有色冶金概论1 知识点1：绪论 绪论.ppt

第二篇: 锆铪冶金 绪论 锆英石精矿的处理 锆与铪的分离 四氯化锆的制备和提纯 金属锆的生产 第一章: 绪论 四、锆铪生产方法概述 由于镧系收缩，锆铪的电子结构和物理化学性质相似，它们的地球化学参数相近，在自然化合物中总是同时出现，形成密切相关的元素对。 * 一、锆铪冶金简史 1789年发现锆，1923年发现铪； 1910年制得金属锆，1925年制得金属铪； 1943年开始金属锆工业生产，1951年金属铪工业生产。 目前,美国海绵锆的生产力已达3500t/a。 二、锆铪及其化合物的物理化学性质 （原子结构）常温下金属锆在空气中极为稳定，与空气中的氧、氮完全不发生反应。致密锆能长期保持金属光泽。加热时锆强烈吸收氧和氮而形成稳定的化合物，并在表面生成氧化物保护层。温度超过800oC，则迅速氧化成ZrO2。高温下锆能与O2、H2O、CO2、CO反应。 　二氧化锆ZrO2为白色化合物，它有三种晶型：单斜晶型在1000~1100oC以下稳定，四方晶型在 1100~1900oC间稳定，立方晶型在1900oC以上稳定。 ZrO2有很高的化学稳定性，它的熔点高达2700~2900oC。二氧化铪HfO2的熔点为2900±25oC。二氧化锆和二氧化铪都是高级耐火材料，也是生产金属锆和铪的直接原料。 　用氯气可以从锆或铪的金属、氧化物、碳化物或氮化物等制取相应的ZrCl4或HfCl４。 　锆英石是锆、铪工业的主要矿物，(Zr,Hf)SiO4是它的化学组成。锆英石在一定温度下能被NaOH, Na2CO3, CaO分解。NaZrO3、Na2ZrSiO5及硫酸盐、硝酸盐是锆、铪冶金重要中间化合物。 三、锆、铪的应用 １.锆铪金属的应用 （1）核工业中的应用 　金属锆是一种中温核材料，而铪是优良的核反应堆控制材料，在原子能工业中，锆主要用于核电站（民用）、核潜艇、核动力航空母舰、核动力巡洋舰的核反应堆中。锆在反应堆中的用途是：核燃料包套材料，结构材料和慢化剂等。铪的主要用途是用作核反应堆的控制棒。 核反应堆主要有气冷堆、重水堆、轻水堆和快中子增殖堆等堆型。 气冷堆以石墨作慢化剂，用气体作冷却剂，用天然铀作燃料，反应堆体积大，造价高，燃料元件的覆盖材料是铝镁合金，热效率低。 轻水堆目前有两种类型，一种是压水堆，另一种是沸水堆。轻水堆用轻水做慢化剂和冷却剂。世界上现有的核潜艇几乎全都采用压水堆蒸汽动力装置。 重水堆与轻水堆的最大区别在于用重水做慢化剂和冷却剂。 （２）在冶金中的应用 （３）石化工业中的应用 （４）在兵器工业和其它领域的应用 锆在兵器中可用作枪管、炮筒的合金添加剂，改善枪管炮筒的使用性能，提高使用寿命。用于弹药添加剂可提高子弹炮弹的爆炸威力和燃烧面积，有报道指出，锆可用于制造激光枪炮，其原理是氯化钾与锆作用产生强烈的“光-热”效应和巨大能量。虽然锆在兵器工业中的用量仅次于核工业，但相关报道甚少。 锆的抗腐蚀性好，与人体的生物相容性好，锆不与人体的血液、骨骼及各种组织发生作用。目前锆已用作外科、牙科医疗器械，神经外科用的销钉、螺丝和头盖板等。也用锆强化和代替骨骼，制作缝线和伤带。 ２.　锆、铪化合物的应用 　锆化合物的消费量约占锆资源消费量的一半以上，主要用作耐火材料（耐火坩埚、耐火砖、耐火管等）。1981年锆质砖消耗锆资源的消费量达12万吨，据统计，铸铁行业中锆砂用量是铬砂用量的1.33倍。此外，玻璃、搪瓷等行业也大量消耗锆石英。2001年世界锆石英砂的用量达100万吨。 *