第一篇_1矿物提取金属.pptVIP

第一讲 由矿物提取金属的技术 内蒙古工业大学材料学院 在地球上，绝大部分金属以化合态存在，如形成金属的氧化物、硫化物、硅酸盐等，并与不含矿物的脉石、杂质组成金属矿床。故生产金属材料必须从矿石中提取金属，并进一步加工成所需的材料。 冶金学是生产金属材料的科学，对于不同的矿石，应采用不同的冶金原理进行生产。 铁矿大都以氧化铁形式存在，则采用还原反应，使铁从氧化物中还原出来，并与脉石分离； 黄铜矿以硫化铜形式存在，则采用氧化反应，将大部分硫焙烧而除去 常用的冶金方法 (1)火法冶金(又称高温冶金) 高温下冶金作业的总称。这种方法是利用燃料燃烧、电能或化学反应产生的热量，在高温下进行一系列的冶金反应，生成熔融金属和熔渣，然后将熔渣分离而获得金属。 (2)水法冶金(又称湿法冶金) 在溶液中冶金作业的总称。这种方法主要由两个过程组成；一是在溶剂作用下，使矿石中的金属溶解；二是用置换、还原、电沉积等方法将溶液中的金属分离出来。 水法冶金适用于处理金属含量较低而成分比较复杂的原料。其回收率高、劳动条件较好，广泛适用于有色金属冶炼，如生产铜、锌、铀、稀土金属等。 常用的冶金方法 (3)电冶金 指用电能进行冶金作业的总称。可分为电热法和电化法两类。 (4)粉末冶金 指由金属或金属化合物制取金属粉末、压制成型和烧结而成制品的冶金方法。它适用于生产高熔点金属(如钨、钼等)、难以切削加工的高硬度合金制品(如硬质合金等)、不互溶金属制成的合金产品(如银和钨制成的开关触头)、金属和非金属组成的制品(如铜和石墨制成的电刷)、多孔性的金属制品(如青铜和石墨制成的含油轴承)等。 主要内容 炼铁、炼钢生产过程 1炼铁 1.1炼铁原理 1.1炼铁原理 在高炉冶炼中，Fe、P、Zn几乎能全部被还原， 而Si、Mn、Ti、V、Cr、Cu、Pb只能部分被还原， Mg、Ca、Al则完全不能被还原。 炼铁原理 （1）焦炭的燃烧 （2）铁的还原和增碳 （3）造渣与脱硫 炼铁原理 （1）焦炭的燃烧 从炉顶转入炉内的焦炭，在下降过程中被上升的高 温炉气预热，下降到风口的红热焦炭与鼓入的热空 气相遇，产生激烈的燃烧反应： C+O2→CO2+Q 反应产物CO2又与红热焦炭相遇， CO2+C=2CO 含大量CO的高温炉气，逆下降炉料而上升，即供 给热量，也是还原剂。 炼铁原理 （2）铁的还原和增碳 在高炉上部400-950℃区域，由CO作为还原剂，生成的 气体产物是CO2或H2O的(间接还原): 3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO=3FeO+CO2 FeO+CO=Fe+CO2 在高炉下部950℃高温区域，由固体碳作还原剂，生成的 产物是CO（直接还原）： FeO+C=Fe+CO 炼铁原理 （2）铁的还原和增碳 逐级转化原则： 大于570℃时：Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe 小于570℃时：Fe2O3→Fe3O4→Fe 低级氧化物的自由能或分解压较小，而高级氧化物的自由能和分解压较大，所以氧化物的分解顺序是由高级氧化物向低级氧化物转化。还原顺序与分解顺序是相同的，从高级氧化物逐级还原成低级氧化物。 炼铁原理 （3）造渣与脱硫 造渣是矿石中的脉石、焦炭中的灰分与熔剂形成炉渣的过程。 高炉冶炼不仅要求还原出金属铁，而且还要求未被还原的Si、Ca、Mg、Al等元素的氧化物以及金属硫化物形成炉渣，使铁与炉渣熔化。 由于炉渣具有熔点低、密度小和不溶于生铁的特点，所以高炉冶炼过程中渣、铁得以分离并从而获得纯净的生铁，这就是高炉造渣过程的基本作用。 炼铁原理 （3）造渣与脱硫 熔剂高温分解： CaCO3→CaO+CO2 反应产物与酸性脉石、灰分作用，形成熔点低、密 度小炉渣（硅酸钙） CaO+SiO2→CaSiO3 渣铁界面上发生脱硫反应： CaO+FeS→CaS+FeO 生成的CaS进入炉渣。炉温越高，脱硫反应越充分。 炼铁原理 （3）造渣与脱硫 硫是影响生铁质量的主要有害元素。钢中含有超过规定限量的硫，会使钢产生热脆，在轧钢或锻造过程中，钢材易出现裂纹。铸造生铁中含有过量的硫，则易使铸件产生热脆，同时还降低了铁水铸造时的填充性能。因此国家规定制钢生铁含硫不大于0.07% ，铸造生铁含硫不大于0.06%。 A 炉渣脱硫 在一定的原燃料条件下，生铁去硫主要依靠提高炉渣脱硫能力，即提高硫在渣铁间的分配系数来实现。生铁去硫主要是使FeS变成CaS，由于炉渣和铁水互不相溶，所以去硫作用只能在渣铁界面上进行。 B 炉外脱硫 炉外脱硫就是进入炼钢前，通过加入脱硫剂，以实现降低生铁含硫的目的。 1.2炼铁的方法 （1）高炉炼铁 世界上绝大多数炼铁厂沿用高炉冶炼工艺，为了