有色金属冶金学复习资料教材Word下载.docx

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1、有色金属的分类：

⑴轻金属⑵重金属⑶贵金属⑷稀有金属

现代工业上习惯把金属分为黑色金属和有色金属两大类。

轻重金属的判别：

重金属一般指比重大于5.0的金属

2、冶炼铜的方法：

⑴、铜的生产方法有火法和湿法两大类，火法炼铜是当今生产铜的主要方法。

⑵传统熔炼方法：

鼓风炉熔炼、反射炉熔炼、电炉熔炼

⑶现代主要炼铜方法：

熔池熔炼、闪速熔炼法。

3、冰铜的吹炼可分为两个阶段：

⑴造渣期：

铜锍中的FeS与鼓入空气中的氧发生强烈的氧化反应，生成FeO和SO2气体。

FeO与加入的石英熔剂反应造渣。

造渣期完成后获得了白锍（Cu2S）。

FeS+1.5O2=FeO+SO2FeO+SiO2=2FeO·

SiO2

⑵造铜期：

鼓入空气中的氧与Cu2S（白锍）发生强烈的氧化反应，生成Cu2O和SO2。

Cu2O又与未氧化的Cu2S反应生成金属Cu和SO2，直到生成的粗铜含Cu98.5%以上时结束。

Cu2S+1.5O2=Cu2O+SO22Cu2O+Cu2S=6Cu+SO2

4、为什么冰铜吹炼能分为两个阶段？

根据热力学条件可知，只有冰铜中的FeS完全氧化出去后，Cu2O进和Cu2S才能发生造渣反应。

5、密闭鼓风炉的三个工作区：

（1）预备区：

主要进行炉料的干燥和预热

（2）焦点区：

进行激烈化学反应和熔化过程的区段，被氧化的主要是FeS，产出的FeO与炉料中的SiO2造渣。

（3）本床区:

汇集熔体和最后调整熔体成分的区域

6、在吹炼过程中Fe3O4的危害？

控制Fe3O4的措施和途径？

Fe3O4会使炉渣熔点升高、粘度和密度也增大。

转炉渣中Fe3O4含量较高时，会导致渣含铜显著增高，喷溅严重，风口操作困难。

在转炉渣返回熔炼炉处理的情况下，还会给熔炼过程带来很大麻烦。

控制Fe3O4的措施和途径：

（1）转炉正常吹炼的温度在1250℃~1300℃之间。

在兼顾炉子耐火材料寿命的情况下，适当提高吹炼温度。

（2）保持渣中一定的SiO2含量。

（3）勤放渣。

7、在造锍过程中Fe3O4有何危害？

生产中采取的防止措施？

Fe3O4的熔点高，在渣中以Fe-O复杂例子状态存在，当其量较多时，会使炉渣熔点升高，比重增大，恶化渣与锍的沉清分离。

当熔体温度下降时，Fe3O4会析出沉于炉底及某些部位形成炉结，还会在冰铜和炉渣的界面上形成一层粘渣隔膜层，危害操作。

防止措施：

（1）尽量提高熔炼温度

（2）适当增加炉渣中的SiO2含量，一般为35%以上

（3）控制适当的冰铜品味，以保持足够的FeS量

⑷创造Fe3O4与Fe和SiO2的良好接触

8、闪速炉的类型：

（1）奥托昆普闪速炉（需要补充燃料）：

①反应塔②沉淀池③直升烟道

（2）印柯闪速炉（氧焰熔炼法）:

床能率比奥托昆普闪速炉高约30%，总能耗较低，烟气量小，烟气SO2含量高，完全自热。

9、闪速熔炼对炉料的要求：

要求精矿含水0.1%～0.3%

10、熔池熔炼：

是在气体-液体-固体三相形成的卷流运动中进行化学反应和熔化过程。

液-气流卷流运动裹携着从熔池面浸没下来的炉料，形成了液-气-固三相流，在三相流内发生剧烈的氧化脱硫与造渣反应，使三相流区成为热量集中的高温区域，高温与反应产生的气体又加剧了三相流的形成与搅动。

类型分为：

（a）垂直吹炼（b）侧吹式吹炼

11、诺兰达熔炼炉：

炉体能够转动，灵活便捷，诺兰达熔炼对物料粒度和含水要求不严（含水一般为7～9%），不必深度干燥。

火法炼铜的流程图：

12、火法精炼：

氧化、还原和浇铸三个工序.。

在1150℃~1200℃的温度下，首先将空气压入熔融铜中，进行杂质的氧化脱出，而后再用碳氢物质除去铜液中的氧，最后进行浇铸。

氧化过程－铜中有害杂质的除去

还原过程－铜中氧的排除

过还原的影响：

使铜溶液中含氢量过多，铸成的阳极板产生气孔，对电解不利。

13、电能消耗：

在电解槽生产一定量Cu时，理论上应耗电能与实际消耗电能之比

。

14、电解和电积的区别：

⑴电极板不同：

铜电解精炼是采用纯净的电解铜薄片作阴极，阳极是含有少量杂质铜板；

铜的电积也称不溶阳极电解，以纯铜作阴极，以Pb-Ag或Pb-Sb合金板作阳极。

⑵电极反应不同：

电解过程：

阳极反应阴极反应：

电积过程：

阴极：

Cu2++2e=Cu

阳极：

H2O–2e=1/2O2+2H+

总反应：

Cu2++H2O=Cu+1/2O2+2H

⑶技术参数和技术指标不同

15、细菌浸出的作用：

⑴直接氧化作用：

氧化铁硫杆菌。

为取得维持生命的能源而将矿石中的低价铁和硫氧化成高价，使矿石中的硫化物变为硫酸盐而转入溶液中。

⑵间接催化作用：

细菌在有氧和硫酸存在的条件下起催化作用，将Fe2+氧化成Fe3+

16、细菌生活和繁殖的良好条件：

⑴pH值1.5～3.5；

⑵温度25～40℃，在35℃时细菌有最大活力；

⑶氧气充足;

⑷避光，溶液不要暴露在日光下

17、试从资源综合利用和生产过程对环境的友好两个方面，分析火法和湿法炼铜的主要优缺点。

⑴资源利用方面：

火法炼铜用于处理硫化铜矿的各种铜精矿、废杂铜

；

湿法炼铜通常用于处理氧化铜矿、低品位废矿、坑内残矿和难选复合矿。

由此可以看出，火法炼铜偏于品味较高的精矿和废铜，而湿法则是偏向于低品位的原矿，资源利用范围要相对于火法要广一些。

⑵环境方面：

湿法炼铜是在常压或高压下，用溶剂浸出矿石或焙烧矿中的铜，经净液使铜与杂质分离，而后用电积或置换等方法，将溶液中的铜提取出来，这种方法产生的三废少，对环境污染小。

而火法则是要在高温的条件下对矿石中的铜进行熔炼，会产生大量的三废，污染环境，就环保而言，湿法炼铜优于火法。

18、湿法炼铜的方法和工艺

1）焙烧—浸出净化—电积法：

用于处理硫化铜精矿。

2）硫酸浸出—萃取—电积法：

用于处理氧化矿、尾矿、含铜废石、复合矿。

3）氨浸—萃取—电积法：

用于处理高钙、镁氧化铜矿或硫化矿的氧化砂。

铅冶炼

1、精矿烧结焙烧的主要目的：

烧结炉料适宜的含铅量一般为40%～50%。

（1）、将精矿中的硫化物氧化成氧化物，并将较多的砷锑挥发除去。

（2）、将铅精矿粉料烧结成坚硬多孔的烧结块

设备：

带式烧结机（直线型烧结机）。

2、与传统炼铅法相比直接炼铅法的优缺点：

直接炼铅：

优点：

（1）硫化精矿的直接熔炼取代了氧化烧结焙烧与鼓风炉还原熔炼两过程，冶炼工序减少，流程缩短，免除了返粉破碎和烧结车间的铅粉、铅尘和SO2烟气污染，劳动卫生条件大大改善，设备投资减少。

（2）运用闪速熔炼或熔池的方法，采用富氧或氧气熔炼，强化了冶金过程。

（3）氧气或富氧熔炼的烟气SO2浓度高，硫的利用率高。

（4）由于熔炼过程得到强化，可处理铅品位波动大、成分复杂的各种铅精矿以及其他含Pb、Zn的二次物料，伴生的各种有价元素综合回收好。

缺点：

投资庞大。

3、铅冶金方法

（1）烧结焙烧——鼓风炉还原熔炼

该法属传统炼铅工艺。

硫化铅精矿经烧结焙烧后得到铅烧结块，在鼓风炉中进行还原熔炼，产出粗铅。

（2）硫化铅精矿直接熔炼：

闪速熔炼，熔池熔炼。

硫化铅精矿不经烧结焙烧直接生产出金属的冶炼方法称为直接熔炼。

4、火法精炼流程图：

5、ZnS的危害：

ZnS为炉料中最有害的杂质化合物，在熔炼过程中不起变化而进入炉渣及铅锍。

ZnS熔点高，密度又较大，进入铅锍和炉渣后增加两者的粘度，减少两者的密度差，使渣与铅锍分离困难。

对于鼓风炉：

ZnS是非常有害的难熔物质，在熔炼过程中进入炉渣会增大炉渣粘度，使炉渣含铅升高，严重情况下会造成炉结，迫使生产停炉。

5、相对其他有色冶金炉渣而言，高CaO、高ZnO含量又是铅炉渣的特点。

选用（高CaO）渣型对降低渣含铅是有利的；

处理高锌炉料应在焙烧时尽量脱（S），并按（Fe）渣型配料。

炉料中含镍和钴高时，熔炼产物中应有（黄渣）产出。

6、铅冶炼对炉渣成分的选择应满足什么条件？

①尽可能选用自熔性渣型，减少熔剂消耗；

②粘度小，在熔炼温度下粘度不大于0.5～1.0Pa·

s；

③密度小，渣与铅的密度差应大于1t/m3;

④适应的熔点，为100～1150℃。

7、烧结前进行配料，主要满足S、Pb和造渣组分的要求。

高钙渣---降低渣中铅，提高回收率；

有利于烟化处理。

8、鼓风炉熔炼产物：

粗铅，铅、砷冰铜，烟气，烟尘，炉渣。

9、粗铅精炼除铜有熔析和加硫两种方法：

初步脱铜用熔析法，深度脱铜用加硫法。

（1）熔析法除铜：

熔析除铜的原理是:

基于在低温下铜及其某些（As、Sb、Sn、S等）化合物在铅水中的溶解度变小。

（2）加硫法除铜

锌冶炼

1、锌的主要用途：

世界上锌的全部消费中大约有一半用于镀锌。

2、自然界未发现有自然锌，较常见的为硫化矿，ZnS是炼锌的主要原料。

锌资源的特点是铅锌共生。

3、冶金锌的生产方法分为火法和湿法两大类。

我国锌冶炼工艺以湿法冶炼为主。

4、湿法炼锌中，焙烧、浸出、浸出液净化和电解是生产上的主要工艺过程，其中浸出又是整个湿法流程中的最重要环节。

湿法炼锌的工艺流程图：

5、精矿浸出的方法：

（1）常规浸出法

（2）热酸浸出黄钾铁矾法（3）热酸浸出针铁矿法（4）热酸浸出赤铁矿法

6、硫化锌精矿焙烧的目的：

⑴火法：

焙烧是纯粹的氧化焙烧，氧化焙烧，在焙烧时力求尽可能除去焙烧中的全部硫，同时尽可能去掉部分杂质俗称死焙烧。

⑵湿法：

1）尽可能完全地氧化金属硫化物并在焙砂中得到氧化物及少量硫酸盐，实行部分硫酸盐化焙烧，焙砂中少量硫酸盐以补偿浸出与电解循环系统中硫酸的损失；

2）在焙烧时尽可能少地得到铁酸锌；

3）使砷与锑氧化并以挥发物状态从精矿中除去；

4）得到SO2浓度大的焙烧炉气以制造硫酸

7、什么叫沸腾焙烧:

沸腾焙烧是强化焙烧过程的新方法，是使空气以一定速度自下而上地吹过固体炉料层，固体炉料粒子被风吹动互相分离，并作不停的复杂运动，运动的粒子处于悬浮状态，其状态如同水的沸腾，因此称为沸腾焙烧。

8、沸腾炉的类型：

带前室的直形炉、道尔型湿法加料直型炉和鲁奇扩大型炉三种类型，多采用扩大型的鲁奇炉。

沸腾炉最重要的部分为炉底空气分布板和风帽。

9、在湿法炼锌过程中，锌焙砂中性浸出的pH值为什么要控制在5.2左右？

⑴Fe3+在PH=5.2时完全沉淀

⑵PH高于5.5时Zn就会沉淀

10、铅雨冷凝器的特点

①在操作温度（~550℃）下铅的蒸气压低，挥发很少；

②铅的熔点低（327℃），且随温度的升高对锌的溶解度急增，因此，铅雨对锌蒸气的吸收效果很好；

③铅的密度大（用小体积的铅就可得到大的热容量）和导热性能好，易于将炉气急冷下来

镍的冶炼

1、镍的提取方法：

火法：

⑴氧化矿：

鼓风炉还原熔炼；

电炉还原熔炼；

回转窑粒铁熔炼；

高炉熔炼⑵硫化矿：

鼓风炉熔炼；

反射炉熔炼；

电炉熔炼；

闪速熔炼；

熔池熔炼

湿法：

高压酸浸；

还原焙烧⑵硫化矿：

常压酸浸；

高压氨浸

2、冰镍的吹炼可分为哪两个阶段，与冰铜吹炼有何区别？

其目的如何

冰镍的淬炼可分为两个阶段：

吹炼阶段和精炼阶段。

目的：

除去镍锍中的大部分铁和硫从而得到含有价金属较高的高镍锍和含有价金属较低的转炉渣。

与冰铜的区别：

低镍锍的吹炼只有造渣期，没有造镍期，其最终的产品是Ni3S2而不是金属镍。

这与低铜锍的吹炼不同，低铜锍的吹炼有造渣期和造铜期，最终产品是金属铜（粗铜）。

3、高冰镍的铜镍分离方法：

A、分层熔炼法B、磨浮分离法C、选择性浸出法

磨浮分离的原理：

当高铜冰镍缓慢冷却时，其中的各种组分由于相互溶解度的差异，而分离成具有不同化学成分的晶粒，随后用选矿法使之分离。

4、镍电解的特点：

⑴ 

隔膜电解⑵电解液必须深度净化⑶电解液酸度低⑷造液补充镍离子

5、镍电解精炼阳极杂质的分类：

第一类比镍更正电位的金属，基本上不溶解，残留在阳极泥中。

第二类是与镍电位相近的元素铅，既容易与锡一道电化溶解进入电解液，又易与锡一道在阴极沉积；

第三类为比镍电位更负电位的金属，会溶解。

6、在生产上，为了克服阴极液碱化的影响，通常采用以下几种措施：

（1）可能条件下用较高的pH的阴极液；

（2）加快电解液的循环速度；

（3）加入少量硼酸（H3BO4），使之与Ni（OH）2形成不带电的2H3BO4∙Ni（OH）2胶体粒子；

（4）加入NiCl2,增加电解液中Cl-浓度，促使Ni2+析出更容易；

（5）提高温度，降低Ni2+在阴极析出时的极化效应

7、镍电解精炼时，为什么需造液？

并简述其原理。

原因：

镍的电解过程中，由于阳极电流效率低于阴极电流效率以及在电解液净化过程中，镍随渣损失等，电解液中镍离子浓度逐渐降低，为了保持电解液中镍离子的浓度基本稳定，必须通过造液补充镍离子。

原理：

创造条件使氢优先在阴极上析出，镍在阳极上正常溶解，结果使镍的阴极电流效率远远低于阳极电流效率，从而使电解液中的Ni2+得以富集

8、电流通过电炉的线路有两种：

星形负载和角形负载

9、低冰镍的吹炼为什么不能产出金属镍？

⑴Cu2S（液）＋2Cu2O（液）＝6Cu（液）＋SO2（气）

在吹炼温度（1473~1573K）下，反应能够发生。

1/2Ni3S2（液）+2NiO（固）=Ni（液）+SO2（气）

在吹炼温度（1473~1573K）下，反应不能够发生。

并且随着熔体中硫元素含量的降低和镍含量的增多，反应发生的温度越来越高。

如果想要此反应发生，炉温必须升到1650℃以上，

⑵液相时，金属镍和硫化镍完全互溶，该条件下吹炼，镍也会被氧化，不会产出金属镍。

锡冶炼

1、锡矿的处理方法：

原矿品位较低，无法直接冶炼，锡精矿品位最低要求40%以上，需进行选矿富集，经选矿后锡精矿含锡品位为40～65%。

锡的选矿方法主要是重选、浮选，重选为主。

现有生产方法主要以火法还原熔炼为主火法流程包括炼前处理、还原熔炼、炉渣熔炼和粗锡精炼四个过程。

锡精矿炼前处理的方法有：

精选，焙烧，酸浸和苏打烧结

2、锡精矿焙烧的目：

主要除去砷、硫和锑。

因为熔炼时硫会生成SnS而挥发，降低了锡的直收率。

焙烧的另一个目的，是将物料烧结变成烧结块。

3、火法炼锡的流程图：

4、焙烧的选择：

⑴在焙烧过程为使锡精矿中的硫、砷、锑呈气态物质挥发除去，需采用氧化焙烧。

但为了防止硫酸盐、砷酸盐和锑酸盐的生成，必须控制气相氧势和提高焙烧温度。

温度一般不超过950℃。

⑵通常根据锡精矿中含硫、砷、锑的含量不同而采用不同的焙烧条件:

S高As、Sb低，宜用氧化焙烧；

S低As、Sb高，采用氧化一还原焙烧。

5、火法精炼除杂的方法：

⑴加硫除铜：

从液态粗锡中脱铜，控制温度在320℃以下，加入硫磺并强烈搅拌，使锡液中的铜与硫充分结合生成Cu2S，成为固体状态的浮渣而被除去。

⑵结晶分离铅铋⑶熔析和凝析法除铁、砷⑷氯化除铅⑸加铝除砷、锑

6、加铝除砷、锑原理：

利用铝和砷、锑生成高熔点化合物，其密度小于锡，能从锡液中结晶析出的性质可以极完全地除去砷、锑。

例题：

加铝量的计算根据砷和锑的含量而不同，对于（As＋Sb）＜0.2％，（As＋Sb）：

Al=1：

1；

对于（As＋Sb）＞0.2%，（As＋Sb）：

Al＝1.5：

1。

计算方法如下：

例1：

需要脱除砷、锑的粗锡34t，其含0.03%As，0.12%Sb。

根据上述计算方法，其中：

（As＋Sb）=（0.03＋0.12）％=0.15%＜0.2％，按（As+Sb）：

Al=l：

1计算加铝量为：

34000×

（0.03十0.12）％÷

1=51kg，可用加铝法将砷、锑同时除去。

例2：

粗锡32t，其中含0.18%As，0.2％Sb。

（As＋Sb）＝（0.18＋0.2）％＝0.38％＞0.2%，按（As+Sb）：

Al=1.5：

1计算出铝量为：

32000×

（0.18%+0.2％）÷

1.5≈81kg。

所以要分段加铝，前一段加20kg铝用除砷法操作，后一段加61kg用除锑法操作，锡中砷可降为0.001％以下，锑可降为0.005%以下。

7、

连续结晶熔析除铅、铋基本原理：

任一时刻，任一成分的合金，在冷却时产生晶体，在螺旋器的作用下，逐渐向温度升高的区域移动；

相反，残留的液体靠重力和结晶槽坡度向低温区回流。

温度上升后，原有晶体和液体间的平衡关系受到破坏，而在新的温度条件下将建立新的平衡，晶体在高温下将发生熔析，液体在低温下将发生结晶。

例如：

x在t1时，冷却时产生晶体，固相为β1，液相为L1，在螺旋器的推动下，β1往高温区移动，发生熔析；

相反，残留的液体L1靠重力和结晶槽坡度向低温区回流，发生凝析。

X在t2时，温度上升后，原有晶体和液体间的平衡关系受到破坏，而在新的温度条件下将建立新的平衡，固相为β2，液相为L2，固相同样往高温区移动，液相就往低温区回流。

就这样平衡不断被破坏，行成新的平衡，固相逐渐在B点析出，成分为含铅、铋较少的纯锡，液相在D点结晶，铅、铋含量不断增加而集中到焊锡中，从而达到了铅铋的分离。

8、粗锡中各组元在电解过程中的行为：

（杂质在电解过程中的表现）

第一类比锡更正电位的金属，诸如锑、铋、砷、铜、银等，当它们在阳极中含量很小时，在粗锡电解精炼过程中，它们基本上不溶解，残留在阳极泥中，阳极泥是提取这些元素的重要原料；

第二类是与锡电位相近的元素铅，既容易与锡一道电化溶解进入电解液，又易与锡一道在阴极沉积；

第三类为比锡电位更负电位的金属，诸如铁、铟等，即使它们在阳极中的含量很少，在表面层中因具有较负电位的金属铁、铟等也会迅速溶解。

金银

1、矿石中金银的提取方法：

混汞法、氯化法、氰化法和硫脲法。

2、汞齐：

金与汞可以任何比例形成合金，金汞合金称为金汞齐，金汞齐因含金量不同可呈固体或液体状态存在。

3、提炼金银的方法：

从矿石中直接提取和从有色金属生产中综合回收金银。

4、从废旧金属中回收金银的方法：

王水溶解、氯化溶解或电化溶解等方法

5、金银合金的分离方法：

化学法和电解法，目前工业上最常用的分离金银合金方法是电解法

6、化学法：

氯化法、硝酸分解法和硫酸分解法。

7、金银电解精炼时的电化系统：

⑴金电解：

Au（纯）|HAuCl4，HCl，H2O|Au（粗）

⑵银电解：

Ag（纯）|AgNO3，HNO3，H2O|Ag（粗）