金属冶金概述全解

石灰石 硅石
原料
矿石（精矿、焙砂或烧结块） 熔剂、氧化、还原剂、燃料
熔化
化学反应
煤、焦炭
两种或以上互 不相溶的液体产物
粗金属、金属富集物、 熔渣（脉石、灰分） 溶解度、密度差
1、还原熔炼：以还原反应为主（氧化物矿）还原气氛熔炼
MeO+C=Me+CO2； MeO+CO=Me+CO2； C+CO2=2CO
合适的冶 炼方法
如何 精炼
人类社会发展史： 原始社会→奴隶社会→封建社会→资本主义社会
人类使用材料的历史：
石器→青铜器→铁器→工业化(钢铁)→信息社会(多种新材料)
金属冶金按其原理可划分为四大基本类型 ：
火法冶金（又称干法冶金） 湿法冶金、 电冶金 粉末冶金。
提取冶金
物理冶 金
第二节
火法冶金
冶金工程基础
第七章

概念：火法冶金是指利用高温（超过金属熔点温度）从矿物中提取金 属或其他化合物的方法；顾名思义，这种生产工艺常利用火来加热得 到高温。因这种工艺没有水溶液的参与，所以也叫干法冶金。

典型的火法冶炼：炼钢，炼铜 适用性：富集矿、硫化物矿 特点：1）污染严重
2）对矿物品质要求高
中进行包括氧化、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的冶金过程。

典型的湿法冶炼：湿法炼锌（已占到世界锌产量的80%） 适用性：贫矿、氧化物矿、海水、废渣、选矿尾矿 特点：
1）污染可控
2）可用于对贫矿、废渣等的金属提取 3）生产效率低
1. 选矿:矿石破碎后、通过重选、浮选、磁选等。
二、 湿法冶金工艺过程

工艺过程：
将金属组分溶 解变为溶液 萃取
浸出
固液 分离
溶液 净化
金属或化 合物提取
高 温 加 压 浸 出
超 细 振 动 研 磨 浸 出
外 力 场 的 作 用 强 化
活 化 浸 出
催 化 剂
沉 降 分 离
过 滤 分 离
蒸 馏
沉 淀
结 晶
溶 液 萃 取
离 子 交 换
膜 分 离
蒸 汽 压
3）电化学方法：电解提纯
二、 火法冶金主要工艺过程

工艺过程：
除脉石、 得精矿
粗矿石
矿石准备
精矿粉
烧结块
烧结块、熔剂、 氧化、还原剂、 燃料
粗金属 富集和分 离的过程
矿石熔炼
粗金属、金属富 集物、熔渣
精炼提纯
纯金属 除去杂 质提纯
第三节
湿法冶金
冶金工程基础
第七章

定义：湿法冶金是指利用一些化学溶剂的化学作用，在水溶液或非水溶液
3）生产成本低，易于大规模生产使用
4）产品纯度低，不易实现其它伴生金属的回收。
二、 火法冶金主要工艺过程

工艺过程：
除脉石、 得精矿
矿石准备 富集和分 离的过程 矿石熔炼 除去杂 质提纯 金属
精炼提纯
1.
选矿:矿石破碎后、通过重选、浮选、磁选等。
→精矿
不宜直接 加入鼓风 炉
2. 干燥、焙解: 分解水化物或氢氧化物及碳酸盐，除去其中的水份 、二氧化碳及有机物等。 3、焙烧：除硫 →焙砂 4. 烧结：粉矿（精矿）→球团→烧结→ 块状物料。 →烧结块
2、氧化熔炼：以氧化反应为主（硫化物矿）。 MeS+O2=Me+SO2； MeS+1.5O2=MeO+SO2； Me’S+MeO=MeS+Me’O [ Me’为杂质金属元素 ]
ห้องสมุดไป่ตู้
闪速熔炼、熔池熔炼、漩涡熔炼、热风熔炼、富氧熔炼、自热熔炼
将冶炼得到的金属进一步去除杂质，提高纯度的过程称为精炼。


精炼包括： 1）化学方法： 氧化精炼：利用杂质对氧的亲和力大于主金属元素
稀有金属 如:钽.锆.铌
铸铁 黑色 金属 钢 金 属 材 料 有色 金属
工程构件用钢
机器零件用钢
结构金属材料 功能金属材料
工具钢
特殊性能用钢(不锈钢及耐热钢) 轻金属(铝,镁,钛) 贵重金属(金,银) 稀有金属(钨钼钒铌钴) 重金属(铜,锌,铅,镍) 放射金属(镭铀钍) 难熔金属(钛锆铪钒铌钽钼钨)
第七章
冶金工程基础
材料工程基础
第一节
金属冶金概述
第七章 冶金工程基础

1. 冶金工业的分类方法： 黑色金属（铁.铬.锰） 有色金属（除以上三种）
2. 根据密度的大小分类：
轻金属（小于4.5g/cm3）如:铝.钾.镁.钠 重金属（大于4.5g/cm3）如:铁.铜.银.汞 3. 根据地壳中的含量： 常见金属 如:铁.铜.锡
2. 干燥、焙解: 3. 焙烧:矿石(精矿)→加热(<熔点)→化学变化。包括有：
除硫、生成硫 酸盐、可溶性 化合物
硫酸化焙烧、如湿法提Cu、Zn等：
MeS+1½ O2=MeO+SO2 SO2+½ O2=SO3 MeO+SO3=MeSO4 氯化焙烧、矿石（精矿）+氯化剂→可溶性氯化物（稀有金属冶金）如 TiO2+2CaCl2=TiCl4+2CaO 4. 烧结：粉矿（精矿）→球团→烧结→ 块状物料。
难 熔 固 体
过 饱 和
用湿法从硫化锌精矿生产金属锌的流程图
第四节
第七章
电冶金
冶金工程基础

定义：利用电能从矿石或其它原料中提取、回收、精炼金属的 冶金过程。

工艺分类：
电热学冶金 ：直接用电加热生产金属的一种冶金方法。
也可看成是一 种干法冶金技 术
定性能的金属材料的科学。
冶炼
2）冶金包括：

提取冶金：
研究提取金属，存在化学反应
物理冶金：
研究金属材料成型过程
钛 合 金
２、金属的冶炼的实质及过程
自然界中的金属大都以化合态存在
用化学的方法把化合态的金属变成游离态
要考虑的问题
金属冶炼的三 大过程
（1）炼前处理 （2）粗炼 （3）精炼
矿石的 富集
Me’+MeO=Me+Me’O
炼钢吹氧，粗 铜除铁

硫化精炼：利用杂质对硫的亲和力大于主金属元素 MeS+Me’=Me’S+Me
2）物理方法：

粗铅 除铜、除铁
杂质元素变成 氧化物与脉石 造渣除去
区域提纯：改变温度，利用杂质和主金属熔化-结晶发生相变规律不同 精馏：利用物质沸点不同，进行多次蒸发、冷凝而除去杂质
稀土金属(钪、钇及镧系元素)
铟， 钨， 锗， 稀土， 钼， 钛， 钒 工业的牙齿 工业味精 战争金属 空间金属 最高熔点
磁 铁 矿
蓝 铜 矿
金属元素 在自然界， 少数不活 泼金属以 游离态存 在，多数 金属以化 合态存在。
1）冶金的概念 (冶金的目的或任务） 冶金是研究如何经济地从矿石或其他原料中提取 金属或金属化合物，并采用各种加工方法制成具有一