稀有金属冶金学
稀有金属的冶炼与工艺
经济挑战
再生稀有金属的成本较高，市场竞争力较弱 。
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密度大
如锇的密度高达22.6克/立方厘米， 是已知密度最大的金属之一。
耐腐蚀性强
如金和铱在常温下不易氧化，具有良 好的耐腐蚀性。
稀有金属的应用领域
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航空航天
稀有金属在航空航天领域中广 泛应用于制造高温合金、喷气
发动机和火箭发动机等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电子工业
稀有金属在电子工业中用于制 造电子元件和集成电路等。
矿石的化学处理
酸浸
用酸溶液溶解矿石中的有用成分，然后通过萃取、沉淀等方法将有用成分从溶液中分离 出来。
碱浸
用碱溶液溶解矿石中的有用成分，然后通过沉淀、结晶等方法将有用成分从溶液中分离 出来。
金属的精炼与提纯
精炼
通过电解、还原等方法将粗金属中的杂质去除，提高金属纯 度。
提纯
通过蒸馏、萃取等方法将金属中的杂质去除，得到高纯度金 属。
镧系元素
包括镧、铈、镨、钕、钷、钐 、铕、钆、铽、镝、钬、铒、 铥、镱、镥等。
过渡金属
包括钴、镍、铁、钌、铑、钯 等。
其他稀有金属
包括锆、铪、铌、钽、钨等。
稀有金属的特性
高熔点
大多数稀有金属具有高熔点，如钨的 熔点高达3410℃。
良好的导电性和导热性
如铜和银是良好的导电材料，而镍和 铂具有良好的导热性。
电化学冶炼
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电化学冶炼是一种利用 电化学反应提取稀有金 属的技术，通过电解过 程将矿石中的稀有金属 离子还原成金属单质。
电化学冶炼的优点是能 源利用率高、提取率高 ，且对环境影响较小。
中南大学冶金与环境类本科生培养方案(新版)
冶金与环境类本科生培养方案（新版）一、培养目标总体培养目标：坚持“强化基础教育、注重实践训练，启发创新思维、提高综合能力”教育方针，以“冶金－材料－环境一体化”为学科发展目标，培养既具有创新能力又具有务实精神的冶金、材料和环境相关领域的高级专门技术人才。
冶金工程专业培养目标：具有扎实的专业基础知识，掌握有色金属冶金和钢铁冶金、冶金物理化学和材料冶金等方面的知识和技能，能在冶金和材料等相关领域从事生产、设计、研发、教学、咨询、管理和贸易的高级专门技术人才。
环境工程专业培养目标：基本掌握污染控制与治理、工业废弃物的资源化、环境检测、环境评价、环境管理等知识和技能，能在环保部门、有关设计和工矿企业、科研院所、学校从事规划、设计、施工、管理、教学和科研的高级专门技术人才。
二、培养要求即有坚实的自然科学基础，又有一定的人文社会科学知识；即有务实精神，又有创新意识；即有扎实基础，又有不断学习和提高的能力；冶金工程专业培养要求：设立工程型、工程与研究复合型两种培养模式，有色金属冶金、钢铁冶金、冶金物理化学和材料冶金三个方向。
要求毕业生必须具有以下知识、能力和素质：1、掌握本专业所必需的工程制图、工程机械、电工电子和计算机应用的基本知识和技能。
2、具有扎实的数学、物理、化学和工程技术基础及外语和计算机应用技能.3、掌握冶金过程的基础理论和生产工艺基础知识，具有本专业领域1－2个专业方向的专业知识和技能.4、具备冶金生产组织、技术经济科学管理、环境安全的基础知识和工业设计的初步能力。
5、具备分析解决本专业生产中的实际问题以及进行科学研究、开发新技术新工艺、新材料的基本能力。
6、了解本专业和相关学科的科技发展新动态。
7、自学能力强、知识面广、适应自我发展和终身教育的需要，适应未来社会的发展和工作的要求。
环境工程专业培养要求：设立工程型、工程与研究复合型两种培养模式，以废物资源化为特色，要求毕业生必须具有以下知识、能力和素质：1、掌握工程制图、工程机械、应用电子与电工、检测和计算机应用的基本知识和技能。
《稀有金属冶金学》教学与实践
《 稀 有金属冶金学 》 教学 与实践
王明玉 ， 王 学文
（ 中南大学冶金 与环境学 院 ， 湖南长沙 ４ １ ０ ０ ８ ３ ）
［ 摘 要］ 结合稀有金属 冶金 学的课程特点 ， 在教 学 内容上 充分发挥 特 色教 学的优势 ， 通过教 学 内容 的合 理选择 ， 使学生掌握基 础知识 的前提 下 了解科技 的发展前沿 ； 在教 学方式上 ， 以 多媒体教 学为手段 ， 采 用对比教 学 的方法 ， 并通 过课 堂教 学与 实验 室相 结合 的方式， 最大限度地调动 学生学习的积极性和 自学能力； 考核 方式 注重方 法的理 解和基本
三、 教 学方 式
、
稀有金属冶金学是 有色 金属冶 金在稀 有金属 冶金方 面的 骨干课程 ， 其 内容 主要包括稀有 轻金属 、 稀 有高熔点金属 、 稀土
Байду номын сангаас
金属和稀有分散金属四部分 。该课程的主要特点有 ： 内容覆盖面广 ， 金属 的冶金提取 过程差别大 。稀有金 属的
（ 一） 对比教学的应 用 在课 程内容上 面虽然选 择钨 冶金 和钛 冶金作 为主 要教学
二、 教 学 内容 的 选 择 稀 有金 属冶金学 是 中南 大学 冶金工 程专业稀 有金 属冶金 方向本科 生的必修课 ， 也是其它 冶金 工程 专业方 向（ 轻冶方 向、
掌握 。例如钨冶金和钼冶金 ， 其元 素在水溶液 中的存在形态及 变化规律及存在很大的相 似性 ， 在课堂讲解过 程通 过对 比介绍 二者存在形态变化的异 同点 ， 不 但可 以让学生 理解为什么两种 元素容易伴生 ， 而 且也会 知道 两者 分 离过 程 的基本 方法 和难 点， 这些都有助于对钼冶金 工艺 流程 的认识 以及 以后的 自学。
稀有金属的冶炼与利用
稀有金属具有独特的物理、化学性质 ，如高熔点、高硬度、良好的导电性 和耐腐蚀性等，使其在工业、科技和 国防等领域具有不可替代的作用。
稀有金属的种类与分布
种类
常见的稀有金属包括钛、锆、铪、钒、铌、钽、钨、钼、铼、镓、铟、铊、锗 、硒、碲等。
分布
稀有金属在地壳中的分布极不均匀，主要集中分布在少数几个国家和地区，如 中国、俄罗斯、澳大利亚和南非等。
性能
某些再生金属的性能可能会略有降低，但大 多数情况下仍能满足工业应用的需求。此外 ，再生金属的生产过程更环保，成本更低， 因此具有较大的市场潜力。
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稀有金属的未来发展前景
新兴领域的需求
新能源领域
电子信息领域
随着可再生能源的发展，对稀有金属 如钴、镍、锂等的需求不断增加，用 于制造电池、电机等关键部件。
该方法适用于处理高品位 、低杂质含量的矿石，具 有较低的能耗和环境污染 。
湿法冶炼的缺点是流程较 长，金属回收率相对较低 ，且对原料的适应性有限 。
电化学方法
电化学方法是一种利用电化学反应将矿石 中的稀有金属提取出来的方法。
该方法具有较高的选择性，能够有效地从 低品位矿石中提取稀有金属。
电化学方法的缺点是能耗较高，且对原料 的适应性有限。
其他领域
除了上述领域外，稀有金属还广泛应用于医疗、化工、核能和环保等领域。
例如，镓和铟用于制造医疗设备，如核磁共振成像仪的超导磁体；而铀则用于核能发电厂的核燃料。
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稀有金属的回收与再生
废金属的来源与收集
来源
废金属主要来源于工业生产、汽车拆解、电子废弃物、废旧设备等。
收集方式
通过回收站、废品收购站、专业回收公司等渠道进行收集，同时政府也会推动相关回收计划。
稀土冶金学
第一章稀土冶金学1.什么是稀土？稀土元素有哪些特征稀土就是化学元素周期表中镧系元素—镧La铈Ce镨Pr钕钷钐铕钆铽镝钬铒铥镱镥,以及与镧系的15个元素密切相关的两个—钪(Sc)和钇(Y)共17种元素,称为稀土元素.简称稀土RE 或r。
1)稀土元素是典型的金属元素.2)稀土易和氧、硫、铅等元素化合生成熔点高的化合物3)稀土元素具有未充满的4f电子层结构4)稀土离子与羟基、偶氮基或磺酸基等形成结合物5)稀土具有类似微量元素的性质2、稀土金属元素在钢铁中有哪些应用，概述其改善炼钢钢组织结构的机理。
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,高温强度和塑性、疲劳寿命、耐腐蚀性及抗裂性等. 1)净化作用2）细化组织3）对夹杂物的形态控制4）在耐大气腐蚀钢中加入稀土,使钢的内锈层致密铸铁:变质作用净化作用改善铸造性能3、稀土在有色金属中有哪些应用，举例说明。
稀土具有很高的化学活性和较大的原子半径,加入到有色金属及其合金中,可细化晶粒、防止偏析、除气、除杂和净化以及改善金相组织等作用,从而达到改善机械性能、物理性能和加工性能等综合目的.由于稀土金属的净化、调质作用,对这些有色金属都能起到细化晶粒,提高再结晶温度,从而对铸造合金能显著地改善工艺性能,对变型合金能显著地提高加工性能;对镍、钴基的耐热合金能提高抗氧化和抗高温腐蚀的能力,对超硬合金可以改善韧性和耐磨性.高强度稀土铝合金电缆、6063稀土铝合金及应用、稀土锌铝热镀合金、稀土铜耐磨合金、稀土硬质合金第二章稀土矿物原料1、稀土矿物主要有哪些，各有何特征？独居石、铈硅石、铈铝石、黑稀金矿和磷酸钇矿。
轻稀土的主要矿物有：氟碳铈矿Ce(CO3)F 和独居石（CePO4）。
重稀土的主要矿物有：磷钇矿（YPO4），褐钇铌矿（YNbO4）独居石：又名磷铈镧矿。
化学成分及性质：（Ce，La，Y，Th）[PO4]。
什么叫稀土元素
什么叫稀土元素
1、稀土元素也称稀土金属、稀有金属，是17中特殊元素的统称。
在元素周期表
中，属于ⅢB族，常用R或RE表示。
稀土元素是18世纪末发现的，因瑞典科学家在提取稀土元素时应用了稀土化合物而得名。
2、大多数稀土元素是欧洲的一些矿物学家、化学家和冶金学家发现和生产的。
3、分类
根据稀土元素的原子电子层结构和物理化学性质，稀土元素通常被分为：轻稀土和重稀土。
轻稀土包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、。
重稀土包括：钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。
5、稀土图片。
有色金属冶金学
有色金属冶金学前言轻金属：铝、镁、铍、钛、钾、钠、锂、钙、锶、钡等十余种金属重金属：铜、镍、钴、锌、锡、锑、汞等二十余种金属稀有金属：钨、钼、锆、铪、铌、钽、稀土金属等数十种金属贵金属：金、银、铂族金属等几种第一篇轻金属冶金学第一章氧化铝生产1.摩尔比（苛性比）：溶液中Na2O浓度为135g/l，Al2O3为130g/l，则该溶液的摩尔比为MR=(135/130)*(102/62)=1.708。
式中的102和62分别为Na2O和Al2O3的分子量2.拜耳法生产氧化铝的主要工序包括：铝土矿原料准备、熔出、赤泥分离洗涤、分解、氢氧化铝分离洗涤、煅烧、蒸发和苛化3.拜耳法：是直接利用含有大量游离苛性钠的循环母液处理铝土矿，溶出其中氧化铝得到铝酸钠溶液，并用加氢氧化铝种子（晶种）分解的方法，使铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝结晶。
种分母液经蒸发后返回用于溶出铝土矿。
4.铝土矿的溶出及影响因素：铝土矿的溶出通常是在高于溶液常压沸点的温度下用苛性碱溶液处理的化学反应过程，所以也叫“高压（高温）溶出”。
影响因素：铝土矿的矿物成分及其结构；溶出温度；循环母液碱浓度；配料摩尔比；搅拌强度5.单流法、双流法：在溶出流程上可分将循环母液和矿石一起磨制成原矿浆进行预热溶出的“单流法”及仅将一部分循环母液送去磨制矿浆，大部分母液单独预热到溶出温度，再于溶出器内和浓稠矿浆混合进行溶出的“双流法”6.赤泥分离洗涤过程步骤：赤泥料浆稀释；沉降分离；赤泥反向洗涤；溢流控制过滤7.铝酸钠溶液加种子分解：实际上应包括铝酸根离子的分解和氢氧化铝结晶8.含铝矿物的分子式（刚玉、三水铝石、一水铝石、明矾石、霞石）：高岭石Al2O3·2SiO2·2H2O、刚玉Al2O3、三水铝石Al(OH)3、一水铝石AlOOH 、明矾石(K, Na)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3、霞石(K, Na)2O·Al2O3·2SiO2。
稀有金属冶金学
稀有金属冶金学随着现代工业的快速发展，稀有金属的应用越来越广泛，例如稀土元素在电子、通讯、磁性材料、催化剂等领域的应用，铱金属在航天、核能、医疗等领域的应用。
而这些稀有金属的提取和冶炼则需要运用到稀有金属冶金学。
稀有金属冶金学是指将含有稀有金属的矿物或废料进行提取、分离、纯化、合成等过程的一门学科。
它涉及到物理、化学、材料科学和工程学等多个领域，是一门综合性的学科。
稀有金属冶金学的发展历史悠久，早在古代就有人们采用火法、水法、氧化法等方法提取金、银、铜等金属。
而随着科学技术的进步，人们对稀有金属的了解和应用也越来越深入，稀有金属冶金学也在不断发展。
稀有金属的提取和冶炼过程通常分为两个阶段：开采和冶炼。
开采是指从自然界中取得含有稀有金属的矿物或废料。
而冶炼则是将这些矿物或废料进行提取、分离、纯化、合成等过程，得到稀有金属的纯品。
在这两个阶段中，都需要运用到稀有金属冶金学的知识和技术。
在开采阶段，稀有金属冶金学的主要任务是选择适合的开采方法，以及对矿物或废料进行初步的处理和分离。
不同的矿物或废料有不同的物理、化学性质，因此需要根据实际情况选择适合的开采方法。
例如，对于一些低品位的矿物，可以采用浮选法、重选法等方法进行提取。
而对于一些高品位的矿物，则可以采用熔融法、水溶液浸出法等方法进行提取。
此外，还需要对矿物或废料进行初步的处理和分离，例如破碎、筛分、磁选、浮选等。
在冶炼阶段，稀有金属冶金学的主要任务是对含有稀有金属的矿物或废料进行提取、分离、纯化、合成等过程，得到稀有金属的纯品。
这个过程通常分为多个步骤，例如矿物的粉碎、浸出、溶解、分离、纯化、还原、结晶等。
在这个过程中，需要运用到多种物理、化学方法和设备，例如反应釜、过滤器、离心机、蒸馏器等。
此外，还需要进行实验室试验和工业生产实践，不断改进和优化冶炼工艺，提高提取率和纯度。
稀有金属冶金学的发展离不开科学技术的进步。
随着现代科技的不断发展，稀有金属冶金学的技术也在不断更新和改进。
钨冶金学
第九章 钨冶金
2.化学性质 钨是元素周期表中第6周期VIB族元素，元素符号W，原子序
数74，相对原子质量183. 85。钨原子的外电子构型为 [Xe]4f145d46s2，价电子为5d46s2。钨的氧化态有0, +1,+2, +3, +4, +5,+6等。高氧化态钨呈酸性，低氧化态钨呈碱性。 块状钨在常温空气中是稳定的;在673K时开始失去金属光泽， 表面形成蓝黑致密的WO3保护膜;1013K时WO3由斜方晶系转 变为四方晶系，保护膜遭到破坏。
第九章 钨冶金
反应产生CO2气体从反应区内排出，同时二价铁、二价锰氧化 成高价，因此上述反应实际上是不可逆的。
反应产物的状态决定于过程的温度。在1073～1153K温度下， 产物为半熔融的(糊状)物质，1173～1273K则呈液态熔体。
当处理白钨精矿时，在配料时加入适量的SiO2，既可降低 Na2CO3的消耗和防止游离CaO的生成(白钨精矿在添加二氧化 硅条件下与碳酸钠反应)，又有利于提高后续过程钨的浸出率。 反应为: CaWO4+Na2CO3+1/2SiO2=Na2WO4+1/2Ca2SiO4+CO2↑ CaWO4+Na2CO3+SiO2= Na2WO4+Ca该方法为黑钨精矿中的钨与氢氧化钠溶液发生复分解反应转变
为可溶性钨酸钠，而与大量不溶性杂质分离的钨精矿分解方法， 其反应是: FeWO4+2NaOH=Na2WO4+Fe(OH)2↓ MnWO4+2NaOH=Na2WO4+Mn(OH)2↓ 黑钨精矿的碱分解主要有常压搅拌碱分解和加压碱分解工艺。 常压搅拌碱分解采用-0. 043mm粒级达98%的黑钨精矿粉， 氢氧化钠用量为理论量的200%，在383～393K温度下分解 8～12h; 加压分解采用-0. 043mm粒级达98%的黑钨精矿粉，苛性钠 用量为理论量的110%-150%，矿浆含NaOH 200～300g/l， 在453K温度下分解1h。 常压和加压碱分解工艺的黑钨精矿的分解率为98.5%～ 99.0%。
考试参考书目-昆明理工大学研究生院
李涛导师：
《C语言程序设计教程》谭浩强等编高等教育出版社
《C++编程思想》Bruce Eckel(美)刘宗田等译机械工业出版社
《计算机辅助设计技术》孙家广主编清华大学出版社
胡斌导师：
《机械振动系统－分析、测试、建模、对策》师汉民华中科技大学出版社
《机械故障诊断学》屈梁生、何正嘉编著上海科学技术出版社
薛传东导师：
《环境水文地质》林丰年，高教出版社
旅游地质与地质遗迹：
《旅游地质学》杨世瑜，吴志亮编著南开大学出版社
《环境地质学》吴志亮编著重庆大学出版社
赵俊三导师：
《地理信息系统原理及应用》刘贵明著武汉大学出版社2008年5月版
《地理信息系统导论》陈述彭鲁学军周成虎科学出版社
《当代地理信息技术》(科学版研究生教学丛书)龚键雅等编著科学出版社2004年及以后版
工业工程：
《运筹学》运筹学教材编写组清华大学出版社
《数据库系统概论》（第四版）王珊、萨师煊编著
《生产计划与控制》李怀祖中国科学技术出版社
005电力工程学院
束洪春导师：
《自动控制原理》吴忠强、刘志新等国防工业出版社
《电力系统分析》何仰赞等华中理工大学出版社
《电力系统继电保护原理》贺家李、董新洲水利水电出版社
《土地信息系统》:曲卫东著中国人民大学出版社2009
刘耀林著中国农业出版社2003
《土地管理学》朱道林主编中国农业大学出版社2007
《地理信息系统设计与开发》陈正江等著科学出版社2005
甘淑导师:
《地质学基础》叶俊林等编地质出版社
《地理信息系统—原理、方法和应用》邬伦等主编科学出版社
《遥感应用分析原理与方法》赵英时科学出版社
冶金学科的分类
冶金学科的分类
冶金学科按照不同的分类标准可以分为多个子学科，以下是一些常见的冶金学科分类：
黑色金属冶金：包括钢铁冶金，铸铁冶金等，主要涉及铁、锰等金属的提取和加工。
有色金属冶金：包括铝、铜、镍、锌等有色金属的冶炼和提炼。
稀有金属冶金：涉及提取和加工稀有金属，如金、银、铑等。
金属材料工程：研究金属的性能、组织、加工等方面，包括金属材料的设计和改良。
冶金热力学：研究金属在高温下的行为，包括相变、热力学性质等。
冶金动力学：研究金属在不同条件下的动力学行为，如金属的晶体生长、相变动力学等。
冶金分析：包括对金属和合金进行成分分析、结构分析等。
冶金工艺学：研究金属的冶炼和加工工艺，包括熔炼、铸造、轧制等。
冶金环境工程：关注冶金过程对环境的影响，包括环境污染控制、资源循环利用等。
这只是冶金学科的一些常见分类，实际上，冶金学科十分广泛，还包括了许多细分领域和交叉学科。
《稀有金属》影响因子中国材料科学类、冶金工程技术类期刊第一名
《稀有金属》影响因子中国材料科学类、冶金工程技术类期刊第一名暨入选2011年度中国精品科技期刊据中国科学技术信息研究所2011年12月公布的《中国科技期刊引证报告（核心版）》统计，《稀有金属》2010年度影响因子为0.849，在我国材料科学类、冶金工程技术类60种期刊中位居第一，比2009年度影响因子0.716又取得了新的进步。
《稀有金属》被中国科学技术信息研究所精品科技期刊服务与保障系统项目组评选为2011年度中国精品科技期刊（中国精品科技期刊的遴选周期为三年一次评选。
中国精品科技期刊是自2008年起，国家科技部中国科学技术信息研究所经过公开征集社会各界意见和多次专家研讨，通过中国精品科技期刊遴选指标体系综合评价，在6000多种科技期刊中评选出300种中国精品科技期刊，旨在提升中国科技期刊的整体水平，增强国际竞争力，更好地为我国科技自主创新提供支持和保障。
）这些成绩的取得是编委和审稿专家严格把关、刊发论文学术水平和编辑质量进一步提高的结果，同时也说明《稀有金属》在我国材料科学领域学术交流中的作用、地位及影响力不断提高。
《稀有金属》编辑部将一如既往，不断改革创新，为促进学术交流服务，为促进稀有金属行业科学研究和技术进步服务；同时也向长期以来支持、帮助和爱护《稀有金属》的广大作者、读者、专家、学者和企业家致谢。
让我们继续努力，把《稀有金属》办得更好，为我国稀有金属事业的发展贡献我们的力量！2009、2010年度材料科学类、冶金工程技术类期刊影响因子前15排名中国科技期刊引证报告（核心版）发布数据（中国科学技术信息研究所）2009年度 2010年度排名影响因子影响因子刊名刊名 1 0.955 复合材料学报稀有金属0.849 2 0.757 0.841中国有色金属学报中国有色金属学报 3 0.772 0.806 贵金属新型炭材料 4 0.733 0.798 冶金分析玻璃钢/复合材料 5 0.732 稀有金属 0.716 金属学报 6 0.711 0.730 中国腐蚀与防护学报复合材料学报7 0.700 0.708 金属学报无机材料学报 8 0.654 0.681 无机材料学报贵金属 Transactions of Nonferrous 9 0.639 0.647 中国稀土学报 Metals Society of China 10 0.593 0.598 玻璃钢/复合材料冶金分析 11 0.580 0.572 新型炭材料稀土 12 0.535 0.563 高分子材料科学与工程中国腐蚀与防护学报 13 0.520 0.520 稀有金属材料与工程理化检验化学分册14 0.516 Journal of Rare Earths 0.515 材料研究学报 15 Journal of Rare Earths 0.504 0.478 稀有金属材料与工程。
稀有金属冶金学
• D.以沈阳为中心的东北市场：主要是冶金、 军工、电池行业，年消费镍约6000吨。随 着宝钢、太钢不锈钢计划的实施，东北地 区的不锈钢生产会逐步萎缩，优势将集中 在高温合金和军工钢方面，消费量呈递减 趋势。
• a.作金属材料，包括制作不锈钢，耐热合金钢和各种合 金等3000多种%。主要用在钢 材及其他金属材料的基体上覆盖一层耐用、耐腐蚀的表 面层，其防腐性能要比镀锌层高20~15%。
• c. 在石油化工的氢化过程中作催化剂。在煤的气化过程 中，当用CO和H2合成甲烷时发生下列反应：CO + 3H2 →CH4 + H2O（温度800℃、催化剂）常用的催化剂为高 度分散在氧化铝基体上的镍复合材料(Ni25~27%)。这种 催化剂不易被H2S、SO2所毒化。
A.在大气中不易生锈以及能抵抗苛性碱的 腐蚀。大气实验结果，99%纯度的镍在 20年内不生锈痕，无论在水溶液或熔盐 内镍抵抗苛性碱的能力都很强，在50% 沸腾苛性钠溶液中每年的腐蚀性速度不 超过25微米，对盐类溶液只容易受到氧 化性盐类（如氯化高铁或次氯酸铁盐） 的侵蚀。镍能抵抗所有的有机化合物。
• E.镍具有磁性，是许多磁性物料（由高 导磁率的软磁合金至高矫顽力的永磁合 金）的主要组成部分，其含量常为 10~20% 。
1.2.1.2 化学性质
金属镍是元素周期表第8副族铁磁金属 之一，原子序数28，原子量58.71,熔点 1453±1℃，沸点2800℃。天然生成的金属 镍有五种稳定的同位素：Ni5867.7%、 Ni6026.2%、 Ni611.25%、Ni623.66%、 Ni641.66% 。其主要化学性质有：
稀有金属冶炼技术
稀有金属的种类
镧系元素
包括镧、铈、镨、钕等元素，具有特殊的物理和化学性质，广泛 应用于高科技领域。
锕系元素
包括锕、钍、铀等元素，具有放射性和化学活性，在核能和医疗领 域有重要应用。
过渡金属
如钴、镍、钒、钛等元素，具有优良的导电性和耐腐蚀性，在航空 、能源和化工等领域有广泛应用。
稀有金属的特性
减少固体废弃物
优化冶炼工艺，减少固体废弃物的产生，同时对固体废弃物进行 合理利用和处理。
资源循环利用技术
冶炼渣回收
利用先进的回收技术，对冶炼渣进行回收处理，提取其中的有价金 属元素，实现资源的循环利用。
余热回收
通过余热回收技术，将冶炼过程中的余热转化为电能或热能，减少 能源的浪费。
废水处理与再利用
02
高效分离技术
03
自动化与智能化
研究开发高效、低成本的分离技 术，减少杂质含量，提高产品品 质。
引入自动化和智能化技术，实现 冶炼过程的远程监控和自动控制 ，提高生产效率。
降低能耗和污染
01
02
03
节能技术应用
采用先进的节能技术和设 备，降低冶炼过程中的能 源消耗。
环保处理措施
加强冶炼废气、废水和固 废的治理，减少对环境的 污染。
电解冶炼技术
电解冶炼是一种电化学提取技术，通过电解的方法将矿石 中的稀有金属提取出来。该技术适用于处理高品位、低杂 质的矿石，具有较高的纯度和较低的能耗。
电解冶炼过程中需要使用大量的电能，同时会产生大量的 阳极泥和阴极金属，对环境造成一定的影响。因此，需要 采取相应的环保措施和资源回收利用措施。
其他冶炼技术
对冶炼废水进行处理，使其达到排放标准，同时对处理后的废水进行 再利用，减少水资源的消耗。
有色金属冶金学
第一部分铝1、有色金属的分类：答：轻金属重金属稀有金属贵金属。
轻金属（light metals)：密度小于5.0,很高的化学活性，还原电位小于零用熔盐电解、金属热还原法来提取。
铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。
重金属(heavy metals)：密度大于5.0，化学活性较低用火法冶金或湿法冶金方法来提取铜、镍、钴、铅、锌、锡、锑、汞、镉、铋等10种常用有色金属因产量大，用途广，价格低，称为常用有色金属或贱金属。
Al、Cu、Zn Pb、Ni、Mg、Sn、Sb、Ti、Hg。
贵金属(precious metals)：由于化学活性低，又称惰性金属。
金(Au)、银(Ag)和铂族金属（Pt、Pd、Rh、Ir、Os、Ru )。
稀有金属(rare metals)：是一种习惯称呼，是沿用至今的一个历史名词；或在地壳中丰度小，天然资源少；或虽丰度大，赋存分散，经济提取难；或性质接近难分离成单一金属；或开发较晚，过去使用的较少。
稀有金属按元素物理化学性质、赋存状态，生产工艺以及其他一些特征，分为稀有轻金属、稀有高熔点金属、稀有分散性金属、稀土金属和稀有放射性金属。
2、冶金方法:答：主要的有色金属冶金方法有火法冶金、湿法冶金、电冶金。
火法冶金：在高温下矿石或精矿经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中的有色金属与脉石和杂质分开，获得较纯有色金属的过程。
包括原料准备、熔炼和精炼三个主要工序。
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。
湿法冶金：它是在常温（或低于100℃）常压或高温（100-300 ℃）高压下，用溶剂处理矿石或精矿，使所要提取的有色金属溶解于溶液中，而其它杂质不溶解，然后再从溶液中将有色金属提取和分离出来的过程。
主要包括浸出、分离与富集和提取过程。
电冶金：利用电能提取和精炼有色金属的方法。
A、电热冶金：利用电能转变成热能在高温下提炼有色金属，本质同火法冶金。
B、电化学冶金：用电化学反应使有色金属从所含盐类的水溶液或熔体中析出。
第一章 稀有金属锗铟钛冶金
稀有金属锗、铟、钛冶金昆明理工大学冶金与能源工程学院二0一二年九月稀有金属锗、铟、钛冶金（24学时）第一单元稀有金属概论（3学时）第二单元锗冶金（3学时）第一节锗的性质、应用以及锗工业的发展和展望第二节制取锗的各种途径第三单元铟冶金（3学时）第一节铟的性质、应用及铟工业的发展和展望第二节制取铟的各种途径第四单元第一章钛冶金（3学时）第一节钛的性质、应用及钛工业的发展和展望（1学时）第二节制取钛的各种途径（1学时）第三节海绵钛的工业生产方法（1学时）第二章钛渣和人造金红石生产（3学时）第一节电炉熔炼钛渣的基本理论第二节熔炼钛渣的工艺和设备第三节选择性浸出制取人造金红石第三章粗四氯化钛的生产（3学时）第一节氯化冶金概况第二节沸腾氯化工艺流程和设备第四章粗四氯化钛的精制（2学时）第一节精制四氯化钛的原理第二节精制四氯化钛的工艺实践第五章镁还原法生产海绵钛（1学时）第一节镁还原反应过程的特点第二节镁还原四氯化钛的工艺实践第六章钛白（二氧化钛）生产（3学时）第一节钛白的主要性质、用途和品种第一节硫酸法生产钛白第二节氯化法生产钛白教学参考书1.王吉昆何蔼平《现代锗冶金》冶金工业出版社2005.2.(俄)П.И.ФЕДОРОВ.Р.Х.АКЧУРИН．铟的化学手册[M]．北京大学出版社,20053、王树楷.《铟冶金》. 北京: 冶金工业出版社. 20064、莫畏罗方承等《钛冶金第二版》冶金工业出版社19985、孙康《钛提取冶金物理化学》冶金工业出版社20016、李洪桂《稀有金属冶金学》冶金工业出版社1990.7、吴炳乾《稀土冶金学》中南工业大学出版社1997.第一单元稀有金属概论（3学时）1.1 稀有金属的概念中文名称：稀有金属英文名称：rare metal，less-common metal定义：地壳中丰度很低或分布稀散或不容易经济地提取的金属。
对“稀有金属”包括的范围，目前在学术上尚没有统一的划分标准。
根据我国惯例，一般认为它包括周期表中约59个金属(包括人造元素)。
深切悼念张启修教授
・156・膜科学与技术第40卷深切悼念张启修教授中国冶金分离与工程学科先驱,膜技术在中国冶金工业中应用的倡导老师和先行者，中南大学教授张启修先生不幸于2020年2月29日11点50分因病抢救无效，在湘潭市第一人院去世，终年82岁.张启修教授1938年11月出生，湖北武汉人，中共党员，中南大学教授，博士生导师.1961年于中南矿冶学院稀有金属冶金专业,1987〜1988年在英国warren spring lab.作访问学者，历任中南大学冶金系稀有金属冶金教研室主任,有色金属工业总公司冶金分离科学与工程重点实验室主任，中国有色金属学会稀有金属会主任会主任，中国鸨业协会顾问，1996年获国务院殊津贴.张启修教授长期从事稀有、有色金属冶金和冶金分离科学与工的教学、科研和人工作，是冶金分离科学与工程学科的倡导者和者,是膜分离技术在冶金中应用的主要开拓者.张启修教授多年来坚持教书育人，为中南大学稀有金属冶金学科和冶金分离科学与工程学科的作出了卓越的・1974年，张启修教授组建了萃取学科组,1988年命名为冶金分离科学与工程学科组, 1996年学科组建了中南大学冶金学科的第省重点实验室一一中国有色金属工业总公司冶金分离科学与工程重点实验室•张启修教授在研究生《冶金分离科学与工程/为本科生讲授《稀有金属冶金学》、《萃取冶金学/•由其创建的冶金分离科学与工程学科近30年、博士研究生100多人，涌知家、产军人物或行业中坚力量.张启修教授在科学研究上勇于，先后主持国家科技攻关和国家自然科学基金家项目8项,企合作项目30余项,发表学术论文180余篇，获授权中明专利19项.主编了《萃取冶金原理与实践》、《冶金分离科学与工程》和《鸨钮冶金》3本学术专著，参加编写《中国冶金大百科全书》、《稀土冶金学/《稀有金属冶金及工艺》、《湿法冶金》等学术专著，主持编辑出版《鸨钮工业、未来和建议》、《分 离科学在稀有金属中的应用》、《中南矿冶学院学报一辑(1994)》等学术论文集.张启修教授在稀有金属冶金和冶金理科研，多项成果为国际和国际先进，其中VW矿浆萃取工艺、鸨碱性萃生产工艺、连续离分离新工艺、连续离从+电解液中除微量铅锌、+钮矿提取技术等科研成果获得大规模工广应用,离膜在鸨冶炼中的应用、赤泥堆场膜分离技术等科研成果了膜技术在冶金中的应用路•研究成果获湖南省科技进步奖等省科技进步奖5项.张启修教授的研究成果在稀有金属冶金、冶金分离科学与工程、膜分离技术在冶金中的应用、冶金理具有重大影响，为相的科学技术进步作出了杰张启修教授为《膜科学与技术》提供多篇稿件并长期审稿，为杂志的作出了重要，先后与中膜工业协会一起多次策划召开“全国膜技术在冶金工业中应用研讨会*为膜技术在冶金工业中应用作出杰.张教授的不辛离世是冶金行业与膜界的一大损失.沉痛悼念并永远怀念张启修教授！。
稀有金属及贵金属冶金工程
目次1总则 (1)2基本规定 (2)2.1一般规定 (2)2.2项目规划与选址 (3)2.3可研论证、勘察设计与施工建设 (3)2.4运维、改造、拆除与应急响应 (4)2.5冶金设备、备品备件与维修设施 (4)2.6能源资源节约与新工艺新技术新设备 (4)2.7生态环境保护设施 (5)2.8安全卫生 (5)2.9辐射防护 (7)2.10个人防护 (9)3备料设施与产品储运设施 (10)3.1一般规定 (10)3.2原料要求 (10)3.3原辅材料及能源燃料储运设施 (10)3.4原辅材料预处理及煤粉制备设施 (10)3.5化学品与金属产品储存 (10)4冶金工艺过程设施与产品包装设施 (12)4.1一般规定 (12)4.2锂铷铯(碱金属)冶金 (12)4.3铍(碱土金属)冶金 (13)4.4稀土冶金 (13)4.5钒冶金 (14)4.6钛冶金 (15)4.7锆铪冶金 (16)4.8钽铌冶金 (17)4.9钨冶金 (17)4.10钼和铼冶金 (18)4.11稀散金属冶金 (18)4.12金银及稀贵金属冶金 (19)4.13资源再生与二次资源预处理 (19)5分析检测中心 (20)6公用工程与配套设施 (21)6.1一般规定 (21)6.2总图布置 (21)6.3建筑结构 (21)6.4暖通 (22)6.5给排水 (22)6.6供配电与控制室 (22)6.7洁净室、电磁屏蔽与减振降噪 (23)6.8动力设施及特殊设施 (23)附录A：稀冶项目规模划分 (24)附录B：稀冶项目工艺生产装置抗震设防与火灾危险类别 (25)附录C：稀冶项目安防等级 (38)附录D：稀冶项目作业区洁净度等级 (39)附录E：主要危毒化学品 (40)附录F：现行环保标准 (76)附：起草说明 (93)1总则1.0.1为贯彻执行国家技术经济政策，促进技术进步，确保稀有金属及贵金属冶金工程项目(本规范简称“稀冶项目”) 在规划、立项、设计、建设、运维、改造、拆除等全生命周期的技术管理过程中有效地保障人民生命财产安全、人身健康、工程质量安全、生态环境安全、公众权益和公共利益，促进能源资源节约利用，满足国家经济建设和社会发展，实现项目的基本功能和性能，制定本规范。
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(2)陶瓷电解槽
优点：产能大，生产效率高（2300～5000A）、能耗低 缺点：电流分布不均匀，金属损失大，电流效率低
3.工艺要求、条件和指标
• 电解原料的杂质含量要求(质量%)
– Th<0.03 – Pb<0.01 – H2O<0.5 S<0.5 SO42-<0.01 水不溶物<1.5 F<0.05 PO43-<0.01
RE +3KCl3 =RECl3 +3K ,
(3) EC =-3.0～3.5, I>10A, • 浓差极化严重，达到极限电流密度 • 碱金属析出 Me+ + e = Me
2.阳极过程
– 主反应: Cl- =[Cl] + e, – 副反应: SO42-,OH-放电反应 2[Cl] = Cl2↑
1.工艺过程
• 氯化物稀土熔盐电解主要用于轻稀土金属、混合稀土生产 • 重稀土金属熔点高（>1300℃），不宜在氯化物体系中电解
2.电解槽结构
（1）石墨电解槽
特点
– 金属析出在瓷皿接收器 中，金属损失小，电效、 金属回收率高 – 阳极结构有利于阳极气 体逸出
缺点
– 生产能力低（单槽电流 1000A以下），能耗大
• 温度过低
– 粘度↑→金属不易凝聚→阳 ↑→ → 极氧化↑
• 适宜温度
– – – – 混合稀土870℃ La 930℃ Ce 900 ℃ Pr 920 ℃
(3)电流密度
• 阴极电流密度↑
– 金属溶解、二次反应相 对↓→电效↑ – 碱金属阳离子放电↑→ 电效↓
• 阳极电流密度↑
– 阳极气体搅拌激烈→金 属损失、阳极材料损失 ↑→电效↓
பைடு நூலகம்
(6)稀土金属种类及变价元素的含量
• 单一稀土的电解
(1)电解质中稀土 氯化物的含量
• RECl3浓度过低 →浓差极化 →阴极电位降低 →K+等的放电 • RECl3浓度过高 →粘度↑ →机械损失↑ →阳极气体排出困难 →二次反应 • 适宜RECl3浓度: 35%～48%
(2) 电解温度
• 温度过高
– 电解质循环、对流加剧 →RE,RE2+ 阳极在氧化↑ – RE在RECl3中的溶解度↑ – 二次反应↑
1) RE在RECl3中有很大的溶解度 (100mol RECl3可溶解10-30mol RE) 2) 添加KCl,NaCl等可显著降低熔盐对 RE的溶解度 3) 效果：KCl, LiCl>NaCl, CaCl2
二、稀土氯化物熔盐电解的电极过程
• 电极：石墨阳极；钼阴极 1.阴极过程: 随电流的增大,电压的升高,依次发生如下反应:
第七章 熔盐电解法制取稀土金属
概述 ●制取稀土金属的方法 ●熔盐体系 第一节 稀土氯化物的熔盐电解 第二节 稀土氧化物－氟化物的熔盐电解
第一节 稀土氯化物的熔盐电解
概述 -稀土的电极电位比氢负，不能在水溶液中电解生产
-电解反应：RECl3 = RE + 3/2Cl2
一、稀土氯化物熔盐电解质的性质与组成
一般要求 4. 电导 1. 分解电压与电极电位 5. 密度 6. 蒸汽压 2. 熔点 3. 粘度 7. 对稀土金属的溶解性能
二、稀土氯化物熔盐电解的电极过程 三、稀土氯化物熔盐电解的工艺实践
1.工艺过程 2.电解槽结构 3.工艺要求、条件和指标
四、稀土氯化物熔盐电解的电流效率及其影响因素
• 造成电流效率降低的原因 (2)电解温度 (3)电流密度 (1)电解质中稀土氯化物的含量 (4)极距与槽型 (5)电解物料的纯度
• 适宜值
– 阳极 3～6A/cm2, – 阴极 0.6～1.0A/cm2
(4)极距与槽型
• 极距过小
– RE,RE2+容易移向阳极而被氧化 – Cl2容易循环至阴极使RE氧化
• 极距过大
– 电阻↑→局部过热↑→能耗↑
(5)电解物料的纯度
– Fe, Al, Si, Mg, Pb等比稀土易析出的金属含量↑→产品纯度↓,电效↓ – S, P, C (SO42-, PO43-)含量↑→稀土金属氧化↑, 难溶稀土化合物的生成↑→电效↓ – 水不溶物(REOCl等)→生成泥渣悬浮于电解质→提高粘度
RECl3=RE+3/2Cl2 理论论分解电压 E=-△G0/(nF)
2.电解质的熔点 电解质的熔点
表7-3 7-3
表7-4
3.电解质的粘度 电解质的粘度
粘度↑ → 不利于熔融稀土金属与电解质的分离 不利于泥渣沉降，阳极气体排出 不利于电解时的传热，传质
4. 电解质的电导
提高比电导 → 可提高电流密度, 或 加大极距,减少RE的二次反应
表7-11 稀土氯化物电解工艺条件及技术指标
表7-11
造成电流效率降低的原因
• 电流效率=实际金属产量/理论金属产量
• 电流效率降低的原因
(1) 部分输入电流的空耗
• 碱金属或碱土金属的放电 • 稀土离子的不完全放电
(2) 部分电解金属的损失
• 物理损失(机械夹杂) • 化学损失
– 金属在电解质中的溶解 – 金属的再氧化 – 金属与阳极材料、电解质中杂质、空气的反应
(1)EC=-1～-2.6V, i=10-4～10-2A/cm2 • 2H++2e = H2 Fe2+ +2e = Fe Eu3+ + e = Eu2+ • Sm3+ + e = Sm2+ • 应尽量避免电位较正的阳离子与变价稀土进入电解质 (2) EC =-3V, i=10-2～10A/cm2 • 稀土析出： RE3+ + e =RE • 副反应： RE +2RECl3 =3RECl2,
(6)稀土金属的种类和变价元素的含量
熔盐电解对电解质的一般要求
• • • • • • 熔点较低 → 有利于在降低电解温度 粘度小 → 有利于金属与电解质的分离 导电性好 → 有利于提高电流密度 密度小 → 有利于金属的分离 对金属的溶解度小→有利于降低金属损失 蒸汽压低 → 有利于减少挥发损失
1. 电解质的分解电压与电极电位
5.电解质的密度 电解质的密度
密度↓ → 有利于金属-电解质分离, 有利于电解渣-电解质分离
6.电解质的蒸汽压 电解质的蒸汽压
1）蒸汽压↑→挥发损失↑，电解质组成稳定性↓，收尘负荷↑ 2) PRECl3 > P RECl2 3) 添加KCl等,可降低稀土蒸汽压
7.电解质对稀土金属的溶解性能 7.电解质对稀土金属的溶解性能