有色冶金原理
有色冶金原理
有色冶金的酸碱性，习惯上用硅酸度表示，有时也用碱度表示。
认识三元系图
简单三元系图 如左下图所示，A，B，C 代表三种不同组元， 分别代表三种不同组元的初晶 区，边上的点（1、2、3）为 克 二元结晶点
化合物稳定性的判断：组成点在其对应的初晶区内则为稳定化合物。
CS-C2S-C2AS三元系图分析
(1)生产能力低,反应速度慢; (2)对设备的腐蚀性大; (3)流程长,液固分离困难.
火法冶金与湿法冶金的优缺点比较
第一章：冶金炉渣
炉渣，熔化后称为熔渣，是各种氧化物的熔体。在冶炼过程的技术经济指标在很大程度上与炉渣有关。
冶金炉渣的作用
①使脉石集中与金属或锍分离。 ②作为一种介质，其中进生着许多极为重要的冶金反应。 ③金属液滴或锍液滴的沉降分离（对机械夹杂损失起着决定性的作用） ④决定最高的冶炼温度（大致为炉渣熔化后温度加上一定过热的温度（150～250℃）） ⑤对杂质的脱除和浓度加以控制。 ⑥作为一种中间产物，杂质中含金属量高。 ⑦可调节电极插入渣中的深度调节电炉的功率。（起热传递作用）
三元系图的点线面
三元系图的点线面判断
二次结晶线与三元不变点与基元三角形的判断
二次结晶线的判断：任一结晶线相邻的两给元和点的连线与该结晶线上任一点作出的切线相交则此结晶线为共晶线，反之则为包晶线。--切线相交原则。（也可与三元不变点联系：共晶点上相连的结晶线全为共晶线，包晶点相连的结晶线至少有一条是包晶线）
冶炼对炉渣的要求
①熔点低（能耗）②密度低（与主体金属分层）③适当组成（如酸碱度）④腐蚀性小（保护炉衬）
炉渣的组成，对于大多数炉渣和钢渣，这三种氧化物是FeO、CaO、SiO2，对高炉和某些有色冶金炉渣则为CaO、Al2O3、SiO2。 组成炉渣的各种氧化物可分为三类： (1)碱性氧化物：CaO、MnO、Feo、MgO等，这类氧化物能供给氧离子O2-，如：CaO=Ca2++O2- (2)酸性氧化物： SiO2 、P2O5等，这类氧化物能吸收氧离子而形成络合阴离子，如：SiO2+2O2-=SiO44- (3)两性氧化物：Al2O3、ZnO等，这类氧化物在酸性氧化物过剩时可供给氧离子面呈碱性，而碱性氧化物过剩时则对会吸收氧离子面呈酸性，如：Al2O3=2Al3++3O2- Al2O3+O2-=2AlO2-
有色冶金原理第二章化合物的离解生成反应
CPFeO 48.79 8.73 10 3T 2.8105T 2
CPO2
1 29.96 1 4.18103T
2
2
1 1.67105T 2 2
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代入式（2-9）：
G
264428 70.92T
T 16.32ln
T 298
298 T
1
18.50
103
T 2
2982 2T
298
1.97 10 5 1
MexOy Me2O MeO Me2O3 MeO2 Me2O5
n
2
2
2/3 1
2/5
且氧化物的吉布斯自由能图只能适用于标准状态：即 参与反应的物质中，凝聚相 (固、液相) 为定组成化合物， 气相为101325 Pa。若凝聚相为不定组成化合物，固溶体或 溶液则不适用。
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三、ΔGθ-- T关系式
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4
二、ΔGTθ与温度的关系
—— ΔGTθ一T关系式（捷姆金—许华兹曼速算式）
推导过程
根据热力学第二定律，在等温等压条件下
ΔGTΘ=ΔHTΘ_TΔSTΘ
(2-3)
式(2-3)中，上标“Θ”为保准状态，即固体、液体为纯物质，
气体为101325Pa，ΔGTΘ为反应的标准吉布斯自由能变化， ΔHTΘ为反应的标准焓变化，ΔSTΘ为反应的标准熵变化，T为 绝对温度。
T CP 298 T
dT
H
298
TS298
T
1 T
T
298 CPdT
T 298
1 T
CPdT
6
根据分部积分法公式 udV uV Vdu
设 V 1 ，则dV dT / T 2 ，设 u CP dT
有色冶金原理
表 4.1 各种气态硫在不同温度下及P总=101325 Pa时的分压（Pa）
图 4.1 各种硫化物的离解压对数与温度关系曲线
图 4.2 硫化物的吉布斯自由能图
表4.2 一般的Me-S-O系中的反应及平衡关系式
图4.3 Me-S-O系等温平衡图
表4.3 Cu-S-O系标准吉布斯自由能数据
硫化物比氧化物容易氯化
思考题
1、什么是氯化冶金，基本过程及主要方法有哪些？ 2、理解氯化物的∆Gᶱ～T关系图意义； 3、金属氧化物氯化时为何需要加入还原剂？写出氯化时加C 反应的原理； 4、金属硫化物的氯化过程为何较其氧化物容易？ 5、NaCl作为氯化剂时，对金属硫化物和金属氧化物的氯化程 度如何，工业上如何操作？ 6、能否用碳、氢作还原剂来还原其他金属氯化物？
图4.8 S-O系吉布斯自由能图
着火温度并非一定值，而与硫化物的颗粒大小有关。 硫化物氧化过程影响因素： 1、温度； 2、颗粒外表面的固体反应物膜层的厚度及致密程度； 3、物料的物料化学性质。粒度、孔隙度； 4、气流中O2、SO2、SO3的浓度等。
表4.8 某些硫化物的着火温度与其颗粒大小的关系
方法及分类
方法： 第一步，使均匀的熔融粗金属中产生多相体系(如金 属-渣，金属-金属，金属-气体）； 第二步，把上述产生的各两相体系用物理方法分离 。 分类： (l) 金属一法系; (2) 金属一金属系: (3) 全属一气体系。
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第五章 氧化物和硫化物的火法氯化
金属氯化物与相应金属的其它化合物比较，大都具有低熔 点、高挥发性和易溶于水等性质，因此将矿石中的金属氧化 物转变为氯化物，并利用上述性质将金属氯化物与一些其它 化合物和脉石分离。 氯化冶金 就是将矿石(或冶金半成品)与氯化剂混合，在一定条件下 发生化学反应，使金属变为氯化物再进一步将金属提取出来 的方法 氮化冶金主要包括氯化过程、氯化物的分离过程、从氯化 物中提取金属等三个基本过程。 • 在多数的冶金原料中，金属并非以氯化物形态存在，因此 从原料中制取金属氯化物的氯化过程，是氯化冶金最基本 和最重要的过程。
冶金 研究生 参考书目
冶金研究生参考书目
以下是冶金工程相关研究生专业的部分参考书目：
1.《钢铁冶金学》（炼铁部分），王筱留编，冶金工业出版社，2001年。
2.《现代冶金学钢铁冶金卷》（炼钢部分），朱苗勇编，冶金工业出版社，2005
年。
3.《有色金属冶金学》，邱竹贤，冶金工业出版社，2008年。
4.《冶金专业英语》（钢铁冶金部分），侯向东，冶金工业出版社，2014年第二
版。
5.《冶金工程专业英语》（有色冶金部分），李进，冶金工业出版社，2013年。
6.《冶金原理》，李洪桂主编，科学出版社，2005。
7.《有色冶金原理》，傅崇说主编，冶金工业出版社，1997。
8.《钢铁冶金原理》，黄希祜主编，冶金工业出版社，2005。
以上是部分相关参考书目，建议根据具体研究方向和目标院校进一步选择适合的参考书目。
冶金原理讲授教学大纲
冶金原理教学大纲一、课程在培养方案中的地位、目的和任务本课程系冶金专业的主业课程。
本课程是在无机化学、物理化学和冶金概论的基础上进行的。
通过学习，使学生掌握冶金过程的基本原理和使用原理分析问题解决问题的方法，为今后的专业学习和工作实践奠定基础。
二、课程的基本要求1、了解重要基本概念和基本原理的定义和含义；2、能运用所学的理论对基本冶金过程进行定性、定量分析；3、能够初步解决具体的研究问题；4、不要背诵公式定理，而要在理解的基础上学会灵活运用。
各章的基本要求：1.冶金熔体a.冶金熔体的基本概念和特点；三元相图相平衡（初晶面，划分三角形，平衡线、平衡点的性质，冷却过程分析，等温截面图）。
要求能够熟练的进行冷却过程分析，会根据相图选择合理的熔体成分；b.了解各种冶金熔体的结构理论，特别是对于冶金炉渣，要求会应用所学的理论解释相关现象；c.了解冶金熔体的物理化学性质及其变化规律，能够使用公式进行简单的计算，以及正确的查图都区有关参数；d.掌握熔渣的酸碱性、氧化性的表示方法，会用来初步分析问题；了解渣与金属间的反应；e.会读图获取熔体的热力学参数。
2.热力学基础a.了解热力学的性质和应用，严格与动力学相区分；b.掌握吉布斯自由能图的构筑和应用方法、图中线的斜率的变化规律，会计算化合物的分解压。
c.掌握绘制热力学平衡的方法，能够熟练的绘制Me-O系、Me-O-S系的平衡图、电势-pH图，会举一反三建立其他体系的平衡图如Me-Cl-O系的平衡图等；并能用来初步解决具体问题，如解释冶金现象、选择工艺条件等；d.掌握碳的燃烧反应特别是布多尔反应的平衡关系，掌握氢的燃烧反应及C-H-O系的平衡，会进行平衡计算并建立变价金属氧化物用CO和H2、C还原的平衡图；明确熔渣中金属氧化物的还原的对比关系；理解真空还原、金属热还原的原理；e.掌握不同标准状态的换算关系，并会运用活度进行精炼的平衡计算，了解熔析精炼、区域熔炼的原理。
有色冶金原理
有色冶金原理
有色冶金是指除了铁、钢和黑色金属外的其他金属及其合金的冶金学科。
它涉及到的金属包括铜、铝、锌、镁、铅、镍、钴、锡、锑、铱、铑、钼、钯、铑、铅、钨、钴、镍、锡、银、金等。
有色冶金原理是指研究有色金属冶炼过程中的物理、化学及冶金学原理。
它主要涉及到有色金属的提取、炼制、精炼和加工等过程，以及金属的物理、化学性质变化以及其与其他元素的配合形成合金等方面。
在有色冶金原理中，一个重要的原理是金属的提取。
不同金属的提取方法各异，但都基于物理和化学原理。
例如，铜可以通过火法炼铜、湿法炼铜等方法进行提取。
火法炼铜是指将铜矿石加热到高温，使其融化，再通过各种化学反应将铜从矿石中分离出来。
湿法炼铜是通过浸出、萃取等方法将铜离子从矿石中溶解出来。
此外，有色冶金原理还包括金属合金的制备和加工技术。
金属合金是在金属中加入其他元素，以改善其性能和热处理特性。
不同金属合金的制备方法也有所不同，常见的方法包括熔炼、溶液热处理和机械合金化等。
在有色冶金原理中，了解金属的晶体结构和相变规律也非常重要。
金属的晶体结构决定了其物理和力学性能，而相变规律则反映了金属在不同温度和压力下的相变行为。
总之，有色冶金原理是研究有色金属冶炼过程中的物理、化学及冶金学原理的学科。
通过了解和应用这些原理，可以更好地进行有色金属的提取、炼制和加工，提高金属的品质和性能。
有色冶金原理
有色冶金原理有色冶金是指以有色金属（即不含铁的金属）为原料进行冶炼和加工的一种冶金工艺。
有色金属具有良好的导电、导热、耐腐蚀等特性，因此在电子、航空航天、军工等领域有着广泛的应用。
有色冶金原理是指对有色金属冶炼和加工过程中的物理、化学现象进行研究和探索，以及相关工艺技术的原理和规律。
首先，有色冶金原理涉及到有色金属的提取和精炼过程。
有色金属的提取主要包括矿石选矿、破碎、浮选、冶炼等步骤。
在这一过程中，需要考虑矿石的成分和性质，选择合适的提取方法，控制冶炼过程中的温度、氧化还原条件等参数，以确保提取出高纯度的有色金属。
其次，有色冶金原理还涉及到有色金属的合金化和加工过程。
合金是由两种或两种以上金属或非金属元素按一定的比例混合而成的固溶体或非固溶体。
在合金化过程中，需要考虑不同金属元素的相容性、晶体结构、热处理工艺等因素，以调整合金的力学性能、耐腐蚀性能等特性。
另外，有色冶金原理还包括了有色金属的成型加工和表面处理。
成型加工包括锻造、轧制、挤压、拉拔等工艺，通过这些工艺可以改善金属的组织结构，提高其力学性能。
表面处理则包括镀层、喷涂、阳极氧化等工艺，可以提高金属的耐腐蚀性能、美观性和使用寿命。
总的来说，有色冶金原理是一门综合性的学科，涉及到物理、化学、材料学等多个学科的知识。
在实际应用中，需要综合考虑原材料的性质、工艺的条件、设备的特点等因素，以确保有色金属冶炼和加工的质量和效率。
有色冶金原理的研究不仅可以为工程技术提供理论依据，还可以推动有色金属工业的发展，促进相关领域的技术进步和创新。
综上所述，有色冶金原理是有色金属冶炼和加工过程中的基础理论和技术原理，对于提高有色金属的品质和开发新型有色金属材料具有重要意义。
通过对有色冶金原理的深入研究和应用，可以促进有色金属工业的发展，推动相关领域的科技进步，为社会经济的发展做出贡献。
有色冶金原理第八章溶剂萃取和离子交换
有 －水 RT =ln a水 a有
e a 有 －水 RT 水
a有 c有 有
c水 水
其中c为摩尔浓度， 为活度系数。
当溶质浓度较低时，活度系数都接近于1，有，水 为 常数，故有C有/C水为常数，即
K为分配常数
K= C有/C水
分配定律仅适用于溶质浓度较低，接近理想体系， 溶质和溶剂不发生化学作用，溶质以同种的分子状态分 配在两相的情况。
电子-活化中心型的配位键，这种键比水分子键更牢固。
②各种有机碱及其盐或者是各种有机酸及其盐，能与水溶液接触时发
生萃取分子中的无机阴离子或阳离子和水溶液中的同名离子之间的 离子交换过程。
1.4.1 中性萃取剂：
代表者：酮，醇，醚 ，中性的焓磷、含硫和含氮的有 机化合物。
从结构上看，中性萃取剂分子中均含有能使氧原子 通向体系空间的活性基团，如羟基，磷酰基，亚硫酰基等， 氧原子能直接与被萃取金属化合物中的金属阳离子配位或 者间接地通过氢键与金属结合而形成中性络合物。
(2)烊盐形成能力决定与含氧萃取剂的碱性，萃取剂碱性越 强越有利于萃取，其次序：取代酰胺>酮>醇>醚
烊盐萃取要在高酸度条件下进行 胺盐萃取
主要萃取剂有伯、仲、叔胺以及季胺盐。 注：除了阴离子交换机理外，还存在一种所谓的加合反应
机理。
1.4.3 用阳离子交换萃取剂进行的萃取
用有机酸及其盐以及螯合剂对金属阳离子进行萃取 的过程，被萃取的金属阳离子交换萃取剂中的阳离子 （H+）的过程发生在相同的界面上，所以萃取机理属于 相间阳离子交换。
第十二章 溶剂萃取和离子交换
第十二章 （一）溶剂萃取
（二）离子交换
（一）溶剂萃取
1.1 溶剂萃取
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C、镁与氢发生反应生成氢化镁，被用于储氢合金的开发(Mg2Ni) D、与TiCl4反应：金属钛生产的方法
E、腐蚀性：(1)化学腐蚀：耐碱（PH>10.2)、不耐酸（低浓度 和高温的氢氟酸除外）
(2)土壤腐蚀：耐粘土腐蚀，有氯化物时腐蚀厉害
特点：可作为原料的天然矿物资源种类多，分布广，易获得； 可利用电、油、天然气等多种能源进行生产； 工艺过程简单，投资少，建厂速度快； 生产过程不产生有毒废弃物，对环境污染小。
缺点：产能低，机械化程度差，所用还原剂价格贵。
在国外，电解法镁产量占镁的总产量约80%
在国内，则是热法占主导地位，占了97%。
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2.1.3 Raw Materials and Production Processes
1、Raw Materials
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2、Production Processes
It is possible to divide the magnesium production technologies into two main types：
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热还原法：1913年开始研究，1924年由安吉平等（俄国）完 成。1941年Pidgeom（皮江，加拿大）建立了硅铁还原白云 石的试验厂并获得成功，称为皮江法炼镁。随后，加拿大政府 在安大略白云石矿附近采用皮江法建厂，1942年投产。
1947年 法国开始研究连续生产的硅热法，1959年第一 台熔渣导电半连续还原炉投产，1964年开始工业生产。
金属镁无磁性，有较强的韧性、延展性，有良好的导电、 导热性、阻尼性、减振性、切削加工性 。其减振性能、磁 屏蔽性能远优于铝合金。
镁合金的比强度高于铝合金和钢 ，比刚度与铝合金和钢相 当,耐磨性能优于低碳钢和压铸铝合金 。
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镁的化学性质
A、与氧的亲和力大，其表面易被空气氧化；镁在其熔 点以上易 在空气中燃烧，发出眩目的白光。
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1 菱镁矿煅烧生产氧化镁 对于煅烧所用的矿石，要求其中的MgO>45%，
SiO2<1.2%，CaO<1.5%。 菱镁矿煅烧的实质是碳酸盐的分解：
碳酸镁分解反应自由能及分解压与温度关系：
用于生产氯化镁时，煅烧温度一般不超过
800℃，此时得出的氧化镁化学活性较好，
有利氯化反应
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(3）电化学腐蚀：牺牲阳极
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镁的用途
金属镁无磁性，抗冲击而不产生火花，具有良好 的导热、散热性能，不易破裂，可以通过阳极氧化、 染色，抗疲劳强度和减震性能较好。
镁合金单位质量的机械强度大，消震性能好，易 于切削加工，且造价低廉。
镁和镁合金成为现代汽车、电子、通信等行业的 首选材料，被誉为“21世纪的绿色工程材料”。
有色金属冶金学
Non-ferrous Metallurgy
Magnesium Metallurgy 镁冶金（一）
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2.1 概述(Introduction)
1808年 英国医生Davy从利泻盐（MgSO4）中制备镁汞齐 1828 Brutus和A.Bussy 钾蒸气还原融熔氯化镁制取纯镁 1833 Faraday 电解融熔氯化镁 镁的工业生产，开始于1853年——化学家Bunsem在磁坩埚中 电解无水氯化镁生产出纯镁和氯气 1886年德国Bremen市郊建厂，采用电解无水光卤石 1907年德国法兰克福电化学公司大规模生产Mg-Al、Mg-Zn， 扩大了镁在航空、汽车的应用； 1919年道屋化学公司（美国）采用含水氯化镁经脱水然后电 解 1923年I.G.染料公司（德国）用菱镁矿加碳氯化然后电解法 十九世纪初，电解熔融氯化镁具有工业规模，使得镁成为工业金 属
(1) 氯化镁熔盐电解法(Electrochemical methods)：包括氯化镁的生产和电解 制镁两大过程。根据氯化镁制取工艺的 不同，可分为DOW工艺、I. G. Farben 工艺、Magnola工艺等。有色冶金原理7有色冶金原理
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(2) 热还原法(Thermal Reduction Methods)：利用某种还 原剂从含镁化合物中还原制得金属镁。根据还原剂的不同， 又分为硅热法(如皮江法)、碳化物热还原法和碳热法。
碳热还原：30～40年代进行过，二战期间美、英曾生产，但中 间产品——镁粉易燃、易爆，1947年停产，至今未采用。
中国：
旧中国没有镁工业，日本侵占东北时期建立过电解法镁厂、 碳化钙还原镁厂，1943年-1945年共产镁700吨，主要运往日 本，战后设备全部破坏。
“一五”期间，苏联援建菱镁矿氯化、电解工艺，1957年 投产（抚顺）。60～70年代曾开展卤水脱水、电解、小型硅热 还原试验。1980年前后全部停产（规模小、工艺设备不完善）
20世纪60年代，法国发明半连续热还原法。
我国从上世纪50年代开始镁工业生产。
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2.1.2 镁的性质和用途
纯镁是银白色的金属，硬度小。熔点650℃。沸点1107℃。 密度1.74g/cm3，只有铝的2/3、钛的2/5、钢的1/4；镁合金比 铝合金轻36%、比锌合金轻73%、比钢轻77%。
镁 (4)氧化镁氯化法(中国)——氧化镁
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氧化镁的生产及其氯化
氧化镁既可用于制取电解炼镁所需的无水氯化 镁，又可用于热还原法直接生产金属镁。作为 炼镁用的氧化镁，要求具有较高的纯度及良好 的化学活性；而对于热还原的氧化镁，还要求 能充分排出其所含的H2O和CO2。 目前，生产氧化镁的主要方法是菱镁矿煅烧法 和氢氧化镁法。
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2.2 Magnesium Electrolysis
2.2.1 Preparation of Magnesium Chloride Salts from Natural Raw Materials
(1)DOW Process(美国)——海水 (2)Amax Process(美国)——盐湖水 (3)Norsk Hydro Process(挪威)—氯化