材料工程基础-第1章金属材料的制备--冶金
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I、对原料的适应性强，可处理各种不同类型的原料， 甚至液态粗金属；
II、作业温度比其他火法冶金过程低； III、分离效率高，综合利用好。在高品位矿石资源逐 渐枯竭的情况下，对储量很大的低品位、成分复杂难 选的贫矿来说，氯化冶金将发挥它的作用。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法 ②氯化冶金 尚有三个问题待解决： I、氯化剂的利用效率和氯化剂的再生返回利用是关 键性问题； II、继续解决氯化冶金设备的防腐蚀； III、环境保护
A 形状控制：电磁铸造、金属薄膜的电磁成行，电磁 塑性成型，悬浮熔炼等
B 驱动金属液体：电磁搅拌，电磁泵 C 抑制流动：磁力制动，抑制波动 D 悬浮：非金属夹杂物的电磁分离 E 热量生成：感应熔炼，电磁加热、电弧熔炼、等离
子熔炼等 F 组织控制：晶粒细（粗）化，非晶金属制备
1.1 冶金工艺
三、电冶金 ㈠电热熔炼 ②电磁熔炼
的化合物析出或造
渣。
◆ 物理法 基于在两相平衡时杂质和主金属在两相
间分
配比的不同。
◇ 利用粗金属凝固或熔化过程中，粗金属中的杂质和主金
属在液–固两相间分配比的不同——熔析精炼、区域精
炼（区域熔炼）。
◇ 利用杂质和主金属蒸气压的不同，因而粗金属蒸发过程
中，其易蒸发的组份将主要进入气相，与难蒸发组分分
离——蒸馏精炼、升华精炼。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
氧势图（Ellingham）的形成原理
为了直观地分析和考虑各种元素与氧的亲和能力，了解不同 元素之间的氧化和还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序， 埃林汉曾将氧化物的标准生成吉布斯自由能数值折合成元素 与1mol氧气反应的标准吉布斯自由能变化即，将反应：
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法
③喷射冶金
利用气流输送将冶金用粉末 物料通过喷枪直接吹入金属 熔池内部，使金属得到精炼 的工艺。可用于金属的脱氧、 脱硫、脱磷、脱硅以及脱除 其他元素.
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法
④真空冶金
在低于标准大气压条件下进行的 冶金作业。可以实现大气中无法 进行的冶金过程，能防止金属氧 化，分离沸点不同的物质，除去 金属中的气体或杂质，增强金属 中碳的脱氧能力，提高金属和合 金的质最。
1.1 冶金工艺
三、电冶金 ㈠电热熔炼 ②电磁熔炼 以电磁热流体力学理论为基础，研究冶金过程和 材料制备的科学。它是借助电流、磁场所形成的 电磁力，对冶金（材料制备）过程中金属的表面 形态、流动、传质、化学反应、结晶等过程施加 影响，以便控制其变化或反应过程。
1.1 冶金工艺
三、电冶金
㈠电热熔炼 ②电磁熔炼
1.2 钢铁冶炼
一、生铁冶炼
㈠炼铁的原料③耐火材料
耐火材料在冶金中的应用有： ➢ 高温炉管 ➢ 坩埚、容器 ➢ 热电偶绝缘管 ➢ 热电偶保护管 ➢ 炉膛耐火材料 ➢ 炉膛保温材料
1.2 钢铁冶炼
✓ 还原剂和被还原金属生成化合物的标准吉布斯自由能及生成 热应有足够大的差值，以便尽可能不由外部供给热量并能使 反应完全地进行；
✓ 还原剂在被提取金属中的溶解度要小或容易与之分离； ✓ 形成的炉渣应易熔，比重要小，以利于金属和炉渣的分离； ✓ 还原剂纯度要高，以免污染被还原金属； ✓ 应尽量选择价格便宜和货源较广的还原剂。
㈠炼铁的原料①铁矿石
冶炼前铁矿石的处理：
主要通过选矿来提高矿石的品位: A:贫铁矿→ 破碎 →筛分→ 细磨→ 选矿→ 精矿粉→ 混匀→ 造块（烧结矿成球团状）→筛分→储藏→ 过筛→ 称量→ 入 炉。 B:天然富矿→ 破碎→ 筛分→ 混匀→储藏→ 过筛→ 称量→入 炉
1.2 钢铁冶炼
一、生铁冶炼 ㈠炼铁的原料 ②熔剂
1.1 冶金工艺
二、湿法冶金
➢ 定义：湿法冶金这
种冶金过程是用酸、 碱、盐类的水溶液， 以化学方法从矿石中 提取所需金属组分， 然后用水溶液电解等 各种方法制取金属。
1.1 冶金工艺
二、湿法冶金 ➢难熔化或微粉状的矿石 ➢低浓度矿石（金、铀） ➢相似金属的分离（铪-锆）、（镍-钴）
①浸取
1.1 冶金工艺
2. 难以处理低品味原料； 3. 工作场地劳动卫生条件差。
湿法 冶金
1. 适于处理高、低品味原料， 比如可处理铜低品味原料；
2. 能处理复杂矿物原料； 3. 多金属综合回收利用效果好
；
4. 较少烟尘污染问题。
1. 生产能力低，设备庞大，设 备费用高，单位车间面积的
生产能力远低于火法冶金；
2. 能耗大； 3. 存在废水、废渣的污染和治
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法 ②氯化冶金
氯化冶金就是将矿石（或冶金半成品）与氯化剂 混合，在一定条件下发生化学反应，使金属转变 为氯化物再进一步将金属提取出来的方法。 氯化冶金主要包括：氯化过程
氯化物的分离过程 从纯氯化物中提取金属
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法 ②氯化冶金
优点：
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼 • 氧势图用于判断氧的走向：从上往下走
• 除了氧势图，实际生产中还有碳、硫、氯、 磷势图
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
火法冶金常用的燃料
固体燃料 煤和焦碳，其可燃成分为C 气体燃料 煤气和天然气，其可燃成分主要为CO和H2 液体燃料 重油等，其可燃成分主要为CO和H2
1.1 冶金工艺
①浸取就地浸出（地下浸出） 地下原地钻孔溶浸采矿方法适用条件苛刻，一般需要同 时具备以下条件：
I、矿床地质条件：矿体具有天然渗透性能，平缓，连续稳定， 并具有一定的规模。 II、矿床水文地质条件：矿体赋存于含水层中，在溶浸矿物范围 之内应无导水断层、地下溶洞、暗河等。 III、矿岩的物理化学条件：要求目的金属矿物易溶于溶浸药剂而 围岩矿物不能溶于溶浸药剂。
细化晶粒
1.1 冶金工艺
三、电冶金 ㈡水溶液电解：应用水溶液电解精炼金属的一种冶金 方法。
㈢熔盐电解：利用电化学反应，使金属从含金属盐类的水溶液 或熔体中析出的冶金方法。
1.2 钢铁冶炼
1.2 钢铁冶炼
1.2 钢铁冶炼
1.2 钢铁冶炼
一、生铁冶炼
生铁是铁和碳及少量硅。锰、硫、磷等元素 组成的合金，主要由高炉生产，按其用途可 分为炼钢生铁和铸造生铁。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程
①矿石准备 选矿 焙烧 烧结(球化)
III、脱除杂质，如脱硫、脱除有机物和 吸附水等； IV、晶型转化，如焙烧二氧化钛使其改变晶型，改善 其使用性质。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程
①矿石准备 选矿 焙烧 烧结(球化)
高炉炼铁生产前，将各 种粉状含铁原料，配入 适量的燃料和熔剂，加 入适量的水，经混合和 造球后在烧结设备上使 物料发生一系列物理化 学变化，烧结成块的过 程。
①浸取
1.1 冶金工艺
1.1 冶金工艺
①浸取搅拌浸取 浸取充分，但是产能有限。
1.1 冶金工艺
①浸取堆浸法 将细菌溶液喷洒到预先堆置好的矿石堆上，有选择性 地溶解（浸出）矿石中的目标金属成分，使金属形成 离子或络合离子并使之转入溶液。
1.1 冶金工艺
①浸取就地浸出（地下浸出） I、无需采掘、装、运、提升等工序。 II、基础建投资少，建设周期短，生产成本低等优点。 III、特别是该方法基本不破坏或很少破坏山林与农田， 不产生尾矿、废石，环境友好。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ③精炼
◆ 除去有害杂质，生产出具有一定纯度的金属； 当金属中的杂质含量超过一定限度时，其物 理、化学和机械性能会发生变化。
◆ 生产出含有各种规定量的合金元素的金属，使其具 有一定的物理、化学和机械性能；如合金钢的生产
◆ 回收其中具有很高经济价值的稀贵金属“杂质”。 如：粗铅、粗铜中的金、银及其他稀贵金属。
目的：促进反应的发生
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
气体还原剂还原 用CO或H2作还原剂还原金属氧化物。 固体碳还原 用固体碳作还原剂还原金属氧化物。 金属热还原 用位于 G－T 图下方的曲线所表示的金属作还原 剂，还原位于G－T 图上方曲线所表示的金属氧化 物（氯化物、氟化物）以制取金属。
11火法冶金的基本过程冶炼11火法冶金的基本过程冶炼火法冶金常用的燃料火法冶金常用的燃料固体燃料固体燃料煤和焦碳其可燃成分为煤和焦碳其可燃成分为气体燃料气体燃料煤气和天然气其可燃成分主要为煤气和天然气其可燃成分主要为coco液体燃料液体燃料重油等其可燃成分主要为重油等其可燃成分主要为coco11火法冶金的基本过程冶炼火法冶金常用的还原剂火法冶金常用的还原剂固体还原剂固体还原剂煤焦碳等其有效成分为煤焦碳等其有效成分为气体还原剂气体还原剂coco液体还原剂液体还原剂mgmgnanacoco为冶金反应提供所需要的热为冶金反应提供所需要的热coco是金属氧化物的良好还原剂是金属氧化物的良好还原剂11火法冶金的基本过程冶炼还原剂的选择还原剂的选择还原剂和被还原金属生成化合物的标准吉布斯自由能及生成还原剂和被还原金属生成化合物的标准吉布斯自由能及生成热应有足够大的差值以便尽可能不由外部供给热量并能使热应有足够大的差值以便尽可能不由外部供给热量并能使反应完全地进行
一、生铁冶炼
㈠炼铁的原料①铁矿石
对铁矿石的要求：
含铁量愈高愈好；30~70%，贫矿：Fe%＜45% 富矿：Fe%＞45%
还原性好； 粒度适中；通常为10~25mm 脉石成分中碱性氧化物含量高； 杂质含量少；S% ＜0.15%，P% ＜0.4%，As% ＜0.1% 有一定强度
1.2 钢铁冶炼
一、生铁冶炼
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法
①提炼冶金（不一定完全包括以下步骤）
焙烧 烧结（促进氧化还原反应） 还原熔炼（还原出金属、含巨多杂质） 氧化熔炼（烧掉一部分杂质） 造渣（用造渣剂把杂质变成渣后排出） 造锍（把要提取的金属以硫化物的形态富 集于锍中，贵金属及其他有价成分也随之富 集于其中，脉石则熔合成渣而与锍分离。） 精炼
1.1 冶金工艺
三、电冶金
㈠电热熔炼 ①等离子冶金
在一个紧缩的空间产生电弧，同 时将惰性气体（氩），从一个小 孔以高速喷射出，穿过这个空间 而成为等离子射流。
热量高度集中，可以达到非常高 的温度。已有等离子枪的工作温 度约在5000～20000℃之间。
1.1 冶金工艺
三、电冶金 ㈠电热熔炼 ①等离子冶金
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ③精炼
利用主金属与杂质的物理和化学性质的差异， ◆ 形成与主金属不同的新相，将杂质富集于其中；
◆ 或者：将主金属全部转移至新相，而使杂质残留下
来。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法
◆ 化学法 基于杂质与主金属化学性质的不同，加
入某
种反应剂使之形成某种难溶于金属
目前国内外仅在疏松砂岩铀矿床应用地下原地钻孔法开采。
1.1 冶金工艺
方法
优点
缺点
火法 冶金
1. 高温下反应速度快，单位设 备生产率和劳动率高；
2. 能充分利用硫化精矿本身的 能源，容易实现自热熔炼， 产品单位能耗低；
3. 硫及金属产物能很好的富集 金银等贵金属。
1.金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
火法冶金常用的还原剂
固体还原剂 煤、焦碳等，其有效成分为C； 气体还原剂 CO和H2等 液体还原剂 Mg、Na等 ➢ C、CO、H2为冶金反应提供所需要的热能 ➢ C、CO、H2是金属氧化物的良好还原剂
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
还原剂的选择
理问题。
1.1 冶金工艺
三、电冶金
㈠电热熔炼 ： 不同于火法冶金，点热冶金是直接用电加热生产金属的一 种冶金方法。包括电弧熔炼、电阻熔炼、等离子熔炼和感 应熔炼等。
1.1 冶金工艺
三、电冶金 ㈠电热熔炼 ①等离子冶金
等离子是固体、液体、气体以为的第四种存在状态。 温度极高的情况下，电子挣脱原子核的束缚，处于 游离态。等，表示正负相等，为电中性。
材料工程基础-第1章金属材料的制备--冶金
1.1 冶金工艺
一、火法冶金
➢ 定义：火法冶金是指利用高温从矿石中提取金属或其化
合物的方法。（干法冶金）
➢ 工艺过程：
矿石准备 冶炼
选矿、干燥 、焙烧、球
化或烧结
氧化还原提 取金属
精炼
除去杂质 提纯金属
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程
①矿石准备
选矿 焙烧 烧结(球化) 不加添加剂的焙烧，也称煅烧： I、分解矿石，如石灰石化学加工制成氧化钙，同时 制得二氧化碳气体； II、活化矿石，目的在于改变矿石结构，使其易于分 解，例如：将高岭土焙烧脱水，使其结构疏松多孔， 易于进一步加工生产氧化铝；
2x y
M
2＋O2＝
2 y
M
xO
y
把上式的rGθ与温度T的二项式关系绘制成图。该图又称为 氧势图，或称为埃林汉姆图，或称为氧化物标准生成自由能 与温度的关系图。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
rGθ rH TrS
（1）斜率是反应的熵变 的负值
（2）转折点一定是在该 温度有反应物或产物的相 变 注意纵坐标是负数，越靠下， 表示ΔG<0 的程度越大，自 发进行的趋势越强。
1.2 钢铁冶炼
一、生铁冶炼 ㈠炼铁的原料 ①铁矿石 ②熔剂，用于除去SiO2CaOHgOAlO3。熔炼时，熔剂 和杂质生产密度较低的炉渣，浮于铁水表面 ③耐火材料。耐火度不低于1580℃的无机非金属材料 ④燃料。主要是焦炭，提供热量和还原剂
1.2 钢铁冶炼
一、生铁冶炼 ㈠炼铁的原料①铁矿石
1.2 钢铁冶炼
II、作业温度比其他火法冶金过程低； III、分离效率高，综合利用好。在高品位矿石资源逐 渐枯竭的情况下，对储量很大的低品位、成分复杂难 选的贫矿来说，氯化冶金将发挥它的作用。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法 ②氯化冶金 尚有三个问题待解决： I、氯化剂的利用效率和氯化剂的再生返回利用是关 键性问题； II、继续解决氯化冶金设备的防腐蚀； III、环境保护
A 形状控制：电磁铸造、金属薄膜的电磁成行，电磁 塑性成型，悬浮熔炼等
B 驱动金属液体：电磁搅拌，电磁泵 C 抑制流动：磁力制动，抑制波动 D 悬浮：非金属夹杂物的电磁分离 E 热量生成：感应熔炼，电磁加热、电弧熔炼、等离
子熔炼等 F 组织控制：晶粒细（粗）化，非晶金属制备
1.1 冶金工艺
三、电冶金 ㈠电热熔炼 ②电磁熔炼
的化合物析出或造
渣。
◆ 物理法 基于在两相平衡时杂质和主金属在两相
间分
配比的不同。
◇ 利用粗金属凝固或熔化过程中，粗金属中的杂质和主金
属在液–固两相间分配比的不同——熔析精炼、区域精
炼（区域熔炼）。
◇ 利用杂质和主金属蒸气压的不同，因而粗金属蒸发过程
中，其易蒸发的组份将主要进入气相，与难蒸发组分分
离——蒸馏精炼、升华精炼。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
氧势图（Ellingham）的形成原理
为了直观地分析和考虑各种元素与氧的亲和能力，了解不同 元素之间的氧化和还原关系，比较各种氧化物的稳定顺序， 埃林汉曾将氧化物的标准生成吉布斯自由能数值折合成元素 与1mol氧气反应的标准吉布斯自由能变化即，将反应：
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法
③喷射冶金
利用气流输送将冶金用粉末 物料通过喷枪直接吹入金属 熔池内部，使金属得到精炼 的工艺。可用于金属的脱氧、 脱硫、脱磷、脱硅以及脱除 其他元素.
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法
④真空冶金
在低于标准大气压条件下进行的 冶金作业。可以实现大气中无法 进行的冶金过程，能防止金属氧 化，分离沸点不同的物质，除去 金属中的气体或杂质，增强金属 中碳的脱氧能力，提高金属和合 金的质最。
1.1 冶金工艺
三、电冶金 ㈠电热熔炼 ②电磁熔炼 以电磁热流体力学理论为基础，研究冶金过程和 材料制备的科学。它是借助电流、磁场所形成的 电磁力，对冶金（材料制备）过程中金属的表面 形态、流动、传质、化学反应、结晶等过程施加 影响，以便控制其变化或反应过程。
1.1 冶金工艺
三、电冶金
㈠电热熔炼 ②电磁熔炼
1.2 钢铁冶炼
一、生铁冶炼
㈠炼铁的原料③耐火材料
耐火材料在冶金中的应用有： ➢ 高温炉管 ➢ 坩埚、容器 ➢ 热电偶绝缘管 ➢ 热电偶保护管 ➢ 炉膛耐火材料 ➢ 炉膛保温材料
1.2 钢铁冶炼
✓ 还原剂和被还原金属生成化合物的标准吉布斯自由能及生成 热应有足够大的差值，以便尽可能不由外部供给热量并能使 反应完全地进行；
✓ 还原剂在被提取金属中的溶解度要小或容易与之分离； ✓ 形成的炉渣应易熔，比重要小，以利于金属和炉渣的分离； ✓ 还原剂纯度要高，以免污染被还原金属； ✓ 应尽量选择价格便宜和货源较广的还原剂。
㈠炼铁的原料①铁矿石
冶炼前铁矿石的处理：
主要通过选矿来提高矿石的品位: A:贫铁矿→ 破碎 →筛分→ 细磨→ 选矿→ 精矿粉→ 混匀→ 造块（烧结矿成球团状）→筛分→储藏→ 过筛→ 称量→ 入 炉。 B:天然富矿→ 破碎→ 筛分→ 混匀→储藏→ 过筛→ 称量→入 炉
1.2 钢铁冶炼
一、生铁冶炼 ㈠炼铁的原料 ②熔剂
1.1 冶金工艺
二、湿法冶金
➢ 定义：湿法冶金这
种冶金过程是用酸、 碱、盐类的水溶液， 以化学方法从矿石中 提取所需金属组分， 然后用水溶液电解等 各种方法制取金属。
1.1 冶金工艺
二、湿法冶金 ➢难熔化或微粉状的矿石 ➢低浓度矿石（金、铀） ➢相似金属的分离（铪-锆）、（镍-钴）
①浸取
1.1 冶金工艺
2. 难以处理低品味原料； 3. 工作场地劳动卫生条件差。
湿法 冶金
1. 适于处理高、低品味原料， 比如可处理铜低品味原料；
2. 能处理复杂矿物原料； 3. 多金属综合回收利用效果好
；
4. 较少烟尘污染问题。
1. 生产能力低，设备庞大，设 备费用高，单位车间面积的
生产能力远低于火法冶金；
2. 能耗大； 3. 存在废水、废渣的污染和治
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法 ②氯化冶金
氯化冶金就是将矿石（或冶金半成品）与氯化剂 混合，在一定条件下发生化学反应，使金属转变 为氯化物再进一步将金属提取出来的方法。 氯化冶金主要包括：氯化过程
氯化物的分离过程 从纯氯化物中提取金属
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法 ②氯化冶金
优点：
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼 • 氧势图用于判断氧的走向：从上往下走
• 除了氧势图，实际生产中还有碳、硫、氯、 磷势图
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
火法冶金常用的燃料
固体燃料 煤和焦碳，其可燃成分为C 气体燃料 煤气和天然气，其可燃成分主要为CO和H2 液体燃料 重油等，其可燃成分主要为CO和H2
1.1 冶金工艺
①浸取就地浸出（地下浸出） 地下原地钻孔溶浸采矿方法适用条件苛刻，一般需要同 时具备以下条件：
I、矿床地质条件：矿体具有天然渗透性能，平缓，连续稳定， 并具有一定的规模。 II、矿床水文地质条件：矿体赋存于含水层中，在溶浸矿物范围 之内应无导水断层、地下溶洞、暗河等。 III、矿岩的物理化学条件：要求目的金属矿物易溶于溶浸药剂而 围岩矿物不能溶于溶浸药剂。
细化晶粒
1.1 冶金工艺
三、电冶金 ㈡水溶液电解：应用水溶液电解精炼金属的一种冶金 方法。
㈢熔盐电解：利用电化学反应，使金属从含金属盐类的水溶液 或熔体中析出的冶金方法。
1.2 钢铁冶炼
1.2 钢铁冶炼
1.2 钢铁冶炼
1.2 钢铁冶炼
一、生铁冶炼
生铁是铁和碳及少量硅。锰、硫、磷等元素 组成的合金，主要由高炉生产，按其用途可 分为炼钢生铁和铸造生铁。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程
①矿石准备 选矿 焙烧 烧结(球化)
III、脱除杂质，如脱硫、脱除有机物和 吸附水等； IV、晶型转化，如焙烧二氧化钛使其改变晶型，改善 其使用性质。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程
①矿石准备 选矿 焙烧 烧结(球化)
高炉炼铁生产前，将各 种粉状含铁原料，配入 适量的燃料和熔剂，加 入适量的水，经混合和 造球后在烧结设备上使 物料发生一系列物理化 学变化，烧结成块的过 程。
①浸取
1.1 冶金工艺
1.1 冶金工艺
①浸取搅拌浸取 浸取充分，但是产能有限。
1.1 冶金工艺
①浸取堆浸法 将细菌溶液喷洒到预先堆置好的矿石堆上，有选择性 地溶解（浸出）矿石中的目标金属成分，使金属形成 离子或络合离子并使之转入溶液。
1.1 冶金工艺
①浸取就地浸出（地下浸出） I、无需采掘、装、运、提升等工序。 II、基础建投资少，建设周期短，生产成本低等优点。 III、特别是该方法基本不破坏或很少破坏山林与农田， 不产生尾矿、废石，环境友好。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ③精炼
◆ 除去有害杂质，生产出具有一定纯度的金属； 当金属中的杂质含量超过一定限度时，其物 理、化学和机械性能会发生变化。
◆ 生产出含有各种规定量的合金元素的金属，使其具 有一定的物理、化学和机械性能；如合金钢的生产
◆ 回收其中具有很高经济价值的稀贵金属“杂质”。 如：粗铅、粗铜中的金、银及其他稀贵金属。
目的：促进反应的发生
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
气体还原剂还原 用CO或H2作还原剂还原金属氧化物。 固体碳还原 用固体碳作还原剂还原金属氧化物。 金属热还原 用位于 G－T 图下方的曲线所表示的金属作还原 剂，还原位于G－T 图上方曲线所表示的金属氧化 物（氯化物、氟化物）以制取金属。
11火法冶金的基本过程冶炼11火法冶金的基本过程冶炼火法冶金常用的燃料火法冶金常用的燃料固体燃料固体燃料煤和焦碳其可燃成分为煤和焦碳其可燃成分为气体燃料气体燃料煤气和天然气其可燃成分主要为煤气和天然气其可燃成分主要为coco液体燃料液体燃料重油等其可燃成分主要为重油等其可燃成分主要为coco11火法冶金的基本过程冶炼火法冶金常用的还原剂火法冶金常用的还原剂固体还原剂固体还原剂煤焦碳等其有效成分为煤焦碳等其有效成分为气体还原剂气体还原剂coco液体还原剂液体还原剂mgmgnanacoco为冶金反应提供所需要的热为冶金反应提供所需要的热coco是金属氧化物的良好还原剂是金属氧化物的良好还原剂11火法冶金的基本过程冶炼还原剂的选择还原剂的选择还原剂和被还原金属生成化合物的标准吉布斯自由能及生成还原剂和被还原金属生成化合物的标准吉布斯自由能及生成热应有足够大的差值以便尽可能不由外部供给热量并能使热应有足够大的差值以便尽可能不由外部供给热量并能使反应完全地进行
一、生铁冶炼
㈠炼铁的原料①铁矿石
对铁矿石的要求：
含铁量愈高愈好；30~70%，贫矿：Fe%＜45% 富矿：Fe%＞45%
还原性好； 粒度适中；通常为10~25mm 脉石成分中碱性氧化物含量高； 杂质含量少；S% ＜0.15%，P% ＜0.4%，As% ＜0.1% 有一定强度
1.2 钢铁冶炼
一、生铁冶炼
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法
①提炼冶金（不一定完全包括以下步骤）
焙烧 烧结（促进氧化还原反应） 还原熔炼（还原出金属、含巨多杂质） 氧化熔炼（烧掉一部分杂质） 造渣（用造渣剂把杂质变成渣后排出） 造锍（把要提取的金属以硫化物的形态富 集于锍中，贵金属及其他有价成分也随之富 集于其中，脉石则熔合成渣而与锍分离。） 精炼
1.1 冶金工艺
三、电冶金
㈠电热熔炼 ①等离子冶金
在一个紧缩的空间产生电弧，同 时将惰性气体（氩），从一个小 孔以高速喷射出，穿过这个空间 而成为等离子射流。
热量高度集中，可以达到非常高 的温度。已有等离子枪的工作温 度约在5000～20000℃之间。
1.1 冶金工艺
三、电冶金 ㈠电热熔炼 ①等离子冶金
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ③精炼
利用主金属与杂质的物理和化学性质的差异， ◆ 形成与主金属不同的新相，将杂质富集于其中；
◆ 或者：将主金属全部转移至新相，而使杂质残留下
来。
1.1 冶金工艺
㈡、火法冶金的主要方法
◆ 化学法 基于杂质与主金属化学性质的不同，加
入某
种反应剂使之形成某种难溶于金属
目前国内外仅在疏松砂岩铀矿床应用地下原地钻孔法开采。
1.1 冶金工艺
方法
优点
缺点
火法 冶金
1. 高温下反应速度快，单位设 备生产率和劳动率高；
2. 能充分利用硫化精矿本身的 能源，容易实现自热熔炼， 产品单位能耗低；
3. 硫及金属产物能很好的富集 金银等贵金属。
1.金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
火法冶金常用的还原剂
固体还原剂 煤、焦碳等，其有效成分为C； 气体还原剂 CO和H2等 液体还原剂 Mg、Na等 ➢ C、CO、H2为冶金反应提供所需要的热能 ➢ C、CO、H2是金属氧化物的良好还原剂
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
还原剂的选择
理问题。
1.1 冶金工艺
三、电冶金
㈠电热熔炼 ： 不同于火法冶金，点热冶金是直接用电加热生产金属的一 种冶金方法。包括电弧熔炼、电阻熔炼、等离子熔炼和感 应熔炼等。
1.1 冶金工艺
三、电冶金 ㈠电热熔炼 ①等离子冶金
等离子是固体、液体、气体以为的第四种存在状态。 温度极高的情况下，电子挣脱原子核的束缚，处于 游离态。等，表示正负相等，为电中性。
材料工程基础-第1章金属材料的制备--冶金
1.1 冶金工艺
一、火法冶金
➢ 定义：火法冶金是指利用高温从矿石中提取金属或其化
合物的方法。（干法冶金）
➢ 工艺过程：
矿石准备 冶炼
选矿、干燥 、焙烧、球
化或烧结
氧化还原提 取金属
精炼
除去杂质 提纯金属
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程
①矿石准备
选矿 焙烧 烧结(球化) 不加添加剂的焙烧，也称煅烧： I、分解矿石，如石灰石化学加工制成氧化钙，同时 制得二氧化碳气体； II、活化矿石，目的在于改变矿石结构，使其易于分 解，例如：将高岭土焙烧脱水，使其结构疏松多孔， 易于进一步加工生产氧化铝；
2x y
M
2＋O2＝
2 y
M
xO
y
把上式的rGθ与温度T的二项式关系绘制成图。该图又称为 氧势图，或称为埃林汉姆图，或称为氧化物标准生成自由能 与温度的关系图。
1.1 冶金工艺
㈠、火法冶金的基本过程 ②冶炼
rGθ rH TrS
（1）斜率是反应的熵变 的负值
（2）转折点一定是在该 温度有反应物或产物的相 变 注意纵坐标是负数，越靠下， 表示ΔG<0 的程度越大，自 发进行的趋势越强。
1.2 钢铁冶炼
一、生铁冶炼 ㈠炼铁的原料 ①铁矿石 ②熔剂，用于除去SiO2CaOHgOAlO3。熔炼时，熔剂 和杂质生产密度较低的炉渣，浮于铁水表面 ③耐火材料。耐火度不低于1580℃的无机非金属材料 ④燃料。主要是焦炭，提供热量和还原剂
1.2 钢铁冶炼
一、生铁冶炼 ㈠炼铁的原料①铁矿石
1.2 钢铁冶炼