材料工程基础课件之金属冶炼篇.ppt

* * * * 3、金属铝的生产 熔盐电解法电解槽 Al2O3、冰晶石（Na3AlF6）及其它氟化盐作为电解质，其中插入碳素阴、阳极，通入直流电，经电化学反应，阴极得到液体铝，阳极生成O2，与碳阳极氧化生成CO2和CO。铝液用真空包抽出，净化澄清后浇注成铝锭。其质量分数达到99.5%~99.8%。阴极：Al3+(络合)+3e→Al?阳极：2O2-+C-4e→CO2总体： 2Al2O3+3C→4Al+3CO2 电解过程，碳素阳极不断消耗，要不时的调整阴极位置，以调整电解槽温度。　 1.3 有 色 金 属 冶 炼 氧化铝的熔盐电解法原理 1.3.2 铜 冶 金 一、 铜的性质与用途 ? （1）物理性质：玫瑰红色；延展性好；导电、导热性好；液态时易溶解某些气体；熔点1083℃，沸点2310℃，常温比重8.89g/cm3，标准电位+0.34V。 ? （2）化学性质：常温干燥空气中不易氧化，但在有CO2存在的潮湿空气中易生成CuCO3·Cu(OH)2即铜绿，有毒； Cu在185℃时开始与氧作用，低于350℃时生成Cu2O，高于350℃时生成CuO。 ? （3）用途：在电器工业、机械制造业、国防及其他方面，如建材、热工、冷却、和民用等方面有广泛应用。 1.3 有 色 金 属 冶 炼 二、炼铜原料、炼铜方法及工艺流程 ?? （1） 原料 　　铜矿石：占用料70％以上，其次是工业与生活中铜及合金废件回收。铜矿石中大多以硫化矿与氧化矿存在，少量为自然铜，常见硫化矿有黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、铜蓝，氧化铜有孔雀石，硅孔雀石、赤铜矿、胆矶石。现今90％铜产量来自硫化矿，10％来自氧化矿及自然铜矿。 　　矿床直接开采出的铜矿石多属硫化矿，其铜品位低，需经选矿富集成精矿（含量15％～30%）才能送去冶炼。 矿物 类别 矿物 名称 化学分子式 %Cu 密度／g·cm-3 颜色 自然 矿物 自然铜 Cu 100 8.9 红色 硫化 矿物 辉铜矿 铜蓝 黄铜矿 斑铜矿 硫砷铜矿 黝铜矿 Cu2S CuS CuFeS2 Cu4FeS4 Cu3AsS4 （Cu,Fe)12Sb4S13 79.8 66.7 34.6 63.5 49.0 25.0 5.5-5.8 4.6-4.7 4.1-4.3 5.06 4.45 4.6-5.1 灰黑色 红蓝色 黄色 红蓝色 灰黑色 灰黑色 铜的主要矿物 1.3 有 色 金 属 冶 炼 氧化矿物 赤铜矿 黑铜矿 孔雀石 蓝铜矿 硅孔雀石 胆矾 Cu2O CuO CuCO3·Cu(OH)2 2CuCO3·Cu(OH)2 CuSiO3·2H2O CuSO4·5H2O 88.8 79.9 57.5 68.2 36.2 25.5 7.14 5.8-6.1 4.05 3.77 2.0-2.2 2.29 红色 灰黑色 亮绿色 亮蓝色 蓝绿色 蓝色 1.3 有 色 金 属 冶 炼 黄铜矿CuFeS2 斑铜矿（呈蓝紫斑状的锖色）Cu3FeS2 ） 辉铜矿（呈暗铅灰色 Cu2S ） 铜蓝（呈蓝色 CuS ） 孔雀石Cu2[CO3](OH)2色性为无色－黄绿－暗绿 硅孔雀石CuSiO3.2H2O绿色、浅蓝绿色 赤铜矿Cu2O红色 1.3 有 色 金 属 冶 炼 ??? （2）炼铜方法及其工艺流程 有两大类型：　　火法冶金：适于硫化矿，经过造锍熔炼→吹炼→火法精炼→电解精炼 铜精矿的火法冶炼： 精铜矿 熔 炼 粗 铜 冰 铜 火法精炼 电解精炼 纯 铜 吹 炼 火法炼铜是当今生产铜的主要方法，世界上80％左右的铜是用火法炼铜方法生产的。下图为火法生产铜的流程图。 干燥 密闭鼓风炉 干燥 电炉 干燥 反射炉 硫化铜精矿 干燥 闪速炉 干燥 熔池熔炼炉 连续炼铜炉 冰铜 转炉或连续吹炼炉 粗铜 火法精炼炉 阳极铜 电解精炼 电解铜 (99.95%~99.99% Cu) (99.5% Cu) (98.5%Cu) (30-55%Cu) (20-30%Cu) 1.3 有 色 金 属 冶 炼 ??? 湿法冶金：适于氧化矿，经过铜的浸出，再从溶液中电解或置换提取铜 铜 矿 溶 剂 铜离子 置换法 溶 解 电沉积 氢还原 铜 1.3 有 色 金 属 冶 炼 三、火法炼铜 适于硫化矿 过程：造锍熔炼→吹炼→火法精炼→电解精炼 (1)造锍熔炼 ?? ①基本原理???? 造锍熔炼目的：???? a）使矿石中铜尽可能形成Cu2S，与部分铁形成的FeS熔化，混合成冰铜，大部分铁氧化成FeO与脉石矿物造渣排出。???? b）使冰铜与炉渣分离。为此需有两个保证：①炉料内有足够的硫以形成