金属材料的制备及发展

材料工程基础（论文）小论文：金属材料制备

院系名称：材料与化工学院

班级：材科14卓越班

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任课老师：-------------------

学生姓名：------------------

2016年10月

1 前言 (3)

1.1 引言 (3)

1.2.1冶金 (3)

1.2.2冶金的方法 (4)

1.1.2.1火法冶金 (4)

1.1.2.2湿法冶金 (5)

1.1.2.3电冶金 (6)

1.2.4生铁的冶炼 (8)

1.2.5钢的冶炼 (11)

2. 有色金属冶炼 (12)

2.1铜的冶炼 (12)

2.2铝的冶炼 (13)

3 金属材料的发展方向 (14)

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摘要

金属材料自古以来都占据着极其重要的地位，开发新型材料，改良传统金属材料显得尤为重要。金属材料的发展，是从传统金属材料向合成金属材料，虽然根本转变己经初步实现，但由于我国经济的制约，直到现在我国才只是初步建立起现代市场金属材料发展趋势，还没有完全改变传统的金属材料发展的观念。这在发展上并没有把生态和金属材料发展作为基本，这对我国金属材料发展的道路非常不利。本文主要讨论金属材料的制备、现状以及未来发展。

1 前言

1.1 引言

纵观历史，人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。本文主要讨论金属材料的制备（主要为冶金工艺）、现状以及未来发展。

1.2冶金工艺（现状）

1.2.1 冶金

冶金的定义:关于矿产资源的开发利用和金属材料生产加工过程的工程技术。

冶金的原因和目的：地球上已发现86种金属元素，除金、银、铂等金属元素能以自然状态存在外，其他绝大多数金属元素都以氧化物、硫化物、砷化物、碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐等形态存在于各类矿物中。因此，要获得各种金属及其合金材料，必须首先通过各种方法将金属元素从矿物中提取出来，接着对粗炼金属产品进行精炼提纯和合金化处理，然后浇注成锭，轧制成材，才能得到所需成分、结构、性能和规格的金属材料。

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1.2.2冶金的方法

冶金工艺可以分为火法冶金、湿法冶金和电冶金三大类。

1.1.

2.1火法冶金

火法冶金：利用高温从矿石中提取金属或其化合物的方法。

特点：火法冶金是生产金属材料的重要方法，钢铁及大多数有色金属（铝、铜、镍、铅、锌等）材料主要靠火法冶金工艺生产。用火法冶金方法提取金属的成本较低，所以，火法冶金是生产金属材料的主要方法。

火法冶金的基本过程

火法冶金通常包括矿石准备、冶炼和精炼三个过程。

（1）矿石准备

采掘的矿石含有大量无用的脉石，需要经过选矿以获得含有较多金属元素的精矿。经过选矿后，有时还需对矿石进行焙烧、球化或烧结等。

（2）冶炼

将处理好的矿石，用气体或固体还原剂还原为金属的过程称为冶炼。金属冶炼所采用的还原剂包括焦炭、氢和活泼金属等。

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（3）精炼

冶炼所得到的金属含有少量的杂质, 需要进一步处理以去除杂质，这种对冶炼的金属进行去除杂质提高纯度的处理过程称为精炼。

2.火法冶金的主要方法

火法冶金的主要方法有提炼冶金、氯化冶金、喷射冶金和真空冶金等。

（1）提炼冶金

提炼冶金是指由焙烧、烧结、还原熔炼、氧化熔炼、造渣、造硫、精炼等单元过程按照需要所构成的冶金方法。提炼冶金是火法冶金中应用最广泛的方法。

（2）氯化冶金

通过氯化物提取金属的方法称为氯化冶金。氯化冶金主要依据不同金属氯化物的物理化学性质，来有效实现金属的分离、提取和精炼。轻金属和稀有金属的提取多采用火法氯化冶金。

（3）喷射冶金

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称为喷射冶金。喷射冶金是70年代由钢包中喷粉精炼发展起来的新工艺。

（4）真空冶金

在真空条件下完成金属和合金的熔炼、精炼、重熔、铸造等冶金单元操作，以及使金属液在真空下脱氧、脱气、挥发、减免二次玷污等的工艺原理和方法称为真空冶金。真空冶金是提高金属材料质量，保证高技术所必需的特殊材料生产的重要方法。

1.1.

2.2湿法冶金

湿法冶金：是利用一些溶剂的化学作用，在水溶液或非水溶液中进行包括氧化、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。

湿法冶金包括浸取、固—液分离、溶液的富集和从溶液中提取金属或化合物等四个过程。

1.浸取

浸取是选择性溶解的过程。通过选择合适的溶剂使被处理过的矿石中包含的一种或几种有价值的金属选择性地溶解进入溶液，从而与其他不溶物质分离。根据所用的浸取液的不同，

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可分为酸浸、碱浸、氨浸、氰化物浸取、有机溶剂浸取等。在选择浸取液时，不仅要考虑它应具有高的浸取率和选择性好，而且要考虑它应易于过滤和回收。

2.固—液分离

固—液分离包括过滤、洗涤或离心分离等操作。在固—液分离的过程中，一方面要将浸取的溶液与残渣分离，另一方面还要将留存在残渣中的溶剂和金属离子等回收利用。

3.溶液的富集

富集是对浸取溶液的净化和浓集过程。富集的方法有化学沉淀、离子沉淀、溶剂萃取、膜分离或其他方法。

4.提取金属或化合物

在金属材料的生产中，常采用电解、化学置换和加氢还原等方法来提取金属或化合物。例如用电解法从净化液中提取Au，Ag，Cu，Zn，Ni，Co等纯金属；而Al，W，Mo，V等多数以含氧酸的形式存在于净化液中，一般先析出其氧化物，然后用氢还原或熔盐电解制取金属。

湿法冶金在有色金属、稀有金属及贵金属等生产中占有重要地位。世界上全部的氧化铝、氧化铀、约74%的锌、12%的铜及多数稀有金属都是用湿法冶金方法生产的。湿法冶金的最大优点是对环境的污染较小，能处理低品位的矿石。

1.1.

2.3电冶金

利用电能从矿石或其他原料中提取、回收、精炼金属的冶金过程称为电冶金。电冶金主要包括电热熔炼、水溶液电解和熔盐电解三个方面。

1.电热熔炼

用电加热生产金属的冶金方法称为电热熔炼。铁合金冶炼及用废钢炼钢主要采用电热熔炼。电热熔炼包括电弧熔炼、等离子冶金和电磁冶金等。

（1）等离子冶金

等离子是清洁能源，是电能转换为热能的最有效途径。等离子弧有非常高的能量密度，为超高温冶金提供了有力条件。等离子弧可以方便地控制气氛。无论是在大规模熔炼铁合金

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