铜冶金学第4章
高二化学第二册第四章金属的冶炼知识点
高二化学第二册第四章金属的冶炼知识点金属冶炼是把金属从化合态变为游离态的过程。以下是查字典化学网整理的第四章金属的冶炼知识点，请大伙儿认真学习。
冶炼原理
1.还原法：金属氧化物(与还原剂共热)--游离态金属
2.置换法：金属盐溶液(加入爽朗金属)--游离态金属
火法冶金(Pyrometallurgy)
又称为干式冶金，把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为液体，生成所需的化学反应，从而分离出用于精炼的粗金属的方法。
湿法冶金(Hydrometallurgy)
湿法冶金是在酸、碱、盐类的水溶液中发生的以置换反应为主的从矿石中提取所需金属组分的制取方法。此法要紧应用在低本位、难熔化或微粉状的矿石。世界上有75%的锌和镉是采纳焙烧-浸取-水溶液电解法制成的。这种方法已大部分代替了过去的火法炼锌。其他难于分离的金属如镍-钴，锆-铪，钽-铌及稀土金属都采纳湿法冶金的技术如溶剂萃取或离子交换等新方法进行分离，取得显著的成效。
3.电解法：熔融金属盐(电解)--游离态金属(金属单质)
电解法应用在不能用还原法、置换法冶炼生成单质的爽朗金属(如钠、钙、钾、镁等)和需要提纯精炼的金属(如精炼铝、镀铜等)。电解法相对成本较高，易造成环境污染，但提纯成效好、适用于多种金属。
常见金属冶炼方法
汞：热分解法：2HgO(s)=加热=2Hg(l)+O2(g);
铜：置换法：CuSO4+Fe==Cu+FeSO4 (湿法炼铜);
铝：电解法：2Al2O3=通电=4Al+3O2(注意不能用AlCl3,因为AlCl3不是离子化合物);
年产25万吨电铜的铜电解精炼车间工艺设计(已处理)
年产25万吨电铜的铜电解精炼车间工艺设计
西安建筑科技大学华清学院
毕业设计(论文)任务书
题目: 25万吨/年电铜的铜电解精炼车间工艺设计
院(系): 冶金工程学院
专业: 冶金工程
学生姓名:学号:指导教师:一、毕业设计(论文)的主要内容(含主要技术参数)
1、查阅有关铜电解精炼技术等方面的文献,写出文献综述;说明设计的任务和目的,铜在国民经济建设及有色金属工业的发展概况。
2、根据给定铜阳极成份,设计年产25万吨电铜的铜电解精炼车间,年工作日360天。铜阳极成份如下表:
元素Cu Au Ag As Sb Ni Bi Pb
含量% 99.3 0.062 0.08 0.01 0.011 0.178 0.002 0.032
元素Se Te Fe Zn Sn S O 其他
含量% 0.042 0.05 0.001 0.003 0.004 0.0015 0.05 0.1735
3、工艺计算及主要设备设计计算。
包括工艺流程的选择与论证;按冶炼过程各阶段编制物料平衡表,铜电解精炼冶金计算包括:电解过程金属平衡和物料平衡,净液量的计算,硫酸耗量,电解槽热平衡及蒸汽消耗等;主要设备及辅助设备的计算与选择。
4、绘制工艺流程图及主要设备简图。
5、撰写本科毕业论文。
二、毕业设计(论文)题目应完成的工作(含图纸数量)
1.查阅相关中、英文文献资料不少于15篇(本);
2.按学校毕业设计规范提交完整的毕业设计说明书 1份;
3.绘制工艺流程图 1 张(1#),主要设备简图 2 张(2#);
4.翻译相关外文资料 1 篇(约3000字左右)。
铅冶金学第4章讲解
（一）烧结焙烧方法
铅精矿烧结焙烧设备可采用： 烧结锅； 烧结盘； 带式烧结机烧结。
带式烧结机烧结又有： 吸风烧结； 鼓风烧结。
（二）烧结的配料
铅烧结配料时必须考虑到下列的技术条件：
炉料中所含的造渣成分SiO2,FeO,CaO等的质量比率必须符合选
还原段的还原枪则为三个同心管组成，１）内管输送空气和粉煤的混合物，２） 内环供给氧气，３）外环供给氮气也是起到冷却喷枪的作用。
QSL法即氧气底吹熔池熔炼法，是直接炼铅法之一。它与传统炼铅工艺比较 省去了烧结工序，故而具有流程短、热利用率高、烟气中SO2浓度高、硫利用率高 并较好地解决了环保问题等优势。QSL法是将铅精矿与熔剂、烟尘、粉煤等按一 定比例，经混合和制粒后直接加入反应器，在一个反应器中先后完成脱硫及还原
杂质含量，特别是Zn、A1、Mg的含量。
（三）混料与润湿
混料的目的在于确保烧结料有均匀一致的化学组成和物理组成， 并在混料时均匀润湿使炉料有最佳的透气性。
炉料良好的透气性是烧结过程至关重要的技术条件。实践证明， 料层透气性愈好，脱硫速度也愈快，单位生产率也愈高。
影响炉料透气性的另一因素是炉料的粒度组成。而炉料的粒度 组成主要取决于返粉的粒度，因为返粉通常占炉料质量的w返粉=65％ 以上。其次便是熔剂和返回的水淬渣。 混料和制粒多用圆筒机，制粒也用圆盘机。
第4章 湿法冶金浸出过程
Ni3S2 +10NH4OH+(NH4)2SO4 + 1/2O2→3[Ni(NH3)4]SO4+H2O
5、浸出效果的计算
有价金属的浸出率： 在给定的浸出条件下，脱离矿石物料的金属量与原料 中金属总量的比值。一般用百分数表示。即进入浸出液中 的金属量占原料总金属量的百分数。 浸出率的计算方法有两种：液计浸出率和渣计浸出率。 实际过程中液计浸出率的误差较大。
Microbio－hydrometallurgy
5 堆浸的优点
堆浸的优点： • 1）投资少，成本低； • 2）省去了能耗大的细磨和固液分离工序， 简化了工艺过程； • 3）灵活性大，适合于处理偏远地区的小矿 点； • 4）矿堆可在地表，也可设在井下，尾渣返 回充填，减少了环境污染， • 5）堆浸适用于不适合进行搅拌浸出的贫矿
酸；钯、银和铜溶于热浓硫酸；钯、铂和金溶解于王水；钌、银、 铑和铱在氧化剂（HNO3)存在下与碱(NaOH)一起熔融，转变成可溶性
化合物。
3） 所有金属单质最有效的浸出方法是络合浸出法。在浸出过程 中一般用空气作氧化剂。如氨水浸出铜、镍、钴，氰化物浸出金银 等。
2、浸出剂的选择 选择浸出剂的原则是热力学上可行，反应速度快，经济合理， 来源容易。有时矿石成分复杂，需同时使用多种浸出剂。 主要考虑以下因素： 1）被浸出物料的物理性质和化学性质。 2）浸出剂的价格
铜冶炼
❖ 为先进的闪速熔炼和熔池熔炼工艺，除我国外，基本淘汰鼓风炉熔炼工 艺。
❖ 吹炼工艺目前仍以P－S 转炉为主，现正在发展连续吹炼等先进吹炼工 艺，闪速吹炼技术在 美国的肯尼柯特（Kennecott ）冶炼厂已成功运行 了多年，与转炉吹炼相比，闪速吹炼具有单炉 产量大，烟气 SO2 浓度 高，烟气量波动小，吹炼的冰铜品位高，无吊车作业，环境污染小，操 作容易控制，综合能耗低等优点，是今后冰铜吹炼的发展方向。澳斯麦 特公司开发的澳斯麦特 吹炼炉已在我国中条山有色金属公司侯马冶炼厂
• 焙烧：分别脱除精矿中部分或全部的硫，同时除去部分砷、锑等易挥 发的杂质。此过程为放热反应，通常不需另加燃料。造锍熔炼一般采 用半氧化焙烧，以保持形成冰铜时所需硫量；还原熔炼采用全氧化焙 烧；此外，硫化铜精矿湿法冶金中的焙烧，是把铜转化为可溶性硫酸 盐，称硫酸化焙烧。 熔炼：，其目的是使铜精矿或焙烧矿中的部分 铁氧化，并与脉石、熔剂等造渣除去，产出含铜较高的冰铜 （xCu2S·yFeS）。冰铜中铜、铁、硫的总量常占80%～90%，炉料 中的贵金属，几乎全部进入冰铜。 冰铜含铜量取决于精矿品位和 焙烧熔炼过程的脱硫率，世界冰铜品位一般含铜40%～55%。生产高 品位冰铜，可更多地利用硫化物反应热，还可缩短下一工序的吹炼时 间。熔炼炉渣含铜与冰铜品位有关，弃渣含铜一般在0.4%～0.5%。 熔炼过程主要反应为： 2CuFeS2→Cu2S+2FeS+S Cu2O+FeS→Cu2S+FeO 2FeS+3O2+SiO2→2FeO·SiO2+2SO2 2FeO+SiO2→2FeO·SiO2 造锍熔炼的传统设备为鼓风炉、反射 炉、电炉等，新建的现代化大型炼铜厂多采用闪速炉。
第4章 金属的焊接成形
不能立焊和仰焊
3、焊丝和焊剂 焊丝---相当于焊芯，具有引弧和填充金属的作用 焊剂---相当于药皮，起隔离空气、保护溶池和焊缝金 属及冶金作用 4、埋弧自动焊的工艺特点 （1）焊前准备工作要求严格； （2）焊接电流大，熔深大； （3）采用引弧板和引出板，保证引弧处和断弧处焊 接质量； （4）采用焊剂垫或钢垫板，以防电流过大而烧穿焊 件； （5）采用导向装置
第4章
金属的焊接成形
第一节 概述
一、焊接： 通过加热或加压等手段，借助于金属原 子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢 固地连接起来的工艺方法。 被焊接的也可以是非金属,如塑料，用 钎焊还可以把金属与非金属连接起来。 二、焊接方法 根据热源的性质、形成接头的状态及是 否采用加压来划分。
1、熔化焊： 将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊 接的方法。包括气焊、电弧焊、电渣焊、激光焊、 电子束焊、等离子弧焊、堆焊和铝热焊等。 2、压焊： 通过对焊件施加压力（加热或不加热）来完成 焊接的方法。它包括爆炸焊、冷压焊、摩擦焊、扩 散焊、超声波焊、高频焊和电阻焊等。 3、钎焊： 采用比母材熔点低的金属材料作钎料，在加热 温度高于钎料熔点低于母材熔点的情况下，利用液 态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩 散实现连接焊件的方法。它包括硬钎焊、软钎焊等。
三、气体保护焊(用外加气体作为电弧介质并保护电弧 和焊接区的电弧焊) 1、氩弧焊：使用氩气作为保护气体的气体保护焊。 氩气是惰性气体，可保护电极和熔化金属不受空 气的有害作用。 氩弧焊按所用电极的不同分为： （1）非熔化极氩弧焊 电极只发射电子、产生电弧，填充金属另加。 常用掺有氧化钍或氧化铈的钨极，其特点是电子 热发射能力强，熔点沸点高（3700K和5800K）。 （2）熔化极氩弧焊 钨极氩弧焊电流小、熔深浅。中厚以上的钛、铝、 铜等合金的焊接多选用高生产率的熔化极氩弧焊。
第4章 缺口、低温和应变
4.1.2 双向或三向应力状态
4.1.4 缺口对材料性能的影响
总的来说，缺口对材料的力学性能影响可归 结为四个方面： (1)产生应力集中； (2)引起三向应力状态，使材料脆化； (3)由应力集中带来应变集中； (4)使缺口附近的应变速率增高。
3.2 材料在静载下的缺口强度试验
缺口的存在，引起缺Fra Baidu bibliotek处的应力集中，应变集 中，造成三向应力状态和增大缺口处的应变速率。
3.5 温度对材料的力学性能影响
为什么体心立方金属的屈服强度随温度的降 低会急剧增高呢？现在人们对体心立方金属的 低温脆性倾向于两种解释：
一种是体心立方金属的派-纳力对温度很敏感，随着 温度降至室温以下，派-纳力急剧升高，因而导致屈服强 度急剧升高；
另一种可能则是在低温下螺位错的交滑移很困难。
3.5 温度对材料的力学性能影响
3.3 切口强度的估算
(2) 塑性材料 塑性材料遵循正应变断裂准则。当 局部应变达到材料的断裂韧性值ζf时，切口根 部材料元发生断裂而形成裂纹： Ktζni=（Eζfεf）1/2 公式是塑性材料的切口根部裂纹起始准则 。 (Eζfεf）1/2可以认为是工业金属结构材料理论强度 值的一种量度。 公式的力学意义是：当切口根部的弹性应力Ktζn 达到理论断裂强度时，则裂纹在切口根部形成。
随着温度降低钛的屈服强 度升高，形变硬化速率也升高， 这是密排六方金属的典型情况， 它既不同于体心立方金属，也 不同于面心立方金属，因为体 心立方金属在温度降低时屈服 强度升高，但形变硬化率不变， 而面心立方金属却表现出屈服 强度不变但形变硬化率升高的 现象。钛和纯铜一样，温度降 低时均匀伸长率也是增加的。
有色冶金概论-铜冶金
2.2.3 铜熔炼的炉渣
1. 炉渣的成分
炉渣是由各种金属和非金属氧化物的硅酸盐
组成的合金。
主要组成：SiO2、FeO和CaO（三者总量85～90％）
硅酸度是指炉渣中酸性氧化物SiO2的含氧
量与碱性氧化物含氧星展和的比值，用K表示。
2. 炉渣的性质
(1)炉渣的熔点（1050-1100℃ ）,影响炉料的溶化速度和 燃料消耗; (2)粘度,影响炉渣与冰铜的分离和流动性，影响炉渣的排放 性质、化学反应速度和传热效果; (3)炉渣的比重（3.3-3.6 ）, 炉渣和冰铜的沉清分离,冰铜 与炉渣比重差应大于1;
3）铜的用途
2.1.2 炼铜原料 硫化矿：黄铜矿（CuFeS2）, 斑铜矿 （Cu5FeS4）, 辉铜矿（Cu2S）, 铜 蓝（CuS） 氧化矿：孔雀石（CuCO3.Cu(OH)2）, 硅孔雀石（CuSiO3.2H2O）, 兰铜矿 （2CuCO3.Cu(OH)2）, 赤铜矿
（Cu2O）, 胆矾（CuSO4.5H2O）
2.3.1密闭鼓风炉熔炼的原理
1．炉料、炉气和温度在炉内的分布 炉料：①混捏铜精矿、熔剂（石灰、石英石） 和转炉渣组成。块料容积要占炉料容积的 50% 。②炉气：周边行程。③炉料的分布不 均也使鼓风炉内温度分布不均，炉子两侧温 度高，中心低。
2、鼓风炉内的物理化学过程
第一篇 冶金工程概论部分 第1章,第2章 4h
液固分离：将矿物原料经过酸、碱等溶液处理后的残渣与 浸出液组成的悬浮液分离成液相与固相的湿法冶金单元过 程 主要有物理方法和机械方法：重力沉降、离心分离、过滤 等。
21
第1章 绪论
2、提取冶金方法的分类 主要湿法冶金单元过程：
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湿法冶金单元过程。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。 方法主要有：结晶、蒸馏、沉淀、置换、溶剂萃取、离子交 换、电渗析和膜分离等。 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（简称电积），也称不溶阳极 电解，如铜电积、锌电积； 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。
1.4
冶金与提取冶金
2、提取冶金方法的分类
1）火法冶金
在高温条件下通过一系列物理化学变化，使矿物中的金 属与脉石及其杂质分离，提取纯金属或化合物的方法。 此过程没有水溶液参加，故又称为干法冶金。
包括原料准备、熔炼和精炼三个主要工序。
特点：高温、需要热源； 过程所需能源主要靠燃料燃烧供给，也有依靠过程中的 化学反应热来提供。
22
第1章 绪论
2、提取冶金方法的分类 主要湿法冶金单元过程：
第4章开发利用金属矿物和海水资源归纳与整理
第4章——开发利用金属矿物和海水资源【学习目标】
①了解金属冶炼的一般原理。
②海水资源的开发利用
【知识点1】金属元素在自然界存在的形态：
①游离态：极少数（金、铂等）
②化合态：绝大多数
【知识点2】金属冶炼的步骤
①富集矿石、除杂②冶炼③精炼
【知识点3】金属冶炼的方法
1.热分解法——对于不活泼金属（活动顺序中，Hg及Hg 以后）可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来，例如：
2HgO △
2Hg+O2↑
2Ag2O △
4Ag+O2↑
2.热还原法——在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属（Zn——Cu), 通常是在高温下用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，例如：
Fe2O3+3CO 高温
2Fe + CO2↑
WO3 + 3H2高温
W +3H2O
Fe2O3+2Al 高温
2Fe + Al2O3（铝热反应）
Cr2O3+2Al 高温
2Cr+ Al2O3（铝热反应）
3.电解法——非常活泼的金属（活动顺序中：K------ Al）用一般的还原剂很难将它们还原出来，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，例如：
2NaCl（熔融）电解
2Na + Cl2↑
MgCl2（熔融）电解
Mg + Cl2↑
2Al2O3（熔融）4Al + 3O2↑
【小结】1.不同金属冶炼方法的选择
【知识点4】铝热反应
1.现象
①镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的白光。
②引起混合物剧烈燃烧，发光发热。
③纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融
物冷却后，除去外层熔渣（Al2O3)，可以发现落下的是铁珠。
2.反应：Fe2O3+2Al 高温
第四章浸出过程动力学(2)
有色金属：是指铁、铬、锰以外的金属。 64种
轻金属
重金属
贵金属
稀有金属
重金属一般指比重大于5.0的金属，包括铜、铅、锌、 镍、锡等十多种金属
1
1.1 我国有色冶金工业的发展现状和目标
➢ 到2000年底，我国规模以上有色金属工业企业近 3000家，总资产3100亿元，从业人员130万人。 ➢2000年10种主要有色金属冶炼能力为900万吨，其 中铜160万吨，铝330万吨，铅120万吨，锌220万吨； 铜加工能力为256万吨，铝材加工能力为335万吨。
电铅成本/元·t-1 锌精矿成本/元·t-1
电锌成本/元·t-1
1995年 1783 147 1589 14530 16600 11065 13847 1184 18987 2723 4304 2634 7284
1999年 1302 79 1347 14342 15603 10503 9557 1152 13254 2105 3340 2242 6698
年均递增率 /% 9.31
6.56
4.89 4.08 9.11 8.94 11.55 3.64 12.63 5.91
3
(2) 我国已成为世界有色金属生产大国。世界有色金属生产大国的 产量及位次见表1-2。
表1-2 世界有色金属生产大国的产量及位次(万吨)
国家
美国
物理冶金学第四章习题及答案
第四章 习 题
1. 解释下列基本概念及术语
刃型位错 螺型位错 柏氏矢量 混合位错 割阶与扭折 位错密度 位错的应力场 位错的弹性应变能 线张力 位错的滑移 位错的攀移 位错塞积 柯氏气团 完全位错 不全位错 堆垛层错 层错能 扩展位错 位错反应 肖克莱不全位错 洛玛－柯垂耳位错 束集 弗兰克不全位错
2. 简述柏氏矢量的特性
解：（1）柏氏矢量与所作的柏氏回路的起点选择、具体途径无关。
（2）如果所作的柏氏回路包含有几个位错，则得出的柏氏矢量是这几个位错的柏氏矢量之总和。朝向节点的各位错的柏氏矢量之总和必然等于离开节点的位错的柏氏矢量之总和。
（3）从柏氏矢量的这些特性可知，位错线只能终止在晶体表面或晶界上，而不能中断于晶体的内部。在晶体内部，它只能形成封闭的环或与其它位错相遇于节点。
3. 证明位错线不能终止在晶体内部。
解：设有一位错C 终止在晶体内部，如图所示，终点为A 。绕位错C 作一柏氏回路L 1，得柏氏矢量b 。现把回路移动到L 2 位置，按柏氏回路性质，柏氏回路在完整晶体中移动，它所得的柏氏矢量不会改变，仍为b 。但从另一角度看，L 2 内是完整晶体，它对应的柏氏矢量应为0。这二者是矛盾的，所以这时不可能的。
4. 一个位错环能否各部分都是螺型位错，能否各部分都是刃型位错？为什么？
解：螺型位错的柏氏矢量与位错线平行，一根位错只有一个柏氏矢量，而一个位错环不可能与一个方向处处平行，所以一个位错环不能各部分都是螺型位错。刃位错的柏氏矢量与位错线垂直，如果柏氏矢量垂直位错环所在的平面，则位错环处处都是刃型位错。这种位错的滑移面是位错环与柏氏矢量方向组成的棱柱面，这种位错又称棱柱位错。
铜冶金
铜的主要化合物及其性质 CuS 呈黑绿色或棕色，自然界中以铜蓝矿物形态存在，中性或还原性 气氛中加热分解： 4CuS ＝ 2Cu2S ＋ S2 Cu2S 呈蓝黑色，自然界中呈辉铜矿矿物存在，加热到200～300 ℃可 氧化成CuO和CuSO4，加热到330 ℃以上时就氧化成Cu2O。 Cu2S ＋ O2 ＝ 2Cu ＋ SO2 Cu2S与FeS及其他金属硫化物共熔形成锍。 Cu2S不溶于水，几乎不溶于弱酸，能溶于硝酸。Cu2S与浓盐酸 作 用 时 ， 逐 渐 溶 解 时 放 出 H2S。Cu2S 能 很 好 地 溶 于 FeCl3、 Fe2(SO4)3、CuCl2和HCN（需氧）。
CuO 呈黑色无光泽，在自然界以黑铜矿形态存在， CuO 不稳定，加热 时离解： 4CuO ＝ 2Cu2O ＋ O2 CuO 不溶于水，但能溶于硫酸、盐酸等酸中，还能溶于 FeCl3、 Fe2(SO4)3、NH4OH和(NH4)2CO3等溶液中。 Cu2S与FeS及其他金属硫化物共熔形成锍。 Cu2S不溶于水，几乎 不溶于弱酸，能溶于硝酸。 Cu2O与FeS及可按下式反应： Cu2O ＋ FeS = Cu2S ＋ FeO 2Cu2O ＋ Cu2S = 6Cu ＋ SO2 CuSO4 硫酸铜在自然界中以胆矾(CuSO4· 5H2O)的形态存在。硫酸铜易溶 于水，可用Fe、Zn等比铜负电性的元素从硫酸铜水溶液中置换出金 属铜。
铜冶金学第4章
燃料（煤、天然气或油）通过喷枪中心 的管子向下供给熔池，并在浸没于熔池中 的喷枪头部燃烧，而空气或氧气则通过两 根管子形成的环形通道输入，将气体喷射 与浸没燃烧结合起来。
这个过程中，流过环形通道的气体使喷 枪外壁保持较低温度，以使靠近枪壁的液 态熔渣冷却而凝结，在喷枪外壁上形成一 层固态凝渣保护层。
影响炉寿命的关键因素有：
1. 炉子的内部直径
2. 影响流动的炉渣物理化学本性
3. 喷吹特性（风口气流速度、压力及其脉 冲频 率和喷枪插入深度）
4.
搅动能量场等。
可以通过炉子的几何设计和喷吹过程参数的优 化控制来实现减轻炉衬受到的熔体冲刷与腐蚀， 从而达到强烈的搅动下获得高生产率与耐火材料 寿命延长的统一。
由于熔池中鼓入气体带进的高混合能，造成了 气体一铜锍一炉渣液体之间的巨大反应表面积， 因而产生非常高的反应速率。假设氧化反应速率 以混合熔体中硫燃烧产生的SO2 速率来表示（不 考虑锍中铁的氧化，在生产高品位锍时这种氧化 仅消耗鼓入氧气20％）。
在诺兰达炉中，氧的最大反应速率可按下式求得：
m0 =Ns Ai = kd Ai ρm（x1一x2） 式中, m0为 单位时间内已经反应了的氧摩尔数 （mol/s）； Ns为已反应了的硫摩尔数（mol/s）； Ai为液-气界面总面积（m2)；k为在液-气界面上硫 的传质系数（m／s）；ρm为锍密度（kg/m3)；x1 为整个熔池内铜锍中硫的质量浓度分数；x2为与 氧平衡的铜锍中的硫的质量浓度分数。
第4章粉末压制和常用复合材料成型过程
4.1.3 压制成形
(1)钢模压制 指在常温下，用机械式压力机或液压机，以一定的比压(压力常在 150—160MPa)将钢模内的松装粉末成形为压坯的方法。这种成形技术 方法应用最多且最广泛。 (2)等静压压制 它是利用高压流体(液体或气体)同时从各个方向对粉末材料施加压力 而成形的方法。 (3)三向压制 它综合了单向钢模压制与等静压制的特点。这种方法得到的压坯密度 和强度超过用其他成形方法得到的压坯。但它适用于成形形状规则的零件， 如圆柱形、正方形、长方形、套筒等。 另外，可利用挤压与轧制直接从粉末状态生产挤压制品或轧制产品， 如杆件、棒料、薄板、构件等。根据材料和性能要求的不同，可选择不同 的加热及加工顺序。目前，这个生产领域发展较快。
烧结过程及机理
图5 粉状成型体的烧结过程示意图
6/1
12ຫໍສະໝຸດ Baidu2
a)烧结前
b)烧结后
图6
铁粉烧结的SEM照片
烧 结 过 程 的 三 个 阶 段
烧结初期
坯体中颗粒重排，接触处 产生键合，空隙变形、缩 小（即大气孔消失），固气总表面积没有变化。 传质开始，粒界增大，空 隙进一步变形、缩小，但 仍然连通，形如隧道。
4.1.4 压坯烧结 烧结过程是一门古老的工艺。现在，烧结过 程在许多工业部门得到广泛应用，如陶瓷、耐火 材料、粉末冶金、超高温材料等生产过程中都含 有烧结过程。烧结的目的是把粉状材料转变为致 密体。 研究物质在烧结过程中的各种物理化学变化。 对指导生产、控制产品质量，研制新型材料显得 特别重要。
《冶金原理及工艺》第四章 合金熔体内杂质的去除
23
举例：
钢、渣两相内氧的分配：
%O液 %O饱 aFeO
显然降低 aFeO ，可使金属液中氧减少。 扩散脱氧剂：碳粉、硅铁粉，还原FeO使降低FeO活度。
脱氧的残氧量
%O
1wenku.baidu.com
KMn
%Mn
1
%O饱
15
16
例
钢水含O：0.12%，Mn：0.20%，温度1600℃， 用锰铁脱氧，加入Mn量0.8%， 脱氧后，钢水中的残O、残Mn量？
1600℃时， KMn 13.446 %O 饱 0.23
钢中Mn量 0.8%+0.2%=1.0%
设，脱氧达到平衡时，氧被脱掉x%，则平衡时，
➢ 弱氧化剂先加入 ➢ 强氧化剂后加入
复合氧化剂：
➢ 多种脱氧剂组合制成。 ➢ 多个脱氧反应同一处同时进行，产生易于聚合的脱氧产
物，利用上浮排出。
此外，脱氧产物排除的影响因素： 与金属液之间界面张力大、不润湿，利于排除。
22
四、扩散脱氧
脱氧剂加在炉渣里，通过降低渣中氧化物（FeO）的 活度，使金属液中的氧通过金属液-渣界面，扩散到渣中， 从而实现的脱氧过程——扩散脱氧。
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诺兰达反应炉是一个卧式圆筒形可转动的炉 子，钢壳内衬镁铬质高级耐火材料。炉体支承在 托轮上，驱动装置使炉体可在一定范围内正、反 向转动。整个炉子沿炉长分为反应区和沉淀区。
反应区一侧装设一排风眼。加料口设在炉头端 墙上，并设有气封装置，此墙上还安装有燃烧器。 沉淀区设有铜锍放出口、排烟用的炉口和熔体液 面测量口。渣口开设在炉尾端墙上，此处一般还 装有备用的渣端燃烧器。
澳斯麦特/艾萨法的喷枪是竖直浸没在熔渣层 内，喷枪结构较为特殊；炉子尺寸比较紧凑，整 体设备简单；工艺流程和操作不复杂；投资与操 作费用相对低。
图４.６A. 澳斯麦特熔炼炉示意图
图４.６B. 艾萨炉示意图
4.3.2 澳斯麦特熔炼炉与艾萨熔炼炉的炉寿命问题
三相卷流运动虽然给炉料的熔化，硫化物氧化 和造渣反应创造了很好的动力学条件，但同时也给 炉子寿命带来了很大的不利影响。高温和纵横断面 同时剧烈搅动的熔体冲刷，加速了炉衬耐火材料损 蚀。最短的炉衬寿命只有3～4个月。
实际过程中，气泡直径为5cm。气体在熔体中 停留仅0.17秒的时间内，就造成了大到1910m2的 界面面积。
诺兰达反应炉内的熔化与化学反应具有良好的 动力学条件。
气泡在熔体中的滞留体积Vhol可用下面公式表 示：
Vhol=Vtuy(Tm/273) (1/Pvc) 对上述的同一炉子，计算得到气体的滞留体积为
在熔池熔炼炉熔内，完成强化传热与强化传质 的条件是要建立起一个良好与合理的三相流动区。 这个区域的形成条件主要是由以下的因素构成的：
气体与熔体之间的界面面积决定气—液界面积 的因素有单位熔体鼓风量，气泡在熔体内停留时 间、气泡直径以及熔体温度等。
熔池熔炼炉内，液体与全部气泡在任何瞬间的 的界面面积是在理想气体定律的基础上按球形气 泡计算的：
7
溶剂Al2O3含量
Biblioteka Baidu
%
1～2
15
锍面高度
Mm
最低 970 最高 1170
8
铜锍产量
t/d
806（44包） 16
渣层厚度
mm
最低 200 最高 330
4.３ 澳斯麦特熔炼与艾萨熔炼
4.３.1概 述
澳斯麦特熔炼法（图4.6A）与艾萨熔炼法（图 4.6B）是20世纪70年代由澳大利亚J·M·Floyd领导 的研究小组发明，起初以赛洛（该组织的缩写 CSIRO）命名的熔炼技术的发展。
在尺寸为Φ4.35m×20.58m的诺兰达炉内，单 个风口的平均气体流量为0.4m3/s，风口浸没熔体 深度为 1m，卷流速度为 5.9m／s时，气泡在熔 体中的滞留时间为0.17s。计算出不同直径的气泡 之气一液界面面积为如下值：
气泡直径(cm)
2.5
5 10
全部气泡一熔体
界面面积，(m2)
3820 1910 955
云南铜业公司创造了全球艾萨炉第1 炉期炉寿 命的最高纪录的实践表明了这一点。
铜冶金学第4章
液-气流卷流运动裹携着从熔池面浸没下来的 炉料，形成了液-气-固三相流，在三相流内发生 剧烈的氧化脱硫与造渣反应，使三相流区成为热 量集中的高温区域，高温与反应产生的气体又加 剧了三相流的形成与搅动。
依靠三相卷流，实现熔池内的传质、传热与物 理化学过程。在侧吹式和垂直吹炼熔池炉内的三 相卷流的形成过程分别如图４.1中的（a）与图 ４.2中的（b）所示。
在炉前设有的多个料仓内精细配料，以保证入炉 的混合炉料能满足反应炉顺利生产的要求。为了补 充熔炼过程热量的不足，在炉料中加入了少量的固 体燃料。
4.2.3 诺兰达熔炼操作数据与技术经济指标
序号 1
项目名称 精矿处理量
单位 参数（均值） 序号
t/d
2494
9
项目名称 渣产量
单位 t/d
参数（均值） 1692（52包）
当在炉子内创造出合适的温度梯度与流动速度梯 度时，就能够比较好地解决炉寿问题。
影响炉寿命的关键因素有：
1. 炉子的内部直径
2. 影响流动的炉渣物理化学本性
3. 喷吹特性（风口气流速度、压力及其脉 冲频 率和喷枪插入深度）
4.
搅动能量场等。
可以通过炉子的几何设计和喷吹过程参数的优 化控制来实现减轻炉衬受到的熔体冲刷与腐蚀， 从而达到强烈的搅动下获得高生产率与耐火材料 寿命延长的统一。
（a）垂直吹炼 图4.1 熔池熔炼炉内的三相卷流运动示意图
（b） 侧吹式吹炼 图4.２ 熔池熔炼炉内的三相卷流运动示意图
熔池的三相卷流区不但是热量集中，熔体混合 能量很大。而且，是一个气泡充分发展和滞留的 区域。
这个区域为炉料的物理化变化、热量与质量传 递创造了非常良好的条件。
4.1.2熔池熔炼炉内强化过程的条件
15.9m3。
其体积占熔池总体积的19％。熔炼过程的炉气 以如此大的体积从卷流中分离出来，无论从动 量、能量和质量传递来说，都完全具备了强化 熔炼的条件。
4.２诺兰达熔炼
4.２.1诺兰达熔炼炉
诺兰达熔炼炉炉的物料处理量大,按精矿量为 9～10t／(m3·d)。热强度高，约为970～1100MJ/ （m3·h），炉体能够转动，灵活便捷，是熔池熔 炼炉中颇具特点的炉型。
2
风口平均鼓风量 m3/h
76000
10 炉渣Fe/ SiO2
1.7～1.8
3
平均富氧浓度O2 %
36.8
4
风口鼓风压力 kPa
215
11
渣含SiO2
%
12
烟尘率
%
21～22 4～5①
5
加煤量
t/d
49
13 炉口烟气速度 m/s
10～17
6
溶剂SiO2含量
%
65～80
14
操作温度
℃
1230～1250
澳斯麦特/艾萨技术在提取冶金中具有较广泛的 应用。锡精矿熔炼、硫化铅精矿、铜精矿熔炼、炉 渣烟化、阳极泥熔炼，铅锌渣、镍浸出渣的处理， 炼铁以至垃圾焚烧等方面。
澳斯麦特/艾萨法与其它熔池熔炼一样，都是 使熔池内熔体-炉料-气体之间造成的强烈搅拌与 混合，大大强化热量传递、质量传递和化学反应 的速率。
在炉子外壁某些部位如炉口，放渣口等处装有 局部冷却设施，一般采用外部送风冷却。反应炉 炉体基本结构见图4.４。
图4.４ 诺兰达反应炉示意图
4.2.2 工艺流程 大冶冶炼厂采用的诺兰达熔炼工艺流程如图4.5。
图4.5 大冶冶炼厂诺兰达熔炼工艺流程
诺兰达熔炼对物料粒度和含水要求不严（含水一 般为7～9%），不必深度干燥。来源不同的各种铜 精矿，与返回的烟尘和炉炉渣浮选所得渣精矿用抓 斗进行初步配料。