轻金属冶金学A--教学大纲.docx

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1、轻金属冶金学A一、课程说明课程编号：050132Z10课程名称：轻金属冶金学A/ Light Metals Metallurgy A课程类别：选修学时/学分：48/3先修课程：无机化学、物理化学、冶金原理适用专业：冶金工程教材、教学参考书：1、杨重愚.轻金属冶金学.冶金工业出版社，2001.2、刘业翔.现代铝电解.冶金工业出版社，2008.3、徐日瑶.金属镁生产工艺学.冶金工业出版社,2002.二、课程设置的目的意义本课程系冶金工程专业开设的有关轻金属冶金方向的主修专业课程，其目的 是通过教学和专业课程实验，使学生系统地掌握铝和镁等主要轻金属冶金的基本 原理，掌握氧化铝、铝电解和镁冶炼的方法、

2、基本工艺流程和工艺设备，初步掌 握轻金属冶金的实验研究方法，为今后从事轻金属冶金及相关行业的生产、科研 和设计等工作奠定坚实的基础。三、课程的基本要求知识要求：按照本专业培养要求，本课程的重点是氧化铝生产工艺、铝的熔 盐电解以及金属镁与镁盐的生产原则流程。各部分内容重点、深广度以及能力、 素质培养的具体要求为：1）氧化铝部分主要介绍拜尔法和烧结法生产氧化铝。 重点讲解拜尔法生产重要理论依据Na2O-A12O3-H2O系相图，以相图为基础展开 讲解构成拜尔法生产的各个工序，即溶出、稀释、分解与蒸发。生产上如何实现 将氧化铝从矿石中提取出来；对烧结法部分主要介绍烧结法生产氧化铝的特点、 适用性及其

3、与拜尔法的区别与联系。重点讲述烧结、熟料溶出、脱硅和碳分等四 个主要工序。在讲解过程中理论和概念交代清楚，工艺过程的影响因素留给学生 自学。2）铝电解部分重点介绍铝电解质熔盐物理化学性质、铝电解电极过程、 电流效率与电能效率、铝电解槽结构、工艺管理原则以及原铝精炼与再生。对电 解生产操作、辅助材料（碳素材料、冰晶石及氟化盐生产）和铝冶炼新工艺仅做 一般性介绍。3）镁冶金部分重点介绍硅热法生产金属镁的原理、无水氯化镁的 制备以及镁盐生产原则流程，对电解法炼镁仅做一般性介绍。能力：通过本课程的系统学习，掌握铝、镁等主要轻金属冶金的基本原理和 方法，掌握氧化铝生产、铝电解和镁冶炼的工艺流程和设备，通

4、过专业课实验初步掌握轻金属冶金的实验研究方法;针对现行铝、镁冶金工业生产中的实际问题, 具备初步分析解决问题能力。素质：通过课程中的分析、讨论与辩论来培养分析沟通交流素质，培养基础 理论知识的应用技能；通过课外导学的模式，提升自主学习和终身学习的意识, 形成不断学习和适应发展素质。四、教学内容、重点难点及教学设计章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难 点教学方案设计（含教 学方法、教学手段）讲课 （含研 讨）实践第1章 轻金属 冶金绪 论、氧化 铝生产 概论轻金属属 性，铝资源 的种类，氧 化铝生产流 程的构建原 则220轻金属冶金共性氧化铝 生产流 程构建教学思路：采取归纳 对比法进行教学

5、。教学模式：课前导 学、课堂讲授、课外 阅读，专题讨论、专 题分析等方式。章钠性结 2酸液与构 第铝溶质铝酸钠溶液 的性质；铝 酸钠溶液的 结构220性质与结构性质的 意义及 与结构 的关系教学思路：通过物理 化学基础知识的融 合，结合过程的基本 原理，通过现场教学 了解铝酸钠溶液性 质与结构；教学模式：课前导 学、课堂讲授、课外 阅读、专题分析等方 式。第3章拜尔法生产氧化铝3.1节拜尔法 循环拜尔法循环220Na2O-A12O3-H2O 系平衡状态图拜耳法 循环的 建立教学思路：通过物理 化学基础知识的融 合，结合过程的基本 原理，通过现场教学 了解拜耳法循环过 程，讲述平衡状态 图、启发

6、讨论循环的 建立；教学模式：课前导 学、课堂讲授、课外 阅读、专题分析等方 式。3.2节 铝土矿 溶出过 程基本 原理铝土矿中的 主要杂质矿 物；杂质矿 物反应行 为；杂质矿 物副作用的 消除220杂质矿物的影响溶出体 系构建教学思路：通过物理 化学基础知识的融 合，结合过程的基本 原理，通过现场教学 了解铝土矿溶出过 程基本原理，讲授矿 物反应行为+启发讨 论调控措施；教学模式：原理部分 采取课前导学、课堂 讲授、专题讨论的方章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难教学方案设计（含教 学方法、教学手段）讲课 （含研 讨）实践式进行。3.3节 拜耳法 溶出工 艺与赤 泥分离 洗涤拜耳法溶出 工

7、艺；溶出 浆液沉降分 离；赤泥洗 涤和外排220溶出工艺分类、分 离洗涤的作用工艺原 理与装 备措施 的协同教学思路，采用启发 式教学，通过简单回 顾原理，启发讨论满 足原理的工艺措施 （经济性和可操作性）；教学模式：课前导 学、课堂讲授、课外 阅读、案例分析等方 式。3.4节 铝酸钠 溶液晶 种 分解晶种分解工 艺制度；结 晶率的主要 影响因素； 分解过程粒 子行为220粒子行为机理多种粒 子行为 的协同 调控教学思路：采取归纳 对比法进行教学。以 产品控制为目标，在 讲授原理的基础上， 讨论出砂状氧化铝 几种分解方法；教学模式：课前导 学、课堂讲授、课外 阅读、案例分析等方 式。3.5节

8、种分母 液蒸发种分母液蒸 发的目的； 蒸发工艺； 结晶渣苛化 及其影响因 素110蒸发过程的作用节与能关 程及统的 过能系耗系教学思路：通过物理 化学基础知识的融 合，结合过程的基本 原理，通过现场启发 式教学了解母液种 分基本原理，教学模式：原理部分 采取课前导学、课堂 讲授、专题讨论的方 式进行。3.6节产品煨 烧煨烧目的;煨烧过程物 相变化；煨 烧工艺设备110煨烧过程物相转 变物相与 产品性 能的关 系教学思路：采用启发 式教学，呼应砂状氧 化铝质量控制； 教学模式：课前导 学、课堂讲授、课外 阅读、案例分析等方 式。第4章石灰烧结法生产氧化铝4.1节 烧结法 概况与 熟料烧 结过程

9、反应烧结法发展 历程；烧结 法 原理； 主要工序220烧结过程主要反 应杂质矿 物的作 用教学思路：采取归纳 对比法进行教学，重 点对比拜耳法，讲授 铝硅分离原理，启发 讨论熟料配方原则 教学模式：课前导 学、课堂讲授、课外 阅读，专题讨论、专 题分析等方式。4.2节 熟料烧 结工艺 与熟料 溶出熟料烧结过 程主要化学 反应.主要影而因 素；熟料溶220熟料溶出过程主 要反应二次反 应机理 及其抑 制讲授主要反应，启发 讨论二次反应控制 措施教学思路：通过物理 化学基础知识的融章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难教学方案设计（含教 学方法、教学手段）讲课 （含研 讨）实践出过程主要 反应；

10、副反 应及其控制 措施合，结合过程的基本 原理，通过现场启发 式教学了解熟料烧 结工艺与熟料溶出， 教学模式：原理部分 采取课前导学、课堂 讲授、专题讨论的方 式进行。4.3节 铝酸钠 粗液脱 硅 过程脱硅目的； 主要脱硅反 应、机理及 影响因素； 脱硅工艺110粗液脱硅主要反 应及其机理二段脱 硅流程 构建教学思路：采用启发 式教学，重点讲授脱 硅过程原理和意义， 启发讨论减少铝回 头率的措施，从而引 出二段脱硅流程； 教学模式：原理部分 采取课前导学、课堂 讲授、专题讨论的方 式进行。4.4节 铝酸钠 溶液碳 酸化分 解碳分作用及 原理；主要 影响因素； 粒子行为及 产品质量控 制110碳

11、酸化分解原理过子 分粒用 碳程作教学思路：以归纳法 进行本章教学，重点 回顾种分过程粒子 作用，讨论碳种分的 相似性，启发讨论碳 分过程产品质量调 粹库理教孽模上原理部分 采取课前导学、课堂 讲授、专题讨论的方 式进行。第5章联合法生产氧化铝及被镁钙冶金5.1节 联合法 生产氧 化铝流 程分析串联法；并 联法；混联 法；联合流 程优 缺点330联合法流程的意 义法中法结作 合程耳烧的 联流拜和法用教学思路：采用启发 式教学，以资源劣质 化为引子，以减少物 质消耗为目的，启发 讨论联合法流程构 建。教学模式：原理部分 采取课前导学、课堂 讲授、专题讨论的方 式进行。5.2节钺镁钙 冶金被镁钙冶金

12、110流程简介教学思路：通过物理 化学基础知识的融 合，结合过程的基本 原理，通过现场启发 式教学了解镀镁钙； 教学模式：原理部分 采取课前导学、课堂 讲授、专题讨论的方 式进行。5.3节 碱法生 产氧化 铝共性 问题拜耳法生产 氧化铝中铝 硅分离过 程；烧结法 铝硅分离过220铝硅分离方法和系 统能源消耗作化统的 元优系化同 单业与优协教学思路：从原理出 发，结合资源形势， 讨论技术发展趋势。 教学模式：课堂教 学、课堂学术研讨： 1）石灰的作用；2）章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难教学方案设计（含教 学方法、教学手段）讲课 （含研 讨）实践程；能源消 耗及对比低铝硅比铝土矿利 用与

13、赤泥减排；3） iWj硫犷的处理。章解概6电业况 第铝工铝电解工业 发展历程； 铝电解槽及 电解槽系列;铝用炭 素材料及其 生产；冰晶 石及氟化盐 生产；铝冶 炼新工艺概 况220铝电解工艺及产 业现状解流发势步 电艺和趋初建 铝工程展的构教学思路：从铝电解 原理出发，采用讨论 式教学，展开本章内 容。教学模式：课堂讲 授，课上和课后讨 论。第7章 铝电解 质的物 理化学 性质铝电解质概 述；铝电解 质熔度与相 平衡；铝电 解质熔盐结 构；铝电解 质的电导 率、离子迁 移数、密度 和粘度；铝 电解质表面 性质和蒸汽 压330铝电解质组成与 物理化学性质的 关系解系与调 电体计质 铝质设性控教学

14、思路：通过物理 化学基础知识的融 合，结合过程的基本 原理，通过现场启发 式教学了解铝电解 质的物理化学性质； 教学模式：课堂讲 授，课上、课后讨论 写作业。第8章 铝电解 过程的 电化学 机理电解质组分 的分解电 压；铝电解 阴极过程； 铝电解阳极 过程；阳极 效应330铝电解电极过程 与副反应阳极效 应机理 与调控 方法教学思路：首先讲授 基本原理，然后启发 讨论调控方法；教学模式：课堂讲 授，课上、课后讨论 与作业。第9章 铝电解 的电流 效率、电 能效率 与能量 平衡概述；电流 效率的测 量；电流效 率降低的原 因；电流效 率影响因 素；铝电解 槽的电压平 衡；铝电解 槽的能量平 衡方

15、程式和 能量平衡计 算基础；铝 电解槽节能 途径220电流效率影响因 素和电解槽电压 与能量平衡铝电解 节能途 径教学思路：采用启发 式教学，首先讲授基 本原理，启发讨论铝 电解节能途径；教学模式：课堂讲 授，课上、课后讨论 与作业。章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难教学方案设计（含教 学方法、教学手段）讲课 （含研 讨）实践第10章 现代预 焙铝电 解槽的 结构、破 损与 维护整体结构； 阴极结构； 上部结构； 母线结构； 电气绝缘； 铝电解槽破 损的特征、检测与维 护；铝电解槽破损机 理；废旧阴 极内衬处置 方法220铝电解槽的阴极 结构、破损与维护铝电解 槽破损 机理教学思路：采取

16、归纳 对比法进行教学，重 点讲授电解槽结构， 启发讨论电解槽破 损与维护 教学模式：第11章 铝电解 的生产 操作与 工艺 管理铝电解槽的 焙烧；铝电 解槽的启动；铝电解 槽的生产操 作；铝电解 槽的自动控 制；铝电解 槽的烟气净 化220铝电解槽的焙烧、 启动与自动控制铝电解 槽焙烧 方法选 择与自 动控制 原理教学思路：讲授原理 与方法，视频演示生 产操作，启发式讨论 工艺管理思路；教学模式：课前导 学、课堂讲授、课外 阅读，专题讨论、专 题分析等方式。第12章 原铝精 炼与再 生铝的纯度与 性能；原铝 精炼原理与 工艺；原铝 再生的意义；再生铝 资源；再生 铝的熔炼； 再生铝的精 炼22

17、0原铝精炼与再生 的主要工艺方法铝中杂 质的高 效去除 方法教学思路：讲授原理 与方法，启发式讨论 原铝再生的意义、问 题与趋势；教学模式：课堂讲 授、分析探讨以及课 后作业。第13章 镁冶金 绪论镁的基本性 质，镁的消 费结构，镁 化合物的分 类及应用， 主要含镁原 料以及水氯 镁石脱水220镁及镁化合物的 性质与应用，水氯 镁石脱水水氯镁 石脱水 原理教学思路：从中学的 镁燃烧试验简单回 顾展开镁的基本性 质讲解，从日常用品 来及引出镁化合物 学习的重要性。教学模式：课堂讲 授，课上和课后讨 论。第14章 镁化合 物的生 产从水氯镁石 生产氧化 镁，二段碳 化法从白云 石提取镁 盐，苦-

18、镂盐循环法 制备镁盐220从不同镁资源生产 镁化合物生产的流 程程理 流原述 各的讲教学思路：通过回顾 石灰水中通入二氧 化碳的现象来开始 镁盐的制备。教学模式：课堂讲授 与案例式教学。第15章 硅热法硅热法炼镁 的基本原220热法炼镁的基本原 理以及影响镁还原氧化镁 的真空教学思路：从热力学 分析入手，通过引导章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难教学方案设计（含教 学方法、教学手段）讲课 （含研 讨）实践炼镁理，硅热法 炼镁的原料 与燃料，炼 镁效率的影 响因素分析 以及粗镁精 炼效率与硅利用效率 的因素分析还原过 程热力 学分析式教学使学生理解 目前的热还原法为 什么要有氧化钙存 在、并同时需要真 空。教学模式：课堂讲授 与案例式教学。注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求无实践教学安排。六、考核方式及成绩评定本课程期末集中考核采用笔试进行，平时成绩采用课堂考勤、课外阅读、作 业测评、平时测试、课内讨论等方式考核。平时成绩占总成绩比例为50%,期末 集中考核占总成绩比例为50%。具体考核方式如下表：考核方式考核内容成绩比例（）备注考勤学习主动性和团队素质考核10%课外阅读、作业课程基础知识的掌握15%平时测试解决复杂问题的能力15%课内讨论分析问题能力和团队合作素质10%期末考试课程知识掌握和分析问题能力50%七、大纲主撰人: