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1、材料工程基础第八章有色金属冶金材料工程基础第八章有色金属冶金本讲稿第一页，共四十九页第一节第一节 有色金属冶金概述有色金属冶金概述第八章第八章 有色金属冶金有色金属冶金本讲稿第二页，共四十九页 有色金属有色金属:在元素周期表在元素周期表中的中的8080种金属元素中种金属元素中:除除FeFe、MnMn、CrCr和和SbSb、PmPm、FrFr及十种超铀及十种超铀元素外的元素外的6464种元素都列为有色金种元素都列为有色金属。属。本讲稿第三页，共四十九页近几年来我国近几年来我国1010种常用有色金属产量（单位：万吨）种常用有色金属产量（单位：万吨）铜铜 铝铝 铅铅 锌锌 镍镍 锡锡 锑锑 镁镁 海
2、绵钛海绵钛 汞汞2002年产量年产量 158 436 129 211 5 7 12 23 3648t 495t2003年产量年产量 177 556 158 229 6.5 10 10 34 4118t 610t2004年产量年产量 206 684 181 252 7.54 11.7 12.5 42.6 4694t 424t2005年产量年产量 258 780 238 271 9.53 11.9 14.6 47 9274t 361t 20022002年年，中中国国有有色色金金属属产产量量为为10121012万万吨吨，第第一一次次超超过过美美国国，成成为为世世界界有有色色金金属属第第一一生生产产大
3、大国国。20032003年年达达到到11821182万万吨吨，第第二二次次居居世世界界第第一一位位。20042004年年达达到到13981398万万吨吨，第第三次居世界第一位，三次居世界第一位，20052005年达到年达到1631.81631.8万吨，连续四年居世界第一位。万吨，连续四年居世界第一位。我国有色冶金工业的发展现状我国有色冶金工业的发展现状本讲稿第四页，共四十九页 在在在在1313种种种种主主主主要要要要金金金金属属属属原原原原料料料料的的的的地地地地区区区区分分分分布布布布前前前前五五五五位位位位排排排排名名名名上上上上，我我我我国国国国除除除除锡锡锡锡（占占占占14.8%14.
4、8%）和和和和钼钼钼钼（占占占占6.0%6.0%）外外外外，其其其其余余余余都都都都榜榜榜榜上无名。上无名。上无名。上无名。问题问题1 1：矿山资源紧缺，形势严峻：矿山资源紧缺，形势严峻本讲稿第五页，共四十九页问题问题2：我国有色金属工业能耗高：我国有色金属工业能耗高中国中国国外国外粗铜综合能耗粗铜综合能耗(标煤标煤)平平均均1.130t/t0.68t/t火法炼铜成本火法炼铜成本1600美元美元/t12001300美元美元/t，炼镍成本炼镍成本6000美元美元/t4500美元美元/t水资源水资源1997年有色金属工业年有色金属工业万元产值耗水为万元产值耗水为309.2t，美国的美国的1993年
5、万元产年万元产值耗水值耗水9t相比，相差相比，相差34倍。倍。有色金属企业的二氧有色金属企业的二氧化硫利用率化硫利用率76左右左右达达96以上以上本讲稿第六页，共四十九页指标名称指标名称19951995年年19991999年年降低的降低的氧化铝综合能耗氧化铝综合能耗(标煤标煤)/Kg)/Kgt t-1-1178317831302130223.923.9氧化铝碱耗氧化铝碱耗/Kg/Kgt t-1-1147147797946.346.3氧化铝成本氧化铝成本/元元t t-1-1158915891347134715.215.2原铝直流电耗原铝直流电耗/kW/kW h h t t-1-114530145
6、3014342143421.31.3铝锭综合交流电耗铝锭综合交流电耗/kW/kW h h t t-1-1166001660015603156036.06.0铝锭成本铝锭成本/元元t t-1-1110651106510503105035.15.1铜精矿成本铜精矿成本/元元t t-1-113847138479557955731.031.0铜冶炼综合能耗铜冶炼综合能耗(标煤标煤)/Kg)/Kgt t-1-111841184115211522.72.7电解铜成本电解铜成本/元元t t-1-11898718987132541325430.230.2铅精矿成本铅精矿成本/元元t t-1-127232723
7、2105210522.722.7电铅成本电铅成本/元元t t-1-1430443043340334022.422.4锌精矿成本锌精矿成本/元元t t-1-1263426342242224214.914.9电锌成本电锌成本/元元t t-1-172847284669866988.18.1本讲稿第七页，共四十九页(1)(1)产品结构不合理。产品结构不合理。到到20002000年底，我国年底，我国1010种有色金属矿山原料年生产能力为种有色金属矿山原料年生产能力为550550万吨，而冶炼能万吨，而冶炼能力达力达900900万吨，矿山建设严重滞后于冶炼万吨，矿山建设严重滞后于冶炼.(2)(2)生产集中度
8、低。生产集中度低。全国共有电解铝厂全国共有电解铝厂116116家，平均规模家，平均规模2.42.4万吨万吨/a/a，超过，超过1010万吨万吨/a/a的企业只有的企业只有8 8家，家，占总能力的占总能力的4040。5050家铜冶炼厂，平均规模仅家铜冶炼厂，平均规模仅2 2万吨万吨/a/a，超过，超过1010万吨的企业只有万吨的企业只有9 9家，占总能力的家，占总能力的5050。770770多家铅锌冶炼厂，平均规模多家铅锌冶炼厂，平均规模0.30.3万吨万吨/a/a，超过，超过5 5万吨万吨/a/a的企业有的企业有1111家，占总家，占总能力的能力的5050。而发达国家铜冶炼和电解铝厂的规模一般
9、都在而发达国家铜冶炼和电解铝厂的规模一般都在2020万吨万吨/a/a以上，铅锌冶炼以上，铅锌冶炼厂规模一般在厂规模一般在1010万吨万吨/a/a以上。以上。问题问题3：产品结构不合理；生产集中度低：产品结构不合理；生产集中度低本讲稿第八页，共四十九页有色金属冶金分类有色金属冶金分类一、全火法流程一、全火法流程二、全湿法流程二、全湿法流程三、火法湿法联合流程三、火法湿法联合流程 “先干后湿先干后湿”的顺序的顺序四、火法湿法两用流程四、火法湿法两用流程从长远看湿法冶金工艺应具有较从长远看湿法冶金工艺应具有较大的发展前景大的发展前景目前大量使用的！目前大量使用的！本讲稿第九页，共四十九页第二节第二节
10、 铜冶金铜冶金 第八章第八章 有色金属冶金有色金属冶金本讲稿第十页，共四十九页 铜在国民经济各部门有着广泛的用途铜在国民经济各部门有着广泛的用途,特别是在电气工业应用更为广泛。特别是在电气工业应用更为广泛。一、铜的用途一、铜的用途部门部门年份年份198019902003电气工业电气工业建筑工业建筑工业运输交通运输交通工业机械和设备工业机械和设备家用及其他家用及其他49.313.7 9.719.3 7.848.216.2 6.620.6 8.42637111511合计合计100100100表表1-4 1-4 铜在各部门应用中所占的百分比（）铜在各部门应用中所占的百分比（）本讲稿第十一页，共四十九
11、页二、二、炼铜原料炼铜原料 目前探明的有储量的矿区目前探明的有储量的矿区915915处，排居前处，排居前5 5位的省（区）依次为：位的省（区）依次为：江西江西 ：1265.591265.59万吨；占全国铜总量的万吨；占全国铜总量的2020 西藏西藏 ：952.49952.49万吨；万吨；占全国铜总量的占全国铜总量的15.115.1 云南云南 ：692.76692.76万吨；万吨；占全国铜总量的占全国铜总量的1111 甘肃甘肃 ：402.55402.55万吨；万吨；占全国铜总量的占全国铜总量的6.46.4 安徽安徽 ：346.14346.14万吨；万吨；占全国铜总量的占全国铜总量的5.55.5我
12、国的铜矿储量及分布：我国的铜矿储量及分布：我国铜品位低，大型铜矿少，可供利用的资源严重不足，难以满足铜工业发展要我国铜品位低，大型铜矿少，可供利用的资源严重不足，难以满足铜工业发展要求。求。20002000年铜精矿进口量达年铜精矿进口量达3131万吨，万吨，20042004年铜矿进口总量为年铜矿进口总量为288288万吨，铜（包万吨，铜（包括阳极铜、精炼铜和铜合金）进口总量为括阳极铜、精炼铜和铜合金）进口总量为138138万吨。万吨。本讲稿第十二页，共四十九页矿物矿物类别类别矿物矿物名称名称化学分子式化学分子式%Cu密度密度gcm-3颜色颜色自然自然矿物矿物自然铜自然铜Cu1008.9红色红色
13、硫化硫化矿物矿物辉铜矿辉铜矿铜蓝铜蓝黄铜矿黄铜矿斑铜矿斑铜矿硫砷铜矿硫砷铜矿黝铜矿黝铜矿Cu2SCuSCuFeS2Cu4FeS4Cu3AsS4（Cu,Fe)12Sb4S1379.866.734.663.549.025.05.5-5.84.6-4.74.1-4.35.064.454.6-5.1灰黑色灰黑色红蓝色红蓝色黄色黄色红蓝色红蓝色灰黑色灰黑色灰黑色灰黑色铜的主要矿物铜的主要矿物本讲稿第十三页，共四十九页氧化氧化矿物矿物赤铜矿赤铜矿黑铜矿黑铜矿孔雀石孔雀石蓝铜矿蓝铜矿硅孔雀石硅孔雀石胆矾胆矾CuCu2 2O OCuOCuOCuCOCuCO3 3Cu(OH)Cu(OH)2 22CuCO2CuC
14、O3 3Cu(OH)Cu(OH)2 2CuSiOCuSiO3 32H2H2 2O OCuSOCuSO4 45H5H2 2O O88.888.879.979.957.557.568.268.236.236.225.525.57.147.145.8-6.15.8-6.14.054.053.773.772.0-2.22.0-2.22.292.29红色红色灰黑色灰黑色亮绿色亮绿色亮蓝色亮蓝色蓝绿色蓝绿色蓝色蓝色 铜铜矿矿物物可可分分为为自自然然铜铜、硫硫化化矿矿和和氧氧化化矿矿三三种种类类型型。自自然然铜铜在在自自然然界界中中很很少少，主主要要是是硫硫化化矿矿和和氧氧化化矿矿。硫硫化化矿矿分分布布最最
15、广，是当今炼铜的主要原料。广，是当今炼铜的主要原料。蓝蓝铜铜矿矿本讲稿第十四页，共四十九页 铜的生产方法：铜的生产方法：1 1）火法冶炼）火法冶炼 2 2）湿法冶炼。）湿法冶炼。火法炼铜是当今生产铜的主要方法，世界上火法炼铜是当今生产铜的主要方法，世界上8080左右的铜是用火法炼铜方法生产的。左右的铜是用火法炼铜方法生产的。三、三、铜的生产方法铜的生产方法本讲稿第十五页，共四十九页火法生产铜的流程图火法生产铜的流程图干燥干燥密闭鼓风炉密闭鼓风炉干燥干燥电炉电炉干燥干燥反射炉反射炉硫化铜精矿硫化铜精矿干燥干燥闪速炉闪速炉干燥干燥熔池熔炼炉熔池熔炼炉连续炼铜炉连续炼铜炉冰铜冰铜转炉或连续吹炼炉转炉
16、或连续吹炼炉粗铜粗铜火法精炼炉火法精炼炉阳极铜阳极铜电解精炼电解精炼电铜电铜(99.95%-99.99%Cu)(99.95%-99.99%Cu)(99.5%Cu)(99.5%Cu)(98.5%Cu)(98.5%Cu)(30-55%Cu)(30-55%Cu)(10-30%Cu)(10-30%Cu)冰铜熔炼造锍冰铜吹炼火法精炼电解精炼矿石处理本讲稿第十六页，共四十九页（一）造锍（冰铜熔炼）（一）造锍（冰铜熔炼）目的：目的：将铜矿炼成将铜矿炼成铜、铁、硫为主的熔体铜、铁、硫为主的熔体。主要过程：硫化物精矿主要过程：硫化物精矿冰铜。冰铜。四、四、铜的火法冶炼工艺铜的火法冶炼工艺 冰铜是在熔炼过程中产生
17、的重金属硫化物为主的共熔体，是熔炼过程冰铜是在熔炼过程中产生的重金属硫化物为主的共熔体，是熔炼过程的主要产物之一，是以的主要产物之一，是以CuCu2 2S-FeSS-FeS系为主并溶解少量其它金属硫化物（如系为主并溶解少量其它金属硫化物（如NiNi3 3S S2 2、CoCo3 3S S2 2、PbSPbS、ZnSZnS等）、贵金属（等）、贵金属（AuAu、AgAg）、铂族金属、）、铂族金属、SeSe、TeTe、AsAs、SbSb、BiBi等元素及微量脉石成分的多元系混合物。等元素及微量脉石成分的多元系混合物。注意：液态冰铜遇水爆炸！注意：液态冰铜遇水爆炸！本讲稿第十七页，共四十九页 炉炉料料
18、和和燃燃料料从从炉炉子子上上部部加加料料斗斗分分批批加加入入，空空气气或或富富氧氧空空气气从从炉炉子子下下部部两两侧侧风风口口鼓鼓入入。产产出出的的熔熔体体进进入入本本床床，通通过过咽咽喉喉口口流流入入设设于于炉炉外外的的前前床床内内进进行行冰冰铜铜与与炉炉渣渣的的澄澄清清分分离离。炉炉气气和和炉炉料料呈呈逆逆流流运运动动，所所以以热热交交换换好好，热热的的直直接接利利用用率率高高达达7070以以上上。焦焦点点区区的的温温度度可可达达1573K1573K以以上上，其其值值取取决决于于炉炉渣的熔点。渣的熔点。密闭鼓风炉熔炼密闭鼓风炉熔炼本讲稿第十八页，共四十九页氧气喷撒熔炼炉示意图氧气喷撒熔炼炉
19、示意图本讲稿第十九页，共四十九页炉渣的产生及对炉渣的要求炉渣的产生及对炉渣的要求 炉炉渣渣的的产产生生：在在冰冰铜铜熔熔炼炼过过程程中中炉炉料料中中的的脉脉石石主主要要是是石石英英石石、石石灰灰石石等等与与物物料料氧氧化化后后产产生生的的FeOFeO等等进进行行反反应应，形形成成复复杂杂的的铁铁硅硅酸酸盐盐炉炉渣渣。一一般般冰冰铜铜熔熔炼炼所所产产炉炉渣渣量大约为炉料的量大约为炉料的5050100100。熔炼过程中对炉渣有以下基本要求：熔炼过程中对炉渣有以下基本要求：1 1）要与冰铜互不相溶；）要与冰铜互不相溶；2 2）对）对CuCu2 2S S的溶解度要低；的溶解度要低；3 3）要有良好的流
20、动性（通过添加）要有良好的流动性（通过添加NaNa离子等降低黏度）；离子等降低黏度）；4 4）低的密度（冰铜比重：）低的密度（冰铜比重：4.44.44.74.7，炉渣：，炉渣：3 33.73.7）本讲稿第二十页，共四十九页（二）冰铜的吹炼（二）冰铜的吹炼目的：目的：将氧化除去冰铜中的铁、硫，以及一部分杂质。将氧化除去冰铜中的铁、硫，以及一部分杂质。主要过程：冰铜主要过程：冰铜 白冰铜白冰铜粗铜粗铜 冰铜熔炼分为两个阶段：冰铜熔炼分为两个阶段：1）造渣期）造渣期（除铁）（除铁）2FeS+3O2=2FeO+2SO2 2FeO+SiO2=2FeO.SiO22）造粗铜期）造粗铜期（除硫）（除硫）Cu2
21、S+3/2O2=Cu2O+SO2 Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2冰铜冰铜 白冰铜白冰铜白冰铜白冰铜粗铜粗铜 成分接近成分接近CuCu2 2S S的熔体的熔体FeFe的亲氧性的亲氧性比比CuCu大大加入石英溶剂，加入石英溶剂，并间断地排放并间断地排放炉渣炉渣本讲稿第二十一页，共四十九页（三）粗铜的火法精炼（三）粗铜的火法精炼 粗铜含有各种杂质和金银等贵金属，其含量为粗铜含有各种杂质和金银等贵金属，其含量为0.25-2%0.25-2%。火火法法精精炼炼的的目目的的：是是将将粗粗铜铜中中的的这这些些杂杂质质尽尽量量除除去去，为为下下一一步步的的电电解解精精炼炼提提供供合合格格的的铜铜阳极板。阳
22、极板。每每一一精精炼炼周周期期包包括括：装装料料、熔熔化化、氧氧化化、还还原原和和浇浇铸铸五五个个工工段段，其其中中氧氧化化和和还原工段是最关键工段还原工段是最关键工段。氧化过程氧化过程铜中有害杂质的除去铜中有害杂质的除去 还原过程还原过程铜中氧的排除铜中氧的排除本讲稿第二十二页，共四十九页1）氧化过程）氧化过程 氧化精炼的基本原理：氧化精炼的基本原理：铜中多数杂质对氧的亲和力大于铜对氧的亲和力，而铜中多数杂质对氧的亲和力大于铜对氧的亲和力，而且杂质氧化物在铜水中的溶解度很小。且杂质氧化物在铜水中的溶解度很小。4Cu+O2=2Cu2O Cu2O+Me=2Cu+(MeO)粗铜中主要杂质的氧化趋势
23、由小到大排列为：粗铜中主要杂质的氧化趋势由小到大排列为：AsSbBiPbCdSnNiInCoZnFeAsSbBiPbCdSnNiInCoZnFe电解精炼电解精炼氢氢负电位金属负电位金属 正电位金属正电位金属金属的电负性：金属的电负性：铁、锌、铝、镁、铁、锌、铝、镁、铜、镍、钴、金、银等铜、镍、钴、金、银等氧化精炼氧化精炼本讲稿第二十三页，共四十九页2 2）还原过程）还原过程还原过程是将铜液中含有的还原过程是将铜液中含有的CuCu2 2O O用还原剂脱除的过程。用还原剂脱除的过程。常用的还原剂有重油、天然气和液化石油气等。常用的还原剂有重油、天然气和液化石油气等。用重油还原时，高温下重油中的有机
24、物先分解为用重油还原时，高温下重油中的有机物先分解为H H2 2、COCO和甲烷等。其反应如下：和甲烷等。其反应如下：CuCu2 2O+HO+H2 2=2Cu+H=2Cu+H2 2O O Cu Cu2 2O+CO=2Cu+COO+CO=2Cu+CO2 2 4Cu 4Cu2 2O+CHO+CH4 4=8Cu+CO=8Cu+CO2 2+2H+2H2 2O O注意：混合气体中只要有极少的注意：混合气体中只要有极少的H H2 2，就可以去还原，就可以去还原CuCu2 2O O。铜水对氢的溶解能力较强。铜水对氢的溶解能力较强。铜溶液中含氢量过多，铸成的阳极板产生气孔，对电解不利。铜溶液中含氢量过多，铸成
25、的阳极板产生气孔，对电解不利。本讲稿第二十四页，共四十九页（四）铜的电解精炼（四）铜的电解精炼 电解精炼的目的是：电解精炼的目的是：(1)除去火法精炼不能除去的金属杂质除去火法精炼不能除去的金属杂质；(2)回收其中的贵重金属。回收其中的贵重金属。原理：原理：金、银和铂族金属的电位更正，不能金、银和铂族金属的电位更正，不能 被氧化进入电解液，最后进入阳极泥中被氧化进入电解液，最后进入阳极泥中电解精炼电解精炼氢氢负电位金属负电位金属 正电位金属正电位金属铁、锌、铝、镁、铁、锌、铝、镁、铜、镍、钴、金、银等铜、镍、钴、金、银等氧化精炼氧化精炼本讲稿第二十五页，共四十九页电解精炼的产品是电铜，按纯度不
26、同可分为电解精炼的产品是电铜，按纯度不同可分为1 1号铜号铜(Cu99.95%)(Cu99.95%)、2 2号铜号铜(Cu99.9%)(Cu99.9%)、3 3号号铜铜(Cu99.7%)(Cu99.7%)、4 4号铜号铜(Cu99.5%)(Cu99.5%)。其中。其中1 1号铜的标准见表。号铜的标准见表。铜号铜号 代号代号Cu+ACu+Ag g不不小于小于杂杂 质（不大于）质（不大于）AsAsSbSbBiBiFeFePbPbSnSnNiNiZnZnS SP P总和总和一号一号铜铜Cu-1Cu-199.999.95 50.000.002 20.000.002 20.000.001 10.000.
27、004 40.000.003 30.000.002 20.000.002 20.000.003 30.000.004 40.000.001 10.050.05本讲稿第二十六页，共四十九页回顾火回顾火法生产铜的主要过程法生产铜的主要过程干燥干燥密闭鼓风炉密闭鼓风炉硫化铜精矿硫化铜精矿冰铜冰铜转炉或连续吹炼炉转炉或连续吹炼炉粗铜粗铜火法精炼炉火法精炼炉阳极铜阳极铜电解精炼电解精炼电铜电铜(99.95%-99.99%Cu)(99.95%-99.99%Cu)(99.5%Cu)(99.5%Cu)(98.5%Cu)(98.5%Cu)(30-55%Cu)(30-55%Cu)(20-30%Cu)(20-30%
28、Cu)造锍造锍冰铜吹炼冰铜吹炼火法精炼火法精炼电解精炼电解精炼氧化造渣除去冰铜中的铁、氧化造渣除去冰铜中的铁、硫，及一部分杂质硫，及一部分杂质将铜矿炼成将铜矿炼成铜、铁、硫铜、铁、硫为主的熔体，除杂为主的熔体，除杂利用杂质的亲氧性比铜强，利用杂质的亲氧性比铜强，将粗铜中的这些杂质尽量除去将粗铜中的这些杂质尽量除去利用杂质的电负性比铜正除去利用杂质的电负性比铜正除去造渣阶段造渣阶段造粗铜阶段造粗铜阶段 氧化、氧化、还原还原本讲稿第二十七页，共四十九页第二节第二节 钛冶金钛冶金 第八章第八章 有色金属冶金有色金属冶金本讲稿第二十八页，共四十九页一、一、钛的应用钛的应用“太空金属太空金属”“亲生物金
29、属亲生物金属”。“21世纪金属世纪金属”钛镍钛镍“记忆合金记忆合金”。钛金钛金对钛的广泛使用最大障碍是钛很难冶炼。对钛的广泛使用最大障碍是钛很难冶炼。本讲稿第二十九页，共四十九页钛合金在航天航空工业上的应用举例钛合金在航天航空工业上的应用举例 飞机飞机机翼、管道、蒙皮和机身骨架、连结件、发动机、喷管、弹机翼、管道、蒙皮和机身骨架、连结件、发动机、喷管、弹射舱、主起落架大射舱、主起落架大 梁等各部件梁等各部件航天航天飞船船舱、蒙皮、后舱壁和地板构件、结构骨架、液体燃料飞船船舱、蒙皮、后舱壁和地板构件、结构骨架、液体燃料贮箱、贮箱、高压容器、制动火箭主起落架、登月舱及推进系统、高压容器、制动火箭主
30、起落架、登月舱及推进系统、人造卫星外壳、人造卫星外壳、翼、推力构件、油压配管翼、推力构件、油压配管 火箭火箭导弹导弹 外壳、喷嘴、火箭发动机、高压容器、液体燃料贮箱、机翼外壳、喷嘴、火箭发动机、高压容器、液体燃料贮箱、机翼 军用品军用品炮筒、车辆、装甲板、防弹背心、头盔、雷达三角支架、坦炮筒、车辆、装甲板、防弹背心、头盔、雷达三角支架、坦克天窗克天窗 冶炼的钛冶炼的钛70%70%左右用在制造飞机、导弹、宇宙飞船、人造卫星等方面。左右用在制造飞机、导弹、宇宙飞船、人造卫星等方面。本讲稿第三十页，共四十九页世界钛资源：世界钛资源：钛铁矿钛铁矿3.8亿亿t，占，占93；金红石金红石0.28亿亿t，占
31、，占7。在世界钛资源中，钛铁矿储量多的国家是加拿大、挪威、南非和印度，其次在世界钛资源中，钛铁矿储量多的国家是加拿大、挪威、南非和印度，其次是美国、澳大利亚、前苏联等；金红石储量多的国家是巴西、澳大利亚、印是美国、澳大利亚、前苏联等；金红石储量多的国家是巴西、澳大利亚、印度、南非和塞拉利昂等。度、南非和塞拉利昂等。中国的钛资源储量十分丰富，但主要是钛铁矿资源，金红石矿甚少。在钛铁矿中国的钛资源储量十分丰富，但主要是钛铁矿资源，金红石矿甚少。在钛铁矿储量中，岩矿占大部分，部分为砂矿。钛铁矿岩矿产地主要是四川、云南和河储量中，岩矿占大部分，部分为砂矿。钛铁矿岩矿产地主要是四川、云南和河北；砂矿产地
32、主要有广东、广西、北；砂矿产地主要有广东、广西、海南和云南。金红石矿主要分布在湖北和山海南和云南。金红石矿主要分布在湖北和山西。西。二、二、钛的资源钛的资源本讲稿第三十一页，共四十九页 成分成分 钛钛 精精 矿矿 名名 称称北海氧北海氧化砂矿化砂矿北海钛北海钛铁矿铁矿海南钛海南钛 铁矿铁矿攀枝花攀枝花钛铁矿钛铁矿承德钛承德钛 铁矿铁矿湛江钛湛江钛 铁矿铁矿富民钛富民钛 铁矿铁矿武定钛武定钛 铁矿铁矿Ti02Fe FeO Fe203 CaO MgO Si02 A1203 MnO V205 S P 61.65 24.87 5.78 29.30 0.10 0.12 0.77 1.15 1.10 0.
33、01 0.036 50.44 35.41 37.39 9.06 0.10 0.10 0.79 0.75 1.30 0.02 0.02 48.67 35.23 35.76 10.63 0.79 0,20 0.70 1,05 2.21 0.01 0.016 47.74 31.75 3393 7.66 1.16 4.60 2.64 1.20 0.75 01约约0.2 0.01 47.00 35.77 40.95 5.60 0.81 1.54 1.67 1.23 0.85 0.14约约0.3 0.063 51.76 30.29 24.4 16.08 0.34 0.05 0.82 0.79 2.66 0
34、.017 0.01 4985 35.06 36.50 9.58 0.24 1.99 0.86 0.23 075 012约约0.02约约0.01 48.68 36.44 36.78 10.97MnOFeOMgO=FeCaOMnOFeOMgO=Fe2 2O O3 3 TiOTiO2 2AlAl2 2O O3 3SiOSiO2 2 FeClFeCl2 2 MgCl MgCl2 2 FeClFeCl3 3TiClTiCl4 4熔点熔点 -23.2-23.2；FeClFeCl3 3的熔点为的熔点为555K555K；MgClMgCl2 2的熔点的熔点987K987K；本讲稿第四十页，共四十九页TiCl4熔
35、点熔点-23.2,沸点沸点 135.9；本讲稿第四十一页，共四十九页3、镁还原制取海绵钛镁还原制取海绵钛（1 1）还原原理）还原原理TiClTiCl4 4+Mg=1/2Ti+MgCl+Mg=1/2Ti+MgCl2 2 GGo o00镁对氯的亲和力大于钛，反应可以进行。镁对氯的亲和力大于钛，反应可以进行。但注意钛是典型的过渡金属，其反应可能按下顺序被还原：但注意钛是典型的过渡金属，其反应可能按下顺序被还原：TiTi4+4+TiTi3+3+TiTi2+2+TiTi 2TiCl 2TiCl4 4+Mg=2TiCl+Mg=2TiCl3 3+MgCl+MgCl2 2 GGo o00 2TiCl 2TiC
36、l3 3+Mg=2TiCl+Mg=2TiCl2 2+MgCl+MgCl2 2 GGo o00 TiCl TiCl2 2+Mg=Ti+MgCl+Mg=Ti+MgCl2 2 GGo o00本讲稿第四十二页，共四十九页（2 2）生产工艺注意事项）生产工艺注意事项1)1)化学反应化学反应 TiClTiCl4 4+Mg=1/2Ti+MgCl+Mg=1/2Ti+MgCl2 2 ，由于镁易燃烧，还原过程则必须在由于镁易燃烧，还原过程则必须在惰性气体保护惰性气体保护下进行下进行。2)2)反应产物：反应产物：海绵钛海绵钛中含有中含有MgMg和和MgClMgCl2 2。Ti 55%Ti 55%65%;Mg 25%
37、65%;Mg 25%35%;MgCl35%;MgCl2 2 9%9%12%12%。因此工艺过程分为两步：因此工艺过程分为两步：第一步为镁还原；第二步为真空蒸馏第一步为镁还原；第二步为真空蒸馏。Ti：沸点：沸点3287；MgCl2：沸点：沸点1685K；Mg：沸点：沸点1090 本讲稿第四十三页，共四十九页4、钛的精炼、钛的精炼（1）电解精炼）电解精炼原理：原理：利用杂质元素与钛的析出电位不同，钛及比钛负电位的元素优先从阳极利用杂质元素与钛的析出电位不同，钛及比钛负电位的元素优先从阳极上溶解，而比钛正电性的杂质元素留在阳极泥中，不能在阴极析出。上溶解，而比钛正电性的杂质元素留在阳极泥中，不能在阴
38、极析出。阳极：粗钛阳极：粗钛 Ti-2e=TiTi-2e=Ti2+2+（氧化反应）（氧化反应）阴极：钢阴极：钢 TiTi2+2+2e=Ti+2e=Ti（还原反应）（还原反应）电解质：碱金属氯化物电解质：碱金属氯化物本讲稿第四十四页，共四十九页（2）碘化法精炼）碘化法精炼 Ti固固+2I2气气 TiI4气气 Ti固固+2I2气气目的：去氧、氮目的：去氧、氮原理：钛的氧化物、氮化物不能与碘反应。原理：钛的氧化物、氮化物不能与碘反应。100-200100-2001300-15001300-1500低温化合高温分解本讲稿第四十五页，共四十九页。精钛精钛四、回顾钛铁精矿生产金属钛的流程四、回顾钛铁精矿生
39、产金属钛的流程还原熔炼：还原熔炼：熔融生铁熔融生铁和和高钛渣高钛渣的分层分离的分层分离制取制取TiCl4除杂：氯化能力；除杂：氯化能力；氯化物熔点差异氯化物熔点差异制取海绵钛制取海绵钛 镁还原；镁还原；真空蒸馏除真空蒸馏除Mg、MgCl2钛精炼钛精炼 电解精炼；碘化法电解精炼；碘化法本讲稿第四十六页，共四十九页有色金属的冶金过程小结有色金属的冶金过程小结一般由四个主要阶段组成：一般由四个主要阶段组成：分解精矿分解精矿制备纯化合物制备纯化合物(氧化物、盐类）氧化物、盐类）从化合物中提取的金属从化合物中提取的金属、获得致密金属体获得致密金属体。本讲稿第四十七页，共四十九页作业：作业：1 1、对比四种冶金方法的适用性及特点？、对比四种冶金方法的适用性及特点？2 2、电解精炼和电解提取的异同性？、电解精炼和电解提取的异同性？3 3、祥述金属钛的冶金过程，及涉及到的主要反、祥述金属钛的冶金过程，及涉及到的主要反应。应。本讲稿第四十八页，共四十九页本讲稿第四十九页，共四十九页