冶金2011级-普通冶金考题

考试科目：普通冶金考试日期：2013.6.26命题教师：陈为亮、沈强华、张旭、杨晓源、漆鑫、黄帮福学院：冶金与能源工程专业班级：冶金111、112、113学生姓名：学号：有色冶金部分（共50分）1、有色金属可分为哪几类？各类别分别列举出1~2个金属元素。

（10分）2、简述硫化铜精矿造锍熔炼的基本原理及两个过程的主要反应。

（10分）3、写出粗铜电解精炼、粗铅电解精炼、硫酸铜溶液电解沉积铜、硫酸锌溶液电解沉积锌和氧化铝熔盐电解过程中阴、阳极的主要反应。

（10分）4、锌的冶炼方法有哪些？（10分）5、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？（5分）6、简述碱石灰烧结法生产氧化铝的原理（5分）钢铁冶金部分（共50分）7、简答题（每小题6分，共30分）（1）带式抽风烧结机生产过程中的料层有哪些？（2）简述工业上常用的铁水预处理脱硫剂和脱硫方法。

（3）传统电弧炉氧化法冶炼过程可分为哪几个阶段？（4）什么是炉外精炼？炉外精炼的基本手段有哪些？（5）连铸机按铸坯运行轨迹可分为哪几种类型？8、问答题（每小题10分，共20分）（1）画出高炉内型示意图并阐述高炉冶炼原理。

（2）硫在钢中有什么危害？阐述转炉炉渣脱硫原理并分析有利于脱硫的条件考试科目：普通冶金考试日期：2013.6.26命题教师：陈为亮、沈强华、张旭、杨晓源、漆鑫、黄帮福学院：冶金与能源工程专业班级：冶金111、112、113学生姓名：学号：有色冶金部分（共50分）1、有色金属可分为哪几类？各类别分别列举出1~2个金属元素。

（10分）2、简述冰铜的吹炼的实质，并写出冰铜吹炼的两个周期的主要反应。

（10分）3、试比较硫化镍精矿与硫化铜精矿火法冶炼的异同。

（10分）4、简述锡精矿还原熔炼锡的基本过程。

（10分）5、简述拜耳法生产氧化铝的基本原理。

（5分）6、钨冶金的基本过程有哪些？（5分）钢铁冶金部分（共50分）7、简答题（每小题6分，共30分）（1）简述焦炭在高炉中的主要作用。

（2）某高炉的有效容积为1200m3，昼夜产铁2880t，昼夜消耗焦炭1180.8t，请计算高炉的有效容积利用系数和焦炭冶炼强度。

（3）请写出炼钢过程中脱磷的反应方程式？并分析脱磷的条件？（4）按额定功率分，电弧炉分为哪几类？（5）连铸机包括那些设备，有那几种机型？8、问答题（每小题10分，共20分）（1）请阐述真空循环脱气（RH）设备的工作原理。

（2）硫在钢中以何种形态存在，对钢有何影响，分析脱硫条件。

参考答案及答题题点A卷有色冶金部分：1、有色金属可分为哪几类？各类别分别列举出1~2个金属元素。

（10分）答：（1）有色重金属，包括铜、铅、锌、锡、镍、钴等。

（2分）（2）有色轻金属，包括铝、镁、钙、钾、钠、钡等。

（2分）（3）贵金属，包括金、银、铂以及铂族元素。

（2分）（4）稀有金属，一般分为稀有轻金属（Li、Rb、Be等）、稀有高熔点金属（W、Mo、Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、Re等）、稀散金属（In、Ga、Ge、Tl等）、稀有放射性金属（如钋、镭、锕及锕系元素）和稀土金属（镧及镧系元素）五类。

（2分）（5）半金属，又称似金属或类金属，包括硼、硅、砷、砹。

（2分）（未举例者各扣1分）2、简述硫化铜精矿造锍熔炼的基本原理及两个过程的主要反应。

（10分）答：（1）造锍熔炼原理（5分）硫化铜精矿造锍熔炼原理是利用铜对硫的亲合力大于铁和一些杂质金属，而铁对氧的亲合力大于铜的特性，将硫化铜精矿、部分氧化物焙砂、返料和适量的熔剂等炉料，在1150~1250℃的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，而金属铜则富集在熔锍。

（2）两个过程的主要反应（5分）造锍熔炼主要包括两个过程，即造渣和造锍过程，其主要反应如下：2FeS(l) + 3O2(g) = 2FeO(l) + 2SO2(g) (1)2FeO(l) + SiO2(s) = 2FeO·SiO2(l) (2)x FeS(l) + y Cu2S(l) = y Cu2S·x FeS(l) (3)3、写出粗铜电解精炼、粗铅电解精炼、硫酸铜溶液电解沉积铜、硫酸锌溶液电解沉积锌和氧化铝熔盐电解过程中阴、阳极的主要反应。

（10分）答：（1）粗铜电解精炼：阳极反应为：Cu - 2e = Cu2+阴极反应为：Cu2+ + 2e =Cu（2）粗铅电解精炼阳极反应Pb - 2e = Pb2+阴极反应Pb2+ + 2e = Pb（3）硫酸铜溶液电积铜阴极反应：CuSO4 + 2e = Cu + SO42-阳极反应：H2O - 2e = 0.5O2 + 2H+（4）硫酸锌溶液电积锌：阳极反应为：H2O - 2e = 2H+ + 0.5O2阴极反应为：Zn2+ + 2e =Zn（5）氧化铝熔盐电解：阳极反应为：2O2-(络合) + C – 4e ＝CO2阴极反应为：Al3+(络合) + 3e ＝Al（每题2分，每对1个反应得1分）4、锌的冶炼方法有哪些？（10分）答：（1）锌的生产方法分为火法和湿法两大类，以湿法冶炼为主。

（2分）（2）火法炼锌有鼓风炉炼锌、竖罐炼锌、平罐炼锌、电热法炼锌等。

（2分）（3）湿法炼锌包括传统的湿法炼锌和全湿法炼锌两类。

传统的湿法炼锌实际上是火法与湿法的联合流程，包括焙烧、浸出、净化、电积和制酸五个主要过程。

（3分）（4）全湿法炼锌是硫化锌精矿直接浸出，该工艺省去了传统湿法炼锌工艺中的焙烧和制酸工序，锌精矿中的硫以元素硫的形式富集在浸出渣中另行处理。

（3分）5、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？（5分）答：金红石及高钛渣有三种的氯化方法：流态化氯化法、熔盐氯化法和竖炉氯化法。

目前流态化氯化法是生产TiCl4的主要氯化方法。

6、简述碱石灰烧结法生产氧化铝的原理（5分）答：将铝土矿与一定量的苏打、石灰(或石灰石)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2CaO·SiO2而氧化铝与苏打化合成可溶于水的铝酸钠Na2O·Al2O3，将烧结产物(通称烧结块或熟料)用水浸出，铝酸钠便进入溶液而与2CaO·SiO2分离，以后再用二氧化碳分解铝酸钠溶液，便可以得出氢氧化铝。

二、钢铁冶金部分7、简答题（每小题6分，共30分）（1）带式抽风烧结机的料层有哪些？答：从上到下：烧结矿层(1分)、燃烧层(1分)、预热层(1分)、干燥层(1分)、过湿层/湿料层(1分)和铺底料层(1分)（2）简述工业上常用的铁水预处理脱硫剂和脱硫方法。

答：脱硫剂：石灰(CaO) (1分)、电石(CaC2) (1分)、金属镁(Mg) (1分)和以它们为基础的复合脱硫剂(1分)脱硫方法：KR法(1分)、喷吹法(1分)（3）传统电弧炉氧化法冶炼过程可分为哪几个阶段？答：补炉(1分)、装料(1分)、熔化期(1分)、氧化期(1分)、还原期(1分)和出钢(1分) （4）什么是炉外精炼？炉外精炼的基本手段有哪些？答：炉外精炼是将常规炼钢炉内完成的精炼任务，如去除杂质(包括不需要的元素、气体和杂质)、成分和温度的调整和均匀化等任务，部分或全部移到钢包或其它容器中进行的二次冶炼方法。

(1分)基本手段包括：渣洗(1分)、真空(1分)、搅拌(1分)、加热(1分)、喷吹(1分)（5）连铸机按铸坯运行轨迹可分为哪几种类型？答：立式连铸机(1分)、立弯式连铸机(1分)、直结晶器弧形连铸机(1分)、弧形连铸机(1分)、椭圆形连铸机(1分)、水平式连铸机(1分)8、问答题（每小题10分，共20分）（1）画出高炉内型示意图并阐述高炉冶炼原理。

答：从上到下：炉喉(1分)、炉身(1分)、炉腰(1分)、炉腹(1分)、炉缸(1分)画出图(1分)高炉冶炼原理：鼓入的热风在风口区域与焦炭和煤粉燃烧产生高温煤气(1分)，高温煤气在向高炉上部流动过程中将氧化铁还原成金属铁(1分)，使铁矿石实现Fe-O分离(0.5分)；煤气携带的热量将铁和渣熔化并过热(1分)，实现铁与渣的分离(0.5分)。

（2）硫在钢中有什么危害？阐述转炉炉渣脱硫原理并分析有利于脱硫的条件。

硫含量高会使钢引起“热脆”(1分)，降低钢的强度(1分)、横向力学性能(1分)和深冲压性能(1分)。

脱硫原理：[S]＋(CaO)＝(CaS)＋[O]/ [S]＋[C]+(CaO)＝(CaS)＋CO/[S]＋1/2[Si]+(CaO)＝(CaS)＋SiO2(1分)有利于脱硫的热力学条件：1）高温(1分)；2）低(FeO)/低氧化性(1分)；3）高碱度(1分)；4）大渣量(1分)；有利于脱硫的动力学条件：加强搅拌，增大渣-金反应界面(1分)。

参考答案及答题题点B卷有色冶金部分：1、有色金属可分为哪几类？各类别分别列举出1~2个金属元素。

（10分）答：（1）有色重金属，包括铜、铅、锌、锡、镍、钴等。

（2分）（2）有色轻金属，包括铝、镁、钙、钾、钠、钡等。

（2分）（3）贵金属，包括金、银、铂以及铂族元素。

（2分）（4）稀有金属，一般分为稀有轻金属（Li、Rb、Be等）、稀有高熔点金属（W、Mo、Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、Re等）、稀散金属（In、Ga、Ge、Tl等）、稀有放射性金属（如钋、镭、锕及锕系元素）和稀土金属（镧及镧系元素）五类。

（2分）（5）半金属，又称似金属或类金属，包括硼、硅、砷、砹。

（2分）（未举例者各扣1分）2、简述冰铜的吹炼的实质，并写出冰铜吹炼的两个周期的主要反应。

（10分）答：（1）实质：冰铜吹炼是在一定压力下将空气送到液体冰铜中，使冰铜中的FeS氧化变成FeO与加入的石英熔剂造渣，而Cu2S经过氧化生成Cu2O与Cu2S 相互反应变成粗铜(98.5~99.5%Cu)。

吹炼过程的温度为1150~1300℃。

（2）两个周期的主要反应：①第一周期（造渣期）主要是除去熔锍中全部铁以及与铁化合的硫。

主要反应包括FeS 的氧化反应和FeO的造渣反应：2FeS + 3O2 + SiO2 = 2FeO·SiO2 + 2SO2②第二周期（造铜期）是继续向造渣期产出的Cu2S熔体鼓风，进一步氧化脱除残存的硫生产金属铜的过程。

第二周期的主要反应为：Cu2S + 1.5O2 = Cu2O + SO2Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + SO2Cu2S + O2 = 2Cu + SO23、试比较硫化镍精矿与硫化铜精矿火法冶炼的异同。

（10分）答：①相同：都是先进行造锍熔炼，分别产出铜锍和镍锍，然后再进行氧化吹炼，使其中的FeS氧化造渣，除去部分铁和硫。

②不同：铜锍吹炼时可以得到粗铜，而镍锍吹炼时只能得到主要由Ni3S2和CuS2组成并富集了贵金属的高镍锍，而不能得到粗镍。

因此镍锍吹炼过程只有吹炼造渣过程，而没有造金属过程。