冶金原理(中南大学)PPT参考课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,第一篇 冶金熔体,第一篇 冶金熔体,冶金原理,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,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,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,1.0,概 念,1.0,概 念,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。,1.1,金属熔体,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,、,Al,2,O,3,、,SiO,2,、,P,2,O,5,、,Fe,2,O,3,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,1.2,熔 渣,二、常见冶金炉渣的组成,1.2,熔 渣,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,、,SiO,2,高炉渣和某些有色冶金炉渣的主要氧化物为：,CaO,、,Al,2,O,3,、,SiO,2,1.2,熔 渣,三、熔渣组分的来源,矿石或精矿中的脉石,如高炉冶炼：,Al,2,O,3,、,CaO,、,SiO,2,等,为满足冶炼过程需要而加入的熔剂,如,CaO,、,SiO,2,、,CaF,2,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,、,Fe,2,O,3,、,MnO,、,TiO,2,、,P,2,O,5,等,造锍熔炼：,FeO,、,Fe,3,O,4,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,1.2,熔 渣,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,SiO,2,及其他脉石成分形成熔渣。,1.2,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。,1.2,熔 渣,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。,1.2,熔 渣,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。,1.2,熔 渣,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,H,2,、,N,2,）在金属熔体中的溶解。,1.2,熔 渣,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,1.2,熔 渣,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。,1.3,熔 盐,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,、,TiB,2,等,熔盐的冶金应用（一）,1.3,熔 盐,某些氧化物料（如,TiO,2,、,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。,熔盐的冶金应用（二）,1.3,熔 盐,1.3,熔 盐,1.4,熔 锍,熔锍,多种金属硫化物（如,FeS,、,Cu,2,S,、,Ni,3,S,2,、,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。,1.4,熔 锍,1.4,熔 锍,