冶金原理 PPT课件

更新时间:2021-09-05 10:38:05 | 来源:爱游戏ios版 作者:爱游戏稳定版
  

  第一篇 冶金熔体 第一章 冶金熔体概述 第二章 冶金熔体的相平衡图 第三章 冶金熔体的结构 第四章 冶金熔体的物理性质 第五章 冶金熔体的化学性质 第一章 冶金熔体概述 1.0 概 念 1.1 金属熔体 1.2 熔 渣 1.3 熔 盐 1.4 熔 锍 1.0 概 念 ? 许多高温冶金过程,都是在熔融介质中进行的; 很多冶炼过程,产物或中间产品为熔融状态物质。 ? 冶金熔体——在高温冶金过程中处于熔融状态 的反应介质或反应产物 ? 冶金熔体的分类——根据组成熔体的主要成分的不同 ? 金属熔体 ? 熔渣 ? 熔盐 非金属熔体 ? 熔锍 1.1 金属熔体 ? 金属熔体 —— 液态的金属和合金 如铁水、钢水、粗铜、铝液等 ? 金属熔体不仅是火法冶金过程的主要产品, 而且也是冶炼过程中多相反应的直接参加者。 1.2 熔 渣 ? 熔渣主要由冶金原料中的氧化物或冶金过 程中生成的氧化物组成的熔体。 如CaO、FeO、MnO、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、Fe2O3 ? 除氧化物外,炉渣还可能含有少量其它类型的化合 物甚至金属 如氟化物、氯化物、硫化物、硫酸盐等 二、常见冶金炉渣的组成 表 1?1 常见冶金炉渣的主要化学成分 炉渣 高炉炼铁渣 SiO2 A12O3 30~40 10~20 组 成 / %(质量) CaO FeO MgO MnO 35~50 1 5~10 0.5~1 其它 S 1~2 转炉炼钢渣 电炉炼钢渣 9~20 0.1~2.5 37~59 5~20 0.6~8 1.3~10 P2O5 1~6 10~25 0.7~8.3 20~65 0.5~35 0.6~2.5 0.3~11 电渣重熔渣 铜闪速炉熔炼渣 0~10 28~38 0~30 2~12 0~20 5~15 38~54 0~15 1~3 铅鼓风炉熔炼渣 19~35 3~5 0~20 28~40 3~5 CaF2 45~80 Fe3O4 12~15, S 0.2~0.4, Cu 0.5~0.8 Pb 1~3.5 锡反射炉熔炼渣 19~24 8~10 1.5~6 45~50 Sn 7~9 高 钛 渣 2.8~5.6 2~6 0.3~1.2 2.7~6.5 2~5.6 1~1.5 TiO2 82~87 结 论: 冶金炉渣通常由五、六种或更多的氧化物组成。 炉渣常含有其他化合物,如氟化物、硫化物等。 炉渣中含量最多的氧化物通常只有三种,其总含量 可达80%以上。 大多数有色冶金炉渣和钢渣的主要氧化物是: FeO、CaO、SiO2 高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为: CaO、Al2O3、SiO2 三、熔渣组分的来源 ? 矿石或精矿中的脉石 如高炉冶炼:Al2O3、CaO、SiO2等 ? 为满足冶炼过程需要而加入的熔剂 如CaO、SiO2、CaF2等——改善熔渣的物理化学性能 ? 冶炼过程中金属或化合物(如硫化物)的氧化产物 如炼钢:FeO、Fe2O3、MnO、TiO2、P2O5等 造锍熔炼:FeO、Fe3O4等。 ? 被熔融金属或熔渣侵蚀和冲刷下来的炉衬材料 如碱性炉渣炼钢时,MgO主要来自镁砂炉衬 四、熔渣的主要作用与分类 —— 不同的熔渣所起的作用是不一样的 —— 根据熔渣在冶炼过程中的作用,可将其分成四类: 1、冶炼渣(熔炼渣) ? 是在以矿石或精矿为原料、以粗金属或熔锍为冶炼产物的熔炼过程中 生成的 ? 主要作用——汇集炉料(矿石或精矿、燃料、熔剂等)中的全部脉石 成分、灰分以及大部分杂质,从而使其与熔融的主要冶炼产物(金属 、熔锍等)分离。 ? 例如,高炉炼铁中,铁矿石中的大量脉石成分与燃料(焦炭)中的灰 份以及添加的熔剂(石灰石、白云石、硅石等)反应,形成炉渣,从 而与金属铁分离。 造锍熔炼中,铜、镍的硫化物与炉料中铁的的硫化物熔融在一起,形 成熔锍;铁的氧化物则与造渣熔剂SiO2及其他脉石成分形成熔渣。 2、精炼渣(氧化渣) ? 是粗金属精炼过程的产物。 ? 主要作用——捕集粗金属中杂质元素的氧 化产物,使之与主金属分离。 ? 例如,在冶炼生铁或废钢时,原料中杂质 元素的氧化产物与加入的造渣熔剂融合成 CaO和FeO含量较高的炉渣,从而除去钢 液中的硫、磷等有害杂质,同时吸收钢液 中的非金属夹杂物。 3、富集渣 ? 是某些熔炼过程的产物。 ? 作用——使原料中的某些有用成分富集于炉渣 中,以便在后续工序中将它们回收利用。 ? 例如,钛铁矿常先在电炉中经还原熔炼得到所 谓的高钛渣,再从高钛渣进一步提取金属钛。 对于铜、铅、砷等杂质含量很高的锡矿,一般 先进行造渣熔炼,使绝大部分锡(90%)进入 渣中,而只产出少量集中了大部分杂质的金属 锡,然后再冶炼含锡渣提取金属锡。 4、合成渣 ? 是指由为达到一定的冶炼目的、按一定成分预先配制 的渣料熔合而成的炉渣。 ? 如电渣重熔用渣、铸钢用保护渣、钢液炉外精炼用渣 等。 ? 这些炉渣所起的冶金作用差别很大。 ? 例如,电渣重熔渣一方面作为发热体,为精炼提供 所需要的热量;另一方面还能脱出金属液中的杂质 、吸收非金属夹杂物。 ? 保护渣的主要作用是减少熔融金属液面与大气的接 触、防止其二次氧化,减少金属液面的热损失。 五、熔渣的其它作用 作为金属液滴或锍的液滴汇集、长大和沉降的介质 冶炼中生成的金属液滴或锍的液滴最初是分散在熔渣中的,这些分 散的微小液滴的汇集、长大和沉降都是在熔渣中进行的。 在竖炉(如鼓风炉)冶炼过程中,炉渣的化学组成直接决定了炉缸 的最高温度。 对于低熔点渣型,燃料消耗量的增加,只能加大炉料的熔化量而不 能进一步提高炉子的最高温度。 在许多金属硫化矿物的烧结焙烧过程中,熔渣是一种粘合剂。 烧结时,熔化温度较低的炉渣将细粒炉料粘结起来,冷却后形成了 具有一定强度的烧结块或烧结球团。 在金属和合金的精炼时,熔渣覆盖在金属熔体表面,可以防止金属 熔体被氧化性气体氧化,减小有害气体(如H2、N2)在金属熔体中 的溶解。 六、熔渣的副作用 ? 熔渣对炉衬的化学侵蚀和机械冲刷 ? 大大缩短了炉子的使用寿命 ? 炉渣带走了大量热量 ? 大大地增加了燃料消耗 ? 渣中含有各种有价金属 ? 降低了金属的直收率 1.3 熔 盐 ? 熔盐——盐的熔融态液体 通常指无机盐的熔融体 ? 常见的熔盐——由碱金属或碱土金属的卤化物、碳酸盐、 硝酸盐以及磷酸盐等组成。 ? 熔盐一般不含水,具有许多不同于水溶液的性质。 例如,熔盐的高温稳定性好,蒸气压低,粘度低,导电 性能良好,离子迁移和扩散速度较高,热容量高,具有 溶解各种不同物质的能力等。 ? 广泛应用于诸多工业部门 冶金、材料、化工、核工业、能源技术、环境保护等。 熔盐的冶金应用(一) ? 在冶金领域,熔盐主要用于金属及其合金的电解生产与 精炼 ? 熔盐电解法广泛应用于铝、镁、钠、锂等轻金属和稀土 金属的电解提取或精炼 ◇ 这些金属都属于负电性金属,不能从水溶液中电解沉 积出来 ◇ 例如,铝的熔盐电解是工业铝生产的唯一方法 ? 其它的碱金属、碱土金属,钛、铌、钽等高熔点金属以 及某些重金属(如铅)的熔盐电解法生产 ? 利用熔盐电解法制取合金或化合物 如铝锂合金、铅钙合金、稀土铝合金、WC、TiB2等 熔盐的冶金应用(二) ? 某些氧化物料(如TiO2、MgO)的熔盐氯化 ◇ 适合处理CaO、MgO含量高的高钛渣或金红石 ◇ 流程短、原料适应性强、设备生产率高、产物杂质含量低。 ? 用作某些金属的熔剂精炼法提纯过程中的熔剂 例如,为了降低粗镁中的非金属杂质和某些金属杂质,采用由碱金属和 碱土金属的氯化物、氟化物的混合熔剂进行精炼。 ◇ 熔剂在精炼中的作用: ? 除去镁中的某些杂质 ? 在熔融的镁表面形成一层保护膜,将镁与空气隔绝防止其燃烧。 熔盐体系 表 1?2 一些冶金熔盐体系的主要化学组成 化 学 组 成 / %(质量) 铝电解的电解质 镁电解的电解质 (电解氯化镁) 镁电解的电解质 (电解光卤石) 锂电解的电解质 铝电解精炼的电解质 (氟氯化物体系) 铝电解精炼的电解质 (纯氟化物体系) 镁熔剂精炼熔剂 Na3AlF6 82~90,AlF3 5~6,Al2O3 3~7,添加剂 (CaF2、MgF2 或 LiF) 3~5 MgCl2 10,CaCl2 30~40,NaCl 50~60,KCl 10~6 MgCl2 6~14,NaCl 13~18,KCl 72~76 LiCl 60,KCl 40 AlF3 25~27,NaF 13~15,BaCl2 50~60,NaCl 5~8 AlF3 35~48,NaF 18~27,CaF2 16,BaF2 18~35 MgCl2 32~38,KCl 31~37,NaCl 4~10,CaCl2 4~10,BaCl2 5~11,CaF2 6~10 1.4 熔 锍 ? 熔锍——多种金属硫化物(如FeS、Cu2S、Ni3S2、CoS等)的共 熔体 ? 其中往往溶有少量金属氧化物及金属 ? 工业上常称作冰铜 ? 熔锍是铜、镍、钴等重金属硫化矿火法冶金过程的重要中间产物 如硫化铜精矿的火法处理——造锍熔炼 ? 金属硫化物熔合 ? 锍相 ? 脉石成分 + 造渣熔剂熔合 ? 渣相 ? 贵金属 ? 锍相 ? 熔锍一般经过下一步的吹炼过程产出粗金属 ? 熔锍的性质对于有价金属与杂质的分离、冶炼过程的能耗等都有 重要的影响。 表 1?3 几种工业熔锍的主要化学成分 熔锍名称 组 成 / %(质量) Cu Fe Ni S Pb Zn 反射炉铜锍 43.6 26.7 24.8 电炉铜锍 42.4 25.9 23.3 闪速炉铜锍 59.3 16.0 22.8 0.59 0.57 诺兰达炉铜锍 72.4 3.5 21.8 1.8 0.7 瓦扭科夫炉铜锍 40~52 20~27 23~24 三菱法铜锍 64.6 10.6 22.0 低镍锍 6~8 47~49 13~16 23~28 高镍锍 22~24 2~3 49~54 22~23 注) 单位为 g·t?1。 Au 注) Ag 注) 28.4 243


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