金属材料一般制备简介.pptx

1、tert n：、岭 1Zhengzhou University，制属t ert n：、岭 2Zhengzhou University1.金属材料一般制备简介2.先进凝固技术制备金属材料定向凝固、快速凝固、金属玻璃等3.金属薄膜制备4.金属基复合材料制备新技术5.新型金属材料特种制备tert n：、岭 3Zhengzhou University金属材料一般制备简介tert n：、岭 Zhengzhou University零部件，板、带（片）、箱、丝、杆、管、型 材，薄膜，粉末 纯金属、合金、金属问化合物、金属基复合材料 王 盹首先获得纯金属 问 题 种类多 自然界中大多以化合物的形态存在 性质

2、各异4tert n：、岭 5冶金原料Zhengzhou University矿 物、矿 石 与 选 矿矿物：有一定化学成分和物理属性的天然元素和化合物。岩 石 与 矿 石由一种或多种矿物组成的集合体称为岩石。岩石中，一种或几种矿物相对集中到一定程度，目前技术经济条件下可以利用时，这种矿物的集合体就称为矿石。矿石中除含有有用矿物外，一般还含有大量的脉石矿 物和杂质，其中有用矿物又包括主金属矿物、伴生有价金属 矿物，主金属在矿石中的含量称为矿石品位。ert t n：、岭 6Zhengzhou University选 矿除少数单金属高品位矿石可经破碎直接进行冶炼提取和 提纯金属外，大多数矿物需经过选

3、矿来提高矿石品位后再进 行冶炼。20%冶金对金属含量有要求，如铜不小于35%，钵不小于：食 节约原料、燃料消耗，提高技术、经济指标：食 避免有害杂质在冶炼过程中进入金属影响金属质量 食 避免使冶炼过程复杂化。tert n：、岭 7Zhengzhou University1.矿石的破碎与细磨、筛分与分级采出的矿石往往块度很大。使矿石中的有用矿物和脉石、杂质分离。为了控制一定的粒度，还需筛分和分级。顿式破碎机 圆锥破碎机 粮碎机冲击式破碎机筛分是将混合矿粒用条筛或振动筛按粒度分为两种或多种级别的过程。磨矿一般在水中进行，不能进行筛分，而采用分级，螺旋分级机、水力旋流器。十 40mm申碎 一 150

4、mm口一 条筛 才 粗碎 一振动筛1 _11振J筛 一+Smm 主 忐l一 0 15mm-5mm细磨 分 级 矿石破碎、细磨、筛分与分级流程图举例1咄一 矿刷一叫8Zhengzhou University根据矿石中各种矿物性质的不同 如比重、磁性、表面性质等，通过物理、或物理化学的方法把各种 矿物分离的过程。由平 即圃lmlEi哼4 何il矿lj尾弃废i t益流今ttf1水分撞E 进冶炼厂选矿工艺流程图举例：、，k_ 1 1ert tn；9Zhengzhou University食 重 选恨据有用矿物与脉石比重、粒度不同，在运动介质中的沉降速度不同 介质：水、空气、重液、悬浮液。重介质选矿：介

5、质比重 小于主金属矿物，大于脉石矿物跳汰选矿：介质比重 小于主金属矿物，大于脉石矿物摇床选矿：横向运动的床面与矿粒间的摩擦力、纵向水流的冲力洗水给矿0 E E E E EV 1轻矿物 iii一 丁重矿物 .7乙一一蓝矿物轻矿物隔膜式跳汰机示意图因4摇床iii;矿示意图哎叮咬 比一 选10一、力一力 械吐一 滋je磁机一食Zhengzhou University结？.I 结矿I磁 性 产 品 飞：。L 非毡性产品磁选示意图tert n：、岭 11Zhengzhou University食 浮 选药剂处理过的矿粒在两相界面选择性附着通空气。不被水润湿矿 粒随气泡浮到矿浆上面；易被水润湿矿物粒子留

6、在矿浆中。0 0 ooo 0 0o oo o 0-0001浮渔产物结矿。00oC)。C,。0。000矿物表面不同的润湿性 可用浮选药剂在很大范 围内调整。一 斗 不浮矿物存选示意图tert n：、岭 12纯金属制备一冶金Zhengzhou University1.火法冶金利用高温使原料熔化，进行物理化学反应，从矿石中提取和提纯金属。用气体或固体还原剂还原为金属，如：Cr203+AIAl203+Cr提炼冶金：由熔烧、烧结、还原熔炼、氧化熔炼、造渣、造镜、精炼等单 元过程按照需要所构成的冶金方法。氯 化 冶 金：喷 射 冶 金：依靠不同金属氯化物的物理化学性质不同，来有效实现金属的 分离、提取和精

7、炼。利用气泡、液滴、颗粒等高度弥散系统来提高冶金反应效率的 冶金过程。真 空 冶 金：在真空条件下完成金属和合金的熔炼、精炼，金属液在真空下 脱氧、脱气等。tert n：、岭 13Zhengzhou University2.湿法冶金低温下用溶剂处理矿石，在水溶液或非水溶液中进行氧化、还原、中和、水解和络合等反应，对原料、中间产物或二次再生资源中的金属进行提 取和分离。包括浸取、固一液分离、溶液的富集和从溶液中提取金属或 化合物四个过程。浸取：选择性溶解。选择溶剂，使一种或几种有价金属溶解进入溶液，与 其他不溶物质分离。固一液分离：过滤、洗涤或离心分离等。溶液富集：利用气泡、液滴、颗粒等高度弥散

8、系统来提高冶金反应效率的 冶金过程。提取：采用电 解、化学置换、氢还原等方法来提取金属或化合物。Al、Wtert n：、岭 14Zhengzhou University属金 炼 精贵 底 成 位 形。解 炼 稀 入 形 电 子中电 精 的 落 极 极 离液收回取 提 中 料 原 他 其 或 石 矿 从 理 原 学使 解 高 质 阳 电 以解金化容 电 位 杂 于 质电在“黠舰醋咱343q 旦 旦 皇 望 回I eB磊 e I阳在 主 主 皇 主 皿I e阳极不e lI I阴极 电解提取从富集后的浸取液 中提取金属或化合 物。不溶性电极，溶剂可经过再生后 重复使用。蛐纯金属同且Ef 44L U阳

9、Fu户N混 乌H阳咀M阳 叫Afhwh uM租金属_I-+I 4e洁。句2Me 斗 2MeH o 2郎so44日.i.2SO.t3斗、民 tk 2H叫SO.MeS04+H;S04+H(a 电解精炼(b）电解提取电解精炼和电解提取示意图tert n：、岭 15Zhengzhou University 熔 盐 电 解：铝、钱、纳等活泼金属无法在水溶液中电解，必须选用具有高导电 率、低熔点的熔盐（通常为几种卤化物的混合物 作为电解质在熔盐中 进行电解。阴极反应M0+ne=M 阳极反应通常用碳作为阳极。例如电解MgCl2时，阳极的反应为：2Cl一CI2+2e;Al203在冰晶石中电解时，阳极上生成CO

10、2:202一C=C02 4e。le（t tn ,k _I言 16Zhengzhou University钢 铁 的 冶 金 制 各4选矿 唱矿石焦炭：晓 结球团石灰石高炉炼社、炉情生铁一 废钢合金元素轶矿物直接还原梅绵轶、桩轶电炉炼钢平炉炼钢转炉炼钢电炉炼钢 钢二图帷艺 工 的 产 生 铁 钢：、，k_ 1 1ert tn；17Zhengzhou University一、生铁冶炼1.原料矿石、熔剂、焦炭等矿石各 称化学式密度g an颜色工业最低晶位向 理论含镜量归5.2却 Z宝:S_ O531.812_410_048.2酷 棋 矿 赤 棋 矿 菱 棋 矿 福棋矿Fe,4E吃AFeC句nFe:，

11、mH2.55.D黑色 红色灰色或带黄色 黄褐色30253055_266.l脉石：Si02、Al203、Cao、MgO，其中Si02最多。有害元素硫、磷、铅、铮、肺等含量愈低愈好。溶剂：目的是除去矿石中的脉石。熔剂和脉石反应生成熔点低、相对密度 小的熔渣，浮于铁水上面，便于除去。最常用的是石灰石（CaC03)tert n：、岭 18Zhengzhou University2.主设备一高炉力酬 小科钟大料斗六 牵 斗 钟煤气 飞4炉喉炉身风口渣口 生铁口炉腰炉腹炉月Et豆口生轶口炉基高炉示意图tert n：、岭 19Zhengzhou University3.物理化学过程 燃 料 燃 烧焦炭在炉缸

12、区或风 口遇热空气燃烧，生成CO2并放出大量热，使炉缸温 度达18001900。随着炉气上升，含氧越来越少，同时炉气温度也不断降低，发生还原反应C 02+C=2CO。热源、还原剂。铁 的 还 原Fe203Fe30 4FeOFe由co、固体C逐步还原 最初还原出来的铁如海绵状，称为海绵铁。海绵铁下降过程中吸碳，熔点降低，在1200左右开始熔化成为铁水。其他金属氧化物也被还原，被还原出来的锤、硅等元素熔于铁水中。石灰石分解与造渣CaC03=CaO+C 02;mSi02+pAl203+nCaO=nCaOpAl203mSi02熔渣吸收焦炭燃烧留下的灰分及未完全还原的氧化物 如FeO、MnO、HgO等）

13、;CaO还促使FeS转变为CaS而熔于渣中。：、，k_ 1 1ert tn；20二、炼钢除去生铁中多余的碳、硫、磷等有害杂质，合金化。氧 化直接向高温金属熔池中吹入工业纯氧，或利用氧化性炉气和铁矿石供氧。首先与铁发生氧化反应：2Fe+=2(FeO)然后熔体中Si、Mn,P、C等杂质与（FeO）反应，生成杂质氧化物和Fe。氧化物不熔于金属，而上浮进入熔渣或炉气中。造渣脱磷和脱硫2P+S Fe0+4Ca0=5Fe+4CaOP205（进入熔渣）Fes+caO=Feo+casC 进入烙渣 脱 氧 及 合 金 化锺铁、硅铁和铝。将FeO还原成Fe，脱氧产物上浮到钢液表面的渣中。向钢液中加入所需的合金元素

14、，将钢的化学成分调整到要求。Zhengzhou Universitytert n：、岭 21Zhengzhou University.霞烟气 燃 烧 器预热空气格子砖休蓄热室i吉体眼人空气-1，平炉及蓄热室-F意图tert n：、岭 22Zhengzhou University高温钢7J .废制等纯氧 电极出钢4曹 钢;ij(电炉炼钢示意图 主氧气顶吹转炉示意图tert n：、岭 23纯铜的制备Zhengzhou University一、原料主要是铜矿石，其次是工业和生活中的铜及其合金的废件。黄铜矿（CuFeS2）、斑铜矿（Cu3FeS2）、辉铜矿（C吨的、铜蓝（CuS);孔雀石CuC03Cu

15、(OH)2、硅孔雀石CuSi032H20、赤铜矿（Cu20）和胆矶(CuS045H20）等。原料成分Cu,Fe、Zn、Ni等硫化物：Fe、Cu、Zn,Si、Al、Mn,Ca、Mg等氧化物、少量硫酸盐、碳 酸盐和硅酸盐等。：、，k_ 1 1ert tn；24Zhengzhou University二、造镜熔炼冰铜1.高温反应高价化合物的分解4CuFeS2=2Cu2S+4FeS+2S2CuS=Cu2S+SFeS2=F e s+s MeC03=MeO+C02MeS04=M e o+s o 2 +02 2CuO=Cu20+02各种化合物间的反应10Fe203+FeS=7 Fe30 4+S0 23Fe3

16、0 4+FeS=10FeO+S 0 2 Cu20+FeS=Cu2S+FeO Cu2S+Cu20=6Cu+S02 2Cu+FeS=Cu2S+Fe2.造统产物 冰 铜Cu2S少量 FeS少量 PbS、ZnS、Ni3S2、Au、Ag、Sb、Te、SeOAOO 问州suC趴 量渣炉tN少tert n：、岭 25Zhengzhou University料气燃 空转炉憧精矿废气i o o O g o于 己o-_0 o。？炉憧ilf.铜 反射l户！恪炼示意国e（t tn ,k_ 1 126Zhengzhou University精矿J电极转炉直(II=O000哩，-l 000y=-.0-,=.QV 0(.I

17、飞.）Na20CaO(Mn0、FeO、MgO、HgO)Ti02 Al203Si02标准状况下液态：fiCl4、SiCl4等：标准状况下固体的低沸点氯化物：FeCl3,A1Cl3;标堆状况下固态高沸点氯化物：CaCl2、MgC12、MnCl2.FeCl2、KCI、NaCltert n：、岭 39Zhengzhou University四、粗TiCI4 的净化各种氯化物沸点利用沸点不同 精馆提纯（升华TiCI4136FeCli31 9VOC l 3127Ta.Cl,239SiCl,58NbCl 5354Cr02Cl2116.7NbOC13,100VC14164Al2 Cl61 80SnCl4113精馆前氧化除饥VOCJ s+CuVOCl:z+CuCl在TiC14中 溶解度极低tert n：、岭 40Zhengzhou University钱、销还原因氯化钦海绵钦 钦的氧化物很难被还原，不能得到纯度高的海绵钦。惰性气体保护还原。也解精炼川 真空熔炼l l自耗电弧熔炼 H粉末冶金l