冶金概论复习思考题----与答案-2014

1、·平时作业题目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（铜为紫红色、金为黄色），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

2、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3、 成矿作用可分为哪几类？a内生成矿作用 b.外生成矿作用 c.变质成矿作用4、 矿石品位的基本概念。矿石中有用组分的质量分数。大多数矿石是以其中金属元素的质量分数表示，也有一起种的氧化物等质量分数表示的。贵金属的品味一般以g/t表示。5、 选矿的基本概念。 选矿是利用矿物的物理或

3、物理化学性质的差异，借助各种选矿设备将矿石中的有用矿物和脉石矿物分离，并达到使有用矿物相对富集的过程。6、 烧结厂的主要任务。 烧结厂的主要任务是将粉状铁矿石（包括富粉矿、精矿粉等）和钢铁厂二次含铁粉尘，通过烧结机的烧结过程，加工成粒度符合高炉要求的人造富块矿烧结矿。7、 现在大量采用的选煤方法是什么？根据密度不同进行分选的重力选煤，包括跳汰选煤，重介质选煤；按表面性质不同的浮游选煤。8、 焦炉的大小是如何表示的？焦炭的生产工序是什么？焦炉的大小可以按照燃烧室的立火道数量的多少来划分，一般大型焦炉的燃烧室有26-32个立火道，中小型焦炉仅为12-16个。焦炭的生产工序: 炼焦煤料的制备 炼焦生

4、产 焦炭处理 熄焦 凉焦 筛焦 贮焦 整粒9、 炼焦的三班操作是什么？焦炉的生产操作，即焦炉的三班生产。它包括装煤、推焦、熄焦和筛焦四道主要工序10、 焦炉煤气和高炉煤气的区别。 高炉煤气是高炉生产的副产品，由于高炉使用焦炭生产，co含量高，热值高。焦炉煤气是煤炼焦炭时的副产品，co含量稍低，热值稍低,硫化物高。赞同11、 目前大中型高炉炼铁的炉料结构如何？高炉炼铁的主要原料及产品是什么？焦炭在炼铁过程中的作用。原料：1，铁矿石；2，燃烧，3，鼓风产品：铁水，高炉煤气，高炉渣作用、炉料的骨架作用：支撑炉内料柱，提供炉料的透气性;、提供冶炼能量：与氧气燃烧放热，占炼铁总热量的58%;、铁矿石的还

5、原剂：碳和碳与氧反应生成的CO;、对最初生成的铁进行渗碳，生铁中含碳量为2.2-6.0%;、填充炉缸作用：活跃炉缸，提高炉缸的空间系数，使高炉休风后易恢复炉况。12、 对现代高炉炼铁来说，热风炉的主要作用。对鼓风进行换热，使温度提高到1100至1300摄氏度1：高温鼓风，增加鼓入高炉中空气的温度，可以减少焦炭的消耗，增加生铁产量2：调湿鼓风，在鼓入高炉中的热风中添加较多量的水蒸气用于分解吸热3：氧气富化古风：用于增加产量4:辅助燃料的喷入13、 一座日产1万吨生铁的高炉，其每天的物料衡算情况如何？1万吨生铁的高炉，每天需要消耗铁矿石约 1.6×104t 吨、焦炭约 3000 t、煤粉

6、约 2000 t，产生炉渣 3000 t 左右，每天要将 1.5×107m3 左右的空气由鼓风机加压至0.4 MPa 左右鼓入炉内，从炉顶放出约 1.9×107 m3 左右高炉煤气14、 钢与铁的主要区别。纯铁的熔点是多少？铁的含碳量2%4.3%,钢的含碳量0.03%2%。纯铁的熔点是1535°C。15、 高炉内型如何划分。从下到上依次是：炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉16、 铁的直接还原度与间接还原度。直接还原度：是指以直接还原方式得到的金属铁量与还原反应得到的总铁量之比Rd=通过直接还原反应得到的铁量/有直接间接和H2还原得到的铁的总和间接还原：铁的氧化物与CO

7、或H2O的过程称为间接还原主要发生在高炉中上部的低温区直接还原与直接还原的比较间接还原是以气体为还原剂，是一个可逆反应，还原剂不能全部利用，需要有一定过量的还原剂。直接还原与间接还原相反，由于反应生成物C0随煤气离开反应面，而高炉内存在大量焦炭，所以可以认为直接还原反应是不可逆反应，lmol碳就可以夺取铁氧化物中1mol的氧原子，不需过量的还原剂。因此，从还原剂需要量角度看，直接还原比间接还原更能有利于降低焦比。间接还原大部分是放热反应，而直接还原是大量吸热的反应。由于高炉内热量收入主要来源于碳素燃烧，所以从热量的需要角度看，间接还原比直接还原更能有利于降低焦比。17、 铁水预处理的主要任务。

8、铁水进入转炉前为除去某些有害元素的处理过程，使其中硫、硅、磷含量降低到所要求范围，以简化炼钢过程，提高钢的质量。18、 铁水预脱磷的适宜条件是什么脱磷之前必须脱硅，脱硅是适应铁水脱磷的需要脱磷的最佳动力学、热力学条件是：a降低反应温度，1300°C低温有利于脱磷反应进行；b提高钢水、炉渣的氧化性，有利于脱磷反应；c提高钢中磷的活度和增加渣量，有利于脱磷反应d适当的碱度e对熔池进行强力搅拌。19、 转炉炼钢的三大任务。a去除杂质(S,P,O,N,H和夹杂物) b.调整钢液成分 c.调整温度20、 供氧枪位和供氧强度的基本概念。供氧枪位：氧枪喷头至平静熔池液面的距离。供氧强度：单位时间内

9、每吨金属耗氧量。21、 目前废钢预热的主要方法是什么？1）连续电弧炉2）双壳电炉3）竖式电炉22、 转炉炼钢工艺的五大操作制度。装入制度：就是确定转炉合理的装入量，合理的钢水废钢比例供氧制度：是央企六股最合理的供给熔池，创造良好的物理化学反应条件造渣制度：确定合理的造渣方法，渣料种类等工艺的制度温度制度：为了保证合格的出钢温度终点控制：重点控制主要指重点温度和成分的控制出钢合金化：为了使钢的性能达到要求而向钢水中加入一种或是集中合金元素23、 精炼的基本任务。1）钢水成分和温度的均匀化2）精确控制钢水成分和温度3）脱氧脱硫脱磷脱碳4）去除钢中气体（氮氢）（5）去除夹杂物及夹杂物形态控制24、

10、RH、LF和VD的精炼特点是什么？LF：ladle furnace 作用：用电弧加热,包底吹氩搅拌RH：RuhrstahlHeraeus 作用：钢水脱氢，防止刚中白点RH的精炼特点：1)反应速度快。 2)反应效率高。 3)可进行吹氧脱碳和二次燃烧热补偿,减少精炼过程的温降的精炼特点：1)加热与控温 2)采用白渣精炼工艺。的精炼特点：此方法适合生产超低碳不锈钢,达到保铬去碳的目的,可与转炉配合使用。它的优点是实现了低碳不锈钢冶炼的必要的热力学和动力学的条件-高温、真空、搅拌。25、 大方坯和小方坯的规格范围。通常将160mm×160mm的方坯称为小方坯，将240mm×240m

11、m的称为大方坯还有一个版本称70mmx70mm 200mm× 200mm的方坯为小方坯, 200mm× 200mm 450mm×450mm的称为大方坯26、 耐火材料的基本概念。耐火度不低于1580的无机非金属材料，它包括天然矿石和按照一定的目的要求经一定的工艺制成的各种产品，具有一定的高温力学性能，良好的体积稳定性，是各种设备必须的材料。ISO定义：耐火材料是耐火度至少为1500 的非金属材料或制品（但不排除含有一定比例的金属）27、 连铸的主要任务连铸的任务是将钢水浇铸成一定断面的连铸坯小方坯与大方坯的规格范围是什么？28、 金属的成型方法。 铸造：组早是将液

12、态金属注入铸模中使之凝固成一定形状和尺寸的固态金属灰金属錠切削加工：切削加工包括车，铣，刨，磨，钻，拉等机械加工方法，它可将固态金属材料进一步加工成各种形状和尺寸的金属制品。焊接：焊接是将板带钢材进一步焊接成一定形状的钢材和制品金属压力加工：金属压力加工是对固态金属施加一定的外力使其发生塑性变形，从而获得所要求的形状和尺寸的金属材料和制品29、 现代化钢铁联合企业的特点。生产的集中化使企业的设备逐步大型化、连续化、能源利用。联合企业的优越性，突出地表现在能源利用方面，利用率高，工业废气少；物料周转 联合企业各工序所用的原料、材料和燃料，能够集中供应，减少中间周转，简化运输过程；经营管理 联合企

13、业中装备、技术水平较高，合理利用各项物料，产品质量好，成本低的效果；联合企业规模愈大，技术力量愈集中。30、 钢铁生产基本流程是什么？金属重金属：比重大于5，铜、铅、锌、锡、镍、钴、汞等，所有重金属超过一定浓度都对人体有毒。轻金属：比重小于5，铝、镁、钙、钾、钠和钡，化学性质活泼。贵金属：因在地壳中含量少、提取困难和价格较高而得名。主要指金、银和铂族金属。化学性质稳定。半金属：性质介于金属和非金属之间,元素周期表中处于金属向非金属过渡位置。硼、硅、砷、碲、硒、稀有金属：通常指自然界中含量较少或分布稀散的金属。工业上分为以下五类：稀有轻金属：密度小，化学活性。锂、铷、铯、铍。稀有难熔金属：熔点高

14、，抗腐蚀。钛、钼、钒、铌。稀散金属：赋存于其他元素的矿物中。镓、铟、铊。稀土金属：化学性质非常相似，在矿物中相互伴生，分离困难。包括钪、钇及镧系元素。稀有放射性金属：具有放射性，多共生或伴生在稀土矿物中。如，镭、钋，铀。Cu-Zn二元合金为普通黄铜。在普通黄铜的基础上加入Al、Fe、Si、Mn、Pb、Sn、Ni等元素，形成特殊黄铜，它们比普通黄铜具有更高的强度、硬度、抗腐蚀性能矿物：地壳中具有固定化学组成和物理性质的天然化合物或自然元素。矿物是组成岩石和矿石的基本单元。其中，能够为人类利用的矿物为有用矿物。矿石：含有用矿物的矿物集合体。如其中金属的含量在现代技术经济条件下能够回收加以利用时，这

15、个矿物集合体就叫做矿石。矿石构成：矿石一般由矿石矿物（有用矿物）和脉石矿物组成。矿石分类：为金属矿石和非金属矿石两大类。金属矿石指在现代技术经济条件下从其中获得金属的矿石。金属矿石分类：按金属存在的化学状态分为自然矿石、硫化矿石、氧化矿石和混合矿石。（1）自然矿石：有用矿物是自然元素。（2）硫化矿石:有用矿物是硫化物。（3）氧化矿石:有用矿物是氧化物。硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐也包括在氧化矿内。（4）混合矿石：既有硫化矿物又有氧化矿物。矿石的品位：矿石中有用成分的含量叫做矿石品位，常用百分数表示。贵金属的矿石品位以吨矿含有的克数表示。包括原矿品位、精矿品位、尾矿品位。选矿：用物理或化学方法将有用矿

16、物与脉石矿物分开，或将多种有用矿物相互分离的工艺过程。选矿方法有重选法、浮选法、磁选法、电选法 。火法冶金：又称高温冶金。利用高温从矿石中提取金属或金属化合物的冶金过程。湿法冶金：利用某种溶剂，借助化学反应，对原料中的金属进行提取和分离的冶金过程。电冶金：利用电能从矿石或其他原料中提取、回收和精炼金属的冶金过程。电冶金包括电炉冶炼、熔盐电解和水溶液电解等. 有色金属冶金工艺过程焙烧：是指将矿石或精矿置于适当的气氛下，加热至低于它们的熔点温度，发生氧化、还原或其它化学变化的过程。其目的是改变原料中提取对象的化学组成，满足熔炼或浸出的要求。焙烧过程按控制的气氛不同，分为：氧化焙烧、还原焙烧、硫酸化

17、焙烧、氯化焙烧等。煅烧：是指将碳酸盐或氢氧化物的矿物原料在空气中加热分解，除去二氧化碳或水分变成氧化物的过程，如石灰石煅烧为石灰；氢氧化铝煅烧成氧化铝，作电解铝原料。烧结和球团：将粉矿或精矿经加热焙烧，固结成多孔状或球状的物料，适应下一工序熔炼的要求。熔炼：是指将处理好的矿石、精矿或其他原料，在高温下通过氧化还原反应，使矿物原料中有色金属组分与脉石和杂质分离为两个液相层即金属（或金属锍）液和熔渣的过程，也叫冶炼。分为还原熔炼、造锍熔炼和氧化吹炼。火法精炼：在高温下进一步处理熔炼、吹炼所得的含有少量杂质的粗金属以提高其纯度。种类：氧化精炼、硫化精炼、氯化精炼、熔析精炼、碱性精炼、区域精炼、真空冶

18、金、蒸馏等。浸出：用适当的浸出剂（如酸、碱、盐等水溶液）选择性地与矿石、精矿、焙砂等矿物原料中金属组分发生化学作用，并使之溶解而与其它不溶组分初步分离的过程。浸出又称浸取（重金属）、溶出（轻金属）和湿法分解（稀有金属）。液固分离：该过程是将矿物原料经过酸、碱等溶液处理后的残渣与浸出液组成的悬浮液分离成液相与固相的湿法冶金单元过程。主要有物理方法和机械方法：重力沉降、离心分离、过滤等。溶液净化：将矿物原料中与欲提取的有色金属一道溶解进入浸出液的杂质金属除去的湿法冶金单元过程。净液的目的是使杂质不至于危害下一工序对主金属的提取。方法主要有：结晶、蒸馏、沉淀、置换、溶剂萃取、离子交换、电渗析和膜分离

19、等。水溶液电解：利用电能转化的化学能使溶液中的金属离子还原为金属而析出，或使粗金属阳极经由溶液精炼沉积于阴极。前者从浸出净化液中提取金属，称为电解提取或电解沉积（称电积），也称不溶阳极电解，如铜电积；后者以粗金属为原料进行精炼，称为电解精炼或可溶阳极电解，如粗铜、粗铅的电解精炼。熔盐电解：利用电热维持熔盐所要求的高温，又利用直流电转换的化学能自熔盐中还原金属，如铝、镁、钠、钽、铌的熔盐电解生产。冰铜含氧的危害：冰铜中常含有2-4%的氧，主要以Fe3O4存在，溶解在渣和锍中，由于熔点高、比重大，影响渣、锍分离，造成铜在渣中机械损失增加。且Fe3O4容易析出造成磁铁底结熔炼过程中对炉渣有以下基本要

20、求： 1）要与冰铜互不相溶；2）对Cu2S的溶解度要低；3）要有良好的流动性和低的密度炉渣中化合物分类:（1）酸性氧化物；能与O2-反应形成络合阴离子。(2)碱性氧化物；能提供阳离子.(3)中性氧化物 ；酸性渣中呈碱性，碱性渣中呈酸性炉渣电炉贫化法:利用矿热电炉高温(炉渣温度15231573K)过热澄清炉渣，并加入还原剂和硫化剂，将渣中Fe3O4还原成FeO，降低熔融炉渣的黏度，以利于铜渣分离；并且使渣中的Cu2O硫化成铜锍或金属化铜锍，加以回收；贫化后的渣含铜为0.50.6%，可直接弃去。还原剂：主要为块煤或冶金焦。硫化剂：主要为黄铁矿块矿，硫化铁精矿等。Fe3O4对吹炼过程的影响：Fe3O

21、4会使炉渣熔点升高，粘度和密度也增大，结果既有不利之处，也有有利的作用。利用Fe3O4的难熔特点，可以在炉壁耐火材料上附着成保护层，有利于炉寿的提高，这在实践生产中被称为挂炉作业。转炉渣中Fe3O4含量较高会导致渣含铜损失显著增高，转炉渣含铜高达1.5%-5%，必须返回熔炼或单独处理。同时还会造成喷溅严重，风口操作困难。因此，吹炼过程中一定要控制好Fe3O4的生成。湿法炼铜：1）焙烧-浸出净化-电积法2）硫酸浸出-萃取-电积法3）氨浸-萃取-电积法原铝：电解法或其它方法直接生产出来的纯铝铝热法：在空气中，铝表面形成致密氧化膜，阻止内层的铝被氧化，使铝在空气中有很高的稳定性。铝同氧在高温下反应并

22、放出大量的热，利用这个反应的高反应热，铝常被用来从其它氧化物中置换金属，这种方法被称为铝热法。现代铝工业三个主要生产环节：（1）铝土矿提取纯氧化铝（2）冰晶石-氧化铝熔盐电解法（3）铝加工辅助环节：（1）炭素电极制造（2）氟盐生产铝土矿类型：三水铝石型、一水软铝石型和一水硬铝石型。具高铝、低硅、高铁的特点赤泥：溶出铝土矿得到的泥渣，由于其中常常合有大量氧化铁，呈红色，习惯上称为赤泥。氧化铝生产规模庞大，赤泥的产出量很大，它的分离、汲涤、地放和利用很值得重视。铝酸钠溶液：NaAlO2的水溶液，氢氧化铝溶于氢氧化钠溶液生成 ，可写成Na2O-Al2O3-H2O系。铁矿物：主要含铁矿物为赤铁矿和针铁

23、矿。铁矿物不与碱溶液反应，以固相进入残渣。钛矿物：通常以锐铁矿、金红石和板钛矿形态存在。溶出时，与NaOH作用生成钛酸钠。CaO在溶出过程中的作用:处理一水硬铝石型矿石时，在原矿浆中往往必须配入干矿石量35石灰。铝土矿的溶出形式：（1）管道化溶出；（2）管道-停留罐溶出；3）单管预热-高压釜溶出铝酸钠晶种分解过程:（1）铝酸离子分解的机理（2）氢氧化铝结晶形成的机理包括：（1）氢氧化铝晶体的长大（2）次生晶核的形成(3) 晶种的附聚（4）晶体的破裂与磨蚀碳酸钠的苛化:拜耳法种分母液中由于循环积累，通常含有约10-20g/LNa2Oc，这些碳酸钠大部分是铝土矿和石灰中的碳酸盐在溶出过程中发生反苛

24、化作用生成的，少量是铝酸钠溶液吸收空气中二氧化碳生成铝酸钠溶液组成两种表示方法：A、采用物质的量比n(Na2O)/n(Al2O3), 其中的Na2O是按苛性碱NaOH浓度计算，叫苛性比K 。中国与俄罗斯 B、采用物质的质量比m(Al2O3) /m(Na2O) 符号为A/C，其中的Na2O按当量Na2CO3计算。美国苛性比值(k) ;苛性比值是指铝酸钠溶液中Na2Ok与Al2O3的分子比Na2Ok：铝酸钠溶液中游离的Na2O和与Al2O3反应的Na2O矿石质量评价指标：三水铝石型矿、一水铝石针铁矿的危害：针铁矿在高压溶出时完全脱水，生成高度分散的氧化铁，在赤泥浆液稀释及沉降过程中。又重新水化，变

25、成几乎是胶态的亲水性很强的氢氧化铁，这就是针铁矿使赤泥沉降、压缩性能恶化的原因。铝硅比（A/S）：铝硅比是指铝土矿中的Al2O3和SiO2的质量比。衡量铝土矿质量的主要指标。铝土矿中的硅是碱法处理铝土矿制取氧化铝过程最有害的杂质。赤泥分离、洗涤工艺步骤：（1）赤泥洗液稀释（2）沉降分离（3）赤泥反向洗涤（4）粗液控制过滤种分过程的主要指标（1）氢氧化铝的质量（2）分解率=(m-0)/ m x100%（3）分解槽单位产能P=A0*/(4)产出率伸腿：在电解槽内，电解质疑固在侧部形成的斜坡叫“伸腿”，此“伸腿”起到保温，防止侧部漏电和规整炉膛的作用。水分来源：生产流程中的水分有：（1）赤泥洗水，约

26、3-5m3t-干赤泥；（2）氢氧化铝洗水，约0.5-1.5m3t-A12O3；（3）原料带入；（4）蒸汽直接加热的冷凝水；（5）泵的轴封水及其它非生产用水。冰晶石：电解质酸度有三种表示方式：（1）K1，即NaF/AlF3摩尔比（量比）；（中国采用，称分子比）（2） K2，即NaF/AlF3质量比（北美洲采用）；（3）f, 即过量AlF3%（西欧采用）电解槽槽型：（1）自焙阳极电解槽：上插式、侧插式（2）预焙阳极电解槽：不连续、连续式极距：通常所说的极距系指阳极底掌到阴极铝液面之间的距离。阳极效应系数是每日分摊到每台槽子上的阳极效应次数。即每槽每日发生的效应次数电解法炼镁的原理准备：1、道乌法2

27、、阿玛克斯法3、诺斯克法镁电解质的性质与组成：1、熔点2、密度3、粘度4、分解电压：5、镁的溶解度：MgCl2+Mg=2MgCl锈蚀法：先将钛铁精矿中的氧化铁还原成金属铁，再用水溶液把其中的铁“锈蚀”出来，使TiO2富集。选择氯化法：此法是在流态化氯化炉中，以钛铁精矿为原料，加入还原剂碳，通氯气在一定温度下对矿石中的铁进行选择性氯化。四氯化钛的生产工艺：以富钛物料（高钛渣、金红石、人造金红石等）为原料，经氯化、冷凝分离、精制等过程而制得。流态化氯化法：此法是在流态化氯化炉中将细粒富钛物料和碳质还原剂在高温下与氯气作用生成四氯化钛的过程。氯化炉分为反应段、过渡段和扩大段。铜金属火法炼铜原则流程为

28、：铜矿石浮选铜精矿造锍熔炼冰铜铜硫吹炼粗铜火法精炼阳极板电解精炼电铜(主要是处理硫化矿)铜的冶炼方法及工艺流程答：有火法和湿法两大类；火法炼铜基本流程包括造锍熔炼、锍的吹炼、粗铜火法精炼或阳极铜电解精炼；湿法炼铜基本流程包括浸出、萃取。反萃、电积。硫化铜精矿造锍熔炼的基本原理及两个过程的主要反应答：利用铜对硫的亲和力大于铁和一些杂质金属，而铁对氧的亲和力大于铜的特性，在高温及控制氧化气氛条件下，使铁等杂质金属逐步氧化后进入炉渣或烟尘而被除去，而金属铜则富集在各种中间产物中，并逐步得到提纯。主要包括两个造渣和造锍两个过程 主要反应： 2FeS(l)+3O2(g) =2FeO(g)+2SO2(g)

29、；2FeO(g)+SiO2(s)= 2FeO·SiO2(l)；xFeS(l)+yCu2S(l)= yCu2S·xFeS(l)硫化铜精矿造锍熔炼的目的及必须遵循的两个原则答：（1）造流熔炼的目的：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；使冰铜与炉渣分离。（2）火法炼铜必须遵循两个原则：必须使炉料有相当数量的硫来形成冰铜；炉渣含二氧化硅接近饱和，以便冰铜和炉渣不致混溶简述密闭鼓风炉熔炼的基本原理铜精矿密闭鼓风炉熔炼属于半自热氧化熔炼，过程所需热量又硫化物氧化和燃料燃烧供给。炉料分布：炉料分布不均匀，炉内两侧以块料和焦炭为主、夹有少量精矿

30、；炉子中央以精矿为主、夹有块料和焦炭。 炉气分布：由于炉料偏析，炉内两侧块料多，空隙大，透气性好，从风口鼓入的空气沿炉壁上升，形成“周边行程”。两侧的温度比炉中心高。简述密闭鼓风炉熔炼的工艺特点（1） 炉气和炉料呈逆流运动，所以热交换好，热的直接利用率高达70以上。（2）密闭鼓风炉熔炼利用了料柱压力和两侧透气性好带来的高温作用，为鼓风炉内直接熔炼铜精矿创造了有利条件。（3）炉料的偏析和炉气分布不均匀，从而破坏了炉气与炉料间、炉料相互间的良好接触，妨碍了多相反应的迅速进行，不利于硫化物的氧化和造渣反应。这是密闭鼓风炉的床能率和冰铜品位低的根本原因。反射炉熔炼的工艺特点（1） 反射炉熔炼可以直接熔

31、炼粉状铜精矿，实现连续生产和一个炉内澄清分离。（2）熔炼过程热效率低，大量的热量被烟气带走和被炉体散失；（3）炉内气氛为中性或弱氧化性，炉气只从料面掠过，脱硫主要靠炉料各组分间的相互作用，脱硫程度较低。烟气中SO2难以利用。湿法炼铜流程为：铜矿石浸出低浓度含铜溶液萃取富铜有机相反萃高含铜溶液电积电铜 ,氧化矿溶剂直接浸出 , 硫化矿先焙烧，再溶浸利用溶剂浸出铜矿石或铜精矿使铜进入溶液，然后从经过净化处理后的含铜溶液中回收铜。处理低品位矿、废矿石、氧化矿铜锍（冰铜）的吹炼的任务及实质是什么？答：任务是将铜锍（冰铜）吹炼成含铜98.5%-99.5%的粗铜；实质是在一定压力下将空气送到液体冰铜中，利

32、用空气中的氧将冰铜中的铁和硫几乎全部除去，并除去部分其它杂质：FeS氧化变成FeO与加入的石英熔剂造渣；而Cu2S则部分经过氧化，并与剩下的Cu2S相互反应变成粗铜。铜锍（冰铜）的吹炼过程为分为哪两个两个周期？各周期的主要反应是什么？ 答：造渣期：2FeS+3O2=2FeO+2SO2；2FeO+SiO2= 2FeO·SiO2；相加得总反应为2FeS+3O2+SiO2= 2FeO·SiO2+2SO2。造铜期：2Cu2S+3O2=2CuO+2SO2；Cu2S+2 Cu2O=6Cu+ SO2两式相加得总反应：Cu2S+O2=2Cu+ SO2粗铜火法精炼的目的及原理是什么？粗铜火法

33、精炼分为哪两个过程？ 答：目的：部分除去粗铜中对氧亲和力较大的杂质；为电解精炼提供合乎要求的阳极铜，并浇铸成为表面平整、厚度均匀、致密的阳极板；以保证电解铜的质量和降低电解精炼的成本。每个周期包括加料熔化、氧化、还原和出铜浇铸四个基本阶段。原理：粗铜火法精炼的实质是使其中的杂质氧化成氧化物，并利用氧化物不溶于或极少溶于铜，形成炉渣浮在熔池表面而被除去；或者借助某些杂质在精炼作业温度（11001200）下，呈气态挥发除去。氧化过程：铜首先被氧化：4Cu + O2 = 2Cu2O 生成的氧化亚铜溶于铜液中，在Cu2O与杂质元素接触时便将氧传递给杂质元素： Cu2O + M = 2Cu + MO；还

34、原过程主要还原Cu2O，常用的还原剂有：重油、天然气、液化石油气等。重油还原实际上是氢和一氧化碳对Cu2O的还原：Cu2O + H2 = 2Cu + H2O；Cu2O + CO = 2Cu + CO2，Cu2O + C = 2Cu + CO；4Cu2O + CH4 = 8Cu + CO2 + 2H2O简述粗铜电解精炼的基本过程，分别写出阴阳及的主要反应。答：铜的电解精炼是以火法精炼的铜为阳极，硫酸铜和硫酸水溶液为电解质，电铜为阴极，向电解槽通直流电使阳极溶解没在阴极析出更纯的金属铜的过程。根据电化学性质的不同，阳极中的杂质或者进入阳极泥或者保留在电解液中被脱出。阳极反应：Cu2e = Cu2+

35、；Me-2e=Me2+；H2O2e =1/2 O2 + 2H+；SO42-2e =SO3 +1/2 O2阴极反应：Cu2+2e = Cu；2H+2e =H2；Me2+2e = Me分析铜电解精炼和铜电积的电极反应有什么差别？答：铜电解精炼阳极反应：Cu2e = Cu2+；Me-2e=Me2+；H2O2e =1/2 O2 + 2H+；SO42-2e =SO3 +1/2 O2阴极反应：Cu2+2e = Cu；2H+2e =H2；Me2+2e = Me；铜电积：铜的电积也称不溶阳极电解，以纯铜作阴极，以Pb-Ag（含Ag 1%)）或Pb-Sb合金板作阳极，上述经净化除铁后的净化液作电解液。电解时，阴

36、极过程与电解精炼一样，在始极片上析出铜，在阳极的反应则不是金属溶解，而是水的分解放出氧气。阴极：Cu2+ + 2e = Cu；阳极：H2O - 2e = 1/2O2 + 2H+ ；总反应：Cu2+ + H2O = Cu + 1/2O2 + 2H+ 铝冶金氧化铝的生产方法有哪些？答：碱法（拜耳法和烧结法、联合法）、酸法、酸碱联合法: 、热法: 烧结法：适于处理高硅的低品位矿石，A/S为35。拜耳法：适于处理高铝、低硅矿石，A/S7。联合法：适于处理中等品位的铝土矿，A/S为57。氧化铝生产工艺比较拜耳法优点: 生产流程简单；单位能耗低； 外加物少；晶种自发分解；杂质数量少；氧化铝质量好。缺点：不

37、能处理A/S低的铝土矿，仅适合处理铝硅比大于7的铝土矿。烧结法优点：可处理铝硅比低的高硅铝土矿；生产消耗价格低廉的碳酸钠。缺点：有烧结工序，单位能耗高，生产流程复杂；碳酸化分解的方法造成氧化铝质量差 联合法优点：充分回收了赤泥中的氧化铝和氧化钠，适应铝土矿成分不均一性，最大限度利用资源；生产过程中的补碱由价格低廉的碳酸钠供应。缺点：两种工艺混合，生产流程复杂，设备繁多；工艺交叉，生产协调非常复杂。铝的生产方法冰晶石-氧化铝熔盐电解法（它包括从中生产 你 氧铝以及氧化铝电解两个主要过程。）铝的生产流程：铝矿石生产氧化铝纯氧化铝电解质铝再溶或精炼铝锭拜耳法生产氧化铝的基本原理。及工艺目的？基本过程

38、？生产工艺答：拜耳法原理；（1）Na2O与Al2O3的分子比为1.8的铝酸钠溶液，在常温下只要添加Al(OH)3作为晶种不断搅拌，溶液中的Al2O3便可以呈Al(OH)3徐徐析出，直到其中的Na2O：Al2O3分子比提高到6为止。（2）溶出过程已经析出了大部分氢氧化铝的溶液。在加热时，又可以溶出铝土矿中的氧化铝水合物。拜耳法的实质是如下反应在不同条件下的交替进行：Al2O3×3H2O 2NaOHaq 2NaAl(OH)4aq拜耳法目的：（1）获得高的氧化铝溶出率。（2）得到苛性比值尽可能低的溶出液和具有良好沉降性能的赤泥。才能提高拜耳法的循环效率，为后续工序创造良好的作业条件。拜耳法

39、基本过程：由溶出、分解和煅烧三个主要阶段组成。全流程主要加工工序为：矿石的破碎及湿磨、高温高压溶出、赤泥分离洗涤、种子分解、母液蒸发和氢氧化铝煅烧。拜耳法生产工艺：直接以苛性钠溶液处理铝土矿，使 矿石中氧化铝生成铝酸钠，而矿石中的二氧化硅则成为赤泥与铝酸钠溶液分离，将净化后的铝酸钠溶液进行分解，再经过滤得到氢氧化铝，经洗涤后焙烧成氧化铝，分离所得的大量苛性碱溶液称为母液，母液经蒸发再用于处理下一批矿石。简述碱石灰烧结法生产氧化铝的基本原理。答：将铝土矿与一定量的苏打、石灰（石灰石）配成炉料进行烧结，使氧化硅与石灰化合成不溶于水的原硅酸钙，而氧化铝与苏打化合成可溶于水的氯酸钠，将烧结产物用水浸出

40、，氯酸钠便进入溶液与原硅酸钙分离，以后再用二氧化碳分解氯酸钠溶液，得到氢氧化铝。简述冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产金属铝的基本过程及主要电极反应。答：阴极：Al+3e=Al；Na+e=Na，阳极：2O2-+C-4e=CO2什么是冰晶石-氧化铝熔盐电解过程中的阳极效应？有何外观特征？其发生的机理是什么？答：阳极效应是电解熔盐，特别是电解冰晶石-氧化铝过程中发生在阳极上的一种特出现象。外观特征，槽电压急剧升高，在与电解质接触的阳极表面出现微小电弧。机理，由于电解质对于碳阳极的湿润性的改变引起的。当电解质中有大量氧化铝时，电解质在炭阳极的表面张力小，能良好的润湿阳极表面，阳极电化学的气体产物能容易从阳

41、极表面排除，随着电解过程的进行，当氧化铝降低到一定含量时，表面张力增加，气体滞留在阳极表面，形成气体膜层，使槽电压急剧升高。在冰晶石-氧化铝熔盐生产过程中，常用的添加剂有哪些？ 答：氟化钙、氟化镁、氟化锂、碳酸锂、氯化钠简述串联法工艺特点，串联法的工艺缺点特点(1)矿石经过拜耳法与烧结法两次处理， Al2O3的总回收率高和碱耗降低。而矿石中大部分Al2O3是由加工费和投资都较低的拜耳法提取的，每吨产品的熟料量比单纯的烧结法大为减少，总成本降低。2)对于拜耳法的溶出条件和要求也可以适当放宽，(3)产品质量高于烧结法。缺点：(1)拜耳法赤泥炉科的烷结往往困难 (2)拜耳法和烧结法两个系统的平衡和整

42、个生产的均衡稳定受两系统互相影响的程度比并联法大，给生产控制带来一定困难。简述并联法工艺特点，并联法的缺点特点可以在处理优质铝土矿的同时处理一些高硅铝矿，充分利用当地矿石资源。（2）拜耳法析出的一水碳酸钠直接送往烧结法系统配料，从而取消了一水碳酸钠的苛化及蒸发过程。（3）生产过程中的碱损失可用比苛性钠便宜的碳酸钠补充。（4）烧结法溶液分子比低，汇入拜耳法溶液后有利于制取砂状氯化铝。缺点：工艺流程比较复杂；用铝酸钠溶液代替苛性碱补偿碱损失，拜耳法系统的循环碱量增加。简述混联法工艺特点，工艺缺陷特点（1）解决了用纯串联法处理低铁铝土矿时炉料苛化能力不够补碱不足的问题。（2）提高了炉料铝硅比，使熟料

43、烧成温度范围变宽，有利于熟料窑的操作控制。（3）由于增加了碳酸化分解工序作为调节过剩苛性碱液的平衡措施，有利于整个流程的协调配合。 缺陷;(1)烧结法系统的产能较之串联法提高了。单位产品的投资，能耗和成本均随之增加，产品质量也受到影响。（2）混联法中包括完整的拜耳法和烧结法系统。流程很长，设备繁多，控制复杂。提高铝电解电流效率的主要措施：（1）在适当低的过热温度下进行电解;所谓过热温度，是指电解温度与电解质的初晶点之间的差值。每降低过热温度10，平均提高电流效率1-1.5%。（2）建立和保持理想的槽膛内型；（3）尽可能使槽内铝液保持平静；（4）选用低熔点的电解质组成，使用惰性的可湿润阴极，如二

44、氧化硼涂层阴极。电解槽的正常生产特征(1) 电解槽的各项技术参数（工作电压、极距、电解温度、电解质成分、电解质和铝液的水平、阴极电压降和阳极效应系数）已达到了规定范围，建立了较稳定的热平衡制度。(2)阳极周围侧壁上已牢固地形成电解质-氧化铝结壳(俗称伸腿)，使槽膛有稳定的内形。(3)阳极不氧化，不发红，不长包。 (4)阳极周边的电解质均匀沸腾，电解质干净，与炭渣分离清楚，从火眼喷出的炭渣和火苗颜色清晰有力。(5)阳极底下没有大量沉淀，炉面氧化铝结壳完整，并覆盖一定数量的氧化铝保温电解槽的母线配置一般分为四种方式：纵向排列单端进电的母线装置；纵向排列双端进电的母线装置；横向排列双端进电的母线。装

45、置；横向排列四端进电的母线装置.电解质的离子存在形式:在冰晶石-氧化铝熔体中主要是Na+，铝氧氟络离子( AlOF22-)和含氟铝离子( AlF63-，AlF4- )。其次有少部分简单离子（Al3+ 、F-及O2-）等。所以熔液中Na+主要是单体离子，A13+主要都结合在络合离子里。这些离子在直流电场的作用下，所有的阳离子均向阴极运动，所有的阴离均向阳极运动。离子的这种定向的运动过程就是传导电流的过程。熔体中各种离子所传导的电流是不相同的，有多有少，据试验室研究：冰晶石-氧化铝熔体电解时，电流几乎全是Na +传导的。 第6章 镁冶金镁的生产方法：金属镁的生产方法有皮江法和电解法两种皮江法（硅热

46、法）：白云石为原料MgCO3CaCO3+Si(Fe)Mg+CaSiO3+废渣电解法：菱镁矿、蛇纹石、卤水、光卤石、海水、水镁石MgCl2 Mg+Cl2目前世界上用这两种方法生产的镁，原镁生产：一是电解法；二是硅热法。镁热还原法基本原理：在880950下的氩气气氛中，让TiCl4与金属Mg进行反应得到海绵钛和MgCl2，用真空蒸馏除去海绵钛中的MgCl2和过剩的Mg，从而获得纯钛，蒸馏冷凝物可经熔化回收金属镁， MgCl2经熔盐电解回收Mg和Cl2。镁热还原法基本原理：在880950下的氩气气氛中，让TiCl4与金属Mg进行反应得到海绵钛和MgCl2，用真空蒸馏除去海绵钛中的MgCl2和过剩的M

47、g，从而获得纯钛，蒸馏冷凝物可经熔化回收金属镁， MgCl2经熔盐电解回收Mg和Cl2。熔盐电解法的步骤？1.MgCl2的生产（1）以菱镁矿原料：配以碳还原剂，经过混合、制团、干燥或焦化后，加入竖式电炉，通氯气，于9001100氯化，主要反应为： MgCO3=MgOCO2，3MgO2C3Cl2=3MgCl2COCO2。由于氧化镁的氯化是放热反应，氯化炉只需要补充一定数量的电能，就可维持反应继续进行。产物为无水氯化镁熔体。 （2）以海水或盐湖的卤水（MgCl2·6H2O）为原料：脱水制得MgCl2，工业上采用两段脱水：第一步是把MgCl2·6H2O脱至MgCl2·2

48、H2O；第二步是把MgCl2·2H2O再彻底脱水。一段脱水（喷雾干燥脱水）：在喷雾塔内进行，在热空气中将水氯镁石进行喷雾干燥，生成MgCl2·2H2O。二段脱水（MgCl2·2H2O熔融氯化脱水）：MgCl2·2H2O在氯化流中熔融氯化脱水，氯化炉内填有焦炭，熔体流经碳层与氯气接触，反应为：MgO+Cl2+C=MgCl2+CO。2.电解制镁往盛有含MgCl2 的熔盐电解质的电解槽中通以直流电，MgCl2 便发生分解，在阴极析出金属镁，在阳极析出氯气。电解原理：因氯化镁熔点高、电导性差、挥发性强及易于水解，故在镁电解生产中不单独用氯化镁作电解质，一般采用M

49、gCl2 - KCl NaC三元系和MgCl2 - NaCI - CaCl2 - KCl四元系组分，在电解时产生，电化学反应：KCl.MgCl2=K+ + MgCl3- 2KCl.MgCl2 =2K+ + MgCl4- NaCl.MgCl2=Na+ +MgCl3- KCl.CaCl2=K+ + CaCl3-电解质中主要靠K+和Na+传输电流，钙和镁离子以配离子存在，体积大，活动能力差，不参与传送电流。镁电解用的电解槽上插阳极电解槽（IG槽）：由槽体和壳体、阳极设施、阴极和阴极盖和母线装置构成。槽内有45个石墨阳极，均匀排布于以耐火材料为内衬的长方形钢壳中。每个阳极以夹层式置于两只钢制阴极中间。

50、耐火材料隔板浸入到电解质中，将阳极产物Cl2和阴极产物Mg隔开，阻止两者间的反应。 钛冶金以金红石及高钛渣为原料，工业上生产四氯化钛的方法有哪些？四氯化钛的生产工序有哪些？常用的氯化剂有哪些？答：四氯化钛是金属钛及钛白生产的重要中间产品。它是以富钛物料（高钛渣、金红石、人造金红石）为原料，经过氯化、冷凝分离、精制等过程而制得。最常用的氯化剂有氯气和盐酸等。海绵钛的生产方法有哪些？答：金属热还原生产海绵钛，镁热还原法和钠热还原法钛精矿的处理方法有两种;一是还原熔炼生产高钛渣，以高钛渣或金红石为原料经氯化获得粗TiCl4，精制后得到纯TiCl4，然后从纯TiCl4制取海绵钛或钛白；二是先用H2SO

51、4直接分解钛精矿或高钛渣，然后从硫酸溶液中析出偏钛酸，再制取钛白。钛渣生产：精矿除铁工艺：当以钛铁矿为原料生产钛白或四氯化钛时，需要除去钛铁矿中的铁，使TiO2得到富集。目前工业上以电炉还原熔炼法为主。该法是将钛铁精矿用碳质还原剂在电炉内进行高温还原熔炼，铁的氧化物被选择性地还原成金属铁，钛氧化物富集在炉渣中成为钛渣的过程。氯化工艺原理：TiO2与Cl2反应在高温下也很难反应，但当添加C 后，在1000K温度下，发生反应：TiO2+C+2Cl2=TiCl4+CO2 该反应顺利进行的原理在于碳在TiO2氯化过程中起着催化作用，氯分子吸附于碳的表面而被活化，由分子状态变为原子状态。从而加快了反应速

52、度。流态化氯化工艺特点：（）反应在沸腾层中进行，传热、传质好，使生产强化；（）无需制团，操作过程简单，可连续生产；（）缺点是气流带出的粉尘大；（）不适于含钙、镁高的物料。熔盐氯化法：此法将碎细的钛渣后金红石和石油焦混合物以高度分散状态悬浮在熔盐介质中，通入氯气制取TiCl4的方法。采用的设备为熔盐氯化炉。熔盐氯化工艺特点：（1）传热传质好，操作连续化，生产能力高（2）可使用低浓度氯气，碳耗低；（3）可用于处理含镁、钙高的原料；（4）随氯化反应进行熔盐组成变化，导致氯化反应不稳定，需定期更换电解质，所以废电解质量大（160200kg/t-TiCl4)，并难回收利用；（5）炉结构复杂，高温腐蚀严重

53、，炉寿命短。熔炼工艺：生产中采用团矿与粉料混合料进行熔炼，用直径34mm的无烟煤或焦炭做还原剂。熔炼过程包括还原熔化、深还原和过热出炉。（1） 还原熔化阶段：炉料预热至1173K左右开始发生还原反应；温度升至15231573K时炉料熔化，此时熔化和还原同时进行。炉料的熔化从电极周围逐渐向外扩张，直至炉料全部熔化形成熔池。（2）深还原阶段；炉料熔化后形成的炉渣仍含有10%左右的FeO，在生产高还原度钛渣时，仍需将残留的FeO进一步深还原成铁。（3）过热出炉阶段：深还原结束后，为保证顺利出炉，仍需将熔体加温，使渣和铁充分分离，并使炉渣达到一定得过热度四氯化钛的净化：氯化法得到的四氯化钛是红棕色浑浊

54、液，除含有98%以上的TiCl4外，还有许多杂质。大部分气体气体杂质在TiCl4中溶解度低，且随温度升高溶解度下降，易于在蒸馏或精馏过程中除去；不溶于TiCl4的固体悬浮物可用沉降或过滤的方法除去；溶于TiCl4的液体杂质和固体杂质中，低沸点和高沸点杂质用蒸馏法或精馏法除去，沸点与TiCl4接近的用化学法除去。致密钛生产：只有将海绵钛制成致密的可锻性金属，才能进行机械加工并广泛应用于工业各部门。采用真空熔炼法和粉末冶金法可实现这一目的。钛渣生产原理：钛的氧化物比铁的氧化物稳定得多。因此，在钛铁矿精矿高温还原熔炼过程中，控制还原剂碳量，可使铁的氧化物被优先还原成金属铁，钛的氧化物不易还原而进入炉

55、渣。利用生铁与炉渣的密度差别，使铁与钛氧化物分离，分别产出生铁和含TiO2（72%95%）的高钛渣。钛铁矿还原熔炼的主要反应：FeTiO3+C=2Fe+TiO2+CO23/4FeTiO3+C=3/4Fe+1/4Ti3O5+CO，2/3FeTiO3+C=2/3Fe+1/3Ti2O3+CO，1/3FeTiO3+4/3C=1/3Fe+1/3TiC+CO，1/2FeTiO3+C=1/2Fe+1/2TiO+CO复习重点（绪论和有色金属冶金部分）考试题型：名词解释、填空、选择、问答、综合分析。约占总分值的50%。1.什么是冶金，其目的是什么?冶金是研究如何经济地从矿石或其他原料中提取金属或金属化合物，并采

56、用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。 冶金的目的就是把所要提取的金属从成分复杂的矿物集合体中分离出来并加以提纯。 2.简述冶金（学科）的分类。冶金学分类: 提取冶金学和物理冶金学提取冶金学：研究提取金属，存在化学反应。从矿石或精矿中提取金属（包括金属化合物）的生产过程（又称化学冶金、过程冶金学）。 物理冶金学：研究金属材料成型过程。通过成型加工制备具有一定性能的金属或合金材料，包括金属学、粉末冶金、金属铸造、金属压力加工等（又称金属学） 3. 金属冶炼方法大致有哪几类？各有什么特点？ 根据各种冶金方法的特点，大体上可将其归纳为三类：火法冶金、湿法冶金 和电冶金。 火法冶金：是在高温

57、条件下进行的冶金过程。矿石或精矿中的部分或全部矿物在高温下经过一系列物理化学变化，生成另一种形态的化合物或单质，分别富集在气体、液体或固体产物中，达到所要提取的金属与脉石及其他杂质分离的目的。湿法冶金：是在溶液中进行的冶金过程。湿法冶金温度不高，一般低于100。现代湿法冶金中的高温高压过程，温度也不过473K左右，极个别情况温度可达573K。电冶金：是利用电能提取金属的方法。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。4. 火法冶金、湿法冶金和电冶金的特点比较。（1）火法冶金一般具有处理精矿能力大,能够利用硫化矿中硫的燃烧热,可以经济地回收贵金属、稀有金属等优点；但往往难以达到良好的环境保护。 （2）湿法冶金常用于处理多金属矿、低品位矿和难选矿。（3）电冶金则适用于铝、镁、钠等活性较大的金属的生产。5. 有色金属分为哪几类？(1)重金属：密度在5t/m3以上的金属，包括铜、铅、锌、镍、钴、锡、锑、汞、镉、铋。 (2)轻金属：密度在5t/m3以下的金属，包括铝、镁、