1、金属材料的制备金属材料的制备-冶金冶金目目 录录1.1、冶金工艺1.2、钢铁冶炼1.3、有色金属冶炼1.1 冶金工艺冶金工艺一、火法冶金、火法冶金的基本过程矿石准备选矿 焙烧 烧结(球化)不加添加剂的焙烧，也称煅烧：I、分解矿石，如石灰石化学加工制成氧化钙，同时制得二氧化碳气体；II、活化矿石，目的在于改变矿石结构，使其易于分解，例如：将高岭土焙烧脱水，使其结构疏松多孔，易于进一步加工生产氧化铝；1.1 冶金工艺冶金工艺、火法冶金的基本过程矿石准备选矿 焙烧 烧结(球化)III、脱除杂质，如脱硫、脱除有机物和吸附水等；IV、晶型转化，如焙烧二氧化钛使其改变晶型，改善其使用性质。1.1 冶金工艺
2、冶金工艺、火法冶金的基本过程矿石准备选矿 焙烧 烧结(球化)高炉炼铁生产前，将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，烧结成块的过程。目的：促进反应的发生1.1 冶金工艺冶金工艺、火法冶金的基本过程 冶炼1.1 冶金工艺冶金工艺1.1 冶金工艺冶金工艺、火法冶金的基本过程 冶炼注意纵坐标是负数，越靠下，表示G0 的程度越大，自发进行的趋势越强。1.1 冶金工艺冶金工艺、火法冶金的基本过程 冶炼 氧势图用于判断氧的走向：从上往下走 除了氧势图，实际生产中还有碳、硫、氯、磷势图1.1 冶金工艺冶金工艺、火法冶金的基本过程 冶炼1
3、.1 冶金工艺冶金工艺、火法冶金的基本过程 冶炼1.1 冶金工艺冶金工艺、火法冶金的基本过程 冶炼1.1 冶金工艺冶金工艺、火法冶金的基本过程 冶炼1.1 冶金工艺冶金工艺、火法冶金的基本过程 精炼1.1 冶金工艺冶金工艺、火法冶金的基本过程 精炼、火法冶金的主要方法1.1 冶金工艺冶金工艺、火法冶金的主要方法 提炼冶金（不一定完全包括以下步骤）焙烧烧结（促进氧化还原反应）还原熔炼（还原出金属、含巨多杂质）氧化熔炼（烧掉一部分杂质）造渣（用造渣剂把杂质变成渣后排出）造锍（把要提取的金属以硫化物的形态富集于锍中，贵金属及其他有价成分也随之富集于其中，脉石则熔合成渣而与锍分离。）精炼1.1 冶金工
4、艺冶金工艺、火法冶金的主要方法 氯化冶金氯化冶金就是将矿石（或冶金半成品）与氯化剂混合，在一定条件下发生化学反应，使金属转变为氯化物再进一步将金属提取出来的方法。氯化冶金主要包括：氯化过程 氯化物的分离过程 从纯氯化物中提取金属1.1 冶金工艺冶金工艺1.1 冶金工艺冶金工艺、火法冶金的主要方法 氯化冶金优点：I、对原料的适应性强，可处理各种不同类型的原料，甚至液态粗金属；II、作业温度比其他火法冶金过程低；III、分离效率高，综合利用好。在高品位矿石资源逐渐枯竭的情况下，对储量很大的低品位、成分复杂难选的贫矿来说，氯化冶金将发挥它的作用。1.1 冶金工艺冶金工艺、火法冶金的主要方法 氯化冶金
5、尚有三个问题待解决：I、氯化剂的利用效率和氯化剂的再生返回利用是关键性问题；II、继续解决氯化冶金设备的防腐蚀；III、环境保护1.1 冶金工艺冶金工艺、火法冶金的主要方法 喷射冶金利用气流输送将冶金用粉末物料通过喷枪直接吹入金属熔池内部，使金属得到精炼的工艺。可用于金属的脱氧、脱硫、脱磷、脱硅以及脱除其他元素.1.1 冶金工艺冶金工艺、火法冶金的主要方法 真空冶金在低于标准大气压条件下进行的冶金作业。可以实现大气中无法进行的冶金过程，能防止金属氧化，分离沸点不同的物质，除去金属中的气体或杂质，增强金属中碳的脱氧能力，提高金属和合金的质最。二、湿法冶金 ：湿法冶金这湿法冶金这种冶金过程是用酸、
6、种冶金过程是用酸、碱、盐类的水溶液，碱、盐类的水溶液，以化学方法从矿石中以化学方法从矿石中提取所需金属组分，提取所需金属组分，然后用水溶液电解等然后用水溶液电解等各种方法制取金属。各种方法制取金属。1.1 冶金工艺冶金工艺二、湿法冶金1.1 冶金工艺冶金工艺浸取1.1 冶金工艺冶金工艺浸取1.1 冶金工艺冶金工艺浸取搅拌浸取浸取充分，但是产能有限。1.1 冶金工艺冶金工艺浸取堆浸法将细菌溶液喷洒到预先堆置好的矿石堆上，有选择性地溶解（浸出）矿石中的目标金属成分，使金属形成离子或络合离子并使之转入溶液。1.1 冶金工艺冶金工艺浸取就地浸出（地下浸出）I、无需采掘、装、运、提升等工序。II、基础建
7、投资少，建设周期短，生产成本低等优点。III、特别是该方法基本不破坏或很少破坏山林与农田，不产生尾矿、废石，环境友好。1.1 冶金工艺冶金工艺浸取就地浸出（地下浸出）地下原地钻孔溶浸采矿方法适用条件苛刻，一般需要同时具备以下条件：I、矿床地质条件：矿体具有天然渗透性能，平缓，连续稳定，并具有一定的规模。II、矿床水文地质条件：矿体赋存于含水层中，在溶浸矿物范围之内应无导水断层、地下溶洞、暗河等。III、矿岩的物理化学条件：要求目的金属矿物易溶于溶浸药剂而围岩矿物不能溶于溶浸药剂。目前国内外仅在疏松砂岩铀矿床应用地下原地钻孔法开采。1.1 冶金工艺冶金工艺1.1 冶金工艺冶金工艺三、电冶金1.1
8、 冶金工艺冶金工艺三、电冶金1.1 冶金工艺冶金工艺等离子是固体、液体、气体以为的第四种存在状态。温度极高的情况下，电子挣脱原子核的束缚，处于游离态。等，表示正负相等，为电中性。三、电冶金1.1 冶金工艺冶金工艺在一个紧缩的空间产生电弧，同时将惰性气体（氩），从一个小孔以高速喷射出，穿过这个空间而成为等离子射流。热量高度集中，可以达到非常高的温度。已有等离子枪的工作温度约在500020000之间。三、电冶金1.1 冶金工艺冶金工艺三、电冶金1.1 冶金工艺冶金工艺三、电冶金1.1 冶金工艺冶金工艺A A 形状控制：形状控制：电磁铸造、金属薄膜的电磁成行，电磁塑性成型，悬浮熔炼等B B 驱动金属
9、液体：驱动金属液体：电磁搅拌，电磁泵C C 抑制流动：抑制流动：磁力制动，抑制波动D D 悬浮：悬浮：非金属夹杂物的电磁分离E E 热量生成：热量生成：感应熔炼，电磁加热、电弧熔炼、等离子熔炼等F F 组织控制：组织控制：晶粒细（粗）化，非晶金属制备三、电冶金1.1 冶金工艺冶金工艺细化晶粒1.1 冶金工艺冶金工艺三、电冶金1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼一、生铁冶炼1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼一、生铁冶炼炼铁的原料铁矿石熔剂，用于除去SiO2CaOHgOAlO3。熔炼时，熔剂和杂质生产密度较低的炉渣，浮于铁水表面耐火材料。耐火度不低
10、于1580的无机非金属材料燃料。主要是焦炭，提供热量和还原剂1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼一、生铁冶炼炼铁的原料铁矿石1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼一、生铁冶炼炼铁的原料铁矿石1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼一、生铁冶炼炼铁的原料铁矿石1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼一、生铁冶炼炼铁的原料 熔剂1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼一、生铁冶炼炼铁的原料耐火材料1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼一、生铁冶炼炼铁的原料燃料高炉生成对焦炭的要求（1）含碳量高，灰分低，两者此消彼长；（2）有害杂质少，高炉中的硫约80%来自焦炭；（3）成分稳定，挥发分含量适中，水分含量低且稳定；（4）强度高，避免焦炭破裂产生大量粉尘；（5）焦炭粒度均匀；1.2 钢铁冶
11、炼钢铁冶炼一、生铁冶炼高炉 高炉冶炼特点：高炉冶炼特点：高炉是连续的、大规模高炉是连续的、大规模的高温生产过程，机械的高温生产过程，机械化和自动化水平较高。化和自动化水平较高。可以数十年不停机。可以数十年不停机。1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼一、生铁冶炼高炉（高炉）Blast furnace为什么要吹气？I、加速炭的燃烧，提高炉内温度。II、产生CO气体，促成（气相+固相）还原反应。3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO=3FeO+CO2 FeO+CO=Fe+CO2固态的C也可以直接对铁矿石进行还原，但是固相-固相之间的反应，依靠原子扩散来进行，速度非常慢。为什么要吹气？1.2
12、钢铁冶炼钢铁冶炼一、生铁冶炼物理化学过程 完全燃烧（发生在氧过剩的地区）完全燃烧（发生在氧过剩的地区）CO2CO2 不完全燃烧（发生在碳过剩的地区）不完全燃烧（发生在碳过剩的地区）C+1/2O2=CO还发生以下反应：还发生以下反应：CO1/2O2CO2 CO2C焦焦=2CO H2OCH2C O1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼一、生铁冶炼物理化学过程 1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼一、生铁冶炼产品和副产品 生铁1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼一、生铁冶炼产品和副产品炉渣1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼一、生铁冶炼产品和副产品煤气将含尘量降到1020毫克/m3。可作为工业上的燃料。一般高炉煤气总量的1/3左右用于自身热风炉的加
13、热，其余可供动力、炼焦、炼钢、烧结、轧钢等部门使用。1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼二、钢冶炼1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼二、钢冶炼炼钢的基本过程元素的氧化氧化顺序与各元素与氧的亲合力有关A、T1400 元素的氧化顺序：Si、Mn、C、P、FeB、1400T1530 氧化顺序：C、Si、Mn、P、Fe1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼造渣脱磷脱硫1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼造渣脱磷脱硫1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼造渣脱磷脱硫1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼I、炉渣脱硫、炉渣脱硫利用渣中足够的利用渣中足够的CaO，把钢液中，把钢液中FeS去除。去除。FeS+(CaO)(FeO)+(CaS)生成的生成的CaS渣不熔于钢液，且比其轻，浮
14、在钢液表面。渣不熔于钢液，且比其轻，浮在钢液表面。(FeS)+(CaO)(FeO)+(CaS)II、气化脱硫、气化脱硫S+2O SOS+O2 SO2S+2(FeO)SO2气气+2Fe造渣脱磷脱硫1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼脱氧及合金化1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼a 碳脱氧：碳脱氧：FeO+CFe+CO主要在渣中进行，不产生非金属氧化物，利于优质钢产生主要在渣中进行，不产生非金属氧化物，利于优质钢产生，缺点是：，缺点是：1600时与时与0.3c相平衡的氧含量相平衡的氧含量0.007，在钢锭冷却过程，可再次发生碳氧反应。产生钢锭中气孔在钢锭冷却过程，可再次发生碳氧反应。产生钢锭中气孔、疏松等缺陷。在碳脱氧
15、的缓慢过程中，容易引起增碳，、疏松等缺陷。在碳脱氧的缓慢过程中，容易引起增碳，对于碳规定范围很窄或含碳量很低的钢种就有困难。对于碳规定范围很窄或含碳量很低的钢种就有困难。b 锰脱氧：弱脱氧剂锰脱氧：弱脱氧剂：Mn+2FeOMnO+Fe生成物生成物MnO不溶于钢液，还与不溶于钢液，还与SiO2、FeO结合生成低熔点结合生成低熔点液态炉渣，有利于上浮去除。液态炉渣，有利于上浮去除。Mn还能降低钢中还能降低钢中S的有害作的有害作用。用。脱氧及合金化1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼常见的炼钢方法碱性平炉炼钢用气体或液体燃烧供热,因平炉炉体庞大，冶炼时间长，炉墙散热损失和高温废气带走的热量大，必须从外部供给燃料
16、和使用预热空气燃烧燃料，方能保持炼钢时需要的热量。1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼电弧炉主要特点：a)电弧炉钢能最大限度地去除磷和硫b)电弧炉炼钢夹杂物很少c)电弧炉冶炼成分易控制不足之处：电能消耗大，生产成本高；氢和氮的含量较高。1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼氧气顶吹转炉I、速度快II、有害杂质元素磷、硫的含量较低；脱磷率为9095%，脱硫率7080%。III、残余元素和非金属夹杂物含量低IV、机械性能好：冷加工性、抗时效性、锻造和焊接性能都较好 1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼氧气顶吹转炉氧气顶吹转炉炼钢法的缺点：I、吹炼前期化渣较慢；II、后期熔池钢水成份、温度、氧化性不均匀。1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼炉外精炼
17、及钢锭生产1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼炉外精炼及钢锭生产1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼炉外精炼及钢锭生产上浇铸法：上浇铸法：优点：优点：耐火材料的消耗和钢液损失耐火材料的消耗和钢液损失少，且钢液不会被耐火材料所污染，少，且钢液不会被耐火材料所污染，因而带入钢中夹杂物含量少；浇注准因而带入钢中夹杂物含量少；浇注准备工作简单。备工作简单。缺点：缺点：在浇注时由于钢流冲击引起在浇注时由于钢流冲击引起钢水的飞溅在锭模的表面，并受到强钢水的飞溅在锭模的表面，并受到强烈的氧化，从而易导致钢锭表面产生烈的氧化，从而易导致钢锭表面产生结疤等缺陷。结疤等缺陷。上注法适宜生产大钢锭，且对钢锭内上注法适宜生产大钢锭，且对钢锭
18、内部质量要求较严格的场合，如轴承钢部质量要求较严格的场合，如轴承钢和炮管等。和炮管等。1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼炉外精炼及钢锭生产下浇铸法：下浇铸法：优点：优点：可同时浇注多根钢锭，浇可同时浇注多根钢锭，浇注时间短，故生产率高；而且由于注时间短，故生产率高；而且由于钢液自下而上平稳的上升，因此钢钢液自下而上平稳的上升，因此钢锭表面的质量较好。锭表面的质量较好。缺点：缺点：钢液易被中注管和汤道中钢液易被中注管和汤道中的耐火材料所污染，并吸收气体，的耐火材料所污染，并吸收气体，这样不仅会增加钢中的夹杂和气体这样不仅会增加钢中的夹杂和气体的含量，从而影响钢的质量。的含量，从而影响钢的质量。适宜应用在生
19、产钢锭小、每炉浇注适宜应用在生产钢锭小、每炉浇注钢锭多、对表面质量要求较严格的钢锭多、对表面质量要求较严格的场合，如不锈钢、硅钢、薄板钢。场合，如不锈钢、硅钢、薄板钢。l缩孔和疏松缩孔和疏松缩孔中聚集着较多的偏析元素和非金属夹杂，且其表面氧化严重缩孔中聚集着较多的偏析元素和非金属夹杂，且其表面氧化严重，故在锻轧过程中不能焊合，加工时必须完全切除，否则在热加，故在锻轧过程中不能焊合，加工时必须完全切除，否则在热加工时会引起严重的内部破裂。工时会引起严重的内部破裂。1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼炉外精炼及钢锭生产l非金属夹杂物非金属夹杂物 非金属夹杂物主要来源于浇注过程中因浸蚀和冲刷非金属夹杂物主要来源
20、于浇注过程中因浸蚀和冲刷而带入钢中的耐火材料、再生夹杂以及未被排除的脱氧而带入钢中的耐火材料、再生夹杂以及未被排除的脱氧产物。产物。l裂纹裂纹 裂纹分为裂纹分为内裂纹内裂纹和和外裂纹。外裂纹。内裂纹：内裂纹：如皮下裂纹、白点、轴心裂纹和柱状晶角交如皮下裂纹、白点、轴心裂纹和柱状晶角交面裂纹等。内裂纹的原因主要是钢的纯洁度、强度和塑性面裂纹等。内裂纹的原因主要是钢的纯洁度、强度和塑性较低有关。较低有关。外裂纹：外裂纹：有有纵裂纹纵裂纹和和横裂纹横裂纹两种。纵裂纹主要产生在两种。纵裂纹主要产生在钢液凝固壳薄、强度低、塑性较差而承受不住钢水静压力钢液凝固壳薄、强度低、塑性较差而承受不住钢水静压力的部
21、位。横裂纹大多由于凝固壳产生局部悬挂，限制钢锭的部位。横裂纹大多由于凝固壳产生局部悬挂，限制钢锭的正常收缩，当凝固层局部存在质量缺陷或外力超过凝固的正常收缩，当凝固层局部存在质量缺陷或外力超过凝固强度时，表面层拉裂而形成。强度时，表面层拉裂而形成。l连续铸造连续铸造 1.2 钢铁冶炼钢铁冶炼炉外精炼及钢锭生产1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼有色金属有色金属重金属重金属轻金属轻金属贵金属贵金属稀有金属稀有金属 重金属一般指比重大于5.0的金属包括铜、铅、锌、镍、锡等十多种金属1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼一、铜的冶炼n 铜的物理性质铜的物理性质玫瑰红色，柔软，玫瑰红色，柔软，具有展性具有展性，
22、易于锻造和压延。，易于锻造和压延。导电性和导热性导电性和导热性，如果把银的电导率和热导率看作，如果把银的电导率和热导率看作100%100%，则铜的电导率和热导率分别为，则铜的电导率和热导率分别为93%93%和和73.2%73.2%。由于热导。由于热导率高，铜不易局部加热至高温，因此较难焊接。率高，铜不易局部加热至高温，因此较难焊接。一、铜的冶炼 火法炼铜1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼二、铝的冶炼 火法炼铜冰铜（铜锍）l 什么叫锍？什么叫锍？（FeSFeS +金属硫化物金属硫化物）u铁的硫化物铁的硫化物FeSFeS在高温下能与许多重金属硫化物形成共熔体即在高温下
23、能与许多重金属硫化物形成共熔体即如如铜锍（又称冰铜）铜锍（又称冰铜）、镍锍镍锍等。等。l 什么叫造锍熔炼（冰铜熔炼）？什么叫造锍熔炼（冰铜熔炼）？u在高温和氧化气氛条件下将铜精矿熔化生成在高温和氧化气氛条件下将铜精矿熔化生成，又称之为，又称之为。造锍熔炼的目的是造锍熔炼的目的是将精矿中的铜富集于冰铜中，而大部分将精矿中的铜富集于冰铜中，而大部分铁的氧化物与加入的熔剂造渣铁的氧化物与加入的熔剂造渣Cu2S-FeS二元系二元系相图相图熔炼温度熔炼温度n 锍是怎么形成的？锍是怎么形成的？1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼冰铜（铜锍）1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼火法炼铜冰铜的吹炼造渣反应造渣反应 2
24、FeS+3O22FeO+SO2+Q FeO+SiO22FeOSiO2+Q 6FeO+O26Fe3O4+Q 3Fe3O4+FeS+5SiO25（2FeOSiO2）+SO2-Q 并得到冰铜（并得到冰铜（Cu2S熔体）熔体）造铜反应造铜反应 冰铜的氧化反应及造粗铜冰铜的氧化反应及造粗铜 2Cu2S+3O22Cu2O+2SO2 Cu2S+2Cu2O2Cu+SO2 含硫量含硫量0.003%吹炼终止吹炼终止1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼火法炼铜冰铜的吹炼造渣反应造渣反应 2FeS+3O22FeO+SO2+Q FeO+SiO22FeOSiO2+Q 6FeO+O26Fe3O4+Q 3Fe3O4+FeS+5S
25、iO25（2FeOSiO2）+SO2-Q 并得到冰铜（并得到冰铜（Cu2S熔体）熔体）造铜反应造铜反应 冰铜的氧化反应及造粗铜冰铜的氧化反应及造粗铜 2Cu2S+3O22Cu2O+2SO2 Cu2S+2Cu2O2Cu+SO2 含硫量含硫量0.003%吹炼终止吹炼终止硫化物氧化反应的硫化物氧化反应的G0-T关系关系硫1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼火法炼铜 火法精炼1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼火法炼铜 火法精炼扒渣 浇铸为电极板1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼火法炼铜 电解火法精炼产出的精铜品位一般为99.299.7%，含有0.30.8%的杂质。电解精炼的目的是：I、降低铜中的杂质含量，从而
26、提高铜的性能，使其达到各种应用的要求；II、回收其中的有价金属，尤其是贵金属和稀散金属。1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼火法炼铜 电解n 进一步除去残余的杂质进一步除去残余的杂质（砷、锑、铋、镍、钴、铁、锌、铅、氧、硫、金、（砷、锑、铋、镍、钴、铁、锌、铅、氧、硫、金、银硒、碲等）银硒、碲等）阳极：阳极：火法精炼铜（火法精炼铜（99.2%-99.7%）阴极：阴极：纯铜片纯铜片 电解液：电解液：硫酸铜水溶液硫酸铜水溶液电解精炼基本原理电解精炼基本原理n 利用铜和杂质元素的利用铜和杂质元素的。（砷、锑、铋、镍、钴、铁、锌、铅、氧、硫、金、银硒、碲等）（砷、锑、铋、镍、钴、铁、锌、铅、氧、硫、金、银
27、硒、碲等）阳极反应：阳极反应：Cu-2e=Cu2+Me ne=Men+阴极反应：阴极反应：Cu2+2e=Cu Men+ne=MeCu(E00.34V)Au、Ag、Pt等等Zn、Ni、Fe等等As、Sb、Bi等等n 由于溶液中由于溶液中CuCu2+2+的浓度远高于杂质离子的浓度，因此的浓度远高于杂质离子的浓度，因此阴极上主要析出铜，阴极上主要析出铜，只有当只有当CuCu2+2+浓度降低时，溶液中浓度降低时，溶液中的杂质离子才可能在阴极析出。的杂质离子才可能在阴极析出。金、银、铂族金属不溶解，以极细的分散状态落入电解槽底部；金、银、铂族金属不溶解，以极细的分散状态落入电解槽底部；少量银以少量银以
28、AgAg2 2SOSO4 4形式溶解，当电解液中有形式溶解，当电解液中有 ClCl-存在时，可使其存在时，可使其形成形成AgClAgCl沉淀进入阳极泥。沉淀进入阳极泥。S S、O O、SeSe、TeTe以以CuCu2 2S S、CuCu2 2O O、CuCu2 2TeTe、CuCu2 2SeSe、AgSeAgSe、AgTeAgTe等形等形态存在于阳极中，电解时也不溶解，落入阳极泥。态存在于阳极中，电解时也不溶解，落入阳极泥。ZnZn、NiNi、PbPb、SnSn、FeFe比比CuCu更负电性，在阳极溶解，除铅形成更负电性，在阳极溶解，除铅形成PbSOPbSO4 4沉淀外，其余全部或大部分以离子
29、形态进入电解液，但沉淀外，其余全部或大部分以离子形态进入电解液，但一般不在阴极析出。一般不在阴极析出。AsAs、SbSb、BiBi电位与铜相近，电解时既能从阳极上溶解，又可能电位与铜相近，电解时既能从阳极上溶解，又可能与铜一起在阴极上析出，还可能以其他形式进入阴极，大大降与铜一起在阴极上析出，还可能以其他形式进入阴极，大大降低铜的质量。低铜的质量。湿法炼铜溶溶 解解1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼湿法炼铜1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼n 先用溶剂将矿石中的先用溶剂将矿石中的Cu及其化合物溶解并转入溶液，再利用萃及其化合物溶解并转入溶液，再利用萃取电积、置换电积、氢还原或热分解等方法将溶液中的
30、铜取电积、置换电积、氢还原或热分解等方法将溶液中的铜提取出来的过程。提取出来的过程。l 常常 用的溶剂：用的溶剂：酸性溶剂、碱性溶剂酸性溶剂、碱性溶剂l 浸出方法：浸出方法：就地浸出、堆浸、槽浸、搅拌浸出就地浸出、堆浸、槽浸、搅拌浸出l 从溶液中提取铜的方法：从溶液中提取铜的方法：废铁置换、萃取、加热分解废铁置换、萃取、加热分解n 湿法炼铜工艺的优点湿法炼铜工艺的优点l 可处理低品位铜矿，如过去认为无法处理的表外矿、废石、可处理低品位铜矿，如过去认为无法处理的表外矿、废石、尾矿等均可重新被利用；尾矿等均可重新被利用；二、铝的冶炼1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼电 缆门 窗密度小强度高包 装二、
31、铝的冶炼1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼拿破仑波拿巴1769-1821拿破仑三世是一个喜欢炫耀自己的人。他常常大摆宴席，宴请天下宾客。每次宴会，餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的那一个碗是铝制品.二、铝的冶炼1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼铁碳铝8001900氧的走向用火法炼铝的难度非常大二、铝的冶炼1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼铁碳铜氧的走向铜直接在高温下用用空气吹，就可以排山倒海般把杂质氧化，也就是火法精炼。二、铝的冶炼1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼二、铝的冶炼1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼二、铝的冶炼 氧化铝的制备湿碱法1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼170，4个大气压
32、的反应釜，产能。二、铝的冶炼 氧化铝的制备干碱法1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼1100，能耗。二、铝的冶炼 铝的电解1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼Al2O3的熔点高达2000度，直接将其熔化后电解基本上行不通。Al2O3可以溶解到熔融状态的冰晶石（Na3AlF6）中。食盐的熔点高达800度，但是可以轻易溶解到水中。二、铝的冶炼 铝的电解1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼Al2O3、冰晶石（、冰晶石（Na3AlF6）及其）及其它氟化盐作为电解质，其中插入它氟化盐作为电解质，其中插入碳素阴、阳极。碳素阴、阳极。阴极：阴极：Al3+(络合络合)+3eAl 阳极：阳极：2O2-+C-4eCO2总体：
33、总体：2Al2O3+3e4Al+3CO2二、铝的冶炼 铝材1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼时效“懒”的发现 1906年，冶金工程师年，冶金工程师A Welmer发现了硬铝。发现了硬铝。他在炼取硬铝时加进了他在炼取硬铝时加进了4.5%铜、铜、0.5%1%镁、镁、0.5%锰。他把类锰。他把类似的合金加热到快要熔化的程度，激冷，但它的强度并不比原来大多似的合金加热到快要熔化的程度，激冷，但它的强度并不比原来大多少。这天是星期六，天气特别好，他交待实验员检验上述试样，但这少。这天是星期六，天气特别好，他交待实验员检验上述试样，但这位位实实验员想准时下班，便决定把实验拖到下周进行。到了星期一，发验员想准
34、时下班，便决定把实验拖到下周进行。到了星期一，发现现试样的强度高得异乎寻常试样的强度高得异乎寻常。硬铝经过热处理，再进行时效后就变得更坚硬了。硬铝经过热处理，再进行时效后就变得更坚硬了。-时效硬化时效硬化。二、铝的冶炼 铝材1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼时效（1）定义）定义 固溶处理后的合金在保温后，随保温时间延长而强度、固溶处理后的合金在保温后，随保温时间延长而强度、硬度显著升高、塑性降低的现象硬度显著升高、塑性降低的现象。（2）1906年德国年德国 A Welmer首次发现。首次发现。1910年德国年德国A Welmer 发明并获专利。发明并获专利。1916年用于制造飞机。年用于制造飞机
35、。1938年年 Guinier Preston 建立学说。建立学说。3)种类种类 自然时效自然时效 人工时效人工时效 时效时效温度高温度高，强化，强化效果小效果小;时效温度高，时效时效温度高，时效速度快速度快;低温抑制时效的进行。低温抑制时效的进行。Al-CuAl-Cu合金时效合金时效二、铝的冶炼 铝材1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼时效后的铝合金，在时效后的铝合金，在230 250 短时间短时间后后,快速水冷至室快速水冷至室温，重新变软。在室温下又能发生自然时效。称为温，重新变软。在室温下又能发生自然时效。称为回归回归。二、铝的冶炼 铝材1.3 有色金属冶炼有色金属冶炼铝合金的分类铝合金的分类 根据合金元素的含量和加工工艺性能特点，根据合金元素的含量和加工工艺性能特点，铝合金可分为铝合金可分为变形铝合金变形铝合金和和铸造铝合金铸造铝合金。（1）变形铝合金变形铝合金不可热处理强化铝合金不可热处理强化铝合金防锈铝防锈铝可热处理强化铝合金可热处理强化铝合金硬铝、超硬铝和锻铝硬铝、超硬铝和锻铝（2）变形铝合金变形铝合金 铸造铝合金铸造铝合金 具有共晶组织，塑性较差，但熔点具有共晶组织，塑性较差，但熔点低，流动性好低，流动性好
