2022年東北大學(xué)冶金工程專論試題及答案-冶金工程專論讀書報告

1、冶 金 工 程 專 論 讀 書 報告姓名：* 學(xué)號：* 課程名稱：冶金工程專論課程編號： y09521071 冶金工程專論讀書報告目錄目錄1、 依據(jù)礦石性質(zhì),主要有哪些選礦方法,它們的主要原理是什么 1 1.1 概述 . 1.1.1 選礦的目的和意義 . 1 1.1.2 選礦方法 . 1.2 重選法 . 1.2.1 重介質(zhì)選礦 . 1.2.2 跳汰選礦 . 1.3 浮選法 . 1.4 磁選法 . 1.4.1 磁選過程 . 1.4.2 礦物磁性 . 1.4.3 磁選機分類 . 2、簡述火法煉銅的原理,并說明冰銅吹煉的實質(zhì)核心問題是什么？2.1 銅的概述 . 2.1.1 銅. 2.1.2 煉銅的主

2、要方法 . 2.2 火法煉銅的基本原理 . 2.3 火法煉銅的工藝流程 . 2.3.1 焙燒. 2.3.2 造锍熔煉 . 2.3.3 冰銅的轉(zhuǎn)爐吹煉 . 2.3.4 粗銅的火法精煉 . 2.3.5 銅的電解精煉 . 2.4 吹煉的實質(zhì) . 參考文獻 . 1 冶金工程專論讀書報告 正文冶金工程專論讀書報告1、依據(jù)礦石性質(zhì),主要有哪些選礦方法,它們的主要原理是什么？1.1 概述選礦是依據(jù)不同礦物的物理、 化學(xué)或物理化學(xué)性質(zhì), 采納不同的方法, 將礦 石中有用礦物和脈石礦物分別的過程；對礦石的加工利用一般分為采礦、選礦、冶煉三大過程, 個別礦石除外, 如鋁土礦不經(jīng)過選礦過程, 而選礦就是得到精礦 的

3、主要過程；選礦有許多方法,最主要的是重選法、浮選法和磁選法的應(yīng)用；1.1.1 選礦的目的和意義選礦是依據(jù)不同礦物的物理、 化學(xué)或物理化學(xué)性質(zhì), 采納不同的方法, 將礦 石中有用礦物和脈石礦物分別的過程；對礦石的加工利用一般分為采礦、選礦、冶煉三大過程,個別礦石除外,而選礦就是得到精礦的主要過程；我國礦產(chǎn)資源豐富, 是目前世界上已知的儲量最多的國家之一,目前我國從 開采出來的礦石品位較低, 直接冶煉技術(shù)上有困難, 經(jīng)濟也不合理； 為了滿意冶煉的要求, 在冶煉前需將有用礦物與脈石分別,用礦物富集的精礦,提高冶煉回收的經(jīng)濟效益；以提高有用礦物的含量, 獲得有我國礦石的特點是含有多種有用礦物的復(fù)合礦石

4、,例如,我國某海邊砂礦的 重選粗精礦,它含稀土礦物,仍含有其他礦物通過選礦,可以綜合回收,同時 獲得符合要求的幾種單獨精礦；礦石中除有用礦物外, 仍經(jīng)常含某些有害雜質(zhì)； 在選礦過程中, 要求盡量除 去這些有害雜質(zhì)；由上可見,選礦的目的就是使有用礦物與脈石分別,把共生的有用礦物盡可能的相互分別,成為單獨精礦,除去有害雜質(zhì),為冶煉供應(yīng)符合要求的精料,以 提高冶煉的經(jīng)濟效益,較充分、經(jīng)濟、合理地利用國家的礦產(chǎn)資源；1.1.2 選礦方法選礦方法許多主要有物理法和化學(xué)法；其中物理法包括重選法、 磁選法、 電1 冶金工程專論讀書報告 正文選礦法、粒度選礦法、摩擦選礦法、外形選礦法、電暈選礦法及手選法；化學(xué)

5、法包括浮選法、培燒法、混汞法、氰化法；另外仍有生物法；其中最常用的是重選法、浮選法和磁選法；1.2. 重選法 : 重選法是在重力、離心力、等的聯(lián)合作用下,使粒度不同外形不同、密度不同的礦粒產(chǎn)生不同的速度或運動方向,從而分別出不同產(chǎn)品的選礦過程；其工藝簡潔投資少,不適用藥劑,選礦成本低,對環(huán)境污染小,因此進展較快；1.2.1 重介質(zhì)選礦法通常將密度大于水的介質(zhì)稱為重介質(zhì)；質(zhì)選礦,它是按阿基米德原理進行的；在這樣的介質(zhì)中進行的選礦稱為重介浮力 P的大小等于物體排開的同體積介質(zhì)的重量,即 P=V g 就顆粒在介質(zhì)中的有效重力G0 與重力加速度 g0 分別為：G0=GP=V（ ）g g0=（ ）g/

6、式中 G重力,單位牛頓； 礦物密度,單位克 / 厘米3 可見, G0 及 g0均隨 的增大而減??；在重介質(zhì)中,當(dāng) 大于 時,g0=（+）,與 g 的方向一樣,礦粒將向下沉降；而當(dāng) 小于 時, g0=（ - ）,與 g 的方向相反,礦粒將向上浮起；因此,為使選別過程能有效進行, 重介質(zhì)密度的挑選應(yīng)在礦石中輕、重兩種礦物的密度之間,即 2 1；在這樣的介質(zhì)中,選別完全屬于靜力作用過程,流體的運動和顆粒的沉降不再是分層的主要作用因素,的重要因素；而介質(zhì)本身的性質(zhì)倒是影響選別重介質(zhì)選礦的應(yīng)用從原理上看, 重介質(zhì)選礦是嚴格按密度分選的,與礦粒的粒度與外形無關(guān), 所以介質(zhì)常表現(xiàn)出較高的粘度,嚴峻影響顆粒的

7、沉降速度； 如給礦粒度大,重礦物沉降快,對分層精確性的影響倒不顯著；但如給礦粒度小,就往往因有一部分粒度小的重礦物顆粒將來得及沉降究竟部,便被介質(zhì)帶到機外,從而降低了分選效率； 因此,在分選前預(yù)先篩分出細小礦粒仍是必要的；受加重 質(zhì)自身密度的限制, 懸浮液難以達到很高的密度, 通常只能比輕礦物密度略高一 點,故重介質(zhì)選礦不能獲得高品位的最終精礦,而只能選出密度低的單體脈石,從而作為預(yù)先分選作業(yè)使用；1.2.2 跳汰選礦法2 冶金工程專論讀書報告 正文是重選主要的方法之一；它是在垂直交變介質(zhì)流的作用下,使礦粒群松散,然后按密度差分層： 輕的礦物在上層叫輕產(chǎn)物, 重的在下層叫重產(chǎn)物, 從而達到分選

8、的目的； 介質(zhì)的密度在肯定范疇內(nèi)增大,越高；礦粒間的密度差越大, 就分選效率在跳汰機的垂直上升水流中, 輕、重、大小不同的礦粒具有不同的運動速度,重的礦物在上升時落在輕礦物的后面,并且在上升終了時, 處于輕礦粒之下； 當(dāng)?shù)V粒反向運動時, 在靜止或下降的水流中, 較重的礦粒將以較大的速度沉降,結(jié)構(gòu)形成了輕重礦粒的分層： 密度大的礦粒在下層緊貼著跳汰機的篩板,這樣經(jīng)過多次反復(fù)使分層鄒于分明, 然后利用適當(dāng)?shù)难b置將輕重兩層礦粒分開,從而得到兩種產(chǎn)品：精礦和尾礦；如下圖表示的過程和現(xiàn)象：（a）分層前顆?；祀s積累； （b）上升水流將床層抬起； （c）顆粒在水流中沉降分層；（d）下降水流,床層緊密,重礦粒

9、進入底層1.3 浮選法浮選也叫浮游選礦；包括泡沫浮選、有團浮選、表層浮選和沉淀浮選等；通常所說的浮選主要指泡沫浮選, 是細粒和極細粒物料分選中應(yīng)用最廣、成效最好的一種方法；這些物料由于粒度較細,密度及粒度的作用微小,不能用密度、粒度的差異進行分選；浮選是依據(jù)各種礦物表面性質(zhì)的差異從礦漿中借助于氣泡的浮力分選礦物的過程；在浮選藥劑的作用下, 在礦漿中導(dǎo)入空氣以形成大量氣泡,可浮性好的礦物顆粒吸附于氣泡上, 并隨氣泡上浮到礦漿表面而被排出,可浮性差的礦物顆粒不能在氣泡上吸附而留在礦漿中,達到有用礦物與脈石的分別； 浮選有正浮選和反浮選之分；浮現(xiàn)表面的泡沫產(chǎn)品是有用精礦而礦漿中留下的是尾礦的稱為正

10、3 冶金工程專論讀書報告 正文浮選,反之為反浮選；礦物表面對水的潮濕性不同造成其可浮性不一樣；不同礦物表面所表現(xiàn)的這種對水的親疏不同的性質(zhì)是利用浮選法將各種不同礦物分別的基本理論依據(jù)；浮選過程是在漿礦中進行的,它是由礦粒、水及氣泡所組成,即固液氣相；相與相之間存在著界面, 浮選是在界面上進行的； 在浮選過程中, 當(dāng)液體在固體 表面濕著后就形成由固體、液體、氣體三相包圍的一條環(huán)形接觸線,如下圖,以 A點為頂點,以固水交界線為一邊,以氣水交界線為另一邊,經(jīng)過水相的夾角 叫接觸角； 可浮性的大小取決于接觸角,觸角為 78 度,可浮性比較好；接觸角越大可浮性越大, 如自然硫的接浮選過程大致可分為幾個過

11、程： 懸浮在礦漿中的礦粒與氣泡接近并進行碰撞；礦粒與氣泡碰撞后, 疏水顆粒與氣泡之間的水化層變薄、破裂,實現(xiàn)礦粒與氣泡的附著,或者通過微泡析出, 實現(xiàn)礦粒與氣泡的附著； 由礦化氣泡形成的礦粒氣 泡聯(lián)合體在浮力作用下,上升到液面；升浮到液面的泡沫形成較穩(wěn)固的泡沫層,待進一步的處理；浮選法應(yīng)用范疇廣,分選效率也很高,適于處理品嘗低的礦物,而且也有利 于礦產(chǎn)資源的綜合回收, 可進一步處理其他選礦方法得到的粗精礦、中礦或尾礦 以提高精礦品位、回收率及綜合回收其中的有用成分, 但它需要較細的磨礦粒度,成本高影響因素多工藝要求也較高,而且使用各類藥劑易造成環(huán)境污染；1.4 磁選法磁選是依據(jù)各種礦物磁性的差

12、異分別礦物的一種選礦方法,常用來分選鐵、錳、鎳、鉻、鈦以及鎢錫等有色和稀有金屬礦石；1.4.1 磁選過程：4 冶金工程專論讀書報告 正文磁選過程磁選是在磁選機中進行的；如下圖所示,磁選過程示意圖 當(dāng)?shù)V漿進入分選空間后, 磁性礦粒在不勻稱磁場作用下被磁化,受到磁場吸 引力的作用, 便會吸附在圓筒上, 并隨轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)動而被帶至排礦端,排出成為磁 性產(chǎn)品；非磁性礦粒,由于所受的磁場作用力很小,仍殘留在礦漿中,排出后成為非磁性產(chǎn)品, 這就是磁選法分別礦物的過程；礦物顆粒通過磁選機磁場時,同時受到磁力和機械力的作用；磁性較強的礦粒所受的磁力大于其所受的機械力,而非磁性礦粒所受磁力很小, 就以機械力占優(yōu)勢；

13、 由于作用在各種礦粒上的磁力 和機械力的合力不同,使它們的運動軌跡也不同,從而實現(xiàn)分選；1.4.2 礦物磁性 礦物磁性是礦物磁選的依據(jù)； 由于自然界中各種物質(zhì)具有不同的磁性；物理學(xué)常把物質(zhì)劃分成：逆磁性、順礅陛、鐵磁性 亞鐵磁性、反鐵磁性 三大類；磁選中,依據(jù)比磁化系數(shù)的不同可將礦物分為強磁性礦物、中磁性礦物、 弱 磁性礦物和非磁性礦物四類 1.4.3 磁選機分類 磁選機種類許多, 經(jīng)常依據(jù)磁場強度分為弱磁場磁選機和強磁場磁選機兩大 類；隨著高梯度磁選、 磁流體選礦、 超導(dǎo)強磁選等得進展, 磁選法的應(yīng)用已經(jīng)擴 大到化工、醫(yī)藥、環(huán)保等領(lǐng)域中；5 冶金工程專論讀書報告 正文2、簡述火法煉銅的原理,

14、 并說明冰銅吹煉的實質(zhì)核心問題是什么？2.1 銅的概述2.1.1銅銅位于元素周期表第四周期IB 族,是人類最早使用的金屬；銅具有優(yōu)異的性能,被廣泛地應(yīng)用于電氣、輕工、機械制造、建筑工業(yè)、國防工業(yè)等領(lǐng)域,在 我國有色金屬材料的消費中僅次于鋁；在地殼中銅含量約 0.01%,自然界中的銅多以化合物存在,銅以各種礦物形 式存在銅冶金中所用的是兩種不同類型的礦石氧化礦和硫化礦；2.1.2 煉銅的主要方法從銅礦石和銅精礦中提煉銅的方法較多,主要有火法和濕法兩大類； 火法冶金是生產(chǎn)銅的主要方法,目前世界上 80的銅是用火法冶金生產(chǎn)的,特殊是硫化銅礦；2.2 火法煉銅的基本原理火法煉銅是將銅精礦和熔劑一起在高

15、溫下熔化,或直接煉成粗銅, 或先煉成冰銅,然后再粗銅；其優(yōu)點是適應(yīng)性強, 冶煉速度快,能充分利用硫化礦中的硫,能耗低,特殊適于處理硫化銅礦和富氧化礦火法煉銅是當(dāng)今生產(chǎn)銅的主要方法,主要原料是硫化銅精礦；火法煉銅是使?fàn)t料中的銅盡可能全部進入冰銅,化產(chǎn)生的鐵氧化物形成爐渣而且使其與冰銅分別,同時使?fàn)t料中的氧化物和氧 我們必需使?fàn)t料有相當(dāng)數(shù)量的硫來形成冰銅而且要使?fàn)t渣含二氧化硅接近飽和,一邊冰銅和爐渣不致混溶；2.3 火法煉銅的工藝流程銅礦石（ Cu=0.5%-2%）經(jīng)過采礦、選礦得到含銅品位較高的銅精礦（ Cu=20%-30%）,然后送冶煉廠煉銅；火法煉銅工藝流程一般有熔煉- 使銅硫化物與脈石等雜

16、質(zhì)分別, 產(chǎn)出含銅的富集物（冰銅）和熔煉渣；吹煉 - 使冰銅中的硫和其它雜質(zhì)氧化除去,產(chǎn)出粗銅 和吹煉渣；氧化精煉 - 除去粗銅中的少量雜質(zhì),產(chǎn)出適合于電解精煉的陽極銅；電解精煉 - 分別除去陽極銅中的雜質(zhì),產(chǎn)出電解銅和富含貴金屬的銅陽極泥；2.3.1 焙燒6 冶金工程專論讀書報告 正文焙燒分半氧化焙燒和全氧化焙燒（死焙燒）,分別脫除精礦中部分或 全部的硫,同時除去部分砷、銻等易揮發(fā)的雜質(zhì)；此過程為放熱反應(yīng),通 常不需另加燃料；造锍熔煉一般采納半氧化焙燒,以保持形成冰銅時所需 硫量；仍原熔煉采納全氧化焙燒；此外,硫化銅精礦濕法冶金中的焙燒,是把銅轉(zhuǎn)化為可溶性硫酸鹽,稱硫酸化焙燒；2.3.2 造

17、锍熔煉造锍熔煉是在高溫順氧化氣氛條件下將硫化銅精礦熔化生成 MeS 共熔體的 方法,即將精礦中的銅富集于冰銅中,而大部分鐵的氧化物與加入的溶劑造渣,也稱冰銅熔煉；造锍熔煉的目的是：（1）使?fàn)t料中的銅盡可能進入冰銅（Cu2S+FeS熔體,也 稱锍） ,部分鐵以 FeS形式也進入冰銅；（2）使大部分鐵氧化成 FeO與脈石礦物 造渣（ SiO2,FeO,CaO,MgO, Al 2O3）；（3）使冰銅與爐渣分別；造锍熔煉所用的爐料主要是硫化銅精礦和含銅的返料,除含有 Cu、Fe、S等 元素外,仍有肯定量的脈石成分；需要先進行氧化焙燒,脫去部分硫然后熔煉,才能獲得要求品位的冰銅；熔煉過程主要反應(yīng)為：2C

18、uFeS2Cu2S+2FeS+S Cu2O+FeSCu2S+FeO 2FeS+3O2+SiO22FeO.SiO2+2SO2 2FeO+SiO22FeO.SiO2 造锍煉銅可以使礦物中任何外形的銅化合物,幾乎完全以穩(wěn)固的 Cu2S 形式 富集在冰銅中；冰銅密度比爐渣大,且兩者不互溶,從而分別；得到的冰銅進一 步進行轉(zhuǎn)爐吹煉；2.3.3 冰銅的轉(zhuǎn)爐吹煉冰銅吹煉是利用硫化亞鐵比硫化亞銅易于氧化的特點,在臥式轉(zhuǎn)爐中, 往熔 融的冰銅中鼓入空氣, 使硫化亞鐵氧化成氧化亞鐵, 并與加入的石英熔劑造渣除 去,同時部分脫除其他雜質(zhì),而后連續(xù)鼓風(fēng),使硫化亞銅中的硫氧化進入煙氣,得到含銅 98%99%的粗銅,貴金

19、屬也進入粗銅中；冰銅是 Cu-Fe-S體系,主要成分是 Cu2S和 FeS,此外,仍有少量的 PbS、ZnS、Ni3S2、Fe3O4等；吹煉的目的：通過氧化除去冰銅中的 將冰銅轉(zhuǎn)變成粗銅；Fe 和 S 以及部分其他有害雜質(zhì),從而一個吹煉周期分為兩個階段：第一階段,將 FeS氧化成 FeO,造渣除去,得7 冶金工程專論讀書報告 正文到白冰（ Cu2S）；冶煉溫度 1150 1250；主要反應(yīng)是：2FeS3O22FeO+2SO2 2FeO+SiO22FeOSiO其次階段,是造銅期,將Cu2S氧化成 CuO,并與為氧化的 Cu2S反應(yīng)生成金屬 Cu和 SO2,冶煉溫度 12001280將白冰銅按以下

20、反應(yīng)吹煉成粗銅：2Cu2S+3O22Cu2O+2SO2 Cu2S+2Cu2O6Cu+SO2 冰銅吹煉是放熱反應(yīng), 可自熱進行,通常仍須加入部分冷料吸取其過剩熱量；吹煉后的爐渣含銅較高,一般為2%5%,返回熔煉爐或以選礦、電爐貧化等方法處理；吹煉煙氣含SO2 濃度較高,一般為8%12%,可以制酸；吹煉一般用臥式轉(zhuǎn)爐,間斷操作；經(jīng)冰銅轉(zhuǎn)爐吹煉得到的粗銅仍含有其它的少量雜質(zhì)元素,如 Fe、Pb、Zn、Ni、As、Sb、S、Au、Ag等,因此,需進一步進行火法精煉,制成陽極銅以便電解；2.3.4 粗銅的火法精煉火法精煉原理：粗銅中多數(shù)雜質(zhì)對 O 的親和力大于 Cu對 O的親和力,而且,雜質(zhì)氧化物在 C

21、u 中的溶解度特別小,因此,雜質(zhì)以氧化物爐渣的形式除去；同時氧化過程的進行使銅中產(chǎn)生過量的氧化銅,火法精煉分為氧化過程和仍原過程（1）氧化過程（氧化除渣階段）最終需要仍原得到粗銅； 即粗銅的4Cu+O22Cu2O Cu2O+MeMeO+Cu （2）仍原過程（仍原得到陽極銅）氧化除渣后銅液中的 Cu2O,用仍原劑進 行仍原：Cu2O+H22Cu+H2O Cu2O+CO2Cu+CO2 Cu2O+C2Cu+CO 仍原劑有：重油、自然氣、液化石油氣、木炭等；得到的陽極銅送電解車間 進行電解精煉；2.3.5 銅的電解精煉銅的電解精煉,是將火法精煉的銅澆鑄成陽極板,用純銅薄片作為陰極片,相間地裝入電解槽中,用硫酸銅和硫酸的水溶液作電解液,在直流電的作用下,陽極上的銅和電位較負的金屬溶解進入溶液,而貴金屬和某些金屬（硒、碲）不溶,成為陽極泥沉淀于電解槽底,溶液中的銅在陰極上優(yōu)先析出,而其他電位較8 冶金工程專論讀書報告 正文負的金屬不