有色金属冶金概述

LOGO冶金学有色金属冶金部分授课人：张勤联系电话：[phone]有色金属分类及发展简史1有色金属资源、产量及应用2有色金属提取冶金3有色金属冶金展望4有色金属冶金概论1、有色金属分类及发展简史CompanyLogoCompanyLogo元素周期表金属的分类在已发现的118种元素中，有91种(86种）被认为是金属(metal)，铁、锰、铬称为黑色金属除铁、锰、铬以外的其余金属，统称为有色金属(nonferrousmetal)，又称非铁金属。CompanyLogoCompanyLogo1.1有色金属分类CoNiCuZnHgCdPbSnBiSbAlNaLiMgBeKCaBaSrMnFeCrTcPoReCsRbWMoGaTlInGeScLaYTiHfZrVTaNbFrRaAcOsRuIrRhPdPtAuAgBSiAsAtCompanyLogo1.1有色金属分类在有色金属分类上，全世界还没有统一的标准，各国分类方法不尽相同，而且在分类中某些金属的归属存在交叉的情况。按中国惯例，大体上把有色金属分为五类。①重有色金属②轻金属③贵金属④稀有金属⑤半金属CompanyLogo重有色金属简称重金属，一般指密度在5t/m3以上的金属，包括铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉、铋10种金属。这类金属的共同特点是密度较大，都在6600kg/m3以上。轻金属包括铝、镁、钙、锶、钡、钾、钠7种金属。这类金属的共同特点是密度较小，都在4000kg/m3以下；化学性质活泼，易与氧、卤素、水等作用。1.1有色金属分类CompanyLogo1.1有色金属分类贵金属包括金、银及铂族金属中的铂、锇、铱、钌、铑、钯8种金属。这类金属的共同特点是化学性质稳定，密度大(10000-22000kg/m3)，熔点较高(1189-3273K)。半金属又称似金属或类金属，包括硼、硅、砷、砹。其特点是它们的导电率介于金属和非金属之间，并且都具有一种或几种同质异构体，其中一种具有金属性质。硒、硫、锗、锑、钋也具有半金属的属性，按中国惯例已划归入其他类别中。CompanyLogo1.1有色金属分类稀有金属这个名称并不是由于它们在地壳中的含量都稀少，而是因为某些稀有金属在地壳中的赋存状态比较分散，或发现较迟，或制取较困难，因而其生产和应用都较晚。在历史上给人以“稀有”的概念，遂被称为稀有金属，而沿用至今。稀有金属根据其物理化学性质或其在矿物中的共生情况，可分为五类。CompanyLogo稀有金属分类：OsRuIrRhPdPtAuAgCoNiCuZnHgCdPbSnBiSbAlNaLiMgBeKCaBaSrMnFeCrTcCsRbGaTlInGeReWMoTiHfZrVTaNbFrRaScLaYAcReWMoTiHfZrVTaNbScLaYGaTlInGePoFrRaAcTc1.稀有轻金属2.稀有高熔点金属3.稀土金属4.稀有分散金属5.稀有放射性金属CsRbBeLiCompanyLogo据考证，铜、铅、锡、汞、金、银和铁都是史前金属。8000年以前，人类就知道使用铜，7000年前知道有铅，3000年前就在炼丹术中使用汞，2000年前就出现了炼锡技术。1.2有色金属发展简史年代发现金属数量例子17世纪前9铜、铅18世纪前15钴、铂19世纪前41铌、钽20世纪后34镭、铀、钍CompanyLogo1铜是人类最早发现的古老金属之一，在公元前第4世纪人类就掌握了炼铜技术。2铅也是人类最早提炼出来的金属之一，欧洲于17世纪有大规模生产铅的记载。3中国是最早掌握炼锌技术的国家，约在16世纪，中国生产的金属锌开始传人欧洲，纯度在95％以上。英国于18世纪初期开始生产锌。4镍于19世纪初期开始工业生产，铝和镁于19世纪后期实现较大规模工业化生产。1.2有色金属发展简史CuPbZnNiAlMg2、有色金属资源CompanyLogo2.1有色金属资源包括矿产资源和二次资源两类，12种常用有色金属矿产资源的地壳丰度及其在所有元素中排列名次如表。CompanyLogo金属铝镁钛稀土*镍锌地壳丰度83×10-1276.4×10-2632×10-3236.2×10-499×10-476×10-4排列名次269172325金属铜钴铅锡钨钼地壳丰度83×10-1276.4×10-2632×10-3236.2×10-499×10-476×10-4排列名次263731505758CompanyLogo2.1有色金属资源从表中看出，在这12种重要的有色金属中，除铝、镁、钛在地壳含量较丰富之外，其他9种金属含量都较少，其余有色金属的地壳丰度大都小于30×10-4％，含量更是稀少。地壳中的有色金属，经过亿万年的变迁过程，逐渐形成可开采的矿物矿床。0.30.30.30.41.5铜矿床示意图CompanyLogo2.1有色金属资源世界有色金属矿产资源分布很不均匀，一半以上的储量集中在亚洲、非洲和拉丁美洲的一些发展中国家，40％的储量分布于工业发达国家，这部分储量的4/5又集中在前苏联、美国、加拿大和澳大利亚。有色金属消费量很大的西欧和日本的资源却很少，其有色金属原料对外依赖的程度很大。中国的有色金属资源十分丰富，品种齐全，钨、锑、钒、稀土、钛、锂及某些稀散金属的金属储量居世界首位，铅、锌、钼、钕等金属的储量处于世界前列。CompanyLogoKunmingUniv.ofSci.&Technol.二次资源亦称再生资源，主要是指含有色金属的废杂物料，如金属及其合金材料生产、加工过程中产生的废品、边角料，消费使用后的废弃物品等。这部分资源也蕴藏着大量的有色金属，是有色金属仅次于矿产资源的重要来源。充分利用有色金属二次资源，除了其含金属量比矿石高、容易冶炼、能耗少因而冶炼成本低外，在保护资源和环保方面其有特殊意义，日益受到人们的重视。到20世纪80年代末，欧洲、美国、日本铜、铅的再生率平均达到1/2以上，铝、锌接近1/3。美国、英国、西德从二次铜资源回收的铜占其精铜总量40％以上，而意大利所产的精铜几乎100%是再生铜。2.1有色金属资源CompanyLogo根据中国有色金属工业协会统计，我国再生有色金属总产量在2006年达到了453万吨，占当年有色金属产量的23.6%。2.1有色金属资源2006年我国主要再生有色金属的产量（万吨）050100150200250铜铝铅锌CompanyLogo2.2中国有色金属产量200120022003200420052006比上年增长(%)十种有色金属合计883.71012.01228.01430.61639.01917.017.48其中:精炼铜152.3163.3183.6219.9260.0299.916.08电解铝357.6451.1596.2668.9780.6934.919.77铅119.5132.5156.4193.4239.1273.615.00锌203.7215.5231.9271.9277.6315.316.31镍5.05.26.57.69.510.813.05锡10.58.29.811.512.213.815.62锑14.812.39.012.513.815.03.15镁20.023.534.244.245.152.411.64钛(吨)246836484118480991611326643.05近些年十种有色金属的产量2.2中国有色金属产量2006年中国主要有色金属产量占世界比例CompanyLogo金属铜铝铅锌镍锡锑镁钨钼产量（万吨）299.9934.9273.6315.310.7713.8115.0152.474.074.39比列（%）17.0527.5233.9829.387.8325.4185.7774.9668.9823.11名次1111511113CompanyLogoKunmingUniv.ofSci.&Technol.有色金属的应用从人类文明的历史来看，某些有色金属材料的出现和应用往往能促进整个人类文明历史的进步或促进某一科技领域取得突破性的进展。青铜的出现和应用标志着人类历史从此结束了历时数十万年的石器时代，进入了一个崭新的历史时期。石器时代青铜时代铁器时代从距今250万年至距今1万年左右公元前3500年起公元前1200年起CompanyLogoKunmingUniv.ofSci.&Technol.有色金属的应用为当今的核工业的发展奠定了基础促进了航空和航天工业的发展已成为民用工业、军事工业和高技术发展必不可少的基础材料钛合金放射性元素有色金属2.3有色金属的应用有色金属在能源、电器、航空、冶金、机械、石油、化工、医疗卫生等工业部门中有着重要的应用。铝、钛及其合金是航空、航天工业的基础材料。镍、钴、钨、钼、钒、稀土等是各种合金钢的主要添加剂，可以说没有这些有色金属就不会有合金钢。铀、钍、钚是核电站反应堆的核燃料锌作为耐腐蚀徐层，大量用于镀锌钢板的生产和钢铁材料的防。铅大量用作某些化工设备和电缆的防腐层。各种石油和化工催化剂此外，有色金属广泛应用于军事工业各部门，成为军事工业发展必不可少的重要材料。如喷气式战斗机中的铝、钛、镁，枪炮弹中的铜，导弹、舰船中的钨、钼、铼、钒，核潜艇中的锆、铪，激光技术中的稀土、镓、硒、碲，红外技术中的锗、硅、镓，反坦克穿甲炮弹中的钨基高比重合金，等等。鉴于有色金属与军事工业关系密切，而被各国列为重要战略物资。CompanyLogo3、有色金属的提取冶金CompanyLogoCompanyLogo3.1有色金属提取冶金的任务有色金属提取冶金的任务是从矿石、精矿、二次资源或其他物料中分离出其他伴生元素产出金属或其化合物。矿石、精矿二次资源金属化合物提取冶金CompanyLogo3.2有色金属提取冶金方法火法冶金利用高温从矿石中提取金属或其化合物的冶金过程。此过程没有水溶液参加，故又称为干法冶金。湿法冶金利用某种溶剂，借助化学反应（包括氧化、还原、中和、水解及络合等反应），对原料中的金属进行提取和分离的冶金过程。又称水法冶金。电冶金应用电能从矿石或其他原料中提取、回收和精炼金属的冶金过程。有电热法和电解法两类。电热法：是利用电能转变为热能进行冶炼的方法。电解法：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。CompanyLogo火法冶金一般是在高温条件下进行，包括焙烧、熔炼、还原、吹炼、火法精炼、真空精炼等主要过程，同时也包括某些辅助作业如熔铸和收尘等。3.2有色金属提取冶金的方法CompanyLogo3.2有色金属提取冶金的方法湿法冶金是在水溶液中进行的冶金过程，包括浸出、液固分离、溶液净化和溶液中金属提取等主要过程。CompanyLogo电冶金是一种利用电热或电化学反应进行的冶金过程，分为电热冶金和电化冶金两类。电化冶金按电解质分为水溶液电解和熔盐电解，按电解目的分为电解提取和电解精炼。3.2有色金属提取冶金的方法CompanyLogo3.2有色金属提取冶金的方法三种主要冶金方法各有优缺点，有色金属的提取冶金常根据原料的不同和对产品的要求，采用两种或三种方法相互配合组成的提取流程。大多数的重金属如铜、铅、锡，镍、钴等多采用以火法冶金方法制取粗金属，以电化冶金方法制取纯金属的提取流程。轻金属多采用以湿法冶金方法制取金属纯化合物，以电冶金方法制取粗金属和纯金属的提取流程。大多数稀有金属采用以湿法冶金方法制取纯金属化合物，以火法冶金方法或电冶金方法制取纯金属的提取流程。贵金属中的金、银多采用以湿法冶金方法富集化合物，以火法冶金方法制取金属和以电冶金产出纯金属的提取流程。CompanyLogo3.3提取冶金工艺过程精炼熔炼煅烧干燥焙烧烧结浸出净化沉积火法湿法CompanyLogoKunmingUniv.ofSci.&Technol.