金属材料一般制备简介

化学式
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FeC句
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5.2
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颜色 黑色 红色 灰色或带黄 色 黄褐色
工业最低晶位向 理论含镜量归
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48.2
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脉 石 ：Si 0 2、Al2 03、C a o 、MgO ，其 中 Si 0 2最多。有害元素硫、磷 、铅 、 铮、肺等含量愈低愈好。
·浸取：选择性溶解 。选择溶剂，使一种或几种有价金属溶解进入溶液，与 其他不溶物质分离。
·固一液分离 ：过滤、洗涤或离心分离等。
· 溶 液 富 集 ：利用气泡、液滴、颗粒等高度弥散系统来提高冶金反应效率的 冶金过程。
·提取：采用电解、化学置换、氢还原等方法来提取金属或化合物。Al、W
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筛分是将混合矿粒用条筛或振动筛按粒度分为两种或多种级别的过程。 磨矿 一般在水中进行，不 能 进 行 筛 分 ，而采用分级，螺旋分级机、水力旋流器。
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「 十40mm → 申 碎 「
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｜一→振动筛
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- 5mm → 细 磨 → 分 级 」
·石灰石分解与造渣
C a C 0 3 = CaO + C 0 2 ; mSi0 2+ pAl203 + nCaO = nCaO·pAl203·mS i 02
熔渣吸收焦炭燃烧留下的灰分及未完全还原的氧化物 〈如 F eO 、 M n O 、
HgO等） ;CaO还促使FeS转变为CaS而熔于渣中。
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矿石
焦炭 ：晓结球团
石灰
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石
高炉炼社
直接还原
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炉情
生铁
一 废钢
合金元素
梅绵轶、桩轶
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平炉炼钢 转炉炼钢 电炉炼钢
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电炉炼钢 钢二
钢铁生产的工艺 帷 图
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一、生铁冶炼
1. 原料
矿石、熔 剂 、焦 炭 等
矿石各 称 酷棋矿 赤棋矿 菱棋 矿福 棋矿
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属
1
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1. 金属材料一般制备简介 2. 先进凝固技术制备金属材料
定向凝固、快速凝固、金属玻璃等
3. 金属薄膜制备 4. 金属基复合材料制备新技术 5. 新型金属材料特种制备
2
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利用气泡、液滴、颗粒等高度弥散系统来提高冶金反应效率的 冶金过程。
在真空条件下完成金属和合金的熔炼、精炼，金属液在真空下 脱氧、脱气等。
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2. 湿法冶金 低温下用溶剂处理矿石，在水溶液或非水溶液中进行氧化、还原、中和、 水解和络合等反应，对原料、中间产物或二次再生资源中的金属进行提 取和分离。包括浸取、固一液分离、溶液的富集和从溶液中提取金属或 化合物四个过程。
食 避免使冶炼过程复杂化。
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1. 矿石的破碎与细磨、筛分与分级
采 出 的 矿 石 往 往 块 度 很 大 。使矿石中的有用矿物和脉石、杂质分离 。 为了控制一定的粒度，还需筛分和分级。
· 顿式破碎机 ·圆锥破碎机· 粮碎机· 冲击式破碎机
·造渣脱磷和脱硫
2 P + S F e 0 + 4 C a 0 =5Fe+4CaO·P205 （进入熔渣） F e s + c a O = F e o + c a s C进入烙渣〉
·脱氧及合金化
锺铁、硅铁和铝。将 F eO还 原 成 F e ，脱氧产物上浮到钢液表面的渣中。 向钢液中加入所需的合金元素，将钢的化学成分调整到要求。
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平炉及蓄热室-'F意
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高温钢7J<.
纯氧
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主
氧气顶吹转炉示意图
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二、炼钢
除去生铁中多余的碳、硫、磷等有害杂质，合金化。
·氧化
直接向高温金属熔池中吹入工业纯氧，或利用氧化性炉气和铁矿石供氧。 首先与铁发生氧化反应：2[Fe] + =2 ( FeO ) 然后熔体中Si、Mn , P 、C等杂质与 （FeO ）反应，生成杂质氧化物和Fe 。 氧化物不熔于金属，而上浮进入熔渣或炉气中。
※ 阴极反应 M0++ne= M
※ 阳极反应 通常用碳作为阳极。
例如电解MgCl2时，阳极的反应为：2Cl一 CI2+2e;
Al203在冰晶石中电解时，阳极上生成CO2: 202一＋C= C02↑ ＋4e 。
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钢铁的冶金制各 4
选矿 唱
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溶 剂 ： 目的是除去矿石中的脉石。熔剂和脉石反应生成熔点低、相对密度 小的熔渣，浮于铁水上面，便于除去。最常用的是石灰石 （ C a C 03)
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2.主设备一高炉
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小科钟 大料斗 六牵斗钟
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风口
渣口 生铁口
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浮渔产物
〉 ／ 一 斗 不浮矿物
存选示意图
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ert t n：、岭’ 纯金属制备一冶金
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1. 火法冶金 利用高温使原料熔化，进行物理化学反应，从矿石中提取和提纯金属。
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金
化学原理从矿石或其他原料中提取 回收 精炼金属
“电容解使液电 解
电解精炼
黠位高的稀贵 杂质落入底 于阳极形成
舰’质电 以极 离电子位 形 醋 中。
※ 电解提取 从富集后的浸取液 中提取金属或化合 物 。不溶性电极，
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2SO.t3斗
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2H叫SO.
MeS04+H;S0 4+Hρ
( b ）电解提取
溶剂可经过再生后 重复使用。
电解精炼和电解提取示意图
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·熔盐电解： 铝 、钱 、纳等活泼金属无法在水溶液中电解，必须选用具有高导电
率、低熔点的熔盐 （通常为几种卤化物的混合物〉 作为电解质在熔盐中 进行电解。
矿石破碎、细磨、筛分与分级流程图举例
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根据矿石中各种矿物性 质的不同 〈如 比 重 、 磁 性 、 表面性质等〉 ， 通 过 物 理 、 或物理化学的方法把各种 矿物分离的过程。
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磁选示意图
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食 浮选
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药剂处理过的矿粒在两
相界面选择性附
着
结矿
通空气 。不被水润湿矿
粒随气泡浮到矿浆上面 ；
易被水润湿矿物粒子留
在矿浆中。
矿物表面不同的润湿性 可用浮选药剂在很大 范 围内调整。
·摇床选矿：横向运动的床面与矿粒间的摩擦力、纵向水流的冲力
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轻矿物
洗水
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隔膜式跳汰机示意图
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轻矿物
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磁性产品／ 飞 · ：
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1 水分
撞E → 进冶炼厂
选矿工艺流程图举例
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食重选
恨据有用矿物与脉石比重、粒度不同，在运动介质中的沉降速度不 同 介质：水、空气、重液、悬浮液。
·重 介 质 选 矿 ：介质比重 小于主金属矿物，大于脉石矿物
·跳 汰 选 矿 ：介质比重 小于主金属矿物，大于脉石矿物
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冶金原料
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矿物、矿石与选矿 矿物：有一定化学成分和物理属性的天然元素和化合物。
岩石与矿石 由一种或多种矿物组成的集合体称为岩石。 岩石
中，一种或几种矿物相对集中到一定程度， 目前 技术经济条件下可以利用时，这种矿物的集合体就称为矿石。
矿石中除含有有用矿物外，一般还含有大量的脉石矿 物和杂质，其 中 有 用 矿 物 又 包 括 主 金 属 矿 物 、伴生有价金 属 矿物，主金属在矿石中的含量称为矿石品位。
断 降 低 ，发生还原反应C 0 2+ C = 2CO 。热源、还原剂。
·铁的还原
Fe203→Fe30 4→FeO→Fe 由co 、固体C逐步还原
最初还原出来的铁如海绵状，称为海绵铁。 海绵铁下降过程中吸碳，熔 点降低，在1200℃左右开始熔化成为铁水 。 其他金属氧化物也被还原，被还原出来的锤、硅等元素熔于铁水 中。
5
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选矿
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除少数单金属高品位矿石可经破碎直接进行冶炼提取和 提 纯 金 属 外 ，大 多 数 矿 物 需 经 过 选 矿 来 提 高 矿 石 品 位 后 再 进 行冶炼。
冶金对金属含量有要求，如铜不小于3 5 % ，钵不小于
20 % ：
食 节约原料、燃料消耗，提高技术、经济指标： 食 避免有害杂质在冶炼过程中进入金属影响金属质量
～ 电极
／ 出钢4曹
钢;ij(
电炉炼钢示意图
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纯铜的制备
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一、原料
主要是铜矿石，其次是工业和生活中的铜及其合金的废件。 黄铜矿 （CuFeS2） 、斑铜矿 （Cu3FeS2） 、辉铜矿 （C吨的 、铜蓝 （CuS) ; 孔雀石［CuC03·Cu(OH)2］、硅孔雀石［CuSi03·2H20］、赤铜矿 （Cu20）和胆矶
炉腰
炉腹
炉月E t豆口
生轶口 炉基
高炉示意图 18
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3. 物理化学过程 ·燃料燃烧
焦 炭 在 炉 缸 区 或 风 口 遇 热 空 气 燃 烧 ，生成C O2并放出大量热，使炉缸温 度达1800℃ 1900℃。随着炉气上升，含氧越来越少，同时炉气温度也不
(CuS04·5H20） 等 。
原料成分
Cu , Fe、Zn 、Ni等硫化物： Fe、Cu 、Zn , Si、Al、Mn , Ca 、Mg等氧化物、少量硫酸盐、碳 酸盐和硅酸盐等 。
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二 、造镜熔炼 冰铜
1. 高温反应 ·高价化合物的分解
4CuFeS2= 2Cu2S+4FeS+2S 2CuS= Cu2S+S FeS2 = F e s + s MeC03=MeO+ C02 MeS04= M e o + s o 2 + 02 2CuO = Cu20+02
·各种化合物间的反应
10Fe203 + FeS = 7 Fe30 4+ S 0 2 3Fe30 4+ FeS = 1 0FeO + S 0 2 Cu20+FeS= Cu2S+FeO Cu2S+Cu20=6Cu+S02 2Cu+FeS= Cu2S+Fe
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金属材料一般制备简介
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零部件，板、带 （片）、 箱、丝、杆、管、型 材 ， 薄膜，粉末 ··
纯金属、合金、金属问化合物、金属基复合材料··王盹
首先获得纯金属
｜问题｜
种类多
自然界中大多以化合
物的形态存在 性质各异
→ 用气体或固体还原剂还原为金属，如 ： Cr203+ AI Al203+ Cr
提 炼 冶 金 ： 由熔烧、烧结、还原熔炼、氧化熔炼、造渣、造镜、精炼等单 元过程 按照需要所构成的冶金方法。
·氯化冶金： ·喷射冶金： ·真空冶金：
依靠不同金属氯化 物的物理化学性质不同，来 有 效 实 现 金 属 的 分离、提取和精炼。