五種非鋁金屬簡介課件

五種非鋁金屬簡介主講:下面主要介紹鈦、鎳、鉻、鉬、釩五種非鋁金屬的礦石資源、主要用途、常用生產方法等基本知識。一、鈦冶金

（一）鈦礦資源

鈦的資源十分豐富，現已發(fā)現TiO2含量大于1%的鈦礦物有140多種，但現階段具有利用價值的主要是金紅石和鈦鐵礦，其次是白鈦石、銳鈦礦、紅鈦鐵礦。在世界鈦資源中，鈦鐵礦儲量多的國家是加拿大、挪威、南非等，金紅石儲量多的國家是巴西、澳大利亞和印度等。我國的鈦資源儲量也十分豐富，但主要是鈦鐵礦，金紅石礦甚少。在鈦鐵礦儲量中，巖礦占大部分，還有少量砂礦。鈦鐵礦巖礦主要產地是四川、云南和河北；砂礦產地主要有廣東、廣西、海南和云南。金紅石礦主要分布在湖北和山西。一、鈦冶金

（三）鈦的生產目前，工業(yè)上處理鈦鐵礦精礦以制取鈦的化合物和海綿鈦的原則流程如圖1。鈦鐵礦中約含有40-60％TiO2和40-50%鐵的氧化物(FeO+Fe2O3)。對鈦鐵礦的處理主要是除去其中的鐵，工業(yè)上常用的有兩種方法，即用硫酸法除鐵以制取鈦白；或用還原熔煉法除鐵以制取鈦渣。以鈦渣或以金紅石為原料經氯化處理可得粗四氯化鈦。精制后的純四氯化鈦為中間產品，它既可用氣相氧化法制得鈦白，又可用鎂還原法或鈉還原法制取海綿鈦。目前，制取海綿鈦工業(yè)流程可分為下面幾步：一、鈦冶金

（三）鈦的生產

(1)鈦鐵礦的還原熔煉除鐵制取鈦渣；(2)鈦渣氯化得粗四氯化鈦；(3)粗四氯化鈦的精制，除硅、釩、鋁等雜質制得純四氯化鈦；

(4)純四氯化鈦用金屬熱還原法處理，然后經真空蒸餾(或濕法處理)使還原產物中的氯化物與鈦分離獲得海綿鈦。此外，用鋁熱法在電爐中還原鈦鐵礦精礦可制取鈦鐵，其組成為：25-30%Ti、5-8％Al、3-4.5%Si，其余是鐵。圖1現行鈦冶煉工藝原則流程二、鎳冶金

（二）鎳的應用鎳在工業(yè)上的具體用途可分為六類：

1)作金屬材料，包括制造不銹鋼、耐熱合金鋼及各種合金等3000多種，占鎳總消費量70％以上；2)用作鍍鎳，其量約占鎳的總消費量15％；3)作催化劑，主要應用于石油化工的氫化等過程；4)主要用作化學電源，如工業(yè)上已生產的Cd-Ni、Fe-Ni、Zn-Ni等電池和H2-Ni密封電池；5)制作顏料和染料，其最重要的是制作一種由鈦酸鎳為主要組成的黃橙色顏料；6)制作陶瓷及鐵素體，如陶瓷上常用NiO作著色劑，鐵素體是一種較新的陶瓷材料，主要用于高頻電器設備。二、鎳冶金

（三）鎳的生產由于資源特征、產品銷售形態(tài)、能源等原因，造成鎳的冶煉方法多樣化，現行的鎳冶煉工業(yè)生產方法如圖2。這些冶煉方法中，火法造锍熔煉歷來是，現在也是最主要的生產方法。上世紀70年代以前，世界上總鎳產量的70％是用該法生產的；70年代以后，由于許多鎳鐵冶煉廠投產，造锍熔煉產鎳比率有所下降。硫化礦造锍熔煉的工藝主要有鼓風爐、反射爐、電爐熔煉，閃速熔煉以及氧氣頂吹熔煉、熔池熔煉。從降低能耗、提高硫實收率、防止污染出發(fā)，新建或改建處理硫化鎳礦的冶煉廠宜采用閃速熔煉或富氧熔煉，今后電爐熔煉仍然是重要的生產方法，二、鎳冶金

（三）鎳的生產由于高鎳锍除含鎳和硫以外，還合有相當數量的銅，并富集了原料中的鉑族金屬和金等貴金屬及鈷，因此高鎳锍的分離和精煉歷來是鎳冶煉工藝中的關鍵問題。由于氧化鎳礦日益成為提鎳的重要原料，上世紀70年代以來，新建的處理氧化鎳礦的工廠所采用的工藝雖然是百花齊放，但從原料性質、能源消耗和產品銷售形式等考慮，電爐熔煉鎳鐵具有領先地位。用硅酸鹽型氧化鎳礦熔煉鎳鐵，熔煉可以在鼓風爐、回轉窯或電爐中進行，但以電爐用得最多。電爐的優(yōu)點是能達到高溫，爐內條件易于控制，熔煉產生的廢氣量少，收塵設備投資省。三、鉻冶金

（一）鉻礦資源

自然界已發(fā)現的含鉻礦石有鉻鐵礦、鉻綠泥石、鉻石榴石、鉻云母、鉻透輝石、鉻金紅石等30多種，其中具有工業(yè)利用價值的為鉻鐵礦。鉻鐵礦按用途分為三種級別，冶金級含Cr2O3＞46％，Cr：Fe比值大于2；化工級含Cr2O340-46％，Cr：Fe比值為1.5-2，SiO2小于3.5％；耐火材料級Al2O3+Cr2O3＞60％、Cr2O330％-40％，Cr：Fe比值為2-2.5。鉻鐵礦的物理性質與化學組成有關，高鐵鉻鐵礦與磁鐵礦性質相似，硬度高，磁性中至強，呈黑色金屬光澤，薄片不透明，具有棕黑色至黑色條紋。高鋁鉻鐵礦為黑色、呈亞金屬至瀝青光澤，帶有淡棕色至綠棕色條紋，薄片具咖啡色，硬度很高、無磁性。三、鉻冶金

（二）鉻的應用鉻鹽在國民經濟各部門中用途極廣，主要用于電鍍、鞣革、印染、醫(yī)藥、顏料、催化劑、有機合成氧化劑、火柴及金屬緩蝕等方面。鉻鹽行業(yè)的產品品種以重鉻酸鈉和鉻酸酐為主，同時還生產少量的重鉻酸鉀、氧化鉻綠、堿式硫酸鉻及部分含鉻顏料產品。金屬鉻用于生產高溫合金、電熱合金、精密合金等，其合金用于航空、宇航、電器及儀表等工業(yè)部門，另外在鑄鐵生產中也得到了廣泛應用。三、鉻冶金

（三）重鉻酸鈉的生產重鉻酸鈉為鉻鹽的母體產品，大部分用于制造其他鉻鹽產品。商品重鉻酸鈉僅占總產量的25％-30％。生產原則工藝為鉻鐵礦有鈣氧化焙燒-硫酸酸化法。為減少排渣量，焙燒工藝趨向于無鈣焙燒工藝。重鉻酸鈉的生產方法和主要生產設備與燒結法氧化鋁相似，其生產過程包括鉻酸鈉堿性液制備及重鉻酸鈉生產兩部分。鉻酸鈉堿性液的生產過程為：礦石粉碎、爐料配制及混合、鉻鐵礦氧化焙燒、鉻酸鈉熟料浸濾；重鉻酸鈉生產的主要過程為：鉻酸鈉堿性液中和去鋁、镕酸鈉中性液酸化、重镕酸鈉酸性液蒸發(fā)及分離硫酸鈉、重鉻酸鈉結晶及脫水。重鉻酸鈉的簡單生產工藝見圖3。三、鉻冶金

（四）金屬鉻的生產金屬鉻的制取方法有兩種：鋁熱法和電解法。除此之外，還有電硅熱法、電鋁熱法和氧化鉻真空碳還原法。具有延展性的金屬鉻必須用電解法制得。我國主要采用鋁熱法制取金屬鉻，該法用鋁還原三氧化二鉻。其主要反應為：Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3氧化鉻原料中要求含Cr2O3

≥94％，S≤0.01%，SiO2

≤0．60％，Fe2O3＜0．20％，粒度小于3mm。鋁則制成鋁粒后使用，一般采用噴霧法，即將鋁錠加熱熔化后，用壓縮空氣加壓，從熔鋁鍋經噴嘴噴出時，由霧化器用壓縮空氣將鋁流擊碎而得，可通過調整噴出壓力或改換霧化器，得到所要求粒度的鋁粒。四、鉬冶金

（一）鉬礦資源鉬是分布量很少的一種元素，我國的鉬儲量為世界的第二位。已知的鉬礦約有20余種，這些鉬礦中具有工業(yè)價值的礦石只有四種，這四種鉬礦是輝鉬礦、鉬酸鈣礦、鉬酸鐵礦和鉬酸鉛礦，其中又以輝鉬礦的工業(yè)價值為最高，分布最廣，約有99％的鉬呈輝鉬礦存在，它占世界開采量的90％以上。工業(yè)生產用的輝鉬精礦是從含千分之幾的礦石中經破碎、浮選得來的，原礦通過這樣的處理可獲得含二硫化鉬85％-90％的精礦。為了節(jié)約鉬的資源，充分利用鉬的二次資源是很必要的，二次鉬資源種類繁多，如從低品位鉬礦物原料或其他副產品、廢舊含鉬催化劑、廢鉬基合金等回收鉬。四、鉬冶金

（二）鉬的應用鉬主要用于鋼鐵工業(yè)，用作鋼的添加劑，作為鋼鐵行業(yè)用的添加劑有金屬鉬條、鉬鐵和鉬酸鈣；鉬合金頂頭是穿刺不銹鋼管的重要工具，添加鉬的模具可用于加工銅、鋁的型材；鉬的熔化溫度很高，廣泛的應用于電光源和電真空行業(yè)；機械零件上噴鍍一層鉬后，可增強它的耐磨性；用于火箭、導彈部件，如噴嘴、發(fā)動機的燃氣輪片、沖壓發(fā)動機噴管、火焰導向器及燃燒室等。此外，鉬具有熱中子捕獲截面較小，有持久強度，對核燃料的穩(wěn)定性能和抵抗液體金屬的腐蝕等特性，故用作核反應堆的結構材料，如隔熱屏等。此外，由于鉬酸鹽容易被還原生成鉬藍，所以鉬的化合物可以作絲、毛、棉織物及毛皮的染料。四、鉬冶金

（三）氧化鉬的生產當浸出液中含有—些不能生成硫化物沉淀的鉀、鈉和有機物雜質時，就得用活件炭吸附的辦法加以凈化；將凈化后的鉬酸銨溶液加熱蒸發(fā)，使氨氣揮發(fā)，并增加溶液合鉬濃度；用鹽酸中和鉬酸銨溶液，使之生成多鉬酸銨結晶從溶液中沉淀析出，與溶解于母液中的雜質分離；再將多鉬酸銨溶于氨溶液，制成正鉬酸銨溶液，然后蒸發(fā)濃縮，使氨揮發(fā)，鉬呈仲鉬酸銨析出，與溶解在結晶母液中的雜質進一步分離；仲鉬酸銨在450-500℃的溫度下進行焙燒分解，析出其中的氨氣和水，即得到三氧化鉬，此過程又稱為焙解，主要的煅燒設備是回轉管爐和四管爐。圖4氧化鉬的簡單生產工藝石灰輝鉬精礦焙燒氨浸出氨溶劑萃取洗滌鉬酸銨溶液凈化過濾硫化胺活性碳酸沉仲鉬酸銨凈化渣焙砂過濾冷卻鉬酸銨溶液濃縮鹽酸多鉬酸銨溶解蒸發(fā)結晶氨水水焙解三氧化鉬五、釩冶金

（一）釩礦資源目前發(fā)現的含礬礦物達65種，但只有幾種礦物具有經濟價值。這些礦物按合量可以分為兩類：一類是含釩品位高的礦物，如綠硫釩礦、釩鉛礦、釩鉛鋅礦、釩銅鉛礦等，這類礦物含五氧化二釩達20％左右，但是這類礦物僅在少數國家存在，其蘊藏量不大。另一類是含釩品位很低的礦物，如釩鈦磁鐵礦、合釩磁鐵礦、含釩鋁土礦及含釩磷酸鹽礦等，這類礦物中含五氧化二釩約在0.1-2％之間，其中釩鈦磁鐵礦的蘊藏量特別大，是目前世界上提釩的土要礦物，可以回收利用其中的釩、鐵與鈦。我國的釩鈦磁鐵礦儲量很大，攀枝花地區(qū)是我國最大的釩基地，其次還有河北承德、安徽馬鞍山等。五、釩冶金

（三）五氧化二釩的生產將釩鈦鐵磁礦與食鹽、芒硝（純堿）按一定比例配料并磨細，在1150℃的高溫下，燒結磨細的物料，形成疏松多孔的燒結料；經過粗碎的燒結料，用濕磨磨細浸出，溫度80-90℃，然后溶出液進行沉降過濾