金属矿物的加工技术 (金属矿物的加工方法)

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金属矿物的加工技术

金属矿物是提取金属元素的关键原料。

作为冶金原料的矿石，其中除含有所要提取的金属外，还含有少量杂质组分。

冶金环节就是经过特定的加工工艺将有用组分与废除组辨分别的环节。

目前，罕用的冶金工艺有火法冶金和湿法冶金两种。

前者是在高温条件下启动的熔炼环节，关键用于钢铁、铜、铅等的冶炼；后者则是在溶液中启动的冶炼环节，关键用于罕见金属、贵金属以及铝、镍、钴的提取、富集和分别。

1.铁（钢）的火法冶炼

目前，作为炼铁原料的铁矿石关键有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿4种。铁的冶炼环节关键出现铁的恢复反响和造渣反响。铁氧化物的恢复是从低价氧化物到低价氧化物，最后到金属铁的逐级恢复。温度低于570℃时，按FeO→FeO→Fe顺序恢复。FeO不稳固，FeO间接恢复为Fe。温度高于570℃时，按FeO→FeO→FeO→Fe顺序恢复。铁的恢复既可间接以CO为恢复剂，也可以经过消耗固体炭生成CO成功恢复。造渣环节是一个复杂的化学反响环节，是熔剂（关键为石灰石）与矿石中脉石和焦炭中灰分反响生成一种多氧化物熔体的中和反响。造渣环节可以成功恢复进去的铁与杂质（SiO，AlO，CaO，MgO等）的有效分别。

钢是以铁为基的合金。

钢和铁的成分差异在于，前者含碳量小于2.11%，后者含碳量大于2.11%。

炼钢环节是一个复杂的氧化和恢复环节，是经过冶炼降落生铁中的碳和去除有害杂质，再依据对钢的成分和功能要求减少过量的合金元素，炼出具备较高强度和塑性韧性或具备不凡功能钢的环节，其关键是肃清钢水中的杂质，其中最关键的起因是造渣和除渣。

生铁中的杂质在高温下与氧具备较强的亲和力。

炼钢环节中，应用氧化的方法向熔池供氧，用氧将其中的杂质氧化构成液体、固体或气体氧化物，这些氧化物又与参与的熔剂作用而构成炉渣并被扫除。

上述环节中，杂质被氧化并被扫除了，但也使钢液中含有较多的FeO。

因此，在炼钢环节的前期，理论参与脱氧剂（如硅铁、锰铁和铝等），使它们从FeO攫取氧而到达脱氧的目标。

2.铜的火法冶炼

铜的冶炼关键有火法冶炼和湿法冶炼两种，前者约占铜消费量的90%。

目前，作为炼铜的原料矿物关键为硫化物矿物（习称硫化矿），如：黄铜矿（CuFeS），斑铜矿（CuFeS），辉铜矿（CuS），铜蓝（CuS）。其次为碳酸盐、硅酸盐和氧化物矿物（习称氧化矿），如：孔雀石Cu［CO］（OH），蓝铜矿Cu［CO］（OH），硅孔雀石（Cu，Al）H［SiO］（OH）·nHO），赤铜矿（CuO）。大批来自人造铜。

火法炼铜关键经常使用硫化矿。该工艺是在高温下使铜矿石先熔成冰铜（关键是由CuS和FeS组成的合金），再将其吹成粗铜。在冶炼炉中部700～1000℃区域内，关于硫化铜矿而言，氧与铁的亲和力比氧与铜的亲和力强，故氧先与铁化分解氧化亚铁（FeO），FeO又与熔剂作用生成熔渣被除去。在冶炼炉下部1000～1400℃区域内，没有反响的FeS与CuS结合生成冰铜。在吹炼的第一阶段，熔融的冰铜再与熔剂混合启动吹炼，硫化铁剧烈氧化，生成氧化亚铁和二氧化硫，氧化亚铁和熔剂生成熔渣并被扫除，获取的产物为纯的硫化亚铜（白冰铜）。在吹炼的第二阶段，硫化亚铜氧化生成氧化亚铜，它再与未经氧化的硫化亚铜反响生成粗铜（含铜量为98.5%～99.5%）。

3.铜的湿法冶炼

湿法炼铜是用溶剂浸泡矿石使铜进入溶液，而后从含铜的溶液回收铜。这种方法关键用于解决氧化矿石或高层次的氧化物或硫化矿尾矿。湿法炼铜罕用的溶剂有硫酸、碳酸氨、硫酸高铁溶液等。进入溶液中的铜可驳回如下方法启动萃取：电积法（在不溶阳极和铜阴极之间加直流电压，在阴极发生金属铜）；铁置换法（CuSO+Fe=FeSO+Cu）；溶剂萃取法（先使铜进入不相容的无机相，再从无机相中反萃铜）；蒸馏法［2Cu（NH）CO+O=4CuO+8NH+2CO］。

4.拜尔法消费氧化铝

从铝土矿制取氧化铝的方法很多，但拜尔法是占相对长处的一种方法，目前全环球90%的氧化铝是由拜尔法消费的。

铝土矿（铝矾土）是炼铝的最关键原料，其关键化学组成为AlO（50%～70%），其余组分关键为FeO，SiO，TiO。矿物组成以三水铝石（AlO·3HO），一水软铝石（γ-AlO·HO），一水硬铝石（a-AlO·HO）和高岭石为主。

拜尔法消费氧化铝的工艺流程如图25-2所示。

图25-2 拜尔法消费氧化铝的工艺流程图

（据李洪桂等，2002）

氧化铝再经过冰晶石-氧化铝熔融盐电解法制成金属铝。

电解环节在电解槽内启动，直流电经过电解质使氧化铝分解。

电解产物，在阴极上是液体铝，在阳极上是氧。

铝溶液再经进一步解决可获取纯度达99.5%～99.7%的金属铝。

中国不锈钢及特钢消费工艺流程图汇总

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钢厂完整工艺流程

钢厂完整工艺流程：

采矿→选矿→烧结→炼铁→炼钢→热轧→冷轧→硅钢。

辅佐消费工艺：焦化、制氧、燃气、自备电、动力。

铁粉是经过矿山开采由选矿厂消费的，铁份含量普通多在60%以上（越高越好），要从铁粉中获取铁，方法是驳回高炉恢复法。

为了顺应高炉的冶炼，必定要将铁粉先加工成块状，这就要求将铁粉加上石灰石驳回烧结机或球团设施制成大小平均的块状。

在参与到高炉中时，同时配入焦炭（作燃料同时起撑持作用），高炉鼓入热风（1150度左右），这样，在高炉的底部就会构成液态的铁水，从高炉的出铁口定时放出。

在联结企业，为了应用动力，液态的铁水是经过铁水罐间接送往炼钢厂的。

因为炼铁工艺是恢复气氛，不能去除有害成分—硫，为了保障钢的品质，如今有的工艺是在炼铁厂炉前或在炼钢厂入炉前，还配有脱硫工序。

如今炼钢的工艺设施有2种，即转炉、电炉。

裁减资料：

钢，是对含碳量品质百分比介于0.02%至2.06%之间的铁碳合金的统称。

钢的化学成分可以有很大变动，只含碳元素的钢称为碳素钢（碳钢）或普通钢。

在实践消费中，钢往往依据用途的不同含有不同的合金元素，比如：锰、镍、钒等等。

人类对钢的运行和钻研历史相当悠久，然而直到19世纪贝氏炼钢法发明之前，钢的制取都是一项高老本低效率的上班。

参考资料：网络百科-炼钢