再生金屬冶金復(fù)習(xí)第2次修改

1、、名詞解釋城市礦山：Urban mineral在傳統(tǒng)的觀念中大量的生產(chǎn)、生活過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物都作為垃 圾廢棄，但是當(dāng)今社會(huì)中由于技術(shù)的進(jìn)步和觀念的轉(zhuǎn)變，這些垃圾可作為一種特殊的資源回收利用，由于這些垃圾主要是在城市中產(chǎn)生，所以我們把這些廢棄物稱謂城市礦山。循環(huán)經(jīng)濟(jì)的定義和意義：這是一種基本觀念、生產(chǎn)技術(shù)以及生活方式的轉(zhuǎn)變。指在生產(chǎn)，流通和消費(fèi)等過(guò)程中進(jìn)行的減量化再利用， 資源化活動(dòng)的總稱。它的意義主要在 于有效地利用資源和保護(hù)環(huán)境。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)將促進(jìn)以最小的資源消耗、 最少的廢物排放和 最小的環(huán)境代價(jià)來(lái)?yè)Q取最大的經(jīng)濟(jì)效益。銅電解精煉（原理）：銅的電解精煉是將火法精煉銅鑄成陽(yáng)極板，以電解產(chǎn)出的

2、薄銅片（始 極片）作為陰極，二者相間地裝入盛有電解液（硫酸銅與硫酸的水溶液）的電解槽中，在直 流電的作用下，陽(yáng)極銅進(jìn)行電化學(xué)溶解，陰極上進(jìn)行純銅的沉積。由于化學(xué)性質(zhì)（化學(xué)電勢(shì)電位）的差異，貴金屬和部分雜質(zhì)進(jìn)入陽(yáng)極泥，大部分雜質(zhì)則以離子形態(tài)保留在電解液中， 從而實(shí)現(xiàn)了銅與雜質(zhì)的分離。冶煉尾氣的電收塵（原理）：利用高壓電場(chǎng)使煙氣發(fā)生電離，氣流中的粉塵荷電在電場(chǎng)作用 下與氣流分離。主要是利用靜電能吸引微小顆粒的性質(zhì)，吸收尾氣中的粉塵。鋁精煉中的除氣：由于鋁液的性質(zhì)比較活潑，因此需要通氯氣或加入其它一些精煉劑（Na3AIF6）精煉鋁液，以達(dá)到除去鋁液中氫氣的目的。由于溶于合金液中的氫氣擴(kuò)散到鼓入氣體的

3、小氣泡中，而發(fā)生脫氣作用。同時(shí)也脫除氧化物和其他不容雜質(zhì)。最終氣體吸附在固體雜物上，隨后就上浮到熔體表面。精煉的氣體要預(yù)先脫除氧和水分。用氯氣精煉效果最好，但因有劇毒不樂(lè)于采用。再生金屬冶金或二次冶金：利用廢棄的金屬材料進(jìn)行熔煉提取純金屬。浮選分離：礦物顆粒自身表面具有疏水性或經(jīng)浮選藥劑作用產(chǎn)生或增強(qiáng)疏水性。疏水就是親油和親氣體，可在液，氣或水一油的界面發(fā)生聚集。經(jīng)過(guò)一系列工藝處理后的金礦粒雖然密度大卻能與氣泡和浮選劑親合而被浮于浮選機(jī)的礦液表面，將作為泡沫產(chǎn)品回收。煉鋼LF精煉爐（原理）：這是一種鋼水的精煉手段和裝置，可以把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽灾?提供能量，可以吹氬，可以使用合成渣對(duì)鋼液進(jìn)行渣

4、洗，可以營(yíng)造還原性冶煉氣氛，故此LF能夠調(diào)節(jié)鋼水溫度、減少夾雜物、實(shí)現(xiàn)脫硫、進(jìn)行合金化等功能。鑄造鋁合金：可用金屬鑄造成形工藝直接獲得零件的鋁合金，鋁合金鑄件。該類合金的合金元素含量一般多于相應(yīng)的變形鋁合金的含量。紫銅、黃銅和白銅：純銅是玫瑰紅色金屬， 表面形成氧化銅膜后呈紫色，故工業(yè)純銅常稱紫銅或電解銅。黃銅：黃銅是銅與鋅的合金。 白銅：以鎳為主要添加元素的銅基合金呈銀白色， 稱為白銅。二、簡(jiǎn)答題與原生礦（一次資源）相比，再生金屬?gòu)U料（二次資源）的特點(diǎn)有哪些，它們對(duì)冶金工藝 有哪些影響？舉例。以鋼鐵冶金為例，來(lái)說(shuō)明二者的區(qū)別：原料特點(diǎn)：鐵的一次資源主要是氧化礦，金屬主要以化合物的形式存在，主

5、要雜質(zhì)是 脈石，冶煉時(shí)主要是對(duì)礦物進(jìn)行富集，提高礦石品味；廢舊金屬（二次資源）主要以單質(zhì)為 主，還含有少了的氧化物， 其中的雜質(zhì)是其他的合金元素，冶煉時(shí)主要是需要對(duì)廢金屬進(jìn)行分類，以適合后續(xù)的冶煉。（這是關(guān)鍵點(diǎn)，然后據(jù)此介紹工藝的區(qū)別。）工藝特點(diǎn)：以礦石為原料的冶煉首先要進(jìn)行采礦、富集和燒結(jié)，且還要經(jīng)過(guò)高爐冶煉、 轉(zhuǎn)爐脫碳，因此能耗較大，工藝流程較長(zhǎng)。以廢鋼為原料冶煉，生產(chǎn)工藝流程短，可直接用 電爐進(jìn)行冶煉；大量減少礦石的開(kāi)采和碳的使用，減少二氧化碳的排放，保護(hù)資源，節(jié)約能源，利用電能加熱熔化原料，電爐溫度較易控制，減少投資，降低生產(chǎn)費(fèi)用，但電能消耗較 多，減少環(huán)境污染，具有明顯環(huán)境、生態(tài)效益

6、。影響：冶金工藝或冶金設(shè)備不同。試根據(jù)再生金屬冶金的特點(diǎn)，討論再生金屬原料預(yù)處理的意義，并舉例說(shuō)明其預(yù)處理的方 法有哪些？特點(diǎn)：再生金屬冶金主要是利用廢舊金屬進(jìn)行冶煉，主要是將需要的金屬?gòu)膹U舊金屬合金中提取出來(lái)。意義：預(yù)處理按等級(jí)分開(kāi)沒(méi)有被金屬和非金屬雜質(zhì)污染了的廢料?？梢陨a(chǎn)純金屬和高質(zhì)量的合金，提高廢料的質(zhì)量，以便利用簡(jiǎn)單的重熔與精煉來(lái)達(dá)到目的。并且能夠使廢料達(dá)到規(guī)定的外形尺寸和重量標(biāo)準(zhǔn)；將有色金屬與鋼鐵分離；去除非金屬夾雜物、水分、油漬等； 對(duì)廢金屬進(jìn)行精細(xì)和高質(zhì)量的準(zhǔn)備，使其適用于冶金工序，可以使金屬的損失降低到最低程度，使燃料、電力、溶劑的單位消耗降低，使冶金設(shè)備和運(yùn)輸工具得到有效的

7、利用，并使勞 動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的合格率得到提高。再生有色金屬原料的預(yù)處理包括：廢料分揀、廢件解體、電磁分選，或重、浮選。舉例說(shuō)明，銅的再生冶煉工藝中有哪些是屬于火法冶金，有哪些屬于濕法冶金，它們的冶 金過(guò)程動(dòng)力學(xué)有哪些特點(diǎn)？火法冶金：一段法：將分類過(guò)的黃雜銅或紫雜銅直接加入反射爐精煉成陽(yáng)極銅。二段法：雜銅先經(jīng)鼓風(fēng)爐還原熔煉得到金屬銅，然后將金屬銅在反射爐內(nèi)精煉成陽(yáng)極銅；或雜銅先經(jīng)轉(zhuǎn)爐吹煉成粗銅，再在反射爐內(nèi)精煉成陽(yáng)極銅。三段法：雜銅先經(jīng)鼓風(fēng)爐還原熔煉成黑銅，黑銅在轉(zhuǎn)爐內(nèi)吹煉成次粗銅，次粗銅再在反射爐中精煉成陽(yáng)極銅?；鸱ㄒ苯饎?dòng)力學(xué)特點(diǎn)： 大多數(shù)冶金反應(yīng)都是在高溫下進(jìn)行，反應(yīng)速率非?？?，以接近平衡的

8、狀態(tài)的方式進(jìn)行，同時(shí)有吹氣攪拌、鼓風(fēng)、富氧等強(qiáng)化冶煉的手段促使冶金反應(yīng)的進(jìn)行。濕法冶金：1化學(xué)溶解法：含銅廢料預(yù)先處理成塊狀、粒狀或粉妝，增大接觸面積，提高 反應(yīng)速度，在渦輪充氣或機(jī)械攪拌設(shè)備中溶解，加快溶解速度。浸出時(shí)用蒸汽間接或直接加熱溶液提高溫度。2、電化學(xué)溶解（直接電解法）：廢銅料一般先處理成碎料；廢銅料作陽(yáng)極加到陽(yáng)極框內(nèi)壓實(shí) 可改善導(dǎo)電能力；廢銅料的成分，電解過(guò)程的電流、電壓、溫度、電解液成分都會(huì)影響銅的 溶解；電解液粘度增加將不利于銅離子的擴(kuò)散。濕法冶金動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：反應(yīng)溫度相比于火法很低，化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的速率較慢，很多反應(yīng)進(jìn)行 得不徹底。請(qǐng)畫出常見(jiàn)的煉鋼轉(zhuǎn)爐（頂?shù)讖?fù)吹）和煉鋼電弧爐（

9、底部出鋼）的結(jié)構(gòu)示意圖，并對(duì)比二 者在冶煉熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件上的異同點(diǎn)，結(jié)合這些異同點(diǎn)說(shuō)明兩種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)構(gòu)示意圖：walerCPPlB97%）在處理合金、銀等金屬的再生鉛原料和硫化鉛礦粉時(shí)，可綜合回收金、銀等貴重金屬，且粗鉛質(zhì)量高（Pb98%）鉛+貴金屬99%。銅廢料鼓風(fēng)爐熔煉的基本原理，重點(diǎn)討論鼓風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)、溫度區(qū)間、冶煉反應(yīng)和造渣劑， 并對(duì)該工藝的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行討論。鼓風(fēng)爐主要由爐基，小車，爐缸，風(fēng)口水套組成。廢雜銅在鼓風(fēng)爐進(jìn)行的是還原熔煉，熔煉時(shí)加入爐料量的1015%焦炭，焦炭燃燒，不僅供熱，而且形成還原性氣氛，從而使CU20還原。鼓風(fēng)爐內(nèi)從爐頂?shù)綘t底分五個(gè)區(qū)段。第一段，預(yù)備區(qū)，位于爐

10、子上部，溫度區(qū)間為400C -600 C。使料中水分蒸發(fā)、熔料熔化，同時(shí)還使處于上部的鋅蒸汽和CO作用，產(chǎn)生大量熱：2Zn （氣）+O2=2Z nO+Q2CO+O2=2CO2因此，出爐廢氣溫度可達(dá)650800 C,第二區(qū)域爐溫約 6001000 C,在此區(qū)域發(fā)生碳酸鈣分解，黃銅熔化，銅鋅合金中部分 鋅蒸發(fā)，爐料中的氧化物開(kāi)始還原，還原劑主要為CO。包括銅氧化物的還原，鉛氧化物的還原，錫氧化物還原，氧化鋅的還原，反應(yīng)為：CaCO3=CaO+CO 2 f, Cu2O+CO=2Cu+CO 2SnO2+CO=SnO+CO 2 f, SnO+CO=Sn+CO 2 fCuO+CO=Cu+CO 2 , 2C

11、uO+CO=Cu 2O+CO2PbO+CO=Pb+CO 2ZnO難還原，但有鐵存在時(shí)，鐵可使 ZnO還原：ZnO +Fe=Zn+FeO。第三區(qū)域溫度為 10001300 C,有色金屬還原結(jié)束，爐料熔化，并生成黑銅和爐渣。 鋅及其它易揮發(fā)組分（如PbO、 SnO ）繼續(xù)轉(zhuǎn)入氣相。造渣反應(yīng)有：Fe3O4+CO=3FeO+CO 22FeO+SiO2=2FeO*SiO 2xCaO+ySiO 2=xCaO*ySiO 2第四區(qū)域?yàn)榻裹c(diǎn)區(qū)（風(fēng)口附近）。爐溫13001400 C,風(fēng)口區(qū)附近充滿了赤熱的焦炭， 液態(tài)的熔煉產(chǎn)物經(jīng)熾熱的焦炭層濾下進(jìn)入爐缸中，焦炭則與空氣生成 CO2,過(guò)剩的焦炭又將CO2還原成CO,

12、其反應(yīng)為：C+O2=CO2CO2+C=2CO第五區(qū)（爐缸）溫度為 12001250 C,熔體在此沉渣分離，并繼續(xù)調(diào)整其成分，添加一 定量的石灰石，造堿性較高的爐渣，即高鈣渣，對(duì)提高銅的回收率、降低渣含銅有利。燒結(jié)一鼓風(fēng)爐熔煉法使用時(shí)間久遠(yuǎn)、技術(shù)成熟可靠、生產(chǎn)穩(wěn)定、建設(shè)投資少、回收率高、熱效率高。近年來(lái)又對(duì)鼓風(fēng)燒結(jié)機(jī)和燒結(jié)操作制度作了許多改進(jìn)，如燒結(jié)機(jī)采用剛性滑道，以減少漏風(fēng)；采用返煙燒結(jié)提高SO2濃度一非穩(wěn)態(tài)制酸等。但就整體工藝而言，在環(huán)保要求日益嚴(yán)格的現(xiàn)狀下，燒結(jié)一鼓風(fēng)爐熔煉法仍存在一些較難繼續(xù)接受的缺點(diǎn)：（1） 無(wú)論怎樣改進(jìn)，燒結(jié)煙氣SO2濃度依舊偏低，難以達(dá)到常規(guī)制酸工藝的要求；（2）

13、無(wú)論采用何種燒結(jié)方式，燒結(jié)塊依然含有2%3%的殘硫，鼓風(fēng)爐煙氣的 SO2濃度通 常高達(dá)4g/m3，難以經(jīng)濟(jì)治理，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重；(3) 燒結(jié)返料量大(80%),設(shè)備龐大，隨煙氣逸散的粉塵量大，這是導(dǎo)致鉛污染事件時(shí) 有發(fā)生的主要原因；(4) 燒結(jié)過(guò)程中大量氧化反應(yīng)熱不能得到回收利用，而燒結(jié)塊冷卻后在鼓風(fēng)爐熔煉又要消 耗大量的冶金焦，能耗高；(5) 操作環(huán)境差、勞動(dòng)、工業(yè)衛(wèi)生條件差、對(duì)職工身體健康有較大危害舉例說(shuō)明常見(jiàn)的三種鋼水精煉手段，并介紹其功能和原理。1渣洗：獲得純凈鋼液并能適當(dāng)進(jìn)行脫氧、脫硫和去除夾雜物的最簡(jiǎn)便的精煉手段。將事 先配合的合成渣(在專門煉渣爐中熔煉)倒入鋼包內(nèi)，借出鋼時(shí)鋼流的

14、沖擊作用，是鋼液與合成渣充分混合，從而完成脫氧、脫硫和去除夾雜等精煉任務(wù)。電弧爐冶煉時(shí)的鋼渣混出， 稱銅爐渣洗，也是利用了渣洗原理。2、真空：將鋼液置于真空室內(nèi)，由于真空作用使反應(yīng)向生成氣相方向移動(dòng)，達(dá)到脫氣、脫 氧、脫碳等目的。真空室爐外精煉中廣泛應(yīng)用的一種。3、攪拌：通過(guò)攪拌擴(kuò)大反應(yīng)界面，加速反應(yīng)物質(zhì)的傳遞過(guò)程，提高反應(yīng)速度。攪拌方法有 吹氣攪拌和電磁攪拌。4、加熱：調(diào)節(jié)鋼液溫度的一項(xiàng)重要手段，是煉鋼與連鑄更好的銜接。加熱方法有電弧加熱 和化學(xué)加熱法。5、噴吹：用氣體作載體將反應(yīng)劑加入金屬液內(nèi)的一種手段。噴吹的冶金功能取決于精煉劑 的種類，它能完成不同程度的脫硫、脫氧、合金化和控制夾雜物形

15、態(tài)等精煉任務(wù)。請(qǐng)介紹再生鋁合金脫除非金屬雜質(zhì)的精煉手段的工藝流程和原理。再生鋁精煉用于去除非金屬雜質(zhì)方法有過(guò)濾、通氣精煉、鹽類精煉、真空精煉。過(guò)濾：將鋁合金熔體通過(guò)活性或惰性過(guò)濾材料以除去雜質(zhì)。熔體通過(guò)活性過(guò)濾器時(shí)，固體夾雜顆粒與過(guò)濾器發(fā)生吸附作用而被阻擋除去；通過(guò)惰性過(guò)濾器時(shí)則是靠機(jī)械阻擋作用除去雜質(zhì)。通氣精煉：精煉時(shí)向爐渣中通入氯、氮、氫氣，當(dāng)通入的氣體呈分散狀鼓入熔體時(shí)，原溶于合金液中的氫氣擴(kuò)散到鼓入氣體的小氣泡中而發(fā)生脫氣作用。同時(shí)，鼓入的氣體也會(huì)吸附在固體夾雜物上，隨后帶著固體夾雜物上浮到熔體表面，從而脫除固體夾雜物。鹽類精煉：該法是用鹽類熔劑處理合金熔體以脫除熔體中氣體和非金屬夾雜

16、物。常用鹽類有冰晶石及各種金屬鹵化物。它們作為熔劑進(jìn)人鋁熔體后，生成鹵化鋁氣體逸出。真空精煉法：該法是在 400500 Pa真空下，鋁熔體脫氣 20 min，使鋁熔體脫除氫氣。 請(qǐng)介紹再生有色金屬冶煉過(guò)程中廢水凈化的常用方法，原理和適用對(duì)象。重金屬污水處理可分為兩大類：第一類：把污水稱溶解態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苄缘闹亟饘倩衔?，?jīng)沉淀和附上法從污水中除去。具體方法有中和法、 硫化法、還原法、氧化法、離子交換法、離子上浮法、活性炭法、 鐵氧體法、電解法和隔膜電解法等。第二類：將污水中的重金屬在不改變其化學(xué)形態(tài)下，進(jìn)行濃縮和分離，具體方法有反滲透法、電滲析法、蒸發(fā)濃縮法等。目前再生有色金屬冶煉廢水處

17、理則以中和法、硫化法為主。下面介紹常用的的兩種有色金屬冶煉污處理方法： 氫氧化物沉淀法：原理：向污水中投加堿性中和劑（石灰、碳酸鈉、鎂磚、強(qiáng)堿性廢料等），使與重金屬離子生成難溶的金屬氫氧化物沉淀，分離。適用對(duì)象：適用于含重金屬離子外還含有砷、氟、磷等的廢水。硫化物沉淀法：原理：向污水中加入硫化鈉或硫化氫等硫化劑，使重金屬離子與硫離子反應(yīng)， 生成難溶的金屬硫化物沉淀，予以分離出去。適用對(duì)象：由于重金屬離子與硫離子（S2-）有很強(qiáng)的親和力，能生成溶度積小的硫化物。因此，用硫化物沉淀法除去污水中的溶解性的重金屬離子是一種有效的處理方法。三、論述題請(qǐng)從冶金工業(yè)發(fā)展的要求和我國(guó)目前冶金資源的特點(diǎn)出發(fā)，論

18、述再生金屬冶金產(chǎn)業(yè)的重要 性、產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，并結(jié)合我國(guó)當(dāng)前金屬回收和資源循環(huán)中存在的主要問(wèn)題提出建議。目前，資源浪費(fèi)比較嚴(yán)重，礦產(chǎn)資源利用率較低，礦產(chǎn)資源日益緊缺，礦石品味也越 來(lái)越低，污染嚴(yán)重，工業(yè)發(fā)展與環(huán)境、資源及能源供應(yīng)緊張的矛盾突出。尋求新資源是必然的，而廢金屬?gòu)U物的再利用是很好的途徑，再生金屬冶金既能節(jié)約 資源和能源，又能減少?gòu)U棄物的排放。金屬?gòu)U棄物含金屬品味比礦石更高，冶煉工藝比一次資源要短，可以節(jié)約大量能源的使用，并能降低污染物的排放，同時(shí)又能處理生產(chǎn)生活中產(chǎn) 生的廢棄物，這對(duì)環(huán)境保護(hù)都十分有利。我國(guó)目前資源回收正在加大力度，但是回收成本較高，技術(shù)還不夠先進(jìn)，利潤(rùn)較低， 政府支持力度

19、較小，因此回收行業(yè)目前較國(guó)外落后。（展開(kāi)論述金屬回收和資源循環(huán)中存在的主要問(wèn)題，并提出相應(yīng)的建議）例如：為什么回收成本比較高？人們的觀念上不夠重視，教育和宣傳不夠，沒(méi)有建立 起一個(gè)完整的回收體系， 大多是單打獨(dú)斗，私人的小公司太多，政策的扶持不夠，地方政府不夠重視，還存在一些地方保護(hù)主義， 對(duì)于金屬再生過(guò)程中的環(huán)保抓得不夠嚴(yán)厲，導(dǎo)致很多小個(gè)體違法地進(jìn)行各種金屬的回收。這些導(dǎo)致這個(gè)行業(yè)目前的發(fā)展比較緩慢，相比于西方國(guó)家而言投入的研發(fā)經(jīng)費(fèi)非常少， 技術(shù)裝備落后，相關(guān)企業(yè)的規(guī)模比較小，沒(méi)有足夠的能力建立一個(gè)完整的回收體系，無(wú)法研發(fā)出先進(jìn)的技術(shù)。提出建議：（1）宣傳、教育；（2 ）完善法制，加強(qiáng)環(huán)保方面的管制；（3）加強(qiáng)政府的扶持力度；（4）加大新技術(shù)和新工藝的開(kāi)發(fā)。（產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)：以金屬?gòu)U棄物為原料，生產(chǎn)流程短，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)再利用。建議：完善廢棄物收集途徑和方法，提高冶煉工藝，政府加大對(duì)資源