1、 1 总论（10 页，4 幅 图，表 0 个） 1 冶金的发展史和 产 品原料 冶 金的 发展 史； 金 属的 分类 矿 物、 矿石 、脉石 和精 矿的 概念 冶金的概念、 方法 及常见的冶金单元过程 冶 金的 概念 冶 金方 法 金属 生 产中 常见的 冶金 单元 过程 现 代冶 金生产 工艺 流程 简介 金 属生 产中常 见的 冶金 单元 过程 简介 冶金 原理的 研究 对象、 范围、方法、 内容 和学习目的 冶 金原 理研究 的对 象、 范围 冶 金原 理 研 究 的方法 、 内容 学 习冶 金原 理的目的 总论 1 冶 金的 发展 史 和 产 品原料 冶 金的 发展 史 冶金的 主要原
2、料是精 矿或矿石， 主要产品是金 属。 人类自 进入青铜器时 代和铁器时 代 以来， 与冶 金的 关系 日益 密切。 人类 衣食 住行 、从 事生产 、或 其它 活动 使用 的工具 和设 施 ， 都离不 开金 属材 料 ， 而金 属材料 靠冶 金制 造。 可以 说， 没 有冶 金的 发展 ， 就 没有人 类的 物质 文明。 人类 早在 远古 时代， 就开始 利用 金属 ， 不 过那 时 是利用 自然 状态 存在 的少 数几种 金属 ， 如金、 银、 铜及 损石 铁， 后 来才逐 步发 现了 从矿 石中 提取金 属的 方法 。 首 先得 到的是 铜及 其 合金 青 铜 ， 日后 又炼 出了铁 。
3、 从现 有考古 资料 看， 伊朗 是世 界上最 早用 金属并 掌握 金 属 冶炼技 术的 地区 ， 发 现的 小铜针 、 铜锥 等距今 已有 年 以上 历史 ； 我 国甘肃 马家 窑 文 化遗址 发现 的青 铜刀 距今 已有 年 历史 ； 人 类最早 炼铁 是在 黑海 南岸 山区， 距今 已有 多 年的 历史 ； 我 国使用 铁器 的历 史也 有 多年 。 从使用 石器 、 陶 器进 入使 用 金属， 是人 类文 明的 重大 飞跃。 在新 石器 时期 ， 人 类开始 使用 金属 ， 此 时的 制陶技 术 （ 用高 2 温还原 气氛 烧制 黑陶 ） 促 进了冶 金 的 发展 ， 冶 金的 发展，
4、 为人 类提 供了 青铜 、 铁等 金属 及各 种合金 材料 ，人 们用 这些 材料制 造生 活用 具、 生产 工具和 武器 等， 大大 提高 了社会 生产 力 ， 极大地 推动 了社 会的 文明 进步。 1 金 属的 分类 金属通 常都具有高强 度和优良的 导电性、导热 性、延展性 。除汞以外， 金属在常温 下 都是以 固体 状态 存在 。 现 在已知 的化 学元 素有 种 ， 其 中 种存 在 然 界中 ， 种是 人造的 。 存在 于自然 界的 金属有 种 ， 种人 造元素 都是 金属 ， 目 前发 现的金 属共 种。 现 代工 业上 习惯 把金 属分为 黑色 金属 和有 色金 属两大 类
5、， 铁、 铬、 锰 三种 金属属 于黑 色 金属， 其余 的所 有金 属都 属于有 色金 属。 有色 金属 又分为 重金 属、 轻金 属、 贵金属 和稀 有金 属四类 。 有色重 金属 包括 铜、 铅、锌 、锡 、镍 、钴 等， 它们的 比重 都很 大， 又 到 ； 有色轻 金属 包括 铝、 镁、钙 、钾 、钠 和钡 等， 它们的 比重 都小 于 ； 贵金属 金、银、 铂以及铂族 元素属此类， 这些金属在 空中不能氧化 ，由于它们 的 价值比 一般 金属 贵而 得名 ； 稀有金 属 所谓稀 有金属系指 那些发现较晚 、在工业上 应用较迟、在 自然界中分 布 比较分 散以 及在 提炼 方法 上比
6、较 复杂 的金 属， 大约 有 种 。 稀 有金属 这一 名称的 由来 ， 并 不是这 些金 属元 素在 地壳 中的含 量稀 少， 而是 历史 上遗留 下来 的一 种习 惯性 的概念 。 事 实上 一些稀有 金 属在 地壳 中的 含量比 一般 普通 金属 多得 多 。 例如 ， 稀 有金 属钛 在地 壳中的 含量 占 第九位 ， 比铜 、 银、 镍元 素多 。 稀 有金 属锆 、 锂、 钒、 铈在 地壳 中的 含量 比 金属铅 、 锡 、 汞 多。 当然 ， 稀 有金 属中 有 许多种 在地 壳中 的含 量确 实是很 少 ， 但 含量少 并不 是稀有 金属 的共 同特征 。 （ 罗庆 文） 。
7、 1 矿 物、 矿石 、 脉石和 精矿 的概 念 矿 物是 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。 能够为人类 利 用的矿 物 ， 叫 做有用 矿物 。 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 ， 这个矿 物集 合体 叫做 矿石 。 有用矿 物在 地壳 中的 分布 是不均 匀的 ， 由于地 质成 矿作 用， 它们 可以富 聚在 一起 ， 形 成巨 大的 矿 石堆 积 。 在地 壳内 或地表 上矿 石 大 量积聚 具有 开采 价值 的区 域叫做 矿床 。 在矿石 中 ， 除了有 用矿 物之 外，
8、 几乎 总是含 有一 些废 石矿物 ， 这 些矿 物称 为脉 石， 所 以矿 石由 两部 分构 成， 即 有用 矿物 和脉 石。 矿石有 金属 矿石 和非金 属矿 石之 分。 金属 矿石是 指在 现代 技术 经济 条件下 可从 其中 获得 金属 的矿石 。 而 在金 3 属矿中 按金 属存 在的 化学 状态又 分成 自然 矿石 、 硫 化矿石 、 氧化 矿石和 混合 矿石 。 有 用矿 物 是自然 元素 的叫 做自 然矿 石， 例 如， 自 然金、 银、 铂、 元素 硫等 ； 硫化 矿的 特点是 其中 有用 矿物 为硫化物 ，例如， 黄铜矿 （CuFeS2 ） 方铅矿(PbS) 等 ；氧化矿
9、石中有用 矿物是 氧化物 ， 例如， 赤铁矿（Fe2O3 ） 赤铜矿（Cu2O ） ；混合矿石内则既有 硫化矿物，又有 氧化矿物 。 矿石 品位没 有上 限， 越富 越好 ， 而其 下限 则 由 技术 和经 济因素 确定 。 技 术和 经济 条件的 变化 ， 使 矿石的 下限 品位 不断 改变 ，从前 抛弃 的尾 矿堆 ，由 于技术 进步 和国 民经 济日 益增长 的需 要 ， 今天又 被重 新利 用， 这样 的事实 并不 少见 。 矿 石的 品位越 低 ， 则 获得每 吨金 属的冶 炼费 用 就 越高 。 所 以， 为了 降低 冶 炼费用 总希 望矿 石品 位越 高越好 。 各种 选矿方 法
10、是 提高矿 石品 位的 手段。 经过 选矿 处理 而获 得的高 品位 矿石 叫 做 精矿 。 （罗庆 文） 冶金的概念 、方 法 及常见的冶金单元 过程 1 冶 金的 概念 广义的 冶金包括矿石 的开采、选 矿、冶炼，以 及金属加工 和合金加工 。 狭义的冶金 是 指金属 冶炼 。 金属 冶 炼是 指从含 有金 属的 原料 ， 如 金属矿 石 、 精 矿或冶 炼过 程中间 产物 中 提 取纯金 属或 制取 金属 化合 物，乃 至生 产合 金的 过程 。在习 惯上 又常 将金 属冶 炼称之 为 冶 金 。 由于科 学技术的进步 和工业的发 展，采矿、选 矿、金属加 工和合金加工 已经各自形 成
11、独立的 专门 学科 。 因 此， 通常讲 的冶金 ， 一般 是指 狭义的 冶金 。 冶金过 程是 十分 复杂 的多 相反应 ， 含有 气、 液、 固 三种形 态 的 、 多种 物质 的 相互作 用。 其中具 有物 理变化 过程 （ 如蒸发 、升 华、 熔化 、凝 固、溶 解， 以及 热的 传递 、物质 的扩 散 、 流体的 流动 等 ） ， 又伴 随有 化学反 应过程 （ 如焙 烧、 烧结、 还原、 氧化 等 ） 。 因 此， 冶 金和 化 学一样 ，是 改变 物质 分子 之间及 分子 内部 原子 之间 的结合 状态 ，产 生新 物质 的学科 。 作为冶 金原 料的 矿石 （或 精矿） ， 除
12、 含有 所要提 取的 金属矿 物外 ， 还 含有 伴生 金属矿 物 以及大 量无 用的 脉石 矿物 。 冶金的 任务 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， 这种 分离和 提纯 过程 常常 不能 一次完 成， 需要 进行 多次 （罗庆 文） 。 冶金工 业通常分为黑 色冶金工业 和有色冶金工 业。前者包 括生铁、钢和 铁合金（如 铬 铁、锰 铁等 ）的 生产 ；后 者包括 其余 所有 各种 金属 的生产 。 按照传 统的观念，冶 金企业 主要 是由原料产出 合格金属锭 或化合物，提 供给金属加 工 部门或 材料 制造 部门 进一 步加工 成
13、合 格的 材料 ， 因 而它仅 是一 个提 供中 间原 料的部 门。 但是 随着科 学技 术的 发展 ， 冶 金企业 的生 产领 域得 到大 幅度的 扩展 ， 一 方面 是由 于技术 的发 展对 金属制 品品 种的 要求 越来 越多样 化， 其结 构越 来越 复杂化 ，如 有的 要求 为形 状各异 的坯 锭 ， 4 有的为 超细 粉等 。 这 些仅 靠材料 加工 的现 有技 术是 难以实 现的 ， 而发挥 冶金 技术的 优势，在 冶炼过 程中 直接 制取 ， 则 能收得 事半 功倍 的效 果； 另一方 面为 适应 高科 技发 展的需 要 ， 许 多 以金属 或其 化合 物为 基 的 新材料 ，
14、 如 能源 材料 、 功 能材料 、 生 物材 料等 应运 而生。 但在 研制 这些材 料的 过程 中， 人们 发现采 用发 展了 的冶 金技 术更容 易保 证这 些材 料在 成分 、 结 构、 性 能方面 的严 格要 求。 例如 ， 在 制备 某些 复合材 料时 ， 采 用湿 法冶 金中的 共沉 淀技术 就能 实 现 各组分 在分 子水 平上 的均 匀混合 ，因 此冶 金技 术也 扩展到 上述 新材 料的 研制 与开发 。另 外 ， 在冶金 过程 中控 制适 当条 件， 以直 接得 到上述 合格 材料 ， 较 之 先 制成传 统的 冶金产 品后 ， 再 加工成 有关 材料 而言 ， 无 论在
15、技 术上 或经 济上 都将 带来显 著的 效益 。 综 上所 述， 现代 冶金 企 业已不 仅是 由原 料制 备化 学成分 合格 的金 属锭 ， 也包 括用冶 金的 方法 在冶 金过 程中直 接制 备 某些合 格的 材料 。 7 冶金学 是一门研究冶 金的专门学 科。冶金学以 研究金属的 制取、金属和 合金加工为 重 要内容 。 就其 研究的 领域 ， 冶 金学 主要 分为提 取冶 金和物 理冶 金两 门学 科。 提取冶 金学 是 研 究如何 从矿 石中 提取 金属 或金属 化合 物的 学科 ； 物理 冶金学 是研 究如 何成 型加 工制备 有一 定 性能的 金属 或合 金材 料的 学科， 它
16、研 究金 属或 合金 材料的 组织 、 结 构在 各种 条件下 的内 在联 系 和变 化规 律， 为有 效地 使用和 发展 特定 性能 的 金 属材料 服务 。 冶 金方 法 在现代 冶金中，由于 矿石（或精 矿）性质和成 分、能源、 环境保护以及 技术条件等 情 况的不 同， 故冶金 方 法是 多 种多样 的 。 根据 各种 冶金 方 法的特 点， 冶金 方法 进行 细 致的划 分， 可分为三 大 类： 火法 冶金 、湿法 冶金 、电 冶金 。 通 常，人 们习 惯将 冶金 方法 进行粗 略划 分 ， 划分 为 两大 类： 火法 冶金 、湿法 冶金 。 火 法冶 金 是指矿 石（或精矿） 经
17、 预备处理 、熔炼和精炼 等冶金过程 ，在高温下发 生 一系列物 理 化学变 化， 使其 中的 金属 和杂质 分开 ， 获 得较 纯金 属的过 程。 过程 所需 能源 ， 主要 靠燃 料燃 烧 ， 个 别的 靠自 身的 反应 生成热 。 例如 ， 硫化 矿氧 化焙烧 和熔 炼 、 金属 热还 原 等是 靠自 热进 行 。 湿 法冶 金 在 低温 下（一般 低于 ， 现代湿法冶金 研发的高温 高压过程，其 温度可达 ） 用 熔剂 处理矿 石或 精矿 ， 使 所要 提取的 金属 溶解 于溶 液中 ， 而 其它 杂质 不 5 溶解 ， 通 过液 固分离 等制 得含金 属 的 净化 液 ， 然后 再从
18、净化 液 中将 金属 提取 和分离 出来 。 主 要过程 有 ：浸 出、净 化、 金属制取 （用 电解、 电积 、 置换 等方法 制取金 属） ， 这些过 程均在 低温 溶 液中 进行 。 电 冶金 电冶金 是利用电能 来 提取、精炼 金属的方法。 按电能转换 形式不同可分 为两类 ：电热 冶金和 电化 冶金 ： 电 热冶金 ：是利 用电能转变 为热能 ，在高 温下提炼金 属。 电热冶金 与火法冶金 类 似， 其不 同的 地方 是电 热冶 金的热 能又 电能 转换 而来 ， 火法冶 金则 以燃 料燃 烧产 生高温 热源 。 但两者 的物 理化 学反 应过 程是差 不多 的。 所以 ， 电 热冶
19、金 可列 入火 法冶 金 一 类中 。 电 化冶金 ：是利 用电化学反 应，使金属从 含金属盐类 的溶液或熔体 中析出。 电化 冶金分为 水 溶液 电化 冶金 和熔盐 电化 冶金 两类 ： （） 水溶 液电 化冶 金 （ 也称水 溶液 电解 精炼 或水 溶液电 积粗 炼） ： 如果 在低 温水溶 液 中进行 电化作 用，使 金属 从含金 属盐类 的溶中 析出 的（如 铅电解 精炼、 锌电 积） ，称为 水溶 液电化 冶金 。 它是在 低温 溶液中 进行 物理 化学 反应 的、 典型 的湿 法冶金 ， 亦 可列入 湿法 冶金 之中。 （ ） 熔 盐电 化冶 金 （ 也 称熔盐 电解 ） ： 如果
20、 在高 温 熔融体 中进 行电 化作 用 ， 使金属 从 含金属 盐类的 熔体中 析出 的（如 铝电解） ，称 为熔盐 电化冶 金。 它 不仅利 用 电 能转变 为 电化 反应 ， 而 且也 利用电 能转 变为热能， 借 以加热 金属 盐类 成 为熔 体 。 在高温 熔 融状态 下进行物 理化学 反应 是火 法冶 金的 主要特 征， 因此 ，熔 盐电 化冶金 也 可 列入 火法 冶金 一类中 。 冶金 生 产中 常见的单元 过程 现 代冶 金生产工艺流程 火法冶 金 生 产中 常见 的单 元过程 有： 原 料准 备 （ 破 碎、 磨制 、 筛分 、 配料 等） 、 原 料炼 前处理 （干 燥、
21、 煅烧 、焙 烧、烧 结、 造球 或 制 球团 ） 、熔炼 （氧 化、 还原 、造 锍、卤 化等 ） 、 吹炼、 蒸馏 、 熔 盐电 解、 火法精 炼等 过程 。 湿法冶金 生产 中常见 的单 元过程有 ： 原 料准备 （ 破 碎、磨制 、筛 分、配料 等） 、原料 预 处理（ 干燥、 煅烧、 焙烧） 、浸出 或溶出 、净化 、沉 降、浓 缩、过 滤、洗 涤、 水溶液 电解或 水溶液 电解 沉 积 等过 程。 图 、 图 、 图 、图 1-4 分 别是 钢 铁 冶金 、 硫化 铜矿 冶炼 、 湿法炼 锌、 金属铝 生产 的流 程简 图 。 6 图 钢铁 冶金流程 图 硫化 铜矿冶炼流 程 图
22、1-3 湿法炼锌 流程 图 金属 铝 生产流程 简图 从图可 以看 出 ： 、根 据各种金属生 产的要求和 需要，对上述 各种冶金单 元过程进行选 择、组合、 串 联（或 并联 ） ， 就形 成了 各种 金属 的 、 各种 不同 的生 产工艺 流程 。 、在 现代 金属生产 的工艺流程 中，最常见的 是火法与湿 法联用混用， 采用纯火法 和 纯湿法 的生 产工艺 流程 越 来越少 见。 生 产实 际中 ， 往往 火法 冶金 生产 工艺 流程 中有湿 法过 程 ， 湿法冶金 生产 工艺 流 程中 有火法 过程 。 例如 ， 硫 化 铜精矿 火法 冶炼 生产 工艺 流程中 ， 有湿 法 的电解 精
23、炼 过程 ； 湿 法炼 锌 生产 工艺 流程 中 ， 有火 法的 硫 化锌 精矿 氧化 焙烧 。 因为 火法 冶金 和 湿法 冶金 各有 优缺 点， 相互之 间可 以互 补。 火法 冶金具有 生 产率 高 、 流程 短 、 设 备简 单及 投资省 的优 点， 但 有 不利 于处理 成分 结构 复杂 的矿 石或贫 矿 的 缺点 。 湿 法冶 金 具有 弥补 火法 冶金上 述缺陷 的 优点 ， 但 有 流程 长 、 占 地面积 大 、 设备设 施需 要 耐 酸或 耐碱 材料 及 投资 大等 缺点。 金属 生 产中常见的 冶金 单元 过程 简介 7 由上述 可知， 冶金过程 很复杂， 本书不可能对
24、各种 过程一 一列举， 仅就 最常用的冶金 单元过 程作 简要 说明 。 、 煅 烧： 把物 料加 热到 低于熔 点的 一定 温度 ， 使 其除去 所含 结晶 水、 二氧 化碳或 三氧 化硫等 挥发 性物 质。 如煅 烧石灰 石， 除去 二氧 化碳 而生成 生灰 石； 煅烧 氢氧 化铝， 除去 附着 水和结 晶水 而生 成氧 化铝 。 、焙 烧 ：焙烧是指 在一定的气 氛中，将矿石 （或精矿或 冶炼过程的伴 生物）加热 至 低于它 们熔 点 温 度， 发生 氧化 、 还 原或 其它 物 理化 学变化 的过 程 。 其目 的是 改变原 料的化学 组成等 ，满 足熔 炼 过 程的 要求。 按焙 烧
25、过 程控 制气 氛的 不 同， 可分 为氧 化焙 烧、还 原焙 烧 、 硫酸化 焙烧 、 氯 化焙 烧等 。 、 烧 结： 就是 将各 种粉 状 矿石 或精 矿， 配入 适量 的燃料 和熔 剂等 ， 加 入适 量的水 ， 经 混合后 在烧 结机 设备 上进 行烧结 的过 程。 在此 过程 中借助 燃料 燃烧 产生 的高 温， 物 料发 生一 系列的 物理 化学 变化 ， 并 产生一 定数 量的 液相 。 当 冷却时 ， 液 相将 矿粉 颗粒 粘结成 块， 即烧 结矿。 、 造 球或 制团 ： 是 把润 湿 的粉状 矿石 或精 矿、 少量 的添加 剂 （ 熔剂 、 燃 料） 等 混合后 ， 用挤
26、压 或滚 动的 方法 ， 滚 压成园 球 ， 再 经过干 燥和 焙烧 ， 使 生球 固结成 为适 合冶炼 要求 的 球 团矿的 过程 。 、熔 炼 ：是将处理 好的 矿石 或 其它原料， 与 造渣剂一起 进行高温熔化 ，使物料中 的 各组分 发生 一系 列物 理化 学变化 ， 结果 得到 两种 以上 互不相 溶的 熔体 产物 粗金属 （ 或锍 ） 与炉渣 ， 由 于它 们的 密度 不 同而分 层， 达到 金属 与杂 质 相互分 离的 目的 。 按 照熔 炼 条件不 同 ， 熔炼可 分为 还原 熔炼 、氧 化熔炼 （吹 炼） 、 造 锍熔 炼 、 氯化 熔炼 、蒸 馏 等 。 、造锍 熔炼 （冰
27、铜 和冰 镍的 熔炼 ） ： 用 硫化矿 火法 冶金 提取 粗铜、 粗镍 时， 由于矿 石 品位较 低， 需要 先 经 过在 高温下 的 富 集熔 炼 即 造锍熔 炼 ， 产出 两种 互不 相溶的 液相 铜锍和 炉渣 ， 使 铜与 部分 铁及其 它脉 石等 分离 。 熔 炼中， 铜、 未氧 化的 铁和 其它贵 金属 富集 在铜锍 中， 被氧 化的 铁和 脉石（SiO 2 、CaO ）等 形 成炉渣 。 铜 锍是 多种 组分 的共 熔体 ， 它以 2 、 为 主要成 分，并 溶 有少 量其 它金属 硫 化物和 氧化 铁 （ 、 ） ，还 富集 着 、 等 贵金 属 。 炉渣 是 以 SiO 2
28、（铁橄 榄石 ） 为 主的 氧化 物熔体 。 、锍的 吹炼：锍的 吹炼的实质 是氧化熔炼， 就是在吹炼 炉中吹入空气 ，将造锍熔 炼 所得到 的锍 熔体 置入 炉中 ， 鼓入 空气 （或 富氧 空气 ） 高温 吹炼 。 借 助空 气中 的氧 ， 使锍 中的 铁、 硫 和其 它杂 质元 素氧 化 造渣 或挥 发， 从而 与主 体金属 （铜 或镍 ） 分离 ， 进而制 得 粗 金属 8 （粗铜 或粗 镍） 。 、炼钢 吹 炼： 在高 温下 ， 直接 向熔 池吹 入高 速氧 流，使 生铁 水中 的碳 、硅 、锰、 磷 、 硫氧化 造渣 除去 ， 进 而达 到所炼 钢号 规定 的质 量标 准 要求 ，
29、 并 利用 铁水 的物 理热和 元素 氧化 放出的 热量 获得 熔炼 所需 的高温 ， 是 无需 外部 热源 的一种 炼钢 方法 。 炼 钢吹 炼的方 法可 分为 顶吹法 、底 吹法 、顶 底复 合吹炼 法、 侧吹 法 、 顶底 侧 复合 吹炼 法五 种 。 、 氯 化熔 炼： 所谓 氯化 熔炼就 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 熔炼 主要 包括 氯化 、 氯化 物的 分离 、 从 纯氯化 物中 提取 金属 等三 个基本 过程 。 金属氯化 物与 相应
30、金 属的 其它化合 物比 较，它们 大 都具有 ： 低熔 点 、 高 挥发 性 、易溶 于 水及其 它溶 剂 、 易被 还原 等性质 ， 而且 它们生 成 各 种氯化 物 的 难易 程度 不同 ， 性 质差异 也 十 分明显 ，所 有这 些都 是 氯 化法提 取金 属 的 有利 条件 。尽管 氯化 熔炼 具有 许 多 独特的 优越 性 ， 但由于 氯气 对设 备的 腐蚀 这一致 命弱 点， 使得 这种 方法 的 使用 和发 展受 到了 限制。 现代 化学 工业的发 展 ， 提供了 丰富 而价廉的 氯化 剂（Cl2 、HCl 、NaCl 、CaCl2 等 ） ，并 且出现了 钛、 锆以及 某些
31、塑料 耐腐 蚀新 材料 。 这些 技术 的发 展促 进了氯 化熔炼 的 推广 和发 展。 、 蒸馏 或精馏 ： 利用在某一 温度下各种物 质挥发度不 同的特点， 通 过间接加热 ， 使冶炼 物料 中易挥 发 组分 挥发 ， 难挥 发 组 分不 挥发， 进而达 到 所 要提 炼金 属 与 杂质分 离的 方 法。 、 火法精炼 火法精炼是进 一步处理熔炼所 得 含有少 量杂质的粗金属 ，以提高 其 纯度。 例如 ，生 铁通 过氧 化精炼 成钢 。 、 浸出 ：用适当 的熔剂处理 矿石或精矿， 使要提取的 金属成某种离 子（阳离子 或 络阴离 子） 形态 进入 溶液 ， 而脉 石及 其它 杂质 则不
32、 溶解， 这样 的过 程叫 浸出 。 浸出 后经 沉清 和过滤 ，得 到含 金属 （离 子）的 浸出 液和 由脉 石矿 物组成 的不 容残 渣（ 浸出 渣） 。 、 净化 ：在浸出 过程中，常 常有部分金属 或非金属杂 质与被提取的 金属一道进 入 溶液， 从溶 液 中 除去 这些 杂质的 过程 叫做 净化 。 由于溶 液中各种元素 的性质不同 ，采用的净化 方法也不同 ，这样就不能 试图采用一 种 一次方 法将 所有 杂质 除去 ， 而是 采用 不同 方法 ， 多 次才能 完成 。 一 般常 用的 净化方 法有 ： 离 子沉淀 法、 置换 沉淀 法和 共沉淀 法等 。 、 水溶液电解质 电解
33、 提取金 属 ：有水溶液 电解沉积和 水溶液 电解精 炼 两种。采 用 不溶性 阳极 进行 电解 ， 并 从浸出 （或 经净 化） 的溶 液中提 取金 属的 电解 ， 叫做 水溶 液 电 解沉 积 （简 称电积） ；采 用可溶 性阳极 进行电 解， 并 从粗 金属 或 其他冶 炼中间 产物 （如 合 金、 锍 9 等 ） 中 提取 金属 的电 解 ， 称为 水 溶液 电解 精炼 。 电 解时，在 阴 极上 主要 发生 金属阳 离子 还原 析出金 属 的反 应 ；在 可溶 性阳极 上 （电 解沉积 ） ，主 要发生 阳极中 的金属 氧化 溶解变 为离子 进入溶 液 的反 应 ；在 不可 溶性阳
34、极上 （ 电解精 炼） ， 主要发 生电解 质溶液 中阴 离子在 阳极上 失去电 子的 氧化 反应 ，例 如：2OH 1 2e = H2O + 1/2 O2 、2Cl 1 2e = Cl2 、 熔盐电解 ： 是 用熔融盐作 为电解质的电 解过程。熔 盐电解主要是 用于提取轻 金 属， 如 铝， 镁 等。 这 是由 于 这些金 属的 化学 活性 很大 ， 电解 这些 金属 的水 溶液， 得不到 金属 。 为了使 固态 电解 质成 为熔 融体， 所以 过程 是在 高温 条件下 进 行 的。 冶 金原 理 的概念 和研究 的对 象、 范围、 方法 、 内容 及学习 的目的 冶金原 理 的 概念 冶金
35、实 质 上 是 就 是 通 过 产 生 和 控 制 一 系 列 复 杂 的 物 理 化 学 变 化 来 提 取 所 需 金 属 的 过 程 。 因 此， 冶金 原理 就是 应用物 理化 学 等 的理论 、 知识和 方法 去分析 、 研究 冶金过 程 产 生和 控制的 原理 的一 门科 学 ， 它归纳 、 总 结 和 揭示 了 冶 金物料 中各 种 反 应物 和生 成物 等 在冶 炼过 程中所 遵循 的 、 具有 普遍 意义或 具有 典型 意义 的物 理化学 规律 。 所以 ， 有人把 冶金 原理 也称 之为 冶 金过 程 物 理化 学。 冶金原 理研究 的对象、范围 冶金原 理的研究对象 是冶
36、金 过程 中的物理化学 变化。 其研 究 范围包括从 矿石转变成 金 属或其 化合 物产 品过 程中 的所有 物理 化学 变化 ， 即 涵盖了 火法 冶金 、 湿 法冶 金和电 冶金 过程 中的的 所有 物理 化学 变化 。 冶金原 理研究 的方法和内容 冶 金原 理 研究 的方法 ： 主 要是借助 物理化学 的化学热力学、 化学动力 学和物质结构 理 论 ， 研究 冶金 反 应的 方向 、 限度 和速 度 ， 研究 冶金 熔体的 相平 衡、 结构 、 性 质和对 冶金 过程 的影响 。 冶金原理研究的内容 可 概 括为四 部分 ： 第一， 利用 化学 热力 学理论 ，分 析、 研究 和判 断
37、冶金 反应 进行 的方 向。 、判断标准状态下 冶金 反应 向进行的方向。 方法 是借助有关手册中的热力 学数据， 计算冶金 化 学反 应在 标准 状态下 进行 的吉 布斯 自由 能变化 ， 从而 判断 冶金 反应 在标准 状态 下 进行的 方向 ； 、判断给定条件下冶金 反应进行的方向。这 要根 据反应过程所处的实际情 况 ， 对参 10 与反应 的物 质的 温度 和活 度进行 相应 的校 正 ， 计 算冶 金化学 反应 在实 际情 况下 进行的 吉布 斯 自由能 变化 ， 从 而判 断冶 金反应 在给 定条 件下 进行 的方向。这 需要 知道 参与 反应的 物质 的热 力学函 数和 活度
38、系数 与温 度变化 的关 系。 现在 的情 况是， 往往 由于 数据 缺乏 而大大 地限 制了 计算的 可能 性。 第 二， 利用化学热力 学 理论，计算 反应的平衡 常数， 并用 平衡常数 确定 冶金反应的 限 度 （ 回 答： 反 应进 行到 何种 程度达 到平 衡 ？ 反应 达到 平衡的 条件 ？在 该条 件下 反应物 能达 到 的最大 产出 率？ 控制 冶金 反应过 程的 合理 参数 ， 如 ： 温度 、 压 力、 浓 度及 添 加剂。 确定 参与 反应的 各种 物质 的最 终数 量 ） 。 第三， 利用化学动力 学 理论， 研 究冶金过程的 速率和机理 ，确定反应过 程速率的限 制
39、环节， 从而 得出 控制 或提 高反应 的速 率， 缩短 冶炼 时间， 增加 生产 率的 途径 。 第四， 利用物质结构 理论， 研究 冶金熔体的相 平衡、结构 及其物理 化学 性质。冶金 熔 体是火 法冶 金反 应的 直接 参加者 ， 包 括金 属互 溶的 金属熔 体、 氧化 物互 溶的 熔渣及 硫化 物互 溶的熔 锍等 。 熔 体的 组分 是反应 的直 接参 加者 ， 冶金 熔体 的组成、 结构 和性 质决定 和控 制 着 冶金 过 程的 各项 技术 经济 指标， 对冶 金过 程起 着十 分重要 的影 响 。 学习冶 金原 理的 目的 冶金原 理是多种学科 应用的结合 ，但物理化学 知识是
40、基础 ，工程 技术知 识是其实现 的 手段。 学习 冶金 原理 这门 课的主要 目 的是 ： 第一， 通过学习， 提 高学习者掌握 冶金的基本 知识、基本 规律和基本 理 论，为学习 者 进一步 深入 学习 冶金 学等 冶金专 业课 程奠 定必 要的 理论基 础； 第二， 为学生毕业后 根据工作需 要进一步自学 打下良好基 础，起到提高 学生自学冶 金 知识的 能力 ； 第三， 为从 事冶 金生 产和 科研实 践的 技术 人员 ， 有 效控制 现有 生产 工艺 、 改 造旧工 艺、 发展 新工艺 、 提 高产 品质 量、 改善技 术经 济指 标、 扩大 产品品 种、 增加 产品 产量 等 提供 理论 指导 和 技术 帮助 。
