有色金属冶金概论复习题带答案

有色冶金概论》复习题

4、铜的冶炼方法及工艺流程答：有火法和湿法两大类；火法炼铜基本流程包括造锍熔炼、锍的吹炼、粗铜火法精炼或阳极铜电解精炼；湿法炼铜基本流程包括浸出、萃取。反萃、电积。

5、硫化铜精矿造锍熔炼的基本原理及两个过程的主要反应答：利用铜对硫的亲和力大于铁和一些杂质金属，而铁对氧的亲和力大于铜的特性，在高温及控制氧化气氛条件下，使铁等杂质金属逐步氧化后进入炉渣或烟尘而被除去，而金属铜则富集在各种中间产物中，并逐步得到提纯。主要包括两个造渣和造锍两个过程主要反应：2FeS(l)+3O2(g) =2FeO(g)+2SO(g) ; 2FeO(g)+SiQ(s)= 2FeO ? SQ(I)；

xFeS(l)+yCu 2S(I)= yCu 2S ? xFeS(I)

6、硫化铜精矿造锍熔炼的目的及必须遵循的两个原则

答： (1)造流熔炼的目的：①使炉料中的铜尽可能全部进入冰铜, 同时使炉料中的氧化物和氧化产生的铁氧化物形成炉渣；②使冰铜与炉渣分离。( 2)火法炼铜必须遵循两个原

则：①必须使炉料有相当数量的硫来形成冰铜；②炉渣含二氧化硅接近饱和，以便冰铜和炉渣不致混溶

7、铜锍(冰铜)的吹炼的任务及实质是什么？答：任务是将铜锍(冰铜)吹炼成含铜98.5%-99.5%的粗铜；实质是在一定压力下将空气送到液体冰铜中，利用空气中的氧将冰铜中的铁和硫几乎全部除去，并除去部分其它杂质：FeS氧化变成FeO与加入的石英熔剂造渣；而CuS则部分经过氧化，并与剩下的CitS相互反应变成粗铜。

8、铜锍(冰铜)的吹炼过程为分为哪两个两个周期？各周期的主要反应是什么？

答：造渣期：2FeS+3O=2FeO+2SO 2FeO+SiO= 2FeO- SiO2；相加得总反应为2FeS+3O+SiQ=

2FeO- SQ2+2SO。造铜期：2CuS+3O=2CuO+2SO Ci i S+2Ci i O=6Cu4SO两式相加得总反应：

Ci2S+O2=2Ci+ SO2

9、粗铜火法精炼的目的及原理是什么？粗铜火法精炼分为哪两个过程？

答：目的：部分除去粗铜中对氧亲和力较大的杂质；为电解精炼提供合乎要求的阳极铜，并浇铸成为表面平整、厚度均匀、致密的阳极板；以保证电解铜的质量和降低电解精炼的成本。每个周期包括加料熔化、氧化、还原和出铜浇铸四个基本阶段。原理：粗铜火法精炼的实质是使其中的杂质氧化成氧化物，并利用氧化物不溶于或极少溶于铜，形成炉渣浮在熔池表面而被除去；或者借助某些杂质在精炼作业温度(1100?1200C )下，呈气态挥发除去。①氧化过程：铜首先被氧化：4[Cu] + Q= 2[Cu2O]生成的氧化亚铜溶于铜液中，在Ci2O 与杂质元素接触时便将氧传递给杂质元素：[Ci 2O] + [ M '] = 2[Ci] + [M 'O]；

②还原过程主要还原CiiO,常用的还原剂有：重油、天然气、液化石油气等。重油还原实际上是氢和一氧化碳对CuO的还原：CuO + H2 = 2Cu + H 2Q Cu t O + CO = 2Cu + CO2 Ci2O + C = 2Ci + CO ；4Ci2O + CH4 = 8Ci + CO 2 + 2H 2O

10、简述粗铜电解精炼的基本过程，分别写出阴阳及的主要反应。答：铜的电解精炼是以火法精炼的铜为阳极，硫酸铜和硫酸水溶液为电解质，电铜为阴极，向电解槽通直流电使阳极溶解没在阴极析出更纯的金属铜的过程。根据电化学性质的不

同，阳极中的杂质或者进入阳极泥或者保留在电解液中被脱出。阳极反应：Cu- 2e = CiT; Me-2e=Me；H2O- 2e =1/2 O2 + 2H +；S(f-2e =SO s +1/2 O2 阴极反应：Ci f+2e = Cu ；

2H f+2e =H2；Me2++2e = Me

11、分析铜电解精炼和铜电积的电极反应有什么差别？

答：铜电解精炼阳极反应：Cu-2e = Cu2+；Me-2e=Me2+；H2O-2e =1/2 O2+ 2H+；S O42- -2 e =SO3 +1/2 O2阴极反应：Ci J+2e = Cu ; 2H++2e =f; Mg++2e = Me ;铜电积：铜的电积也称不溶阳极电解，以纯铜作阴极，以Pb-Ag (含Ag 1%))或Pb-Sb合金板作阳极，上述经净化除铁后的净化液作电解液。电解时，阴极过程与电解精炼一样，在始极片上析出铜，在阳极的反应则不是金属溶解，而是水的分解放出氧气。阴极：Cif+ + 2e = Cu ;阳极：H2O - 2e

+ 2+ +

= 1/2O2 + 2H+;总反应：Cu2+ + H2O = Cu + 1/2O2 + 2H+

12、简述硫化镍精矿的火法冶炼过程。

答：硫化镍精矿的火法冶炼与铜的冶炼相同，可以在鼓风炉、反射炉、矿热电炉和闪速炉中进行造锍熔炼，产出低镍锍。再送转炉进行吹炼产出高镍锍; 晶缓冷后进行破碎、磨细; 通过浮选、磁选产出高品位硫化镍精矿、硫化铜精矿和铜镍合金。

13、镍锍的主要成份有哪些？镍锍吹炼过程与铜锍吹炼过程有何不同？

答：镍锍的主要成份有Ni 3S2、C u2S 和贵金属。镍锍吹炼只有造渣过程。即2Fe+ O2+SiO2= 2FeO? SiO2； 2FeS+3O2+SiQ= 2FeO ? SQ2+2SO吹炼知道产出高硫镍为止，而没有造金属的过程，因为在锍镍吹炼的条件下反应Ni3S2+4NiO=7Ni++2SO要在1773K的高温下才能进行，而反应产出的Ni和NiO的熔点远高于空气吹炼所能达到的温度。

14、简述羰基法精炼镍的基本原理。

答：羰基法精炼镍是基于CO与Ni反应生成气态的Ni(CO)4：Ni(g)+4CO= Ni(CO) 4+Q,从反

应可见，反应可逆，反应向右进行为放热反应，体积缩小 4 倍，故降温。加压有利于羰基

化合物的形成;反应向左进行为吸热，体积放大四倍，故升温减压有利于羰基化合物的分解。这个反应对镍的选择性很高，对铜和铂族元素不起作用，铁和钴虽然也能生成羰基化合物但根据这些金属羰基化合物熔点和沸点的不同，可以将他们奋力并获得纯的羰基镍。

15、分别写出硫化镍阳极电解精炼镍和硫酸镍溶液电解沉积镍的阴阳极反应。

答：硫化镍阳极电解精炼镍的主要反应：阴极Ni2++2e=Ni ；阳极Ni3$-2e=Ni 2++2NiS、2NiS-4e=2 Ni2++2S;硫酸镍溶液电解沉积镍：阴极Ni2++2e=Ni;阳极HO- 2e = 1/2O2 + 2H f

16、简述硫化铅精矿烧结焙烧的目的。

答：①氧化脱硫：将精矿中的硫化铅氧化为易于还原的氧化铅，其他金属硫化物也氧化为氧化物，在氧化脱硫的同时，精矿中的砷，锑也可顺便除去；②结块：将细粒物料烧结成适合鼓风炉熔炼的、具有一定块度和孔隙度的烧结块。

17、铅鼓风炉熔炼的产物有哪些？答：粗铅、炉渣、铅冰铜、烟尘和烟气

18、简述烟化炉烟化法处理炼铅炉渣的基本原理。

答：炉渣烟化过程的实质是把粉煤与空气或天然气与空气的混合物吹入烟化炉的熔融炉渣内，是炉渣中的锌化合物还原为金属锌挥发进入气相，气相中的Zn 在烟化炉的上不空间或烟道系统再被氧化，最后成为ZnO被捕集与收尘设备中，同时Pb In、Sn、Cd Ge等也挥发，并随ZnC一起被收尘器收集。

19、粗铅的火法精炼有哪些主要过程？

答：粗铅除铜（熔析除铜、加硫除铜、粗铅连续脱铜）、氧化精炼除砷、锑、锡、粗铅加锌除银、真空除锌、加钙镁除铋。

20、什么是直接炼铅？直接炼铅方法有哪些？

21、火法炼锌与湿法炼锌各包括哪些主要过程？火法炼锌主要有哪些方法？答：火法炼锌包括焙烧、还原蒸馏、和精炼三个主要过程，主要有平罐炼锌、竖罐炼锌、电热法炼锌和密闭鼓风炉炼锌。湿法炼锌包括焙烧。浸出、净化、电积、熔铸五个主要过程。

22、简述硫化锌精矿焙烧的目的。答：硫化锌精矿焙烧过程是在高温下借助于空气中的氧进行的氧化的过程。焙烧的目的与要求决定于下一步的生产流程，冶炼方法不同其焙烧目的略有差别:

火法炼锌（蒸馏法）：是在焙烧时实行死焙烧（氧化焙烧），尽可能地除去全部硫，以及尽可能完全使铅、镉、砷、锑挥发除去，得到主要由金属氧化物组成的焙砂，使以后蒸馏时可以得到较高质是的锌锭。产出浓度足够大的S02?气以供生产硫酸。含镉与铅多的烟尘作为炼镉原料。

鼓风炉炼锌：通过烧结机进行烧结焙烧，既要脱硫、结块，还要控制铅的挥发。精矿中含铜较高时，要适当残留一部分硫，以便在熔炼中制造冰铜

湿法炼锌：1）尽可能完全地氧化金属硫化物并在焙砂中得到氧化物及少量硫酸盐

（3~4%SS04，）实行部分硫酸盐化焙烧，焙砂中少量硫酸盐以补偿电解与浸出循环系统中硫酸的损失；2）使砷与锑氧化并以挥发物状态从精矿中除去；3）在焙烧时尽可能少地得到铁酸锌；4）得到S02浓度大的焙烧炉气以制造硫酸；5）得到细小粒子状的焙烧矿以利于浸出的进行。

23、简述密闭鼓风炉炼锌的优点与缺点。

答：优点：①对原料的适应性强，可以处理铅锌的原生和次生原料，尤其适合处理难选的铅锌混合矿，简化了选冶工艺流程，提高了选冶综合回收率②生产能力大，燃料利用率高，有利于实现机械化和自动化，提高劳动生产率③基建投资费用少④可综合利用原矿中的有价金属，金、银、铜等富集于粗铅中予以回收，镉、锗、汞等可从其它产品或中间产品中回收。缺点：①需要消耗较多质量好、价格高的冶金焦炭②技术条件要求较高，特别是烧结块的含硫量要低于1%使精矿的烧结过程控制复杂③炉内和冷凝器内部不可避免地产生炉结，需要定期清理，劳动强度大。

24、简述粗锌精馏精炼的原理。

答：根据Zn-Cd二元系沸点组成图可知，当锌中熔有低沸点镉时，锌的沸点便会降低，其变化规律如图中I线所示。当成分为A的粗锌加热到a的温度时，这种含镉的锌便会沸腾，锌、镉同时挥发。蒸气冷却时，其组成则是沿着线II 变化，从I 线上的a 点作横坐标的平行线，交于b点，b点所代表成分，即为A成分的合金加热至a点蒸发，气液两相平衡时气相的平衡成分。

因此，被冷凝下来的液相含锌较b点多、含隔少。未被冷凝的气相则正好相反，即气相中富集了低沸点的金属镉，这样反复多次地蒸发与冷凝，液相中就富集了高沸点金属，气相中富集了低沸点的金属，从而使沸点有差别的两种金属，达到完全分离的目的。

25、简述传统的湿法炼锌的基本过程。

答：传统湿法炼锌可分为焙烧、浸出、净化、电解和熔铸五个阶段，以稀硫酸为溶剂溶解

含锌物料中的锌，使锌尽可能地溶入溶液中，得到硫酸锌溶液，在对此溶液进行净化以出

去溶液中的杂质，然后从硫酸锌溶液中电解析出锌，电解析出的锌在熔铸成锭。

26、简述硫化锌精矿的氧压浸出的原理及优点。

答：硫化锌精矿的加压氧化浸出是将硫化锌精矿不经焙烧，在咼压釜内充氧咼温(140~160C)高压(350~700kPa)下加入废电解液，使硫化物直接转化为硫酸盐和元素硫的工艺过程。主要反应如下：

ZnS + H 2SQ + 0.5O 2 = ZnS04 + S 0 + H 2O此工艺克服了“焙烧-浸出-电积”流程的工艺复杂、流程长、S02烟气污染等缺点，具有对环境污染小、硫以元素硫回收、锌回收率高、工艺适应性好的优点。

硫化锌精矿的主要矿物形态有高铁闪锌矿[(Fe，Zn)S]、磁黄铁矿(FeS)、方铅矿(PbS)、黄铜矿

(CuFeS2)等，浸出时析出元素硫并生成硫酸盐。Fe2+可被进一步氧化成Fe3+, Fe3+ 可加速硫化锌的分解：2Fe3+ +ZnS = Zn 2+ + 2Fe 2+ + S 0

为了提高浸出过程的反应速度，要求精矿的粒度应有98%小于44卩m同时需加入木质碳

酸盐(约0.1g/l)破坏精矿粒表面上包裹的熔融硫。

硫化锌精矿氧压浸出的特点:(1)对原料有较大适应性，能处理含铁、铅、硅高的锌精矿，锌的回收率较高，可达97%以上; (2)流程短，可取消焙烧、制酸系统及渣处理工序，因而使基建投资大幅度降低，较常规法节约投资30~40% (3)不产出含SO2废气，且废渣量少，

产出元素硫便于运输和贮存，能比常规法更好地解决环保问题；(4)能耗和生产成本与常

规法大体相同；(5)有利于铅、镉及贵金属的综合回收。

27、在湿法炼锌的热酸浸出过程中，从含铁高的浸出液中沉铁有哪些方法？

答：根据沉淀铁的化合物形态不同，热酸浸出过程中采用的沉铁方法有黄钾铁矶法、转化法、针铁矿法和赤铁矿法。

28、简述硫酸锌溶液采用锌粉置换除铜、镉的原理。

答：锌粉置换净化的原理：

锌粉置换除铜、镉是用较负电性的锌从硫酸锌溶液还原较正电性的铜、镉、钻等金属(用Me表示)离子，其基本反应为：

2+ 2+

Zn + Me = Zn + Me

置换反应进行的极限程度取决于它们之间的电位差： E = E：Me2+/Me —E kf/Zn + 0.0295?( a M^+ / a Zn' ) E . Me2+/Me— E?Z^/Zn = 0.0295lg( a z』/a Me )

两种金属电位差愈大，置换反应愈彻底。

由热力学计算可得出，锌粉置换除铜、镉、钻、镍可降至很低的程度。实践证明，锌粉置换除铜、镉很容易进行，单纯用锌粉置换除钻、镍比较困难，必须采取其他措施，如砷盐净化法、逆锑净化法、合金锌粉净化法等。因而除钻、镍的方法也较多而复杂。

29、简述硫酸锌溶液的电解沉积锌的基本过程及主要电极反应。

答：锌的电解沉积是用电解的方法从硫酸锌水溶液中提取纯金属锌的过程。将净化后的硫酸锌溶液与一定比例的电解废液混合，连续不断的才能够电解槽的进液端流入电解槽，用含银0.5%-1%的铅-银合金板作阳极，以压延铝板作阴极，当电解槽通过直流电时，在阴极上析出金属锌，阳极上放出氧气，溶液中硫酸再生。阴极：Zn2++2e=Zn； 2b f+2e=H阳极：首先发生铅阳极的溶解，并形成PbSO覆盖在阳极上Pb-2e=Pf; Pb+sO--2e=PbSO,随着溶解进行，由于PbSO覆盖作用，电位不断升高，二价铅进一步被氧化为高价状态，

PbSO+2HO-2e=PbOMH+sO+,待阳极上被PbO2覆盖后，进入2HO-4e=O+4lH

30、简述锡精矿还原熔炼炼锡的基本过程。

答: 流程：主要由炼前处理、还原熔炼、炉渣熔炼和粗锡精炼等组成。锡还原熔炼分两段进行，第一段是熔炼精矿，在较弱的还原气氛和适当的温度条件下还原产出较纯的粗锡，同事地道富含锡的炉渣，成为富渣；第二段熔炼富渣，在高温、强还原条件下加入石灰石等溶剂还原产出硬头 (铁和锡的合金) 和贫渣，又称二次熔炼，得到的硬头返回一次熔炼。它可以保证得到较纯的粗锡。

原理：SnO2+C=Sn+C2O;C+CO2=2CO;SnO2+2CO=Sn+2C2 O 技术进展：针对反射炉、电炉和鼓风炉传统熔池熔炼的不足，世界各国提出了多种方案，主要有回转短窑熔炼技术、卡尔多炉熔炼和Ausmelt 熔炼技术，其中只有Ausmelt 熔炼技术得到较好发展。

31、简述炼锡炉渣烟化炉硫化挥发锡的原理。

答: 主要是根据硫化亚锡有很大的蒸汽压力，在业态炉渣中吹入煤粉空气混合物和加硫化剂，由于发生化学作用并强烈搅拌，使锡成为硫化亚锡挥发，部分锡成为氧化亚锡挥发，最后都以SnO2 烟尘形式被收集。

32、粗锡的火法精炼包含哪些主要过程？答：熔析法及凝析法除铁、砷；加硫除铜；结晶分离法除铅、铋；真空蒸馏除铅、铋；氯化法除铅；加铝除砷、锑。

33、氧化铝的生产方法有哪些？

答：拜耳法和烧结法

34、简述拜耳法生产氧化铝的基本原理。

答：Na20与AI2Q的分子比为1.8的铝酸钠溶液，在常温下只要添加AI(0H)3作为晶种不断搅拌，溶液中的AbO便可以呈AI(0H)3徐徐析出，直到其中的Na20 AI2O分子比提高到6 为止。

35、简述碱石灰烧结法生产氧化铝的基本原理。答：将铝土矿与一定量的苏打、石灰(石灰石)配成炉料进行烧结，使氧化硅与石灰化合成不溶于水的原硅酸钙，而氧化铝与苏打化合成可溶于水的氯酸钠，将烧结产物用水浸出，氯酸钠便进入溶液与原硅酸钙分离，以后再用二氧化碳分解氯酸钠溶液，得到氢氧化铝。

36、简述冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产金属铝的基本过程及主要电极反应。

答：阴极：AI+3e=AI ；Na f+e=Na,阳极：20-+C-4e=CO

37、什么是冰晶石-氧化铝熔盐电解过程中的阳极效应？有何外观特征？其发生的机理是什么？答：阳极效应是电解熔盐，特别是电解冰晶石-氧化铝过程中发生在阳极上的一种特出现象。外观特征，槽电压急剧升高，在与电解质接触的阳极表面出现微小电弧。机理，由于电解质对于碳阳极的湿润性的改变引起的。当电解质中有大量氧化铝时，电解质在炭阳极的表面张力小，能良好的润湿阳极表面，阳极电化学的气体产物能容易从阳极表面排除，随着电解过程的进行，当氧化铝降低到一定含量时，表面张力增加，气体滞留在阳极表面，形成气体膜层，使槽电压急剧升高。

38、在冰晶石-氧化铝熔盐生产过程中，常用的添加剂有哪些？答：氟化钙、氟化镁、氟化锂、碳酸锂、氯化钠

39、生产钨的主要原料是什么？钨的生产过程有哪些？

答; 黑钨精矿和白钨精矿. 生产过程主要有，钨精矿分解、钨溶液净化、纯钨合金物制取、钨粉制取、致密钨制取、高纯致密钨制取

40、钨精矿的分解方法有哪些？答：苏打烧结、黑钨精矿碱分解、白钨精矿的苏打水溶液分解、白钨精矿的盐酸分解法

41、以金红石及高钛渣为原料，工业上生产四氯化钛的方法有哪些？四氯化钛的生产工序有哪些？常用的氯化剂有哪些？答：四氯化钛是金属钛及钛白生产的重要中间产品。它是以富钛物料（高钛渣、金红石、人造金红石）为原料，经过氯化、冷凝分离、精制等过程而制得。最常用的氯化剂有氯气

和盐酸等。

42、海绵钛的生产方法有哪些？答：金属热还原生产海绵钛，镁热还原法和钠热还原

43、简述从铜阳极泥中回收金银的基本过程。答：硫酸化焙烧提硒脱铜、还原熔炼、氧化精炼、银电解精炼、金电解精炼。