004年到達(dá)8萬t，2005年到達(dá)1631.8萬t，2006年1917萬t，2007年到達(dá)2361萬t。2021年4417萬噸冶金學(xué)開展歷史源遠(yuǎn)流長的冶金消費(fèi)技術(shù)，直到18世紀(jì)末，才從近代自然科學(xué)中汲取營養(yǎng)，逐漸發(fā)育成一門近代科學(xué)──冶金學(xué)。冶金學(xué)的成就冶金學(xué)不斷地吸收自然科學(xué)，特別是物理學(xué)、化學(xué)、力學(xué)等方面的新成就，指點(diǎn)著冶金消費(fèi)技術(shù)向廣度和深度開展。另一方面，冶金消費(fèi)又以豐富的實(shí)際閱歷，充實(shí)冶金學(xué)的內(nèi)容，開展成為兩大領(lǐng)域：即提取冶金學(xué)〔Extractivemetallurgy〕物理冶金學(xué)〔Physicalmetallurgy〕。冶金學(xué)科分類1〕提取冶金學(xué)：從礦石中提取金屬〔包括金屬化合物〕的消費(fèi)過程稱為提取冶金學(xué)。由于這些消費(fèi)過程伴有化學(xué)反響，故又稱為化學(xué)冶金學(xué)。它研討火法冶煉、濕法提取或電化學(xué)堆積等各種過程及方法的原理、流程、工藝及設(shè)備，故又稱為過程冶金學(xué)，中國習(xí)慣簡稱冶金學(xué)。即狹義的冶金學(xué)指的是提取冶金學(xué)。提取冶金學(xué)的義務(wù)是研討各種冶煉及提取方法，提高消費(fèi)效率，節(jié)約能源，改良產(chǎn)質(zhì)量量，降低本錢，擴(kuò)展種類并添加產(chǎn)量。包括：鋼鐵冶煉；有色金屬冶煉冶金過程的物理化學(xué)研討。2〕物理冶金學(xué)：物理冶金學(xué)是經(jīng)過成型加工的研討，制備有一定性能的金屬或合金資料的學(xué)科，又稱金屬學(xué)。金屬〔包括合金〕的性能〔物理性能及力學(xué)性能〕不僅與其化學(xué)成分有關(guān)，而且被成型加工或金屬熱處置過程產(chǎn)生的組織構(gòu)造所決議。成型加工包括金屬鑄造、粉末冶金〔制粉、壓制成型及燒結(jié)〕及金屬塑性加工〔壓、拔、軋、鍛〕。研討金屬的塑性變形實(shí)際、塑性加工對金屬力學(xué)性能的影響以及金屬在運(yùn)用過程中的力學(xué)行為，那么稱之為力學(xué)冶金學(xué)，也屬于物理冶金學(xué)的一個組成部分。提取冶金方法1〕火法冶金：Pyrometallurgy；2〕濕法冶金：Hydrometallurgy；3〕電冶金：Electrometallurgy；4〕粉末冶金：Powdermetallurgy?；鸱ㄒ苯鹄酶邷貜牡V石中提取金屬或其化合物的冶金過程。此過程沒有水溶液參與，故又稱為干法冶金。火法冶金的工藝流程普通分為礦石預(yù)備、冶煉、精煉3個步驟?；鸱ㄒ苯稷俚V石預(yù)備。選礦得到的細(xì)粒精礦不易直接參與鼓風(fēng)爐〔或煉鐵高爐〕，須先參與冶金熔劑〔能與礦石中所含的脈石氧化物、有害雜質(zhì)氧化物作用的物質(zhì)〕，加熱至低于爐料的熔點(diǎn)燒結(jié)成塊；或添加粘合劑壓制成型；或滾成小球再燒結(jié)成球團(tuán)；或加水混捏；然后裝入鼓風(fēng)爐內(nèi)冶煉?；鸱ㄒ苯鹆蚧锞V在空氣中焙燒的主要目的是：除去硫和易揮發(fā)的雜質(zhì)，并使之轉(zhuǎn)變成金屬氧化物，以便進(jìn)展復(fù)原冶煉；使硫化物成為硫酸鹽，隨后用濕法浸取；部分除硫，使其在造锍熔煉中成為由幾種硫化物組成的熔锍。②冶煉。此過程構(gòu)成由脈石、熔劑及燃料灰分交融而成的爐渣和熔锍〔有色重金屬硫化物與鐵的硫化物的共熔體〕或含有少量雜質(zhì)的金屬液。有復(fù)原冶煉、氧化吹煉和造锍熔煉3種冶煉方式：復(fù)原冶煉：是在復(fù)原氣氛下的鼓風(fēng)爐內(nèi)進(jìn)展。參與的爐料，除富礦、燒結(jié)塊或球團(tuán)外，還參與熔劑〔石灰石、石英石等〕，以便造渣，參與焦炭作為發(fā)熱劑產(chǎn)生高溫暖作為復(fù)原劑?？蓮?fù)原鐵礦為生鐵，復(fù)原氧化銅礦為粗銅，復(fù)原硫化鉛精礦的燒結(jié)塊為粗鉛。氧化吹煉：在氧化氣氛下進(jìn)展，如對生鐵采用轉(zhuǎn)爐，吹入氧氣，以氧化除去鐵水中的硅、錳、碳和磷，煉成合格的鋼水，鑄成鋼錠。造锍熔煉：主要用于處置硫化銅礦或硫化鎳礦，普通在反射爐、礦熱電爐或鼓風(fēng)爐內(nèi)進(jìn)展。參與的酸性石英石熔劑與氧化生成的氧化亞鐵和脈石造渣，熔渣之下構(gòu)成一層熔锍。在造锍熔煉中，有一部分鐵和硫被氧化，更重要的是經(jīng)過熔煉使雜質(zhì)造渣，提高熔锍中主要金屬的含量，起到化學(xué)富集的作用。③精煉。進(jìn)一步處置由冶煉得到的含有少量雜質(zhì)的金屬，以提高其純度。如煉鋼是對生鐵的精煉，在煉鋼過程中去氣、脫氧，并除去非金屬夾雜物，或進(jìn)一步脫硫等；對粗銅那么在精煉反射爐內(nèi)進(jìn)展氧化精煉，然后鑄成陽極進(jìn)展電解精煉；對粗鉛用氧化精煉除去所含的砷、銻、錫、鐵等，并可用特殊方法回收粗鉛中所含的金及銀。對高純金屬那么可用區(qū)域熔煉等方法進(jìn)一步提煉。2〕濕法冶金濕法冶金是利用溶劑，借助于氧化、復(fù)原、中和、水解、絡(luò)合等化學(xué)作用，對原料中金屬進(jìn)展提取和分別，得到金屬或其化合物的過程，稱為濕法冶金。由于大部分溶劑是水溶液，因此也叫水法冶金。水法冶金的優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境污染少，并且能提煉低檔次的礦石，但本錢較高。主要用于消費(fèi)鋅、氧化鋁、氧化鈾及一些稀有金屬。濕法冶金在機(jī)理上屬物理化學(xué)的內(nèi)容，其消費(fèi)步驟主要包括：浸取、分別、富集和提取?！?〕浸出選擇適當(dāng)?shù)娜軇踩缢?、堿、氨、氰化物、氯化物、有機(jī)溶劑等〕把經(jīng)處置過的礦石中的常以化合物方式存在的金屬選擇性地溶解，以便使其與其它不溶的物質(zhì)分別的過程。浸取過程常涉及到置換和氧化復(fù)原反響，為得到所需求的產(chǎn)物，對浸取劑的酸堿度要加以控制。此外，凡影響化學(xué)反響的要素都對浸取過程產(chǎn)生影響，普通加溫暖加壓可都加速浸取過程。還可以利用細(xì)菌把一些不溶性的礦物變成可溶性鹽，稱為微生物冶金或細(xì)菌采礦?！?〕分別：將浸取溶液與不溶的殘渣分別的過濾過程。同時還要思索將殘渣中的溶劑和金屬離子洗滌回收?！?〕富集：把分別得到的浸取液凈化和富集的過程，包括：化學(xué)沉淀、離子交換、溶劑萃取等方法：①化學(xué)沉淀又可分為置換沉淀〔如用鐵置換硫酸銅中的銅〕、水解沉淀〔如鈹?shù)柠}類化合物水解成氫氧化物〕、分布結(jié)晶〔如銣和鉀的草酸鹽〕等種類。②離子交換過程是以固相的樹脂作為離子交換劑，與液相中的離子發(fā)生可逆的離子交換過程，已用于鈾、鑭系和錒系金屬等的富集。③溶劑萃取：讓水溶液與不溶于水的有機(jī)溶液相互接觸，把水溶液中的溶質(zhì)擇優(yōu)地轉(zhuǎn)入有機(jī)相的過程。已用于鈾、稀土、銅、鎳和鈷等的富集。〔4〕提取從富集后的凈化液中獲得純金屬的過程。普通采用下面要講到的電解法。3〕電冶金利用電能從礦石或其他原料中提取、回收和精煉金屬的冶金過程。電冶金成為大規(guī)模工業(yè)消費(fèi)的先決條件是廉價電能的大量供應(yīng)。電冶金包括電爐冶煉、熔鹽電解和水溶液電解等。廣義上講電冶金是指運(yùn)用電能從礦石或其它原料中提取、回收、精煉金屬的冶金過程。顯然也包括電爐冶煉。但實(shí)踐工程上所提到的電冶金普通指電解〔電化學(xué)〕冶金，包括水溶液電解和熔鹽電解，而把電爐冶煉歸入火法冶金的范疇。3〕電冶金①電爐冶煉是利用電能獲得冶金所要求的高溫而進(jìn)展的冶金消費(fèi)。如電弧爐煉鋼是經(jīng)過石墨電極向電弧煉鋼爐內(nèi)輸入電能，以電極端部和爐料之間發(fā)生的電弧為熱源進(jìn)展煉鋼，可獲得比用燃料供熱更高的溫度，且爐內(nèi)氣氛較易控制，對熔煉含有易氧元素較多的鋼種極為有利。3〕電冶金②熔鹽電解是利用電能加熱并轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，將某些金屬的鹽類熔融并作為電解質(zhì)進(jìn)展電解，自熔鹽中復(fù)原金屬，以提取和提純金屬的冶金過程，如鋁、鎂、鈉、鉭、鈮的熔鹽電解消費(fèi)。③水溶液電解是利用電能轉(zhuǎn)化的化學(xué)能使溶液中的金屬離子復(fù)原為金屬析出，或使粗金屬陽極經(jīng)由溶液精煉堆積于陰極，如銅、鋅的電積和銅、鉛的電解精煉?！?〕水溶液電解：以溶有金屬離子的水溶液作為電解質(zhì)，使金屬離子在陰極上析出的過程。水溶液電解過程也可以把含雜質(zhì)的金屬作為陽極，電解過程使其不斷溶解到水溶液中，并在陰極析出，叫電解精煉〔可溶陽極電解〕，如金、銀、鈷、鎳、銅等貴重金屬大多采用電解精煉來獲得高純成分；假設(shè)陽極資料本身不參與電解過程，只是把濕法冶金中獲得的浸取液中的金屬在陰極沉淀析出的過程，那么叫電解提取〔不溶陽極電解〕，例如鋅、鉻、錳的提取。〔2〕熔鹽電解：以高導(dǎo)電率、低熔點(diǎn)的金屬熔鹽作為電解質(zhì)，使金屬離子在陰極析出的過程。主要用于不溶于水的金屬鹽類，如鋁、鎂、鈉等活潑金屬。由于金屬能溶于熔鹽，或者與高價氧化物反響生成低價化合物重新溶入熔鹽，熔鹽電解的電流效率要低于水溶液電解。4〕粉末冶金用濕法冶金和電冶金獲得的金屬往往是以顆粒的方式存在，要想得到大塊的致密金屬和金屬零部件，可采用粉末冶金的方法。粉末冶金由以下幾個主要工藝步驟組成：配料、壓制成型、坯塊燒結(jié)和后處置。對于大型的制品，為了獲得均勻的密度，還需求采取等靜壓〔各方向同時受液壓〕的方法成型?；鸱ㄒ苯鸫罅坑糜阡撹F資料的消費(fèi)，濕法冶金和電冶金主要用于有色金屬〔除鋼鐵以外的金屬〕的消費(fèi)。許多有色合金既可以采用濕法冶金也可以采用火法冶金消費(fèi)，可根據(jù)礦石檔次、工程條件以及消費(fèi)本錢來選擇。電冶金是獲得高純度金屬的一種有效方法，火法冶金和濕法冶金的產(chǎn)品經(jīng)常是作為初級產(chǎn)品，經(jīng)過電冶金工藝進(jìn)一步提純。粉末冶金實(shí)踐上是