北京科技大学 稀土火法冶金
稀土火法冶金
一.绪论稀土火法冶金技术是指应用高温这一重要的热力学条件，完成还原稀土离子成金属态和金属提纯的过程。
此过程没有水溶液参加，故又称为火法冶金。
火法冶金工艺过程简单，生产率较高。
稀土火法冶炼主要包括硅热还原法制取稀土合金，熔盐电解法制取稀土金属或合金，金属热还原法制取稀土合金等。
火法冶金的共同特点是在高温条件下生产。
稀土金属的制备方法有：①金属热还原法。
常用钙、锂、钠、镁等金属做还原剂，还原稀土金属的卤化物。
②熔盐电解法。
可电解稀土卤化物与碱金属、碱土金属卤化物的熔盐。
进一步纯制可采用真空熔炼法、真空蒸馏法、电迁移法和区域熔炼法。
稀土火法冶金技术分为三大类：熔盐电解、金属热还原和火法提纯技术。
二. 氯化物电解法制取稀土金属2.1基本原理根据电解质能够发生电离的原理，由RECl：—KCl组成的电解质，在熔融状态下也会发生电离作用，化合物离解为能自由运动的阳离子和阴离子。
氯化稀土将按如下方式离解RECl3＝RE3十十3C1—-氯化钾将按如下方式离解：KCl＝K十十C1—在直流电场的作用下，电解质中的阳离子K十、RE3十都朝电解槽的阴极运动，而阴离子Cl—则向电解槽的阳极移动，结果在靠近阴极的电解质层中，集中有大量的阳离子，在靠近阳极的电解层中，集中有大量的阴离子。
在稀土氯化物电解条件下，阳离子中的稀土离子RE3+获得电子生成稀土金属，在阴极上的电化学反应为：RE3十十3e一＝RE阴离子中的氯离子C1—则在阳极上失去电子，并生成氯气(C12)，在阳极上的电化学反应为：2C1—一2e—===Cl23C1——3e—===3/2 C12这样，电解的结果，在阴极上使得到稀土金属，在阳极上放出氯气，而消耗了氯化稀土和直流电。
电解过程中的总反应式可以表示如下：RECl3===RE+3/2 C122.2 稀土氯化物电解原料和电解质稀土氯化物电解原料是把稀土氯化物和氯化钾按一定比例配制(一般氯化稀土重量为35—50％)构成熔盐电解体系。
稀土元素在水体除氟中的应用及进展
矿 冶MINING AND METALLURGY第30卷第3期2021年6月Vol. 30, No. 3June 2021doi : 10. 3969/j. issn. 1005-7854. 2021. 03. 014稀土元素在水体除氟中的应用及进展史丙丁" 马保中3 王成彦" 陈永强3 张 阳"(1.北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083；2.稀贵金属绿色回收与提取北京市重点实验室，北京100083)摘 要：水环境中的氟污染已被认为是全球严重威胁人类健康的主要问题之一，吸附法被认为是最具有发展前景的水体除氟技术，各国学者也在研发吸附性强和环境友好的新型吸附剂。
对稀土化合物和负载稀土元素的吸附剂在除氟中的应用进行了总结，发现稀土化合物的吸附氟能力强，多金属氧化物、生物材料、金属有机骨架和硅基材料等经负载稀土元素改性后制备的新 型吸附剂也表现出良好的除氟能力；不同材料和官能团的协同作用可以有效提高吸附剂的除氟能力。
在总结现有除氟剂的基础上，对新型除氟吸附剂的研发进行了展望。
关键词：除氟；吸附法；稀土吸附剂；多金属氧化物中图分类号：X523 文献标志码：A文章编号：1005-7854(2021)03-0090-07Application and progress of rare earth elements in fluorideremoval from waterSHI Bing-ding 1,2 MA Bao-zhong 1,2 WANG Cheng-yan 1,2 CHEN Yong-qiang 1,2 ZHANG Yang 1,2(1. School of Metallurgical and Ecological Engineering , University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China ；2・ Beijing Key Laboratory of Green Recycling and Extraction of Metals , Beijing 100083, China)Abstract : Fluorine pollution in water environment has been considered to be one of the main problemsthreatening human health worldwide. Adsorption method is considered to be the most promising technologyfor water fluoride removal. Scholars around the world are developing new adsorbents with strongadsorption and environmental friendliness. The application of rare earth compounds and adsorbents loadedwith rare earth elements in fluoride removal are summarized. It is found that the rare earth compounds have a strong ability to adsorb fluorine, and the new adsorbents prepared by modified rare earth elements suchas multi-metal oxides, biological materials 9 metal organic frameworks and silicon-based adsorbents show agood ability in fluoride removal. The synergistic effect of different materials and functional groups cane 任ectively improve the fluoride removal ability of the adsorbent. On the basis of summarizing the existingfluoride removal agents, the research and development of new adsorbents are prospected.Key words ： fluoride removal ； adsorption ； rare earth adsorbent ； multi-metal oxide氟元素是地壳中含量十分丰富的元素，常以氟化物的形式存在于萤石、冰晶石、氟磷灰石等多种收稿日期：2021-03-31基金项目：国家重点研发计划项目(2018YFC1900304)；国家自然科学基金资助项目(52034002, U1802253)；中央高校基本科研业务费资助项目(FRF-MP-20-04)第一作者:史丙丁，硕士研究生，研究方向为有色金属冶金。
稀土新材料及其在高科技领域的应用和稀土元素的用途
稀土永磁材料因其合金成份不同，目前可分为三类〔1〕:(1)稀土-钴永磁材料：SmCo5、Sm2Co17;(2)稀土-铁永磁材料：Nd2Fe14B;(3)稀土铁氮(RE-Fe-N系)或稀土铁碳(RE-Fe-C系)永磁材料。
按开发应用的时间顺序可分为第一代(1∶5型SmCo5)、第二代(2∶7型Sm2Co17)、第三代(NdFeB)，目前正在积极开发寻找第四代稀土永磁体。Sm2Co17具有较高的磁性能和稳定性，得到了广泛的应用。80年代Nd2Fe14B型稀土永磁体问世，因其优异的性能和较低的价格很快在许多领域取代了Sm2Co17型稀土永磁体，并很快实现了工业化生产。日本已开发出了磁能积为55.8MGOe的Nd2Fe14B型稀土永磁体。NdFeB永磁体已广泛地用于能源、交通、机械、医疗、计算机、家电等领域。中国NdFeB产量1998年占世界总产量的38%，总量为3850吨。但中国NdFeB产业仍未形成规模化经营，产品多为中低档产品，磁能积一般小于45MGOe，多为40MGOe以下产品，因而多用于音响器材、磁化器、磁选机等中低档领域；而日本NdFeB生产只集中于几个大厂，其产品多为40MGOe以上产品，多用于计算机VCM、新型电机、MRI等高技术领域。中国NdFeB产业只有实现规模化、产业集团化、产品质量高性能化，才能在国际竞争中立于不败之地，并带动稀土产业的发展。
稀土磁光存储材料是稀土与过渡金属的非晶态薄膜RE-TM(RE=Gd,Dy,TM=Fe,Co)。这种材料被用作磁光盘MO，可随机读写信息，容量极大(可达2.6GB)，读写速度快。磁光存储材料在信息时代发挥着重要作用。
巨磁阻材料的研究近几年来引起了人们极大的兴趣。磁阻即对某种材料施加磁场后其电阻率发生改变。巨磁阻材料与传统磁阻材料相比，其电阻率的改变要大于10%。
自主创新 致力冶金科学技术发展——专访著名冶金专家、北京科技大学傅杰教授
著 平淡无波 ． 风格迥异 ． 自精彩 书 各
写了 中国蚯一 个世纪的科学精 神 他们
最作 用 但 在这 一 时期 由于 长期 封 建 制 度的 鼍响 帝 国主 ＿ ｊ 置 的 嘻和 时吐 舍 官撩 扁 砬 ， 我 国 在冶 金 学和 钢 技工 业 的 直 展方 面相 时于 西 方 工业 直达 回车 落舌 了 本世 纪上 半 叶 来 ． 要 是 由 于 卟国 冶 垒学 者 的砰 宅，使 冶 金 学遵 步 完善 琦一 门 主 主鲁 以热 力学 为理 论 基础 的 、 挂立 的 专 业学 斟 ：
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作为这些人 中的一个
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傅 杰 教 授 于 １３ 年 出 生 在 湖 南 省 湘 ７ ９ 潭 市 的 一个 普 通 工 人 家 庭 。
大学本科 学 习期 间 ，他是 一名三好 的奠基 人梅 多瓦 尔院 士成 了忘年 交 。年
电渣冶金 文集》 ．由 一次物理 口试 ， 著名物理学 家赵 轻 的傅杰还 编译 了 《 时值抗 战初期 ， 战火纷飞 ， 亲被 日 父 优等生 。 没等他答 完 （ 只 中 国工 业 出版 社 出版 ．这本 书成 为 了我 本 宪 兵 队 当 成 游 击 队 员 被 吊 ，打 ．灌 盐 松鹤教授给他 三道试题 ， 国第一批电渣冶金工作者 的重要参考书 。 ５ 。 水， 几乎丧命 。一次母亲 、姐姐 、弟弟在 答 了两道 ）就 给了他一个 “ 分” 在学 习期 间 ，傅 杰的工作 获得 了两 １５ ８年 ，在 支援 大 炼 钢 铁 期 间 ，他 ９ 乡下被 日本 侵略军逼 到一个 水塘里 ，日 项 国家发 明奖 ， 一项是 ” 电渣重熔合金钢 本兵朝 水里 开枪 ，两岁 的弟弟在 岸边 被 应用铁碳相 图知识 ， 了一篇 ” 写 炒钢过程 ，另一项是 ” 单相双极 串联有衬 电 吓得哭 喊的情景在 傅杰 的心 灵 中打 下深 的物理化 学” 加 深了对我国古代炼 钢技 工艺 ” ， 渣 炉 ” 。 深 的 烙 印 ，使 他 从 小 就 懂 得 一 个 国 家 不 术 的 理 解 。 １６ ０年初 ，傅 杰参 加 了以朱觉教授 ９ 强 大就 会 受 人 欺 凌 。 １ ６ ，傅杰到 大连钢厂进行毕 业 ０年 ９ 为首 的北京钢 铁学 院电渣小 组 ，负责我 中学时他就读于 有着 １ ０多年 历史 ０ 实习， 独立 完成 了 ” 金结构钢 中白点的 合 国第一台工业性 电渣重熔炉 的工艺研究 ， 的省重点 中学湘潭 市一 中 ，是一个 品学 研究 ” 提 出控制 出钢 时钢液氢含量 不大 ， 研究 电渣重熔 过程 中氧 化物 夹杂变化规 兼优的学生 ， 担任学生 团委 副书记。 作为 于 ４ ／ ｇ ｍｌ１Ｏ ，对 大锻面合金结构钢进 行 Ｏ 律 ，指 出 自耗 电极 中原始氧化 物夹杂可 家 中第一个 高 中生 ，他带 着极大 的热情 红装退火 ， 解决 了钢材 的白点缺 陷问题 ， 因渣洗 或溶解 基本去 除 ，重熔 钢 中的氧 投入到学 习中．专注 而忘 我。对他而言 ． 研究结 果发表在 １６ ０年第 １ 期 《 院 学 化物夹 杂主要 是在金 属熔池凝 固冷却过 ９ ０ 钢 即 使 受 到 再 多 的 委 屈 与 挫 折 ．也 不 能 熄 报》上 ． 这个工 作对他 以后从 事冶 金、材 程 中新 生 成 的 ．这 一 观 点 与 梅 多 瓦 尔 院 灭他心 中对真理 的渴 求之火。
北京科技大学招收工程硕士专业学位研究生工程领域简介--06冶金工程领域
北京科技大学招收工程硕士专业学位研究生工程领域简介--06冶金工程领域发布者: 系统管理员发布时间: 2005-5-6 10:45:13 点击数: 596北京科技大学冶金工程学科渊源于1895年伊始的北洋大学矿冶学科。
1952年全国高校院系调整时，将北洋大学、唐山交通大学、西北工学院等五所高校的矿冶学科组建成当时的北京钢铁学院(87年改名为北京科技大学)，并设立冶金系。
它是北京科技大学的优势特色专业学科，其下设的冶金物理化学和钢铁冶金两个二级学科为国家级重点学科。
本学科点具有学士、硕士和博士全部学位的授予权，是国家首批博士后流动站和一级学科博士点，并是国家“211工程”建设的重点学科。
该学科点所在的冶金与生态工程学院的相关系所有：理化系、钢铁冶金系、有色金属冶金系以及冶金研究中心。
学院具有高水平的师资，其中有中国科学院院士2人、国务院学位委员会委员1人、博士生导师24人，中青年教师中大多数具有博士学位和出国留学、进修经历。
冶金与生态工程学院承担着大量的重要科研任务，包括国家自然科学基金重点研究、国家重大基础研究、高技术研究、国家科技攻关研究和国内外企业合作等课题。
学院曾两次得到过世界银行贷款资助，是“211工程”建设单位，具有良好的教学、实验条件，如多媒体教室、计算机中心、激光测速、红外成像、数字显微图象、超高温差热分析、高温X射线衍射分析、高效燃烧、多功能真空熔炼等先进实验室。
本学科点还是中国金属学会冶金物理化学、炼铁及炼钢3个二级专业学会的挂靠单位，与国外十几所大学如德国亚琛工业大学、日本东北大学、韩国浦项工业大学等的相关学科保持着长期或经常性的学术交流及合作关系，在国际冶金界已有较高的知名度。
本学科点涵盖3个二级学科：冶金物理化学、钢铁冶金、有色金属冶金以及工业生态，每年招收工程硕士生100名，工学硕士生130名，博士生80名，一定数量的博士后。
研究方向钢铁冶金1.冶金过程热力学、动力学及冶金熔体物性研究2.钢铁冶炼技术矿物加工、造块、高炉煤氧强化冶炼、非高炉炼铁、炉外处理、氧气转炉、电弧炉炼钢、特种熔炼等。
北科大考研冶金复试资料整理
08北科钢冶复试资料1.铁水预处理:铁水预处理是指铁水兑入炼钢炉之前进展的各种处理。
有脱硫预处理和三脱〔脱硅、磷、硫〕预处理。
分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理两大类。
普通铁水预处理包括：铁水脱硫、铁水脱硅和铁水脱P。
特殊铁水预处理一般是针对铁水中含有的特殊元素进展提纯精炼或资源综合利用，如铁水提钒、提铌、脱铬等预处理工艺。
铁水预处理容器的选择：根据铁水预处理容器的选择，脱硫工艺可分为：混铁车喷吹法、铁水罐法、铁水包法。
开展趋势：采用铁水包作为铁水脱硫预处理的容器。
铁水预处理(脱硫)的优越性：(1)满足用户对超低硫、磷钢的需求，开展高附加值钢种(2) 减轻高炉脱硫负担，放宽对硫的限制，提高产量，降低焦比；(3)炼钢采用低硫铁水冶炼，可获得巨大的经济效益。
铁水脱硫工艺方法：投掷法，将脱硫剂投入铁水中脱硫；喷吹法，将脱硫剂喷入铁水中脱硫；搅拌法〔KR法〕，通过中空机械搅拌器向铁水内参加脱硫剂，搅拌脱硫。
铁水预处理(脱硫)是提高钢材质量的最经济手段2.RH精炼法：也称钢液循环脱气法，将钢液提升到一容器内处理。
主要冶炼高质量产品，如轴承钢、LF钢、硅钢、不锈钢、齿轮钢等。
国内RH 设备主要依靠进口。
RH工艺特点：①反响速度快、处理周期短，生产效率高，常与转炉配套使用。
②反响效率高，钢水直接在真空室内进展反响。
③可进展吹氧脱碳和二次燃烧进展热补偿，减少处理温降；④可进展喷粉脱硫，生产超低硫钢。
3.LF精炼法〔Ladle Furnace〕：钢包炉精炼法是最常用的精炼方法；取代电炉复原期；解决了转炉冶炼优钢问题；具有加热及搅拌功能；脱氧、脱硫、合金化。
工艺优点：①精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢②具备电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高③具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性④采用渣钢精炼工艺，精炼本钱较低；⑤设备简单，投资较少LF炉精炼非常适合于低硫、超低硫钢生产：高碱度复原渣，渣量可达25Kg/t；电弧加热，炉渣温度高；可以较强烈搅拌钢水；过程稳定，易于控制。
稀土在冶金行业中的应用
稀土在冶金行业中的应用您好欢迎来到阿里巴巴稀土在冶金行业中的应用2011/08/1011:371.1稀土在冶金工业中的应用稀土在冶金领域应用已有30多年的历史目前已形成了较为成熟的技术与工艺稀土在钢铁、有色金属中的应用是一个量大面广的领域有广阔的前景对国民经济建设具有重要意义。
一、稀土在钢中的应用稀土在钢中的应用有近30年的历史经过对稀土金属在钢中作用规律和机理的研究搞清楚了稀土在钢中的作用通过添加工艺方法的实验研究掌握了稀土加入的工艺条件、添加稀土金属的品种和加入量。
至八十年代末期稀土在钢中的应用已没有技术方面的障碍。
我国稀土钢产量从1985年的11万吨增长到1997年的近60万吨品种80多个。
仅武钢一家quot八五quot期间就生产了160万吨稀土钢创造经济效益3.2亿元会效益18.3亿元节约外汇5000万美元。
稀土加入钢中可起到脱氧、脱硫、改变夹杂物形态等净化和变质作用在某些钢中还能有微合金化的作用稀土能够提高钢的抗氧化能力高强度和塑性、疲劳寿命、耐腐蚀性及抗裂性等。
1.稀土加入钢中的主要作用净化作用:钢中加入稀土可以置换钢中可能生成的硫化锰、氧化铝和硅铝酸盐夹杂物中的氧与硫形成稀土化合物。
这些化合物中有部分从钢液中上浮进入渣中从而使钢液中的夹杂物减少钢液得到净化这就是稀土对钢的净化作用。
细化组织:由于稀土在钢中同夹杂物反应生成的稀土化合物熔点较高在钢液凝固前析出这些细小的质点可作为非均质形核中心降低结晶过程的过冷度因此不但可以减少偏析还可细化钢的凝固组织。
对夹杂物的形态控制:钢中加入稀土后硫化锰将被在高塑性变形能力较小的稀土氧化物或硫化物取代这些化合物在轧制过程中不随钢一起变形仍保持为球状它们对钢的机械性能影响较小所以钢中加入稀土可以提高钢的韧性改善钢的抗疲劳性能。
在耐大气腐蚀钢中加入稀土使钢的内锈层致密而且与基体的结合力变强不易脱离可以阻止大气中O2和H2O的扩散从而降低了腐蚀速度加稀土的钢的耐腐蚀性比不加稀土的钢提高0.32.4倍。
稀土火法冶金
(1)电解质组成的影响 电解质是由稀土氯化物与氯化钾组成。当稀土氯化物浓度过低时，将会使 电位较负的 K 十、NaI、Ca2 十等共同析出；当稀土氯化物浓度过高时，由于稀土金属在自身熔盐中的 溶解度较大，
①水和水不溶物的影响 原料中的水分与稀土氯化物和金属作用产生 REOCl 和 RE2O3，它们以泥渣形式分散在电解质中 或覆盖在金属表面上，使金属不易凝聚。
②电解槽材料的影响 稀土金属可以与电解槽反应 ③非金属杂质的影响 随着电解质中 SO42-,PO43-和 C 的含量增加，电流效率明显下降 ④金属杂质的影响。为了获得较高的电流放率，要求原料中较稀土金属析出电年更正的金属杂 质愈少愈好。 ⑤稀土元素衫、钕的影响 电解质中衫的含量越高电流效率越低 工业生产中要求原料中控制 衫含量愈少愈好。 Nd 在氯化放中的溶解度较高，熔盐中又有多种价态，因此，在钕的熔点以上电 解时，电流效率很低。 ⑥槽型的影响 如前所述，生产混合稀土金属，在 800----1000A 石墨槽的电流效率较高，但也存 在不少缺点；万安规模陶瓷槽产量大、电压低，但电流效率又太低。
3.4 稀土氧化物熔盐电解操作工艺
稀土氧化物熔盐电解生产工艺步骤 (1) 电解槽砌筑 ① 在钢槽底部铺设一定厚度的保温材料； ② 将石墨槽放人钢槽，将周围空隙用石墨粉填实； ③ 将钨柑祸放人石墨槽内，用稀土氧化物或炉底料将缝隙填充； ④安置好顶部绝缘板及阳极导电板 (2) 烘炉 ① 将电解槽内清理干净；
2.5 稀土氯化物熔盐电解操作设备
稀土氯化物熔盐电解制取稀土金属的设备包括三部分，即供电系统、电解槽、电解尾气净化 处理系统。
800A 石墨电解槽和 10000A 陶瓷电解槽的结构示意图分别如图 7—1 和图 7—2 所示。 10000A 电解槽的供电系统是由两套 6000A 硅整流器并联组成，其中包括辅助电源、辅助电源 启动器、高压开关柜、感应调压器、整流变压器和万能空气断路器等。
稀土金属及其合金的制取
电解过程中的总反应式可以表示如下：
RE Cl3 = RE +3/2Cl2
（7-6）
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在稀土氯化物和碱金属氯化物混合熔体电解中，研究钼 阴极电流密度和电位（相对于氯参比电极）关系的极化曲 线时，可以看出整个阴极过程要比上述情况复杂得多，大 致可以分成如下三个阶段：
（1）较稀土金属平衡电位更正的区间，即阴极电位是在1.0到-2.6伏，阴极电流密度为10-4～10-2A/cm2（通常叫做 残余电流）范围内，电位较正的那些阳离子会在阴极上析 出，例如：
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二、稀土氯化物熔盐电解的电极过程
根据电解质能够发生电离的原理，由RECl3—KCl组成的电
解质，在熔融状态下也会发生电离作用，化合物离解为能 自由运动的阳离子和阴离子。
氯化稀土将按如下方式离解：
RECl3 = RE+3+3Cl-
氯化钾将按如下方式离解：
（7-1）
KCl = K++ Cl-
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3、电解质粘度 电解质粘度对稀土电解工艺技术有着不可忽视的影
响。粘度大，金属液滴同电解质难分离，阳极气体逸 出受到的阻力大，难排出。也不利于电解渣泥的沉降， 还会阻碍电解质的循环和离子扩散，因而影响电解的 传热、传质过程。在900℃时，PrCl3和NdCl3的粘度分 别为11.90厘泊和40.80厘泊。而CaCl2和KCl在800℃分 别为4.49和1.08厘泊，NaCl在816℃为11.49厘泊。可见 稀土氯化物比碱金属和碱土金属氯化物的粘度要大得 多。在讨论稀土熔盐电解时，常提到电解质粘度变化 的问题，可惜较少见到有关稀土电解质粘度及其对电 解影响的资料。某些熔融氯化物的粘度见表7-2。它们 显然比常见碱金属和碱土金属氯化物的粘度大。工业 生产混合稀土金属的RECl3-KCl-CaCl2体系比RECl3-KCl体 系的粘度更大一些。
稀土材料在冶金行业中的应用与前景展望
稀土材料在冶金行业中的应用与前景展望引言稀土材料是指由稀土元素组成的材料，具有特殊的化学和物理性质，广泛应用于各个领域。
在冶金行业中，稀土材料也发挥着重要作用。
本文将介绍稀土材料在冶金行业中的应用，并展望其未来的发展前景。
稀土材料在冶金行业中的应用1.添加剂稀土材料在冶金行业中被广泛用作添加剂，可以改善金属和合金的性能。
例如，添加稀土元素可以提高铝合金的强度和耐腐蚀性，同时降低其密度。
稀土材料还可以用于改善钢材的切削性能，提高硬度和耐磨性。
2.催化剂稀土材料作为催化剂在冶金行业中应用广泛。
通过调整稀土催化剂的配比和结构，可以改善金属和合金的催化性能。
稀土催化剂可以提高金属的反应活性和选择性，并减少催化剂的用量，降低生产成本。
3.熔剂稀土材料在冶金行业中还被用作熔剂，用于提高金属的熔化温度和粘度。
稀土熔剂可以改善金属的流动性，提高熔炼效率。
此外，稀土熔剂还可以减少金属的氧化，防止杂质的形成。
4.电子材料稀土材料在冶金行业中的另一个重要应用是作为电子材料。
稀土元素具有特殊的磁性和光学性质，使其成为制造磁性材料和光电器件的理想选择。
稀土材料可以用于制造电视和显示屏等电子产品，提供出色的图像质量和性能。
稀土材料在冶金行业中的前景展望稀土材料在冶金行业中的应用前景广阔。
随着科技的发展和需求的增加，稀土材料的需求量将继续增加。
1.新材料的开发随着冶金行业对材料性能要求的不断提高，稀土材料在开发新材料方面将发挥重要作用。
通过研究和改进稀土材料的组成和结构，可以开发出更具优良性能的材料，满足不同冶金工艺的需求。
2.环境保护稀土材料在冶金行业中的应用还可以有助于提高环境保护水平。
例如，稀土催化剂可以降低冶金过程中的有害气体排放量，减少对环境的污染。
另外，稀土材料的再生和循环利用也可以降低资源消耗和废弃物的产生。
3.产业升级稀土材料的应用和发展将推动冶金行业的产业升级。
通过引进和推广稀土材料的应用，可以改进传统冶金工艺，提高产品质量和产能。
艰辛探索稀土新材料与新技术_李碚教授的稀土人生
㊀㊀‘科学文化评论“第21卷第1期(2024):64-77人物·访谈艰辛探索稀土新材料与新技术李碚教授的稀土人生霍知节㊀访问整理访谈整理者按㊀稀土是宝贵的战略资源,是高新技术产业不可缺少的原材料,广泛应用于电子㊁石油化工㊁新能源㊁环保诸多领域㊂稀土科技是国之重器,包头稀土研究院是我国乃至全球最大的稀土科研机构,建院60年为国家培养了大批精英人才,在稀土领域做出了巨大贡献㊂本文依据该院国务院政府津贴获得者㊁教授级高级工程师李碚的口述资料,回顾他的稀土人生,通过他在电热合金㊁磁致伸缩材料㊁磁悬浮熔炼技术领域的工作,阐释 中国稀土科技 的成就与贡献,揭示第一代 稀土人 的艰辛奋斗历程,他们对我国稀土事业的影响,并展望稀土行业未来的发展前景㊂收稿日期:2023-11-08作者简介:霍知节,内蒙古呼和浩特人,理学博士,海南师范大学马克思主义学院,研究方向为技术史㊂Email:2236695186@qq.com㊂㊀图1.李碚近照2023年8月15日,包钢集团首届白云讲堂暨稀土研究院建院60周年庆祝大会在香格里拉大酒店举行,会议回顾建院60年来稀土研究院助推我国稀土产业发展壮大的拼搏历程,展望了我国稀土事业科学发展的广阔前景㊂会议间隙,笔者访谈了李碚,回顾了他的成长经历和稀土人生㊂他是我国第一代稀土人中的代表人物,他的奋斗经历较好体现了包头稀土研究院培养稀土精英人才和发展稀土高科技的情况㊂46李碚(图1)1941年6月生于四川省北碚县㊂在父亲李乃暨言传身教的影响下,刻苦读书,立志以高精尖科技报效祖国,1965年2月毕业于北京钢铁学院金属物理专业㊂李碚大学毕业后只身来到偏远落后的包头,1965年4月至2021年6月,在包头稀土研究院从事科研工作,曾担任包头稀土研究院物理室主任㊁副总工程师,1993 2023年当选为包头市第十届,第十一届人大代表㊂李碚开展了18项国家级和省部级的科研课题研究,多项成果获得自治区㊁冶金部的科技进步奖㊂发表学术论文50多篇㊂获得授权的专利包括发明专利12项,实用新型专利24项,多次获自治区㊁冶金部的科技成果奖和技术进步奖㊂在包头稀土研究院工作期间,参加和组织开展了高纯稀土金属研制㊁含稀土电热合金的相关研究㊁稀土及其他功能材料研究,退休后持续开展磁悬浮熔炼设备的研发,推动了国内磁悬浮熔炼事业的开发和应用㊂2023年6月,习近平总书记视察内蒙古时强调: 要发挥好战略资源优势,加强战略资源的保护性开发㊁高质化利用㊁规范化管理,加强能源资源的就地深加工,把战略资源产业发展好㊂ ①10月,国务院又重磅发布了‘国务院关于推动内蒙古高质量发展奋力书写中国式现代化新篇章的意见“,提出要 加强稀土等战略资源开发利用 ,重中之重是要 将包头建设成为全国最大的稀土新材料基地和全球领先的稀土应用基地㊂ ②包头稀土研究院积极响应和深入贯彻落实党中央的指示精神,加快 两个稀土基地 建设和发展,打造世界稀土之都,推进科技和体制㊁机制创新,尤其要加快稀土产业的自主创新体系发展㊂在党中央的高度重视和战略引领下,包头稀土研究院建成了全球最大的稀土科研机构,并被誉为稀土界的黄埔军校㊂以李碚为代表的第一代稀土人用血汗和聪明才智使中国的稀土工业从无到有,在他们的努力下,我国作为稀土大国在崛起,并逐步走向强大㊂第一代稀土人,用自己的 稀土人生 诠释了独立自主㊁不畏艰险㊁勇于创新㊁科技报国的 稀土精神 ㊂受访人:李碚访谈人㊁整理人:霍知节访谈时间:2023年8月17日56霍知节㊀艰辛探索稀土新材料与新技术㊀①②习近平在内蒙古考察时强调把握战略定位坚持绿色发展奋力书写中国式现代化内蒙古新篇章(2023-06-08).https:// /2023-06/08/content_36618937.htm.国务院关于推动内蒙古高质量发展奋力书写中国式现代化新篇章的意见-中新网(2023-10-16).ht-tps:// /gn /2023/10-16/10094868.shtml.访谈地点:包头市香格里拉大酒店会议厅中图分类号㊀N092文献标识码㊀A一 成长与求学路霍(以下简称 霍 ):您是什么时间离开稀土研究院正式退休的?李(以下简称 李 ):我是在2001年6月正式退出工作的㊂霍:您父亲李乃暨①先生是我国著名火药与固体推进剂技术专家,为国家做出了重大贡献㊂您能介绍一下吗?李:我父亲李乃暨1915年8月9日出生于浙江省嘉善县,我的祖父李衡夫是清末秀才,自己曾经创办过私塾,后任典当行业的经理,当时家里生活艰难㊂我祖父很有远见,节衣缩食培养儿子读书成才㊂我父亲在老家读完小学和初中, 1930年考入杭州市省立高中,毕业后考入南京中央大学化工系,后又考入南京兵工专门学校②应用化学科,1938年夏天大学毕业㊂他先后在长沙兵工署技术司㊁万县兵工署航空兵器技术研究处㊁重庆兵工署技术司工作,从事弹药专业的相关研究㊂我是浙江人,1941年出生在四川北碚,这就是我为什么叫李碚㊂我4岁时全家迁往南京,我父亲在南京兵工署研究发展司工作㊂一开始没有交通工具,我们几个小孩被挑夫带过三峡,然后登上国民党的军舰到了南京㊂我父亲从事弹药的相关研究,参与了火药厂㊁氯酸钾厂的创建,我也在这里开始读小学㊂撤退后父亲单位迁至重庆,后来又搬到了唐家沱㊂1945年抗日战争胜利,我在重庆,日本人被打跑了,我们非常高兴,我和我弟弟举着旗子,就在嘉陵江边上跑着笑着庆祝㊂后来我父亲只身去了台湾㊂我们没有跟他走,因为他还想回来,1948年我们就回到了浙江老家㊂1949年期间,父亲在 台北兵工署台湾办公处 做技术工66㊀‘科学文化评论“第21卷第1期(2024)①②李乃暨(1915 2005),中国导弹与航天技术的开拓者之一,著名火药与固体推进剂技术专家,第七机械工业部第四研究院副总工程师,第六届㊁第七届全国政协委员㊂该校在1937年7月7日 芦沟桥事变 后迁往重庆,改为重庆兵工学校,设专科部和大学部㊂作㊂新中国成立后,他在中共地下党员的帮助下回到祖国大陆㊂回来后被调到沈阳的一个兵工厂,一直被重用,担任技术科的科长㊂霍:我查阅资料了解到,1950年初,您父亲在北京中央技术管理局工作,后到沈阳52厂①任工程师,继续从事弹药技术研究工作㊂抗美援朝时期,您父亲应作战之急需,成功地用国内首创的无溶剂法安全地制备了双基药,广泛应用于各种炮弹和火箭弹,为抗美援朝做出了重大贡献,还为固体发动机用的双基药的研制奠定了技术基础㊂您父亲还参与研制90反坦克火箭弹,因业绩突出东北军工局授予了特等奖㊂李:应该是,1957年他调到了北京国防部第五研究院,也就是后来的第七机械工业部,开始从事导弹与航天技术研究,先后担任推进剂研究室主任㊁一分院推进剂研究室主任㊁试验站副站长㊁固体发动机研究所副所长㊁四分院科学技术委员会副主任㊁院科学技术委员会委员等重要职务㊂霍:您父亲曾带领19名新毕业的大学生②白手起家,在偏僻的 东山沟 建成了实验室,为我国固体㊁液体推进剂技术的发展奠定了初步基础㊂还与第二机械工业部二局第三研究所建立了协作关系,进一步推动固体推进剂技术的发展㊂那您父亲与家人一定是聚少离多了?李:是这样,那时候我正在辽宁实验中学读高中,是当地最好的中学之一㊂我见到他的时候很少,1965年后他在第七机械工业部时期,以及1982 1993年在航天工业部㊁航空航天工业部㊁中国航天工业总公司③期间,我父亲历任四院副总工程师兼研究所所长㊁院科技委副主任㊁第四研究院科学技术委员会副主任㊁部科学技术委员会委员等职务,直到1993年他退休㊂霍:您父亲40多年一直从事危险性极高的专业技术研究工作,为我国导弹与航天事业的发展,以及固体推进剂与固体发动机的研制和试验做出了重大贡献,他对您有什么影响?李:父亲的言传身教对我们的影响深远,尤其是对我的求学和科研的影响更大,老实踏实做人,勤劳本分做事㊂我从小喜欢学习,这是一直的追求㊂高中时候我在班级排名第一,成绩全校第一,在沈阳上学表现很出色的㊂霍:您当时是如何选择大学和所学专业的?76霍知节㊀艰辛探索稀土新材料与新技术㊀①②③即现兵器总公司沈阳724厂㊂1956年毕业的一批大学生㊂第七机械工业部于1982年改为航天工业部,1988年改为航空航天工业部,1993年改为中国航天工业总公司㊂86㊀‘科学文化评论“第21卷第1期(2024)李:我选择了北京钢铁学院,进入了金属物理专业,专业听起来有点像研究生性质,学制是6年或者5年半㊂当时我们填写的志愿是服从国家分配,我们希望能够为国家做更多的高精尖工作,并没有过多考虑个人意愿㊂这所学院对家庭背景没有那么严格的要求,而且在钢铁行业闻名,我们所学是理论性质的知识,主要是学习金属物理学㊂当时学校非常重视这个领域,有四位从美国回来的专家,这些专家都在金属物理领域取得了很高的成就㊂上学的时候,我就总想着要解决下一个问题,总有一种探索的欲望,想通过学习和实践来解决下一步的问题,想要探求更多的知识㊂我是1965年2月毕业的㊂二 建设稀土研究院霍:您毕业后就来到了包头稀土研究院,开始稀土科研工作了?李:1965年4月,我被分配到包头冶金研究所①(以下简称 包冶所 )搞稀土,我们还在学校读书的时候,老师们就给我们讲过,中国的稀土非常重要,让我们深入地了解一下㊂霍:您介绍一下当时包冶所的发展情况?李:1960年10月,聂荣臻副总理视察包头时提出: 要集中力量在包头搞个稀土㊁稀有金属研究中心,将研究试验㊁生产试制㊁使用结合起来,搞综合利用㊂ ([1],页20)在他的主持和推动下开始筹建包冶所,冶金部从北京地区的科研院所抽调了319名科技人员,作为骨干力量支持白云鄂博资源综合利用研究㊂这些科研院所主要有钢铁研究院㊁有色金属研究院㊁黑色冶金设计院㊁矿山研究院等单位,于是第二年年底包钢冶金研究所就成立了㊂1962年6月聂副总理指示,要集中全国力量把包冶所配置成国家级的研究所或研究院,而且要几代稀土人研究下去,上升到了国家战略层面㊂1963年4月包冶所正式成立,李光先生担任所长㊂国家科委㊁冶金部㊁中国科学院马上联合召开了第一次 4㊃15会议 ,进一步推进包冶所的建设发展,不到半年所里的职工就有1200多人,设有七个专业研究室,包括选矿㊁稀土和稀有金属㊁稀土钢㊁金属物理㊁化学分析㊁情报等,还有两个稀土试验厂和一个机修厂㊂霍:包冶所建设和发展的速度真快啊!后续情况怎样?①包头稀土研究院前身,于1960年按照聂荣臻(时任国务院副总理)指示筹建,1963年经国务院批准挂牌成立,直属原冶金工业部㊂李:1964年4月,邓小平视察了白云鄂博矿强调, 白云鄂博是座宝山,我们要很好地开发利用,我们要搞钢铁,也要搞稀土 ([2],页483)㊂紧接着第二年召开了第二次 4㊃15会议 ,进一步明确了包冶所作为我国稀土科研机构的重要性,也为其创造了更好的发展条件㊂包冶所仅用了三年时间,6万多平的基础建设基本完成㊂1965年底试验楼完工,试验设备及相关仪器安装完毕,并陆续投入使用㊂霍:那您来包冶所后具体做什么科研工作?李:我到了包冶所后,开始在工厂里做最艰苦的工作㊂我去的是包钢稀土一厂,冶炼稀土合金的电炉温度高达2000多度,正值夏天,我们一群学生在电炉前加料㊁搅拌干活儿㊂刚上工第一天,我们就开始在劳动布工作服上 画地图 了,汗出了一圈又一圈,也都咬着牙过来了㊂半年后,1965年冬,所有大学生都下乡,我们到农村与老百姓同吃同住同劳动,在农村呆了一年半㊂1967年春天我回到包冶所,分配到了火法冶金室做技术员㊂我想进行稀土研究,刚开始没有具体的科研项目,在火法实验室的金属组只是团队的助手,主要学习了稀土的特性和熔炼技术㊂基本上没有什么研究工作,没有学到太多东西,但是这并不代表包冶所没有科研成果㊂1966 1970年,所里完成了稀土湿法提取用于生产的第一个流程,实现了从稀土精矿中制得17种稀土产品,还成功研制出了稀土钢(10MnNbRE)㊂霍:那您的稀土科研是什么时候真正开启的?李:进入20世纪70年代后,包冶所稀土科研逐步趋于正常且发展加快,尤其是8㊃25会议重申了白云鄂博资源 以铁为主,综合利用 的开发方针,同时进行了大范围的稀土应用巡展以扩大影响㊂此外,包冶所完成了第一代碱法工艺技术,用于分解包头稀土精矿㊂这时候,我个人的稀土科研也开始起步了㊂霍:随着您个人科研的起步,包冶所的发展情况如何?李:改革开放后,包头稀土产业飞速发展,基于白云鄂博资源综合利用的稀土科研也取得重大突破,逐步建成了国内最大的集稀土生产㊁科研㊁贸易为一体的完整产业体系㊂我们所里的科技成果日趋丰硕,如湿法萃取㊁火法冶金㊁稀土永磁等生产线建立,打开了稀土技术市场,走上科研服务产业化的新道路㊂1978年全国科技大会上我们有12个项目获得荣誉,尤其是到1986年的八年间,方毅副总理 七下包头 抓稀土,我们所的科研人员为主力成功拿下了稀土选矿和冶炼分离等技术难题,直接推动了我国稀土工业的发展,稀土大国崛起㊂96霍知节㊀艰辛探索稀土新材料与新技术㊀07㊀‘科学文化评论“第21卷第1期(2024)霍:就是在这期间包冶所改名为 包头稀土研究院 的?李:1985年改名为 冶金部包头稀土研究院 ,隶属冶金部为主与内蒙古双重领导㊂1992年6月经冶金部和内蒙古自治区政府批准研究院进入包钢,作为其研开发机构承担着国家和冶金部重点科研课题和行业技术管理任务,继续服务于全国稀土行业㊂1999年4月正式更名为 包头稀土研究院 ,依托研究院成立了北方稀土行业生产力促进中心㊁建设了稀土冶金及功能材料国家工程研究中心㊂进入新世纪后,研究院不断深化科技体制机制改革,加大研发投入力度,在稀土精矿连续分离绿色生产工艺㊁稀土镁合金㊁高能效钢铁新材料㊁抛光材料㊁高性能稀土永磁材料㊁新能源储氢材料㊁发光材料等领域科研成果丰硕㊂研究院服务于国家战略和企业 卡脖子 技术,如为航空航天领域多项国家重点工程研制了关键材料和器件,用于 神舟系列飞船 中国探月工程 载人航天 ㊂2005年9月研究院整体搬迁至包头稀土高新区,2007年10月全资进入包钢稀土(现为北方稀土)加快产业整合重组㊂特别是新时代以来,依托研究院建立了一系列科研学术平台,2015年9月建立的国家级 白云鄂博稀土资源研究与综合利用全国重点实验室 ,2018年1月成立的 国家新材料测试评价平台 稀土行业中心 等,建有国家稀土产品质量监督检验中心,形成了完备的稀土科技创新体系,积极开展前瞻性和战略性研究,为稀土行业转型升级和高质量发展提供强劲技术支撑,不断研发国际领先的稀土产品和稀土新材料,实现产业化㊁绿色化㊁智能化,助推中国稀土科技高质量发展㊂三 稀土科研和成就霍:请您讲讲您的稀土科研和成果㊂李:我很乐意介绍稀土技术工作和取得的主要成果,将研究结果交待给后人,期待得到继续发展,解决遗留问题㊂我单纯的想在事业上取得成功,实现自己的梦想,希望能在稀土科研事业上留下一些痕迹㊂1973年1月,我调到了钢种室,研究稀土钢材㊂我比较喜欢,每天都专注于自己的课题研究,努力弄清楚它所有的细节㊂我的第一个课题是关于电热合金的研究,用在电炉丝上的那种金属,如果使用普通的铁丝马上就会烧断,但是这种材料在高温下可持续使用㊂我开始时跟随李培良师傅学习,他对我影响很大,他工作方面有两大特点:一是非常努力地工作,无论做什么事情都很认真;二是亲自进行所有的实验,掌握第一手资料,我从他身上学到了这两个重要经验㊂当时我们与陕西钢铁研究所合作进行科研,他们生产电热合金㊂跟着李师傅我真正了解了电热合金的生产技术流程㊂我们主要研究了三种电热合金,完成了申报的项目,也因此获得了不同级别的奖励㊂但这并不是我的独立成果,只是跟着学习和掌握了一些基础知识,做了一些实践工作㊂20世纪70年代是我开始学习的阶段,真正在科研上转为主动是在20世纪80年代后㊂霍:为什么?是包研所科研的春天来了吗?李:是的,首先是1978 1986年,时任国务院副总理的方毅八年 七下包头 抓稀土,他领导和主持召开了七次 全国性包头资源综合利用科技工作会议 ㊂我们研究所这期间成功解决了诸多技术难题,最具代表性的有稀土选矿和冶炼分离等工艺技术,为我国稀土科技和产业发展做出了重要贡献㊂其次全国科学大会的召开,全面总结和检阅了我国稀土科研成果,包冶所的稀土永磁材料等项目得到了嘉奖㊂再有所里响应国家号召重视基础研究,钢种室成立了机理组,研究稀土在钢中的作用机理,我开始专门从事自己擅长的研究㊂最后我在研究电热合金的过程中发现了一些现象,根据这些现象进行深入地研究,试图找出其中的原因㊂例如铁铬铝为什么要加稀土,到底起什么作用等问题㊂霍:在改革开放下,科技兴国的大战略不仅推动了稀土研究院的发展,您也迎来事业发展的春天,您概括一下研究成果㊂李:我发现加稀土提高了铁铬铝的抗氧化性能,延长了使用寿命㊂如Fe-CeAl 电热合金,稀土对它的作用非常突出,微量添加,作用就非常大且极其稳定,在钢和其他金属中尚未见到,揭示其作用机理或许对稀土在其他材料中的作用会有启示㊂国外很早就有发现,我国从20世纪50年代开始使用加稀土的铁铬铝㊂我们研究如何进一步提高铁铬铝的性能,进行了更高温度的实验㊁低脆性的实验㊁抗渗碳的实验及其他实验㊂先探究稀土如何提高铁铬铝合金的使用寿命,稀土可以提高抗氧化性能,但如果温度不变,抗氧化性能提高不了多少,使用寿命不会延长㊂霍:您搞清楚其中的机理了吗?李:我先研究了它是怎么烧断的,铁铬铝为什么还要添加铝?我的研究揭17霍知节㊀艰辛探索稀土新材料与新技术㊀27㊀‘科学文化评论“第21卷第1期(2024)示了FeCeAl合金高温烧损的条件 铝耗,高温下合金表面形成保护性的氧化膜㊂在使用过程中氧化膜不断脱落㊁修复引起合金中铝含量持续降低㊂实验证实,合金丝将烧损的条件是其铝含量低于1%,有实验曲线㊂铝含量低于1%又是怎么断裂的?我解决了这个问题,完成了相关研究论文㊂霍:在这个研究过程中,您还有什么新发现?李:我先说添加稀土能提高抗氧化性,不添加稀土铝在冷热交替下,氧化物表面无粘黏性会脱落㊂添加稀土达到理想状态,如同瓷釉不会脱落㊂此外,减缓合金中铝量的流失,提高合金寿命,有曲线为证㊂霍:稀土的作用如此神奇,难道这就是它点石成金的作用?李:确实神奇,无稀土合金的氧化膜无附着力氧化速率高㊂含微量稀土合金的氧化膜紧密贴附不脱落㊂稀土完全改变了氧化膜的形貌,千真万确,变化令人吃惊,无稀土合金的氧化膜高低起伏状呈波浪状㊂含稀土合金的氧化膜致密㊁平直㊁光滑,如同釉层紧密地辐照在合金表面㊂稀土加入量仅万分之几到千分之几就能产生如此强烈的作用,应该有深刻的原因㊂我想通过稀土的研究总结出作用规律,使稀土在该领域发挥更广泛㊁稳定㊁突出的作用[3]㊂霍:您的研究留有哪些问题?李:氧化膜从全部脱落到完全附着,是氧化膜对基体表面附着力的改变,还是氧化物力学性能的变化?如果是氧化膜附着力的改变,它是氧化物本身生长机制改变的结果,还是稀土形成了界面钉扎层?无稀土合金氧化膜形成皱褶状的形貌的根源是什么?这与附着力差有什么关系?希望能够更深入研究氧化膜相关问题后续能够解决㊂霍:您的研究很专业而且很深入,还有哪些方面的研究成果,重要意义是什么?李:我研究稀土加入对铁铬铝脆性的影响,解决了铁铬铝材料脆性及其原因的问题,写了很多论文㊂主要成果是国家自然科学基金基金项目 稀土Y克服FeCrAl合金脆性的作用机理 ,在研制低脆性的FeCrAl-Y合金的过程中,发现Y含量超过0.1%的FeCrAl合金,不仅比低稀土含量的合金有更好的抗氧化性,而且能使该合金固有的脆性明显消除[4]㊂最重要是解释了该合金脆性的本质是475ħ脆性,提示了稀土在金属中形成合金化作用的可能性和途径㊂揭示了Fe-CrAl合金的脆性的本质是晶粒生长脆性和和475ħ脆性,为稀土在钢和合金中产生合金化作用提出了新思路㊂霍:这项研究留有哪些问题期待后续发展和解决?李:475ħ脆性是α相Fe 基合金的一个普遍特性,形成475ħ脆性的机制是一个重要的且无定论的学术问题㊂我关于FeCrAl 合金脆性本质的研究结果,需要得到其他研究者的验证和形成结论,并且向其他α相Fe 基合金推广㊂霍:您是怎么转向稀土超磁致伸缩合金研究的?李:这是我的第三项成果①,1990年后申报项目要求技术上要创新,还能够带来经济效益,我开始寻找这样的项目㊂正好参加一次稀土会议,听到的报告中提到美国开始研发磁致伸缩合金,我将这个消息带回稀土研究院,领导很重视,就开始研究这个项目㊂霍:进入20世纪90年代后,您单位最大的变化是什么?李:很大,1984年以后,包冶所除了为包钢生产服务外,开始对外进行技术转让,先后与20个省区近180个单位开展稀土科技合作,业务范围很广,可谓一举多得,既创造了经济效益,又促进了地方产业的发展,还培养了大批专业技术人才㊂1992年以后,我国开始向市场经济转型,我们研究院的稀土科技改革也逐步加快,承担包钢和国家及冶金部重点科研项目外,还完成行业技术管理任务,助力全国稀土产业的发展㊂霍:您的磁致伸缩合金研究也是响应科技改革的,通常用这个材料来做什么?李:是的,这种材料主要用于声纳,海底通讯侦查领域㊂电磁波是目前人类联系和探测的主要工具,但在水下电磁波因衰减过快而无法被利用㊂声讯号是在水下进行通讯㊁探测㊁侦察和遥控的主要媒介,发射和接收声波的声纳装置其核心元件由压电陶瓷或磁致伸缩材料制成[5]㊂美国科学家最早发现这种现象,开始研究磁致伸缩合金㊂20世纪50年代,美国的第一篇论文就提出,接近绝对零度附近存在几种稀土元素具有磁致伸缩性质㊂这种收缩特性特别强大,比一般电致伸缩材料(即压电材料)要高几十倍㊂他们将17种稀土都进行了从低温到高温的研究,发表了大量论文,我都阅读了㊂最终美国发现铽㊁镝的铁形成的化合物在室温也具有磁致伸缩性质,但需要的磁场特别高,怎么能把磁场降下来㊂它们研发了稀土铽和镝与铁形成的三元化合物,在较低磁场下就能获37霍知节㊀艰辛探索稀土新材料与新技术㊀① 稀土超磁致伸缩合金研制 是国家 八五 九五 重点项目,20世纪90年代,李碚为课题负责人,研制稀土超磁致伸缩合金指(TbDy)Fe 2合金,该合金具有超强的磁致伸缩应变,是制作最现代的海军声纳的核心材料㊂该项目是国家计委 八五 九五 重点科技攻关项目㊂。
2018年北京科技大学冶金工程考研招生人数、参考书目、考试科目、专业指导、考试大纲-新祥旭考研
2018年北京科技大学冶金工程考研招生人数、参考书目、考试科目、专业指导、考试大纲一、招生信息招生院系：020 冶金与生态工程学院招生人数：72招生专业：080600 冶金工程二、研究方向01 炼铁原料及资源综合利用02 炼铁新技术03 炼钢新技术04 凝固理论及浇注新工艺05 洁净钢冶炼技术06 特殊钢冶金07 铁合金08 冶金过程模拟及仿真09 冶金流程工程学10 冶金节能与环保11 轻金属冶金与轻合金材料12 电极材料与融盐电解13 有色冶金过程模拟与节能优化14 湿法冶金15 电池和磁性材料制备与储能技术装置16 薄膜材料制备与金属表面技术17 高纯金属提取与应用18 稀有金属冶金19 电化学冶金与绿色新工艺20 有色金属钠米材料制备21 有色冶金新工艺、新理论与循环利用22 有色金属相图与热力学23 过程冶金的新理论与新方法24 资源综合利用的方法及原理25 冶金熔体及热力学26 反应机理及动力学27 相结构及材料制备过程物理化学28 冶金电化学及新能源29 工业系统代谢分析与绿色工业链接技术30 低碳生态化（生物）冶金及生态修复31 资源、能源高效及循环利用技术32 冶金废渣、废水、废气、粉尘高效控制、处理与回用33 金属微观结构与性能34 金属凝固35 金属中的第二相粒子行为36 轻质高强韧钢37 电磁场冶金38 多元复杂有色金属资源高效利用与清洁生产39 红土镍矿高值综合利用40 绿色冶金41 智能冶金42 钢中非金属夹杂物三、考试科目初试科目：①101 思想政治理论②201 英语一或203 日语③301 数学一④804 物理化学 A 或809 冶金物理化学或814 材料科学基础或819 化工原理概论或833 无机化学复试科目：按一级学科招生,下设三个二级学科:080601冶金物理化学；080602钢铁冶金；080603有色金属冶金复试科目:522 冶金工程专业综合或587 化工原理综合或588 无机化学综合四、考试大纲（1）冶金物理化学考试大纲科目代码：809科目名称：冶金物理化学一、考试性质与范围1．本课程是冶金工程专业本课生必修课程，是一门重点介绍冶金物理化学基本概念、基本原理以及在冶金过程中应用的专业基础课。
北京科技大学考研辅导-盛世清北-北京科技大学冶金与生态工程考研-学院介绍及初试复试心得
北京科技大学冶金与生态工程学院介绍+初试复试经验学院简介北京科技大学是全国重点大学，冶金工程是北科大优势特色专业学科，其下设的冶金物理化学和钢铁冶金两个二级学科为国家级重点学科，并设有有色金属冶金学科。
冶金工程学科具有学士、硕士和博士全部学位的授予权并设有博士后研究流动站，还与美、德、日等国的大学合作培养博士研究生。
科学技术史专业于1991、1996年先后经国务院学位委员会批准具有硕士、博士学位授予权，是目前国内唯一的科学技术史（工学）专业博士点。
为适应我国生态环境建设的需要，2002年冶金与生态工程学院成立了生态科学与工程系，增设生态学专业。
2003年开始招收生态工程专业本科生和工业生态硕士研究生。
学院拥有一支高水平的师资队伍，其中有中国科学院院士3人、国家学位委员会委员1人、长江学者2人、国家杰出青年1人、学校422高层次人才4名，共有博士生导师33人，中青年教师中多数具有博士学位并有出国留学、进修经历。
冶金与生态工程学院承担着大量国家重要科学研究任务，包括国家自然科学基金重点研究、国家重大基础研究、高新技术研究、国家科技攻关研究和国内外企业合作科研等课题。
学院曾两次得到过世界银行贷款资助，是国家"211"工程的重点建设单位，具有良好的教学、实验条件，如多媒体教室、计算机中心、激光测速、红外成像、数字显微图像、超高温差热分析、高温X射线衍射分析、高效燃烧、多功能真空熔炼等先进实验室。
随着国家21世纪振兴教育计划的实施，办学条件还将会有显著的改进。
冶金与生态工程学院非常重视学生的培养质量，强调加强基础、拓宽专业素质和培养创新能力，尤其重视外语、计算机、自动化、管理科学等工科通用课程的教学，本科生教学中上述通用课程课时比率已增加到80％以上。
此外，在冶金专业课程中也大量引入了数学模型、仿真、数值计算、人工智能等内容。
初始复试经验如果要考钢铁冶金的，北科大的钢铁冶金是首选，其中初试要考试四门，分别是：数学一、英语、政治和专业课，关于专业课，初试出题人应该是郭汉杰，至少现在主要是他出，他编写了一本书叫《冶金物理化学教程》，目前到了第2版，定价是45元，考试时就主要参考他的，绝大部分考试的内容在上面都可以找到，另外，有些年份可能会用到《冶金物理化学》，是北科大张家芸编的，不过，这本书用的少，如果时间充足，可以选择来看。
北京科技大学能源与环境工程学院院长邢奕教授: 钢铁行业的超低排放如何炼成
北京科技大学能源与环境工程学院院长邢奕教授: 钢铁行业的超低排放如何炼成作者：暂无来源：《环境与生活》 2020年第10期本刊记者郑挺颖实习生许澜馨钢铁工业是我国国民经济的重要支柱产业之一，也是资金、技术、资源、能源密集型行业。
我国是世界上最大的钢铁生产国，粗钢产量已连续20余年保持全球第一。
但是，钢铁行业也是耗能和排污大户，是我国“蓝天保卫战”的主战场之一。
10月13日，《环境与生活》杂志记者来到北京科技大学能源与环境工程学院，采访了该院院长邢奕教授，听他介绍了国内钢铁行业绿色发展的最新动向及前沿科技。
我国是世界上最大的钢铁生产国，2019年粗钢产量9.963亿吨，占世界粗钢总产量的53%。
虽然我国在钢铁行业已经取得了卓越的成就，但随之而来的污染问题也是不容轻视的。
钢铁生产具有工艺流程长、产污环节多、污染物排放量大的特点。
据测算，2018年钢铁行业二氧化硫、氮氧化物和颗粒物排放量分别为105万吨、163万吨、273万吨，约占全国排放总量的6%、9%、19%。
随着近年来我国环境治理力度不断加强，特别是燃煤电厂实施超低排放以来，火电行业污染物排放量大幅度下降。
2017年，钢铁行业主要污染物排放量已超过电力行业，成为工业部门最大的污染物排放来源。
钢铁是怎样炼成的？10月13日，在接受《环境与生活》记者采访时，邢奕院长笑着说，想要知道钢铁冶炼过程中污染物的来源，就要先明白“钢铁是怎样炼成的”。
钢铁的冶炼过程是一个长流程，大致可分为采矿、选矿、烧结、球团、炼焦、炼铁、炼钢、连铸、轧钢等环节。
同时，钢铁冶炼本身也是一个“三高”过程，即高能耗、高物耗、高排放。
邢奕院长耐心介绍，首先，在矿山里开采出品位较高的铁矿石，将它们破碎并磨成细粉后进行磁选富集。
含铁矿物具有磁性，经过磁选得到的铁精粉含铁品位会进一步提高。
随后，铁精粉作为原料进入烧结工序，混以燃料和溶剂，在高温下烧制成具有一定强度、粒度的烧结矿或球团矿，而后再将烧结矿和球团矿运送至高炉内炼铁。
北科大考研复试班-北京科技大学冶金与生态工程学院冶金工程考研复试经验分享
北科大考研复试班-北京科技大学冶金与生态工程学院冶金工程考研复试经验分享北京科技大学于1952年由天津大学(原北洋大学)、清华大学等6所国内著名大学的矿冶系科组建而成，现已发展成为以工为主，工、理、管、文、经、法等多学科协调发展的教育部直属全国重点大学，是全国首批正式成立研究生院的高等学校之一。
1997年5月，学校首批进入国家“211工程”建设高校行列。
2006年，学校成为首批“985工程”优势学科创新平台建设项目试点高校。
2014年，学校牵头的，以北京科技大学、东北大学为核心高校的“钢铁共性技术协同创新中心”成功入选国家“2011计划”。
2017年，学校入选国家“双一流”建设高校。
2018年，学校获批国防科工局、教育部共建高校。
学校由土木与资源工程学院、冶金与生态工程学院、材料科学与工程学院、机械工程学院、能源与环境工程学院、自动化学院、计算机与通信工程学院、数理学院、化学与生物工程学院、东凌经济管理学院、文法学院、马克思主义学院、外国语学院、高等工程师学院，以及研究生院、体育部、管庄校区、天津学院、延庆分校组成。
现有20个一级学科博士学位授权点，30个一级学科硕士学位授权点，79个二级学科博士学位授权点，137个二级学科硕士学位授权点，另有MBA(含EMBA)、MPA、法律硕士、会计硕士、翻译硕士、社会工作、文物与博物馆和工程硕士等8个专业学位授权点，16个博士后科研流动站，50个本科专业。
学校冶金工程、材料科学与工程、矿业工程、科学技术史4个全国一级重点学科学术水平蜚声中外(2017年进入国家世界一流学科建设行列;在第四轮学科评估，冶金工程、科学技术史获评A+，材料科学与工程获评A)，安全科学与工程、环境科学与工程、控制科学与工程、动力工程与工程热物理、机械工程、计算机科学与技术、土木工程、化学、外国语言文学、管理科学与工程、工商管理、马克思主义理论等一批学科具有雄厚实力，力学、物理学、数学、信息与通信工程、仪器科学与技术、纳米材料器件、光电信息材料与器件等基础学科与交叉学科焕发出勃勃生机。
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8.4.2 稀土氧化物的镧、铈热还原 • 在真空条件下，镧、铈与钐、铕、镱等，
在还原温度下有较悬殊的蒸气压差，且可 使还原过程平稳进行，而且也是目前工业 上制取纯钐、铕、镱及铥金属的有效方法。 • RE2O3 + 2La = La2O3 + 2RE 2RE2O3 + 3La =3 LaO2 +4RE (1200~1400 ℃) • 此方法也称还原-蒸馏法。 • 设备为真空感应炉或真空电阻炉。
8.3 熔盐电解法生产稀土金属
工业上主要采用熔盐电解法或金属热还原 法制取稀土金属. • 原料主要采用无水稀土氯化物/氟化物/氧 化物作原料. • 稀土氧化物一般通过稀土草酸盐或氢氧化 物在600~700 ℃下煅烧而制得.
8.3.1 无水稀土氯化物和氟化物的制取
采用水合晶体(RECl3· nH2O)脱水法和氧 化物氯化法均可制得无水稀土氯化物，后者 工业一般不采用。 • 无水稀土氯化物制取：稀土氯化物RE2O3、 ROCl的融点很高，通常在RECl3的电解温度 下，并不熔融而残留在熔体中，因而导致熔 体的粘度增大、电导率减低、析出的金属不 能聚集、往往会引起阳极效应, 电流效率低。
（三）电流密度的影响
• 电流密度太低：生产效率低 • 太高：其它杂质共同析出影响纯度、由于 电阻热效应使熔盐温度提高，造成金属的 溶解损失及二次反应增加 • 合适的电流密度：ic＝3～6A/cm2 ia=0.6~1A/cm2
（四）极距对电流效率的影响
• 太小：电解质循环加剧、溶解的金属及 未完全还原的低价离子容易在阳极区被 氧化；阳极气体会对阴极产物影响增加 • 太大：由于电解质的电阻增大，容易产 生局部过热
• 稀土氯化物熔盐电解电流效率较低的主要原因：
• RE4+,RE3+,RE2+中间反应 • 生成的金属溶解于电解质中 （1）电解质的组成影响； （2）电解温度的影响； （3）电流密度的影响； （4）极间距的影响； （5）原料质量的影响； （6）槽型的影响。
（一）电解质组成对电流效率的影响
在选择电解质体系时，一般需要考虑的因素是： • 熔点、 • 粘度、 • 对稀土金属的溶解度、 • 电导率、 • 密度、 • 蒸气压、 • 表面张力等
H
Periodic Table of the Elements
He
Li
108. 5
Be
1277 1.85
B
C
4830
N
O
F
Ne
0.53
2.26
NHale Waihona Puke a97.8 0.97Mg
650 1.74
Al
660 2.7
Si
P
S
Cl
Ar
K
63.7
Ca
838 1.55
Sc
1539
Ti
1668
V
1900
Cr
1875 7.19
At
Lu
1652
Rn
Ce Pr
797 935
21.0 Nd Pm Sm
1024 1035 1072
Eu Gd Tb
1312 1356
Dy Ho
1461
303 11.8 5
Er
1497
Tm
1545
轻、重稀土的分类是：镧至铕7个元素称为铈组稀土亦称轻稀土；钆及钆以后的元素和钇称为钇组稀土亦称重稀土。(钆有的资料 列入轻稀土）钇被列入重稀土组是因为它的离子半径在重稀土元素钬、铒之间，化学性质也与它们相似，在自然界中与其共存。 三组分类法是根据酸性萃取剂对稀土元素萃取分离的难易程度来进行的，把稀土分为轻、中、重三组：即镧、铈、镨、钕为轻稀 土组；钐、铕、钆为中稀土组和铽、镝、钬、钇、铒、铥、镱、镥为重稀土组。
• 该工艺方法是在钙热还原法基础上有金 属镁和助熔剂无水氯化钙存在下进行的: 2REF3(l) +3Ca(l) = 3CaF2(S) + 2RE(s) (950~1100℃) CaF2(S) + CaCl2(l) = CaF2· CaCl2(l) (低熔点渣） 2RE（S) + Mg(l) = RE· Mg(l) (中间合金）
（五）其它影响电流效率的因素
• 原料纯度（含水量）、杂质含量（碳含量： 使阴极产生的金属成分散状态、熔盐发黑， C含量为0.4％时，电流效率只有6％） • 电解槽结构
电解槽结构示意图 1：钢外壳；2：石墨阴极； 3：生铁外壳；4：石墨 填料；5：粘土填料；6： 阴极导电板；7：石墨 坩锅；8：石墨阳极；9： 生铁垫圈；10：电解质； 11：稀土金属；12：转 动装置；13：生铁坩锅； 14：粘土砖
（二）电解温度对电流效率的影响：
温度太高：金属溶解损失大、二次反应加剧、电解 质的循环加剧 温度太低：电解质粘度增加、金属在阴极聚集不良 而容易被循环的电解质带到阳极氧化掉 电解温度与电解质组成和金属溶点有关。 混合稀土：38%RECl3, 870℃ 镧铈镨：35%RECl3, 930,900,920 ℃
3.0
4.51
6.1
M n
1245 7.43
Fe
1536 7.86
Co
1495 8.9
Ni
1453 8.9
Cu Zn
1083 8.96 419.5 7.14
Ga Ge As
29.8 5.91
937.4
Se
217 4.79
Br
Kr
5.32
R b
38.9 1.53
Sr
768 2.6
Y
1509
Zr
1852
• 优点：降低还原温度，简化还原设备，成本低。 • 金属镁、钙的蒸气压明显高于钇组重稀土金属 的蒸气压，因此在低于稀土镁合金熔点的真空 炉中进行蒸馏可除取镁和钙，得到海绵状稀土 金属，其镁钙之和不大于0.01%. • 所得海绵稀土金属于惰性气氛中经电弧熔化成 致密金属锭,金属纯度为95~99.5%, 直收率可达 90%左右. • 中间合金法制备钇组重稀土金属工艺流程见下 图。
• 熔盐电解是目前制取大量混合稀土金属\部分 单一轻金属(钐除外)及其合金的主要方法. • 该工艺按电解质体系分为:
– 氯化稀土 – 碱金属和碱土金属氯化物熔体； – 氟化稀土 – 碱金属和碱土金属氟化物 – 氧化稀土 熔体。
• 不能单独使用稀土氯化物作为电解质； • 常用稀土氯化物电解质体系： RECl3-KCl; RECl3-KCl-NaCl; RECl3-BaCl2-KCl-NaCl。
电解质对稀土金属溶解度的影响
稀土金属在自身氯化物熔盐中的溶解度高达1030g/100熔盐
• 电解质粘度的影响：熔盐的粘度对电解过程的影 响比较大： • 粘度高：液态金属产物不容易与电解质分离、 阳极气体不容易排出、不利于电解质的运动（传 质） • 电解质的电导率：纯稀土氯化物的电导率低 • 电解质的密度：加入碱金属、碱土金属氯化物能 够明显降低密度
稀土元素的特点： 都为IIIB族，具有相似的电子结构。 Sc(21): [Ar] 3d14s2 Y(39): [Ar] 4d15s2 镧系元素：La: [Xe]5d16s2, Ce: [Xe]4f26s2, Pr : [Xe]4f36s2, Nd [Xe]4f46s2, ……, Lu: [Xe]4f146s2,
8.4.1 钙热还原法 • 还原稀土氟化物和稀土氯化物.
(主要是钇和钪): 3Ca + 2REF3 = 3CaF2 + 2RE (1450~1750 ℃) 设备为感应炉或电阻炉。 • 制取La Ce Pr Nd 3Ca + 2RECl3 = 3CaCl2 + 2RE（1100 ℃） 还原设备为钽、钼坩锅。
(3)阳极过程。如果采用炭阳极电解，则： 2O2- -4e =O2 2O2- +C -4e =CO2 O2- +C -4e =CO 综上， 总反应式为： RE2O3(s) + C(s) = 2RE(l) + 3/2CO2(g)
8.4 热还原法制取稀土金属
原理：利用活性较强的金属作还原剂，还原 其他金属化合物制取金属的方法。 • 能够用于还原稀土金属的还原剂主要有金 属锂、钙、镧、铈等， • 其中金属锂、钙能够用于将稀土卤化物还 原成金属，而金属镧、铈主要用于将稀土 氧化物还原成金属。
8.3.3 氯化物熔盐电解工艺、设备和生产
熔盐电解过程中，氯化稀土和碱金属氯化物离解成离子： RECl3 = RE3+ + 3ClKCl = K+ + Cl在阴极上： RE3+ +3e = RE 同时可能有：RE4+ +e = RE3+ (Ce) RE3+ +e = RE2+ (Sm) 在阳极上：2Cl- -2e = Cl2(g) 总反应式为： RECl2(s) = RE(l) + Cl2(g)
8.3.4 稀土氧化物在氟化物熔盐中电解
• • 原料: 稀土氧化物,同种稀土元素氟化物, 氟化锂, 氟化钡 • 主要用来电解生产熔点高于1000℃的单一稀土金 属钕、钆等 • 电解过程描述: (1)熔解反应: RE2O3 = 2RE3+ + 3O(2) 阴极过程：RE3+ +3e = RE 同时可能有：RE4+ +e = RE3+ (Ce) RE3+ +e = RE2+ (Sm)
714 3.5
La
920 6.17
Hf
2222
Ta
2996
W
3410
13.1
16.6
19.3
R e
3180
Os
2700 22.6
Ir
245 4 22.5
826
Pt