东北大学冶金工程专论试题及答案.docx
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东北大学冶金工程专论试题及答案
冶
金
工
程
专
论
读
书
报
姓名：
*****
学号：
*****
课程名称：
冶金工程专论
课程编号：
告
、按照矿石性质，主要有哪些选矿方法，它们的主要原理是什么
概述
选矿的目的和意义
选矿方法
重选法
重介质选矿
跳汰选矿
浮选法
磁选法
磁选过程
矿物磁性
磁选机分类
、简述火法炼铜的原理，并说明冰铜吹炼的实质核心问题是什么？
铜的概述
铜
炼铜的主要方法
火法炼铜的基本原理
火法炼铜的工艺流程
焙烧
造锍熔炼
冰铜的转炉吹炼
粗铜的火法精炼
铜的电解精炼
吹炼的实质
参考文献
冶金工程专论读书报告
、按照矿石性质，主要有哪些选矿方法，它们的主要原理是什么？
概述
选矿是根据不同矿物的物理、化学或物理化学性质，采用不同的方法，将矿石中有用矿物和脉石矿物分离的过程。
对矿石的加工利用一般分为采矿、选矿、冶炼三大过程，个别矿石除外，如铝土矿不经过选矿过程，而选矿则是得到精矿的主要过程。
选矿有很多方法，最主要的是重选法、浮选法和磁选法的应用。
选矿的目的和意义
选矿是根据不同矿物的物理、化学或物理化学性质，采用不同的方法，将矿石中有用矿物和脉石矿物分离的过程。
对矿石的加工利用一般分为采矿、选矿、冶炼三大过程，个别矿石除外，而选矿则是得到精矿的主要过程。
我国矿产资源丰富，是目前世界上已知的储量最多的国家之一，目前我国从开采出来的矿石品位较低，直接冶炼技术上有困难，经济也不合理。
为了满足冶炼的要求，在冶炼前需将有用矿物及脉石分离，以提高有用矿物的含量，获得有用矿物富集的精矿，提高冶炼回收的经济效益。
我国矿石的特点是含有多种有用矿物的复合矿石，例如，我国某海滨砂矿的重选粗精矿，它含稀土矿物，还含有其他矿物．通过选矿，可以综合回收，同时获得符合要求的几种单独精矿。
矿石中除有用矿物外，还常常含某些有害杂质。
在选矿过程中，要求尽量除去这些有害杂质。
由上可见，选矿的目的就是使有用矿物及脉石分离，把共生的有用矿物尽可能的相互分离，成为单独精矿，除去有害杂质，为冶炼提供符合要求的精料，以提高冶炼的经济效益，较充分、经济、合理地利用国家的矿产资源。
选矿方法
选矿方法很多主要有物理法和化学法。
其中物理法包括重选法、磁选法、电选矿法、粒度选矿法、摩擦选矿法、形状选矿法、电晕选矿法及手选法；化学法包括浮选法、培烧法、混汞法、氰化法；另外还有生物法。
其中最常用的是重选法、浮选法和磁选法。
.重选法:
重选法是在重力、离心力、等的联合作用下，使粒度不同形状不同、密度不同的矿粒产生不同的速度或运动方向，从而分离出不同产品的选矿过程。
其工艺简单投资少，不适用药剂，选矿成本低，对环境污染小，因此发展较快。
重介质选矿法
通常将密度大于水的介质称为重介质。
在这样的介质中进行的选矿称为重介质选矿，它是按阿基米德原理进行的。
浮力的大小等于物体排开的同体积介质的重量，即
ρ
则颗粒在介质中的有效重力及重力加速度分别为：
—（δ—ρ）
（δ—ρ）δ
式中——重力，单位牛顿；δ——矿物密度，单位克厘米可见，及均随ρ的增大而减小。
在重介质中，当δ大于ρ时，（），及的方向一致，矿粒将向下沉降；而当δ小于ρ时，（），及的方向相反，矿粒将向上浮起。
因此，为使选别过程能有效进行，重介质密度的选择应在矿石中轻、重两种矿物的密度之间，即δ＞ρ＞δ。
在这样的介质中，选别完全属于静力作用过程，流体的运动和颗粒的沉降不再是分层的主要作用因素，而介质本身的性质倒是影响选别的重要因素。
重介质选矿的应用从原理上看，重介质选矿是严格按密度分选的，及矿粒的粒度及形状无关，所以介质常表现出较高的粘度，严重影响颗粒的沉降速度。
若给矿粒度大，重矿物沉降快，对分层精确性的影响倒不显著；但若给矿粒度小，则往往因有一部分粒度小的重矿物颗粒未来得及沉降到底部，便被介质带到机外，从而降低了分选效率。
因此，在分选前预先筛分出细小矿粒还是必要的。
受加重质自身密度的限制，悬浮液难以达到很高的密度，通常只能比轻矿物密度略高一点，故重介质选矿不能获得高品位的最终精矿，而只能选出密度低的单体脉石，从而作为预先分选作业使用。
跳汰选矿法
是重选主要的方法之一。
它是在垂直交变介质流的作用下，使矿粒群松散，然后按密度差分层：
轻的矿物在上层叫轻产物，重的在下层叫重产物，从而达到分选的目的。
介质的密度在一定范围内增大，矿粒间的密度差越大，则分选效率越高。
在跳汰机的垂直上升水流中，轻、重、大小不同的矿粒具有不同的运动速度，重的矿物在上升时落在轻矿物的后面，并且在上升终了时，处于轻矿粒之下。
当矿粒反向运动时，在静止或下降的水流中，较重的矿粒将以较大的速度沉降，结构形成了轻重矿粒的分层：
密度大的矿粒在下层紧贴着跳汰机的筛板，这样经过多次反复使分层邹于分明，然后利用适当的装置将轻重两层矿粒分开，从而得到两种产品：
精矿和尾矿。
如下图表示的过程和现象：
（）—分层前颗粒混杂堆积；（）—上升水流将床层抬起；（）—颗粒在水流中沉降分层；（）—下降水流，床层紧密，重矿粒进入底层
浮选法
浮选也叫浮游选矿。
包括泡沫浮选、有团浮选、表层浮选和沉淀浮选等。
通常所说的浮选主要指泡沫浮选，是细粒和极细粒物料分选中应用最广、效果最好的一种方法。
这些物料由于粒度较细，密度及粒度的作用极小，不能用密度、粒度的差异进行分选。
浮选是依据各种矿物表面性质的差异从矿浆中借助于气泡的浮力分选矿物的过程。
在浮选药剂的作用下，在矿浆中导入空气以形成大量气泡，可浮性好的矿物颗粒吸附于气泡上，并随气泡上浮到矿浆表面而被排出，可浮性差的矿物颗粒不能在气泡上吸附而留在矿浆中，达到有用矿物及脉石的分离。
浮选有正浮选和反浮选之分。
浮上表面的泡沫产品是有用精矿而矿浆中留下的是尾矿的称为正浮选，反之为反浮选。
矿物表面对水的湿润性不同造成其可浮性不一样。
不同矿物表面所表现的这种对水的亲疏不同的性质是利用浮选法将各种不同矿物分离的基本理论依据。
浮选过程是在浆矿中进行的，它是由矿粒、水及气泡所组成，即固液气相。
相及相之间存在着界面，浮选是在界面上进行的。
在浮选过程中，当液体在固体表面湿着后就形成由固体、液体、气体三相包围的一条环形接触线，如下图，以点为顶点，以固水交界线为一边，以气水交界线为另一边，经过水相的夹角θ叫接触角。
可浮性的大小取决于接触角，接触角越大可浮性越大，如自然硫的接触角为度，可浮性比较好。
浮选过程大致可分为几个过程：
悬浮在矿浆中的矿粒及气泡接近并进行碰撞；矿粒及气泡碰撞后，疏水颗粒及气泡之间的水化层变薄、破裂，实现矿粒及气泡的附着，或者通过微泡析出，实现矿粒及气泡的附着；由矿化气泡形成的矿粒气泡联合体在浮力作用下，上升到液面；升浮到液面的泡沫形成较稳定的泡沫层，待进一步的处理。
浮选法应用范围广，分选效率也很高，适于处理品味低的矿物，而且也有利于矿产资源的综合回收，可进一步处理其他选矿方法得到的粗精矿、中矿或尾矿以提高精矿品位、回收率及综合回收其中的有用成分，但它需要较细的磨矿粒度，成本高影响因素多工艺要求也较高，而且使用各类药剂易造成环境污染。
磁选法
磁选是根据各种矿物磁性的差异分离矿物的一种选矿方法，常用来分选铁、锰、镍、铬、钛以及钨锡等有色和稀有金属矿石。
磁选过程：
磁选过程磁选是在磁选机中进行的。
如下图所示，
磁选过程示意图
当矿浆进入分选空间后，磁性矿粒在不均匀磁场作用下被磁化，受到磁场吸引力的作用，便会吸附在圆筒上，并随转筒的转动而被带至排矿端，排出成为磁性产品。
非磁性矿粒，由于所受的磁场作用力很小，仍残留在矿浆中，排出后成为非磁性产品，这就是磁选法分离矿物的过程。
矿物颗粒通过磁选机磁场时，同时受到磁力和机械力的作用。
磁性较强的矿粒所受的磁力大于其所受的机械力，而非磁性矿粒所受磁力很小，则以机械力占优势。
由于作用在各种矿粒上的磁力和机械力的合力不同，使它们的运动轨迹也不同，从而实现分选。
矿物磁性
矿物磁性是矿物磁选的依据。
由于自然界中各种物质具有不同的磁性。
物理学常把物质划分成：
逆磁性、顺礅陛、铁磁性（亚铁磁性、反铁磁性）三大类。
磁选中，按照比磁化系数的不同可将矿物分为强磁性矿物、中磁性矿物、弱磁性矿物和非磁性矿物四类
磁选机分类
磁选机种类很多，常常根据磁场强度分为弱磁场磁选机和强磁场磁选机两大类。
随着高梯度磁选、磁流体选矿、超导强磁选等得发展，磁选法的应用已经扩大到化工、医药、环保等领域中。
、简述火法炼铜的原理，并说明冰铜吹炼的实质核心问题是什么？
铜的概述
铜
铜位于元素周期表第四周期族，是人类最早使用的金属。
铜具有优异的性能，被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。
在地壳中铜含量约，自然界中的铜多以化合物存在，铜以各种矿物形式存在铜冶金中所用的是两种不同类型的矿石——氧化矿和硫化矿。
炼铜的主要方法
从铜矿石和铜精矿中提炼铜的方法较多，主要有火法和湿法两大类。
火法冶金是生产铜的主要方法，目前世界上％的铜是用火法冶金生产的，特别是硫化铜矿。
火法炼铜的基本原理
火法炼铜是将铜精矿和熔剂一起在高温下熔化，或直接炼成粗铜，或先炼成冰铜，然后再粗铜。
其优点是适应性强，冶炼速度快，能充分利用硫化矿中的硫，能耗低，特别适于处理硫化铜矿和富氧化矿火法炼铜是当今生产铜的主要方法，主要原料是硫化铜精矿。
火法炼铜是使炉料中的铜尽可能全部进入冰铜，同时使炉料中的氧化物和氧化产生的铁氧化物形成炉渣而且使其及冰铜分离，我们必须使炉料有相当数量的硫来形成冰铜而且要使炉渣含二氧化硅接近饱和，一边冰铜和炉渣不致混溶。
火法炼铜的工艺流程
铜矿石（ω（））经过采矿、选矿得到含铜品位较高的铜精矿（ω（）），然后送冶炼厂炼铜。
火法炼铜工艺流程一般有熔炼使铜硫化物及脉石等杂质分离，产出含铜的富集物（冰铜）和熔炼渣；吹炼使冰铜中的硫和其它杂质氧化除去，产出粗铜和吹炼渣；氧化精炼除去粗铜中的少量杂质，产出适合于电解精炼的阳极铜；电解精炼分离除去阳极铜中的杂质，产出电解铜和富含贵金属的铜阳极泥。
焙烧
焙烧分半氧化焙烧和全氧化焙烧（死焙烧），分别脱除精矿中部分或全部的硫，同时除去部分砷、锑等易挥发的杂质。
此过程为放热反应，通常不需另加燃料。
造锍熔炼一般采用半氧化焙烧，以保持形成冰铜时所需硫量；还原熔炼采用全氧化焙烧；此外，硫化铜精矿湿法冶金中的焙烧，是把铜转化为可溶性硫酸盐，称硫酸化焙烧。
造锍熔炼
造锍熔炼是在高温和氧化气氛条件下将硫化铜精矿熔化生成共熔体的方法，即将精矿中的铜富集于冰铜中，而大部分铁的氧化物及加入的溶剂造渣，也称冰铜熔炼。
造锍熔炼的目的是：
（）使炉料中的铜尽可能进入冰铜（熔体，也称锍）,部分铁以形式也进入冰铜；（）使大部分铁氧化成及脉石矿物造渣（,）；（）使冰铜及炉渣分离。
造锍熔炼所用的炉料主要是硫化铜精矿和含铜的返料，除含有、、等元素外，还有一定量的脉石成分。
需要先进行氧化焙烧，脱去部分硫然后熔炼，才能获得要求品位的冰铜。
熔炼过程主要反应为：
→
→
→•
→•
造锍炼铜可以使矿物中任何形态的铜化合物，几乎完全以稳定的形式富集在冰铜中。
冰铜密度比炉渣大，且两者不互溶，从而分离。
得到的冰铜进一步进行转炉吹炼。
冰铜的转炉吹炼
冰铜吹炼是利用硫化亚铁比硫化亚铜易于氧化的特点，在卧式转炉中，往熔融的冰铜中鼓入空气，使硫化亚铁氧化成氧化亚铁，并及加入的石英熔剂造渣除去，同时部分脱除其他杂质，而后继续鼓风，使硫化亚铜中的硫氧化进入烟气，得到含铜～的粗铜，贵金属也进入粗铜中。
冰铜是体系，主要成分是和，此外，还有少量的、、、等。
吹炼的目的：
通过氧化除去冰铜中的和以及部分其他有害杂质，从而将冰铜转变成粗铜。
一个吹炼周期分为两个阶段：
第一阶段，将氧化成，造渣除去，得到白冰（）。
冶炼温度℃～℃。
主要反应是：
＋→
→·
第二阶段，是造铜期，将氧化成，并及为氧化的反应生成金属和，冶炼温度℃～℃将白冰铜按以下反应吹炼成粗铜：
→
→
冰铜吹炼是放热反应，可自热进行，通常还须加入部分冷料吸收其过剩热量。
吹炼后的炉渣含铜较高，一般为～，返回熔炼炉或以选矿、电炉贫化等方法处理。
吹炼烟气含浓度较高，一般为～，可以制酸。
吹炼一般用卧式转炉，间断操作。
经冰铜转炉吹炼得到的粗铜还含有其它的少量杂质元素，如、、、、、、、、等，因此，需进一步进行火法精炼，制成阳极铜以便电解。
粗铜的火法精炼
火法精炼原理：
粗铜中多数杂质对的亲和力大于对的亲和力，而且，杂质氧化物在中的溶解度非常小，因此，杂质以氧化物炉渣的形式除去。
同时氧化过程的进行使铜中产生过量的氧化铜，最终需要还原得到粗铜。
即粗铜的火法精炼分为氧化过程和还原过程
（）氧化过程（氧化除渣阶段）
→
→
（）还原过程（还原得到阳极铜）氧化除渣后铜液中的，用还原剂进行还原：
→
→
→
还原剂有：
重油、天然气、液化石油气、木炭等。
得到的阳极铜送电解车间进行电解精炼。
铜的电解精炼
铜的电解精炼，是将火法精炼的铜浇铸成阳极板，用纯铜薄片作为阴极片，相间地装入电解槽中，用硫酸铜和硫酸的水溶液作电解液，在直流电的作用下，阳极上的铜和电位较负的金属溶解进入溶液，而贵金属和某些金属（硒、碲）不溶，成为阳极泥沉淀于电解槽底，溶液中的铜在阴极上优先析出，而其他电位较负的金属不能在阴极上析出。
这样，阴极上析出的金属铜纯度很高，称为阴极铜或电解铜。
（）阳极反应
电解液中含有、、和水分子，当通入直流电时，在阳极上可能的氧化反应为：
–→
–→
→
→
阳极的主要反应是溶解形成。
（）阴极反应
阴极上可能进行的反应为：
→
→
→
在这些反应中，只有电极电位比铜更正的金属离子能够优先还原。
因此，阴极的主要反应是铜离子的还原得到电铜。
吹炼的实质
由以上火法炼铜的工艺分析我们可以看出吹炼的实质是利用空气中的氧将冰铜中的铁和硫几乎全部氧化除去，并除去部分其他杂质以得到粗铜。
参考文献
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