6、稀有金属冶金学1220
冶金学概述
冶金学概述
冶金学是一门研究金属及其合金的科学，包括金属的开采、冶炼、加工和应用等方面。
它是工程学和材料科学的重要组成部分，对于现代工业和科技的发展起着至关重要的作用。
冶金学的研究内容包括金属的性质、结构、相变、加工性能等，以及金属的冶炼工艺、金属材料的设计和制备等。
其中，金属材料的性能是冶金学研究的重点之一，它直接影响着材料的使用效果和使用寿命。
冶金学的应用领域非常广泛，涉及到航空航天、汽车制造、机械制造、电子信息等多个领域。
例如，在航空航天领域中，高强度、高韧性的材料是必不可少的；而在汽车制造领域中，轻量化和节能化则是重要的发展方向。
冶金学是一门非常重要的学科，它不仅为我们提供了丰富的金属材料资源，还为各行各业的发展提供了有力的支持。
随着科技的不断进步和发展，冶金学也将会继续发挥重要的作用。
《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。
稀有金属冶金学
新疆、吉林和四川，其镍储量分别占全国总 储量的9.1%、7.5%、5.2%和4.5%（见表12）。金川镍矿则由于镍金属储量集中、有价
稀贵元素多等特点，成为世界同类矿床中罕 见的、高品级的硫化镍矿床。
1.2 镍及其主要化合物的物理化学 性质
• 镍是元素周期表中第Ⅷ族的元素，其在 元素周期表中的位置决定了镍及其化合 物的一系列物理化学特性，镍的许多物 理化学特性与钴、铁近似；由于与铜比 邻，因此在亲氧和亲硫性方面又较接近 铜。
• 国外于1775年制得纯镍，在1825～1826年间
瑞典开始了镍的工业生产。当时，由于技术
条件等因素的限制，镍的生产长期未得到显
著的发展。直到发现将镍炼制成合金钢以后，
镍工业才有了较快的发展，产量也迅速上升。 1910年世界镍产量只有2.3万吨、1960年为 32.55万吨、1980年为74.28万吨，至2002年世 界镍的年产量已达到117.59万吨，镍的消费 量也将达到104.7万吨或更多。随着我国经济
• C.镍的电阻：在20℃时按其纯度99.99～99.8% 变动于6.8～9.9微欧厘米（10-8Ωm）。镍基合 金虽然广泛用于热电元件，但由于氧化关系纯 镍实际上无此用途。
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
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a. 轻稀土：La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu； Ce组元素 b. 重稀土：Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、
Y； Y组元素 ⅱ）根据稀土复盐溶解度的大小分为
a. 难溶解的铈组元素：La、Ce、Pr、Nd、Sm b. 微溶解的铽组元素：Eu、Gd、Tb、Dy c. 可溶解的钇组元素：Ho、Er、Tm、Yb、Lu ⅲ）萃取法分组 a. 轻稀土： La、Ce、Pr、Nd b. 中稀土：Sm、Eu、Gd c. 重稀土： Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y
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%。
稀有金属冶金学李洪桂思考题答案
稀有金属冶金学李洪桂思考题答案
1、现代工业习惯上如何将金属分类？
金属一般可以分为黑色金属和有色金属。
黑色金属是指铁、锰、铬三种金属，它们的单质为银白色，而不是黑色。
之所以称它们黑色金属是由于它们和它们的合常有灰黑色的氧化物。
金表面有色金属是指黑色金属以外的金属，其中除少数有颜色外，大多数为银白色，有色金属有60多种，又可分为九大类：
(1)重金属：铜、铅、锌等。
(2)轻金属：铝、镁等。
(3)轻稀有金属：锂、铍等。
(4)难熔稀有金属：钨、钛、钒等。
(5)稀散金属：镓、锗等。
(6)稀土金属：钪、钇及镧系元素等。
(7)放射性金属：镭、锕等。
(8)贵金属：金、银、铂等。
2、目前冶金方法大体可归结为哪几类？
按研究领域分：提取冶金学和物理冶金学，其中提取冶金学暗锁冶炼金属可分为有色冶金和钢铁冶金按冶金工艺过程不同分为湿法
冶金，火法冶金和电冶金电冶金是利用提取金属的方法。
根据利用电能效应的不同，电冶金又分为电热冶金和电化冶金。
有色金属冶金一般是湿法冶金，粉末冶金，钢铁等黑色金属一般是火法冶金。
冶金期刊排名
附 件冶金工程技术与金属材料（金属学与金属工艺）领域高质量科技期刊分级目录（排名不分先后，中文刊在前）冶金工程技术领域序号期刊名称ISSNT1级15种（已经接近或具备本学科领域国际顶级水平的期刊）1 钢铁 0449-749X2 工程科学学报 2095-93893 中南大学学报（自然科学版） 1672-72074 东北大学学报（自然科学版） 1005-30265 矿物冶金与材料学报（英文版） 1674-47996 稀土学报（英文版） 1002-07217 钢铁研究学报（英文版） 1006-706X8 镁合金学报（英文版） 2213-95679 稀有金属（英文版） 1001-052110 Metallurgical and Materials Transactions B1073-5615–Process Metallurgy and Materials ProcessingScience11 Hydrometallurgy 0304-386X0882-7508 12 Mineral Processing and Extractive MetallurgyReviewEngineering 0892-6875 13 MineralsTechnology 0032-591014 Powder15 JOM (The Journal of The Minerals, Metals &1047-4838 Materials Society)T2级20种（国际上知名和非常重要的较高水平权威期刊）1 稀有金属 0258-70762 钢铁研究学报 1001-09633 有色金属工程 2095-17444 中国冶金 1006-93565 冶金分析 1000-75716 轧钢 1003-99967 金属矿山 1001-12508 稀土 1004-02779 粉末冶金工业 1006-654310 中南大学学报（英文版） 2095-2899International 0915-1559 11 ISIJMetallurgy 0032-589912 Powder13 Steel Research International 1611-368314 Ironmaking & Steelmaking 0301-923315 Fluid Phase Equilibria 0378-381216 American Journal of Heat and Mass Transfer 2374-53981450-5339 17 Journal of Mining and Metallurgy Section B:Metallurgy18 Journal of Sustainable Metallurgy 2199-382319 International Journal of Mining, Reclamation and1748-0930 Environment20 Tetsu to Hagane (鉄と鋼) 0021-1575T3级37种（国内外重要、为学术界所认可的期刊）1 武汉科技大学学报 1674-36442 矿冶工程 0253-60993 冶金能源 1001-16174 材料与冶金学报 1671-66205 黄金 1001-12776 有色金属冶炼部分 1007-75457 江西理工大学学报 2095-30468 有色金属科学与工程 1674-96699 炼钢 1002-104310 华北理工大学学报（自然科学版） 2095-271611 粉末冶金技术 1001-378412 特殊钢 1003-862013 冶金自动化 1000-705914 中国钨业 1009-062215 硬质合金 1003-729216 矿冶 1005-785417 连铸 1005-400618 炼铁 1001-147119 理化检验化学分册 1001-402020 上海金属 1001-720821 钢铁钒钛 1004-763822 湿法冶金 1009-261723 Journal of the Southern African Institute of Mining2225-6253 and Metallurgy24 Journal of Metallurgical Engineering 2168-555X25 Journal of Phase Equilibria and Diffusion 1547-703726 Science of Sintering 0350-820X27 Journal of Materials Engineering and Performance 1059-949528 Canadian Metallurgical Quarterly 0008-4433Research & Technology 2271-364629 Metallurgical30 Iron & Steel Technology 1547-042331 Internationalof Metal Casting 1939-5981Journal32 Journal of the Japan Institute of Metals 0021-487633 The International Journal of Cast Metals Research 1364-046134 Metallurgist 0026-089435 Transactions of Indian Institute of Metals 0792-281536 Metal Science and Heat Treatment 0026-0673and Technology 0272-6351 37 ParticulateScience金属材料（金属学与金属工艺）领域序号期刊名称ISSNT1级16 种（已经接近或具备本学科领域国际顶级水平的期刊）1 金属学报 0412-19612 稀有金属材料与工程1002-185X3 中国稀土学报 1000-43434 中国有色金属学报 1004-06095 材料科学技术（英文版） 1005-03026 金属学报（英文版） 1006-71917 中国有色金属学报（英文版） 1003-63268 中国科学:材料科学（英文版） 2095-82269 计算材料学（英文版） 2057-3960Materialia 1359-645410 ActaMaterialia 1359-646211 ScriptaScience 0010-938X12 CorrosionEngineering A 0921-5093&Science13 MaterialsMetallurgical and Materials Transactions A1073-562314-Physical Metallurgy and Materials ScienceDesign 0264-1275&15 Materials16 Journal of Alloys and Compounds 0925-8388T2级23种（国际上知名和非常重要的较高水平权威期刊）1 塑性工程学报 1007-20122 锻压技术 1000-39403 材料导报 1005-023X4 航空材料学报 1005-50535 材料热处理学报 1009-62646 材料科学与工艺 1005-02997 材料研究学报 1005-30938 中国表面工程 1007-92899 中国腐蚀与防护学报 1005-453710 表面技术 1001-366011 中国铸造（英文版） 1672-642112 Applied Surface Science 0169-433213 MaterialsCharacterization 1044-5803International Journal of Refractory Metals and0958-061114Hard Materials15 Intermetallics 0966-9795Corrosion 0947-511716 MaterialsandEngineering 0267-084417 Surface18 Oxidation of Metals 0030-770X19 Steel & Composite Structures 1229-936720 Journal of Materials Research and Technology 2238-7854Materials International 1598-9623and21 Metals22 Metals 2075-470123 Journal of Materials Science 0022-2461T3级27种（国内外重要、为学术界所认可的期刊）1 腐蚀科学与防护技术 1002-64952 铸造 1001-49773 金属功能材料 1005-81924 焊接学报 0253-360X5 兵器材料科学与工程 1004-244X6 钢管 1001-23117 轻金属 1002-17528 焊接 1001-13829 金刚石与磨料磨具工程 1006-852X10 轻合金加工技术 1007-723511 贵金属 1004-067612 钛工业进展 1009-996413 特种铸造及有色合金 1001-224914 金属热处理 0254-605115 机械工程材料 1000-737816 武汉理工大学学报（材料科学版）（英文版）1000-241317 中国焊接（英文版） 1004-5341Methods and Materials 0003-559918 Anti-Corrosion19 International Journal of Materials Research 1862-528220 MaterialsHighTemperatures 0960-3409 atTransactions 1345-967821 Materials22 Materialia 2589-152923 Archives of Metallurgy and Materials 1733-3490Journal of the Korean Institute of Metals and241738-8228 MaterialsCorrosion Engineering, Science and251478-422X Technology26 Transactions of the Institute of Metal Finishing0020-2967Construction 1816-112X 27 AdvancedSteel。
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
《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：
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。
稀有金属冶金学B 教学大纲
稀有金属冶金学B一、课程说明课程编号：050135Z10课程名称：稀有金属冶金学B/ Metallurgy of Rare Metals (B)课程类别：选修课学时/学分：32/2先修课程：工科大学化学、冶金工程概论、冶金原理、冶金设备适用专业：冶金工程教材、教学参考书：1、李洪桂主编，稀有金属冶金学，冶金工业出版社，19912、张启修和赵秦生，钨钼冶金，冶金工业出版社，20053、李洪桂和羊建高等编著. 钨冶金学. 中南大学出版社，20104、莫畏和邓国珠等，钛冶金，冶金工业出版社，1998二、课程设置的目的意义本课程系冶金工程专业选修的专业主干课程。
本课程通过对钨、钛两种典型稀有金属冶金方法的学习，使学生掌握稀有金属冶金过程的基本原理和常用的工艺及设备，熟悉浸出、沉淀与结晶、金属热还原等常规冶金方法和氯化冶金、溶剂萃取、离子交换、氢还原、真空冶金和粉末冶金等特种冶金方法。
通过本课程的学习，使学生对稀有金属冶金过程有较为全面的认识，拓宽和加深学生的专业知识面，提高学生灵活运用专业知识、解决冶金工程实际问题的能力，为今后从事冶金及相关行业的生产、设计或科研工作奠定基础。
三、课程的基本要求知识：掌握稀有金属冶金重要概念，了解其含义及适用范围；掌握稀有金属冶金过程遵循的共性原理，掌握典型稀有金属钨、钛冶金的基本原理、方法及其技术特点，熟悉钨、钛冶金的工艺流程、关键工序的影响因数、技术指标，掌握主要生产设备及其选择依据，了解稀有金属冶金工业面临的问题及其发展趋势。
能力：通过本课程的学习，使学生能够综合利用化学、冶金原理、冶金设备等相关理论知识分析复杂的冶金工程问题，具有收集和判断相关文献、信息的能力，并能够根据原料特点和产品要求拟定合理的冶金工艺流程并选择合理的冶金设备，能够面对复杂的冶金工程问题开展实验研究，具有实验设计并能够识别、表达和合理分析与解释实验数据、获得有效结论的能力。
素质：通过课程中的分析、讨论与辩论来培养分析沟通交流素质，培养基础理论知识的应用技能；通过课外导学的模式，提升自主学习和终身学习的意识，形成不断学习和适应发展素质。
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)。
稀有金属冶金学1.0
稀有金属冶金学1.0稀有金属的概念：被称为“稀有金属”是由于历史原因造成的，主要因为它们在地壳中比较分散，或没有特别引人注目的特征，因而发现比较迟，研究较少；或者制取困难，因其生产和应用都较迟。
稀有金属分类（依据其物理化学性质或其在矿物中的共生情况）1.稀有轻金属2.稀有高熔点金属3.稀土金属4.稀有分散性金属5.稀有放射性金属稀有金属冶金过程的特点1.冶金原料往往是多金属复合矿，一般品味较低，成分非常复杂2.冶金流程一般较复杂，流程很长3.三废防治问题占有十分重要的地位钨钼冶金物理性质：钨钼的共同特点是熔点高和沸点高（钨max），钨钼导电性都较好，电子逸出功较小。
化学性质：钨钼相似致密W常温下在空气中十分稳定，在400℃时轻微氧化，高于500~600℃迅速氧化生成WO3和MoO3。
在H2中一直到钨钼熔点都不反应。
Mo能在1000℃左右吸收少量氢形成固溶体。
常温下W在任意浓度的盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸和王水中都是稳定的。
常温下W与碱溶液不发生反应,但在氧化剂（如KNO3）存在下高温熔融，则W与碱剧烈反应生成钨酸盐。
常温下Mo在盐酸、硫酸、氢氟酸中稳定，在硝酸和王水中能缓慢溶解。
HF+HNO3混合酸中迅速溶解。
在HNO3：H2SO4：H2O= 5 : 3 : 1（体积比）的混合酸中可作为Mo的溶解剂，而W则不溶。
在热碱溶液中Mo缓慢被腐蚀。
WO3（黄色粉末）和MoO3（略带浅绿色的白色粉末）均为酸性氧化物，能溶于碱或氨水生成相应的钨酸盐或钼酸盐800~900℃都能被氢还原为W或Mo高于800℃左右都能显著升华*WO3不溶于HF以外的所有无机酸*MoO3除溶于HF，在HCl和H2SO4中亦能少量溶解钨酸H2WO4和钼酸H2MoO4*钨酸在水中和HCl中的溶解度大大小于钼酸（→可以从钨酸中除去部分钼）S（H2WO4）<<s（h2moo4）< p="">仲钨酸盐APT 分子式5(NH4)2O·12WO3·nH2O 在水中S小温度低于50℃，则n=11 针状结晶温度高于50℃，则n=5，片状结晶将（NH4）WO4溶液蒸发、或用酸中和或冷冻均可得到仲钨酸铵结晶化合物用途W 高比重合金（W 90~95%）主要用于制造陀螺仪转子、飞机操纵舵的配重、火箭发动机喷管、防辐射物质的安全屏、装放射性物质的容器Mo 二硫化钼可用作固体润滑剂，二硒化钼亦可固体润滑剂冶炼原料W 黑钨矿：（Fe，Mn）WO4 白钨矿：CaWO4Mo 辉钼矿：MoS2W矿物原料分解方法1.苏打高压浸出法（白钨矿、黑钨矿）√2.苛性钠浸出法（黑钨精矿、黑白钨混合精矿、白钨精矿）√3.苏打高温烧结—水浸法4.酸分解法（主要对白钨精矿）√苏打高压浸出白钨矿：CaWO4 + Na2CO3 = Na2WO4 + CaCO3黑钨矿：（Fe、Mn）WO4 + Na2CO3 =Na2WO4 +（Fe、Mn）CO3作业条件下FeCO3水解：FeCO3 + H2O = FeO + H2CO3有氧化剂存在条件下：FeO + 1/2 O2 = Fe2O33MnCO3 + 1/2O2 = Mn3O4 + 3CO2苛性钠浸出黑钨矿：（Fe、Mn）WO4 + 2NaOH = Na2WO4 + Fe（OH）2（或Mn(OH)2）+ H2O Fe(OH)2进一步水解：Fe(OH)2=FeO + H2O白钨矿：CaWO4 + 2NaOH = Ca(OH)2 + Na2WO4酸分解法白钨矿：CaWO4 + 2HCl = H2WO4 + CaCl2黑钨矿：（Fe、Mn）WO4 + 2HCl = H2WO4 + FeCl2 （或MnCl2）钨的二次金属回收①直接粉碎回收（1.冷气流2.热脆法3.锌溶法）②溶掉粘结相----钴，再粉碎回收WC（1.酸浸研磨法2.电溶解法）③化学法回收（废合金氧化→氧化物→冶炼回收）纯钨化合物制取工业上净化粗钨酸钠以生产村三氧化钨或APT的主要方法①化学净化法②萃取法③离子交换法化学净化法*（净化除P、As、Si、F）1.除Si Na2SiO3 + HCl (或H2SO4) = H2SiO3(偏硅酸) + 2NaCl (或Na2SO4)（需加少量絮凝剂，防止形成硅态胶）2.除P、As、F 水溶液中发生电离反应H3PO4 = H+ + H2PO-4 (As也有类似形态)在一定条件下加入Mg2+ 使P、As、F成镁盐沉淀，或者在铵根离子存在下，P、As成铵镁盐沉淀。
6、稀有金属冶金学2011.12.20
二.致密钨的制备－2烧结
烧结根据有无液相产生分为固相烧结和液相 烧结。
纯钨粉的烧结是一个单元系的固相烧结类型。 其烧结过程分为两个阶段： 第一个阶段－低温烧结 850－1200˚C 第二个阶段－高温烧结 3000˚C
二.致密钨的制备－2.烧结
1）低温烧结
目的：提高坯条的强度和导电率
第六章
6.1概论
稀有金属冶金学
——钨冶金学
一.稀有金属的概念 1.在地壳中比较分散，或其矿物没有特征； 2.制取困难； 3.应用较迟；许多稀有金属到二十世纪才大 量应用。
6.1概论
二、稀有金属在国民经济中的地位
在能源方面：稀有放射金属是重要的核燃
料。
在化学工业方面：象钛、钽、铌等材料具
有耐高温高压，耐腐蚀等性能，是优良的
可处理白钨矿也可处理黑钨矿。但更宜于处
理白钨矿，特别是低品位的白钨矿。
其实质就是在高温高压下，使钨的矿物与苏 打作用，生成可溶性的Na2WO4进入溶液中。
1.碱法分解
2）苛性钠溶液分解法
是处理黑钨矿的主要方法。
主要反应：
FeWO4+2NaOH==Na2WO4+Fe(OH)2
MnWO4+2NaOH==Na2WO4+Mn(OH)2
6.1概论
四、稀有金属冶金过程的特点 1、矿石品位低，成分复杂； 2、冶金流程较复杂，多阶段性，规模小但 技术含量高； 3、相似元素的分离、综合利用、三废治理 相当重要； 4、使用形式多样化。
四、稀有金属冶金过程的特点
5、生产流程往往不太成熟，不定型。
6、提取过程与材料生产过程具有不可分割性
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6.1概论
在电子工业中：锗是主要的半导体材料； 铌、钨、钼、钛、锆、铟、镓等都是电子 工业中重要的材料；
在钢铁工业中：稀土和稀有高熔点金属是 优质钢的重要添加剂。
超硬材料方面：稀有高熔点金属的碳化物 广泛用作为硬质合金。
6.1概论
三、稀有金属生产的主要阶段 生产流程各不相同，但总体来说可分为以
生成的不同价态的各种氧化物和各种同多 酸杂多酸及其盐。
五、钨资源与生产方法
2.钨的用途 1）碳化钨硬质合金－刀具、磨具、钻头等 2）钢铁合金原料－制造各种特种钢铁材料 3）电子电工材料－灯丝、触头、加热元件 4）航空航天工业－各种耐热耐磨蚀部件 5）军事工业－各种武器装备的材料 6）其它－耐腐蚀器具，化合物和等
一是从矿石中把钨与脉石分离，二是要把 钨与溶液中的杂质分离。
一、钨精矿的分解
可分为两大类： 酸法：用盐酸处理矿石，使钨以不溶物与 可溶的杂质分离。 碱法：用各种碱处理矿石，使钨以可溶性 盐进入溶液中。
1.碱法分解
就是用碱来处理含钨矿物，使其中的钨转化 为可溶性的钨酸钠进入溶液中。 1）苏打溶液压煮法：
=Na2WO4+Mn2O3+2CO2
2.酸法分解
盐酸分解是目前处理白钨矿的主要方法。 最大优点是一次作业就可获得粗钨酸。 反应如下：
CaWO4+2HCl==H2WO4↓+CaCl2 与碱法不同，盐酸分解过程中，钨最终作为
不溶物而与溶解的杂质成分分离。
6.2 纯钨化合物的制备
二、溶液的净化（碱法）
主要除去硅、磷、砷、钼等杂质 1）传统的沉淀法：如水解除硅，镁盐除磷砷，
硫化除钼等。 特点：流程长，步骤多，综合回收困难 2）离子交换和溶剂萃取法 特点：分离效果好，流程短，步骤少，综合回收
率高。
6.2 纯钨化合物的制备
三.钨酸沉淀和煅烧
从净化后的含钨溶液中沉淀出纯的钨酸
Na2WO4+2HCl==H2WO4↓+2NaCl
有常压浸出和高压浸出两种工艺。
1.碱法分解
3）苏打烧结法 与碱石灰烧结法原理类似，就是碳酸钠
与矿石在高温下作用，生成可溶于水的 钨酸钠，用热软化水浸出，就可得到含 钨的溶液。
1.碱法分解
3）苏打烧结法 烧结中的反应： FeWO4+2Na2CO3+0.5O2
=Na2WO4+Fe2O3+2CO2 MnWO4+2Na2CO3+0.5O2
第六章 稀有金属冶金学
——钨冶金学
6.1概论 一.稀有金属的概念 1.在地壳中比较分散，或其矿物没有特征； 2.制取困难； 3.应用较迟；许多稀有金属到二十世纪才大
量应用。
6.1概论
二、稀有金属在国民经济中的地位 在能源方面：稀有放射金属是重要的核燃
料。 在化学工业方面：象钛、钽、铌等材料具
有耐高温高压，耐腐蚀等性能，是优良的 耐高温高压，抗腐蚀化工设备材料。
可处理白钨矿也可处理黑钨矿。但更宜于处 理白钨矿，特别是低品位的白钨矿。
其实质就是在高温高压下，使钨的矿物与苏 打作用，生成可溶性的Na2WO4进入溶液中。
1.碱法分解
2）苛性钠溶液分解法 是处理黑钨矿的主要方法。 主要反应：
FeWO4+2NaOH==Na2WO4+Fe(OH)2 MnWO4+2NaOH==Na2WO4+Mn(OH)2
六、我国钨业状况
我国的钨矿主要分布在江西、湖南南部和广东、 广西北部的华南成矿带上，近年来在秦岭、祁 连成矿带上有新的发现，具有一定的潜力。
著名的钨矿有大吉山、西华山、盘古山、归美 山，瑶岗仙、柿竹园、汝城、香花岭、广西的 富贺钟等。
• 我国重要的钨工业企业（2003年产值）
• 1.株洲硬质合金集团（11亿元）
五、钨资源与生产方法
3.钨矿石 目前具有工业价值的钨矿物主要有： 黑钨矿：钨酸铁和钨酸锰的类质同晶混合
物[(Fe,Mn)WO4]; 白钨矿：以钨酸钙(CaWO4)作为钨的存在
形式的一种钨矿物。 钨矿中常伴有钼、锡、铜、铁、砷、磷的矿物； 经选矿得到的钨精矿含WO3为50－70%。
五、钨资源与生产方法
下四个阶段： 1、精矿分解 2、提取纯化合物 3、金属生产 4、高纯(或致密化)生产
6.1概论
四、稀有金属冶金过程的特点 1、矿石品位低，成分复杂； 2、冶金流程较复杂，多阶段性，规模小但
技术含量高； 3、相似元素的分离、综合利用、三废治理
相当重要； 4、使用形式多样化。
四、稀有金属冶金过程的特点
钨精矿 纯钨化合物
钨粉 钨材
• 纯化合物的制备，是钨生产中最复 杂的步骤的，由于矿石分解方法， 溶液净化方法的不同而不同。 其过程可以简单表示为：
钨精矿
分解
净化提纯钨的纯化Βιβλιοθήκη 物6.2 纯钨化合物的制备
原 理：
采用各种方法分解矿物，使钨精矿分解和 部分杂质进入溶液中与脉石分离，然后通 过净化除杂与杂质分离，得到纯的钨化合 物。
• 2.自贡硬质合金有限责任公司（8.82亿元）
• 3.江西稀有稀土金属钨业集团公司（11.54 亿元）
• 4.厦门钨业股份有限公司（10亿元）
• 但2003年民企的发展很快，如：江西崇义 章源钨制品有限公司，湖南衡东有色选冶厂， 等，在江浙等地都有不少的民企进入硬质合 金和钨材加工业中来。
钨 冶 炼 原 则 流 程
4.钨的生产方法 1）采用各种分离方法，得到纯钨化合物 2）通过还原等方法得到纯钨粉 3）用粉未冶金的方法得到致密钨材和碳
化钨材。即： 钨精矿 纯钨化合物 钨粉 钨材
六、我国钨业状况
我国是钨矿的资源大国，也是生产、出口 大国，钨矿是我国传统优势矿种。
我国的钨保有储量（WO3）123万吨，基 础储量265万吨，资源量262万吨，资源总 量527万吨。钨储量居世界第一位，占世 界总储量的41%。矿带上有新的发现，具 有一定的潜力。
5、生产流程往往不太成熟，不定型。 6、提取过程与材料生产过程具有不可分割性
1） 中间化合物或金属直接用作材料； 2 ）用化学冶金的方法生产各种化合物材料。
五、钨资源与生产方法
1.钨的性质 物理性质：高熔点、高沸点、低蒸汽压、
高密度、高机械强度、良好导电性； 化学性质：高度的稳定和抗腐蚀性，钨可