有色金属冶金讲授要点修改.doc

《有色金属冶金学》教学大纲
课程编号：020402 开课院系：冶金与生态工程学院有色金属冶金系
课程类别：适用专业：冶金工程
课内总学时：40 学分：
实验学时： 0 课内上机学时： 0
先修课程：
执笔：朱鸿民，邹兴审阅：
一、 课程教学目的
通过开设本课程使学生全面系统地学习和掌握各种有色金属冶金过程的基本原理、方法、工艺设备和生产特点。并介绍最新的发展动态。

二、 课程教学基本要求

1．课程重点：着重介绍轻金属冶金、重金属冶金、稀有金属冶金以及再生金属冶金的原理以及技术特点。使学生对有色金属冶金有较全面、整体的理解和认识。

2．课程难点：由于有色金属种类繁多，各自的冶金原理及方法各不相同，本课程涉及到广泛的物理化学，电化学，金属学以及传输学等基础课程。

3．能力培养要求：
（1）了解有色金属冶炼原理、生产方法、国内外生产现状。
(2) 了解有色金属冶金的工艺流程。
（3）重点掌握铝、铜、镁、钛、稀土冶炼过程的原理、技术。
（4）了解有色金属冶炼过程的工业设备。
（5）了解有色金属冶金的发展动态。

三、 课程教学内容与学时
课程内容学时分配
绪论（十分钟）
要点：简单介绍金属的分类(如黑色与有色之分)、有色冶金涉及的主要金属种类和冶炼方法、本课程的主要安排等事项。

第一篇轻金属冶金学（参考书：有色金属冶金学）12
第一章氧化铝的生产（4学时）
1.1 铝土矿的种类、组成、特点及要求（0.5）
要点：①概述氧化铝的用途和生产情况。
②铝土矿的主要矿物成分、化学成分和分类。评价铝土矿质量的标准(铝硅比)。
③我国铝土矿资源特点。世界铝土矿储量及分布情况。其他可利用的铝矿资源。
1.2 氧化铝的生产方法（0.25）
要点：①电解炼铝对氧化铝的质量要求；氧化铝物理性质。
②氧化铝生产方法：碱法、酸法(介绍概念和各自特点)。
1.3 Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图分析及应用（0.5）
要点：①铝酸钠溶液的组成和表征方法(苛性比)。
② Na2O-Al2O3-H2O系状态图。利用状态图解释铝酸钠溶液的稳定性。
1.4 拜尔法生产氧化铝（1.25）
要点：①拜尔法生产氧化铝的基本原理和流程。
②铝土矿的溶出：溶出时的主要反应、氧化铝的理论溶出率、影响铝土矿溶出过程的因素、赤泥的分离与洗涤。
③拜尔法铝土矿溶出设备。
④铝酸钠溶液的加晶种分解：加晶种分解的原因、加晶种分解原理、铝酸钠溶液的分解率、影响铝酸钠溶液分解率和氢氧化铝粒度的因素。
⑤氢氧化铝的煅烧：煅烧过程中的物理化学变化、煅烧设备。
1.5 烧结法生产氧化铝（1.0）
要点：①原理和工艺流程。
②烧结过程中的主要反应、烧结过程中的加煤问题(目的及意义)。
③熟料溶出与赤泥的分离洗涤(溶出过程的主要反应)。
④铝酸钠溶液脱硅(目的及方法)。
⑤铝酸钠溶液的碳酸化分解：分解的物理化学过程、影响产品氢氧化铝纯度的因素、碳酸化分解的速度及对产品粒度的影响。
1.6 联合法生产氧化铝（0.5）
要点：①联合法生产氧化铝在我国氧化铝生产中占据重要地位。
②并联联合法流程及优缺点。
③串联联合法流程及优缺点。
④混联联合法流程及优缺点。

第二章铝电解（6学时）
2.1 铝电解生产概述（0.5）
要点：①铝的主要物理化学性质和用途、铝电解生产的历史和现状、现代铝工业生产的主要环节和生产流程。
2.2 铝电解体系（0.5）
要点：①铝电解生产流程。
②铝电解槽：发展概况、电解槽结构(预焙式、自焙式)。
③炭阳极：炭阳极作用、组成。
④炭阴极：炭阴极作用、组成。
⑤电解原料：炼铝原料(氧化铝)、熔剂(冰晶石+AlF3)、添加剂(CaF2、MgF2、LiF等)。
2.3 铝电解质体系（1.0）
要点：① NaF-AlF3二元系(相图及简单分析)、Na3AlF6-Al2O3二元系(相图及简单分析)、Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系(相图及简单分析)、工业铝电解质(种类和各自特点)。
②铝电解质的物理化学性质。
③铝电解质的酸碱度：酸碱度对铝电解生产的影响、铝电解质酸碱度的表示方法、工业铝电解质的酸碱度。
2.4 铝电解过程机理（2.0）
要点：①冰晶石—氧化铝熔液的离子结构(Al2O3浓度对熔液离子结构的影响)。
②铝电解中的电极反应：
a) 阴极反应：阴极反应、阴极过电压；
b) 阳极反应：阳极反应、阳极过电压；
c) 铝电解的总反应。
③铝电解过程中的阳极效应：阳极效应的概念、阳极效应的危害、阳极效应的发生机理及避免。
④铝在冰晶石—氧化铝熔液中的溶解：溶解机理、金属雾。
2.5 铝电解的电流效率（0.5）
要点：①电流效率定义及其计算：
②影响电流效率的因素。
2.6 铝电解生产的电能效率和能量平衡（1.0）
要点：①铝电解工业的电能消耗情况。
②铝电解槽的电压分配(五部分)。
③铝电解的电能效率：理论电耗与实际电耗之比、理论电耗的计算。
④铝电解槽的能量平衡。
⑤铝电解过程中的节能。
2.7 铝电解的生产技术（0.5）
要点：①铝电解槽的焙烧和启动。
②铝电解槽的常规作业、正常生产的技术条件和特征。

第三章镁生产工艺和原理（2学时）
3.1 概述（0.25）
要点：①镁的主要物理化学性质和用途、炼镁的主要方法和原料。
3.2 电解法炼镁（0.75）
要点：①原料准备：方法、流程、氯化反应。
②电解质的组成与性质。
③镁电解槽结构、镁电解的电流效率和电能消耗。
3.3 硅热还原炼镁（0.75）
要点：①硅热法炼镁的原理(艾林汉姆图)和原料。
②硅热法炼镁的工艺和设备(主要介绍皮江法)。
3.4 镁的精练（0.25）
要点：①镁锭质量标准、镁的精练方法(熔剂精练、升华提纯)。

第二篇重金属冶金学（参考书：重金属冶金学）10
第四章重金属造锍熔炼（以铜为主）（5学时）
4.1 造锍熔炼的原料和冶炼方法（0.5）
要点：①铜镍造锍熔炼的原料。
②铜镍矿物原料的冶炼方法(工艺流程)、铜镍冶炼方法的对比。
4.2 造锍熔炼的基本原理（2.0）
要点：①造锍熔炼的物料及产物。
②造锍熔炼过程中的物理化学变化(熔炼目的、困难)：
a) 熔炼高温下的离解反应；
b) 锍的形成及特性(锍的定义、组成)；
c) 造锍熔炼的炉渣及其特性(炉渣的组成、作用、炉渣的性质对熔炼作业的意义)；
d) 造锍熔炼过程中硫化物的优先氧化反应；
e) 用硫氧势图说明多种硫化物的氧化反应；
f) Cu-Fe-S-O-SiO2系化学势图(应用该图说明Fe3O4的麻烦、渣中损失的铜等)；
g) 造锍过程中Fe3O4的形成；
h) 铜锍与炉渣的平衡及渣铜损失；
i) 常规炼铜的原则和连续炼铜的原则(二者的区别和各自的优缺点)。
4.3 造锍熔炼的生产实践（1.0）
要点：①闪速熔炼：主要介绍奥托昆普闪速熔炼、Inco闪速熔炼。
②熔池熔炼：反射炉熔炼及其改进(主要介绍白银法、诺兰达法、氧气顶吹法)。
③其他造锍熔炼方法：主要介绍电炉熔炼。
4.4 锍的吹炼（1.0）
要点：①锍吹炼目的。
②锍的吹炼反应(吹炼步骤及其反应、吹炼过程中锍成分的变化)。
③锍吹炼的生产实践(工艺、设备、渣的回收利用)。
4.5 粗铜的火法精炼和电解精炼（0.5）
要点：①粗铜的化学成分、精练的目的及方法。
②粗铜的火法精炼：原理、精练过程中的反应及成分要求、精练的原料及设备。
③铜的电解精炼：原理、工艺流程、精练过程中的电极反应、杂质在电解过程中的行为、废液处理、精练设备。

第五章重金属还原熔炼（以铅为主）（3学时）
5.1 还原熔炼的原料及冶炼方法（0.25）
要点：①还原熔炼的原料：用还原熔炼生产的重金属及其矿物原料。
②冶炼方法：铅锌冶炼原理和工艺流程、锡锑铋汞冶炼原理及工艺。
5.2 硫化矿焙烧及烧结原理（1.0）
要点：①焙烧和烧结焙烧的目的。
②氧化焙烧过程及其动力学。
③以铅精矿的焙烧为例分析焙烧过程的热力学特性。
④硫酸化焙烧。
⑤烧结化学及各组分在焙烧过程中的挥发行为(挥发行为的利用)。
5.3 焙烧与烧结的生产实践（0.25）
要点：①铅硫化精矿的烧结焙烧设备、工艺。
5.4 还原熔炼的基本原理和生产实践（1.0）
要点：①概述：何谓还原熔炼、还原熔炼的基本特征。
②还原熔炼原理与反应：氧位图的使用、还原反应的例子(铅鼓风炉还原熔炼反应)。
③还原熔炼的炉渣、铅锍和黄渣：炉渣的组成及作用、铅锍与黄渣(概念及回收利用)。
④还原熔炼的生产实践：火法炼锌的几种不同的工艺流程及其主要设备。
5.5 硫化矿的直接熔炼（0.25）
要点：①直接得到金属的冶炼方法。与焙烧—还原熔炼法的比较(传统方法的弊病)。
②铅的直接熔炼：原理(Pb-S-O系化学位图)、几种直接炼铅的工艺及设备。
5.6 铅的火法精炼和电解精炼（0.25）
要点：①粗金属精练方法。
②铅的火法精练：杂质去除顺序及其工艺。
③铅的电解精练：原理及工艺流程。

第六章重金属湿法冶金（以锌为主）（2学时）
6.1 重金属湿法冶金的流程、原料及冶金过程（0.25）
要点：①湿法冶金的概念、与火法相比的优缺点(简单叙述)。
②湿法冶金原则流程举例(图3-1、图3-4)。
③湿法冶金的原料及冶金过程。
6.2重金属湿法冶金的浸出过程（0.75）
要点：①锌焙砂酸性浸出
1) 流程(图3-5、图3-6)。
2) Zn-H2O系电位—pH图(原理分析及应用)。
3) 铁酸锌的浸出过程及Fe2+的去除(除铁的原理及工艺)。
4) 锌浸出的主要设备。
③碱浸：氨浸原理分析、主要浸出过程及反应、主要浸出工艺流程和设备。
6.3浸出液的净化（0.75）
要点：①硫酸锌溶液的净化方法：浸出液成分(表3-14)、净化后新液成分(表3-15)、几种主要的净化方法。
②锌粉置换法：原理、影响置换过程的因素、锌粉置换法能去除的主要杂质元素、主要设备及工艺。
③有机溶剂萃取法：主要萃取剂、萃取原理和应用、萃取设备。
6.4从水溶液中提取金属（0.25）
要点：①从水溶液中提取金属的常用方法。
②硫酸锌溶液的电解沉积
1) 电解时的阴极过程、阳极过程；
2) 杂质在电解过程中的行为；
3) 电能消耗、电流效率及槽电压；
4) 锌电解的主要设备和工艺。

第三篇稀有金属冶金学（参考书：有色金属冶金学）10
第七章稀土金属冶金学（4学时）
7.1 概述（0.2）
要点：①稀土元素的概念、稀土元素及其主要化合物的物理化学性质。
② 稀土元素的应用情况。
③ 稀土资源(冶炼原料)及冶金工艺简述。
7.2 稀土精矿的分解（0.5）
要点：①稀土精矿分解方法概述：稀土精矿的获得、精矿成分、精矿分解的概念和方法。
② 独居石稀土精矿的分解
a) 独居石精矿的特点；
b) 氢氧化钠分解独居石精矿：工艺流程、主要反应、影响分解的因素；
c) 从分解产物中提取稀土：过程及反应；
d) 由浸出液制备稀土产品。
③ 氟碳铈矿—独居石混合稀土精矿的分解
a) 氟碳铈矿—独居石混合稀土精矿的特点；
b) 硫酸焙烧分解氟碳铈矿—独居石混合稀土精矿：工艺流程、分解反应、影响分解的因素；
c) 从焙烧产物中提取稀土元素：浸出与净化的工艺和主要反应；
d) 由浸出液制备稀土产品。
7.3 有机溶剂萃取法分离稀土（0.7）
要点：①溶剂萃取的基本知识
a) 溶剂萃取的概念和基本原理；
b) 萃取体系的组成和分类；
c) 萃取过程的基本参数(分配比、萃取率、分离系数、萃取比)；
d) 萃取方法和设备：单级萃取、多级萃取(几种不同的方式)、常见萃取设备。
② 有机溶剂萃取分离稀土元素：稀土分离常用的萃取剂及其萃取原理、工艺流程(列举2~3个例子)。
7.4 离子交换法分离稀土（0.6）
要点：①离子交换的基础知识
a) 离子交换法的概念、基本原理和过程；
b) 离子交换树脂的类型与性质；
c) 树脂离子交换过程的基本参数(全交换容量和操作交换容量、树脂的选择性、分配比、分离系数)；
d) 淋洗剂及淋洗过程；
e) 延缓离子。
② 离子交换法分离稀土元素—用EDTA淋洗分离Pr、Nd：基本原理和工艺过程(吸附、淋洗过程中发生的主要反应)、影响分离效果的主要因素。
（以上部分2学时）
7.5 熔盐电解制取稀土金属（1.0）
要点：①氯化物熔盐电解制取稀土金属
a) 稀土氯化物熔盐电解质的组成与性质(电解质体系、熔度、密度、导电性、对稀土金属的溶解度等)；
b) 稀土氯化物熔盐电解的电极过程；
c) 电流效率及影响电流效率的因素；
d) 稀土氯化物熔盐电解操作工艺及设备。
② 在氟化物熔体中电解稀土氧化物
a) 稀土氟化物熔盐电解质的组成与性质(电解质体系、熔度、密度、导电性、对稀土金属的溶解度等)；
b) 氟化物熔盐中电解稀土氧化物的电极过程(电极过程及影响电流效率的因素)；
c)氟化物熔盐中电解稀土氧化物的操作工艺及设备。
7.6 金属热还原法生产稀土金属（0.5）
要点：①金属热还原原理。
② 钙还原稀土氟化物：原理、设备、工艺(温度、还原剂用量、还原时间等对还原过程的影响)。
③ 镧或铈还原稀土氧化物：原理、还原过程参数的影响。
7.7 纯稀土的制取（0.5）
要点：①概述：稀土金属应用对纯度的要求；稀土金属中杂质的种类、提纯方法、特点。
② 真空蒸馏法提纯稀土金属：基本原理、工艺及影响因素。
③ 电迁移法提纯稀土金属：基本原理、工艺及影响因素。
④ 区域熔炼法提纯稀土金属：基本原理、工艺及影响因素。
⑤ 稀土金属提纯的其他方法(电解法、熔盐萃取法)。
第八章 钽铌冶金（2学时）
8.1 钽铌精矿的分离（0.5）
要点：①概述：钽、铌及其主要化合物的性质、用途；钽、铌冶金的原料
② 钽、铌精矿的分解
a) 钽、铌精矿分解方法概述(分解的目的、目前应用的方法)；
b) 氢氟酸分解法(主要化学反应、工艺流程)；
c) 氯化法(基本原理、工艺流程)。
8.2 钽和铌纯化物的制取（0.25）
要点：①钽、铌分离提纯方法概述(目的、主要方法)。
② 氯化物精馏法。
8.3 金属钽和金属铌的生产（1.25）
要点：①金属钽和铌生产方法概述。
②钠还原氟钽酸钾生产金属钽粉：原理、工艺流程和设备、影响产品质量的因素。
③ 碳还原五氧化二铌生产金属铌：原理、工艺流程和设备。
④ 铝热还原生产金属铌：原理、工艺流程和设备。

第九章 钛生产工艺和原理（4学时）
9.1 概述（0.25）
要点：①钛及其主要化合物的基本性质、用途。
② 钛冶金的基本路线。
9.2 钛矿物原料以及还原熔炼（0.75）
要点：①钛矿物原料(资源分布情况)。
② 处理钛精矿的原则流程。
③ 钛铁精矿的还原熔炼：原理、主要反应、设备。
9.3四氯化钛生产（1.0）
要点：①氯化反应的物理化学基础。
② 氯化生产实践：几种氯化工艺方法及其设备
③ 粗四氯化钛的精制：粗四氯化钛中杂质及其去除方法。
9.4海绵钛生产技术（1.5）
要点：①概述：金属钛的工业生产方法(Kroll法、Hunter法、电解法)。
② 镁热还原法生产海面钛
a) 基本原理(热力学分析、动力学及其影响因素)；
b) 还原的工业实践(设备、工艺、产物的真空蒸馏和钛砣的处理)；
9.5钛的精炼（0.5）
要点：①电解精炼：原理、设备。
② 碘化法精炼：原理、设备。
第四篇贵金属冶金学4
第十章 金银冶金（3学时）（参考书：贵金属冶金学）
10.1 概述（0.25）
要点：①金、银的物理化学性质和用途。
② 金银的提炼方法。
10.2 金银矿物资源以及金银提取前的矿石准备及选矿（0.5）
要点：①金、银的矿物资源：金银矿物、提取金银的一般原则、我国金银资源及生产情况。
② 金、银提取前的矿石准备及选矿：矿石准备、金的重力选矿、金的浮选。
10.3 金银的提取（2.0）
要点：①混汞法提金：基本原理、混汞作业的方法及设备、汞膏的处理。
②氰化法提金
a) 氰化过程的物理化学：热力学、动力学及影响氰化过程的因素；
b) 氰化实践；
c) 从氰化物溶液中沉淀金、银：锌置换沉淀的物理化学、工艺及设备、金泥处理；
d) 氰化厂的污水处理；
e) 从事汞和氰化物工作的安全。
③非氰提金方法：硫脲法、水氯化法、微生物提金。
④从阳极泥中提取金银
a) 阳极泥的处理：阳极泥的组成、处理目的和方法；
b) 阳极泥的火法处理：工艺流程和设备、各工序主要反应；
c) 阳极泥的湿法处理：湿法处理的优点、流程。
10.4 金银的精炼（0.25）
要点：①氯化精炼：原理、精炼过程。
② 化学法精炼：原理、方法。
③ 电解精炼：阴阳极及电极反应。

第十一章 贵金属再生（1学时）
11.1 概述（0.25）
要点：①贵金属废料的来源、分类及特点。
② 贵金属废料的预处理。
11.2 金银二次资源的再生回收（0.5）
要点：①从含金银废液中回收金银：常见的含金银废液、回收方法。
② 从含金银废料中回收金银：常见的含金银废料、回收方法。
③ 从镀金镀银废料中回收金银：常见的镀金镀银废料、回收方法。
11.3 铂族金属的回收（0.25）
要点：①铂族金属回收的意义。
② 含有铂的废料及其回收方法。
第五篇 再生有色金属冶金（参考书：再生有色金属冶金）2
第十二章 再生有色金属冶金（2学时）
12.1 概述（0.25）
要点：①再生有色金属的生产概况。
②发展再生有色金属的重要意义：扩大有色金属资源、降低生产能耗、利用废料减少环境污染。
③ 从废料中回收有色金属的方法。
12.2 再生有色金属原料及其预处理（0.25）
要点：①原料来源及特点。
② 对有色金属废料的要求
③ 废料的预处理。
12.3 有价有色金属的循环利用（1.5）
要点：①铜再生
a) 含铜废料的分类、特征及处理方法。
b) 含铜物料的直接利用。
c) 含铜物料的间接利用：三种流程的特点和对比、鼓风炉熔炼、转炉吹炼(吹炼目的与机理与原铜有所不同)、反射炉精炼。
②铝再生
a) 含铝废料的特点及回收处理方法。
b) 废杂铝料生产再生铝和铝合金：铝料与熔剂的相互作用、反射炉熔炼再生铝合铝合金、炉渣的处理。
c) 再生铝合金的精炼：非金属杂质的去除、精炼脱除金属杂质。
d) 废杂铝灰料的再生利用。
e) 其他方面的回收利用：废旧铝饮料罐的再生利用、废铝生产铝铸件。

第六篇 有色金属冶金环境保护（参考书：有色金属冶金、材料、再生与环保）2
第十三章 有色金属冶金环境保护（2学时）
13.1 有色金属能源消耗（1.0）
要点：①概述。
②有色金属工业节能：工艺节能、工业窑炉余热余能利用。
③能源的折算标准煤系数
④有色金属能耗现状及能耗指标
13.2有色金属冶金废弃物排放控制（1.0）
要点：①烟气治理技术。
②工业废水治理技术。
③固体废弃物治理和综合利用。
④清洁生产技术：清洁生产定义及内容、清洁生产审计。
三、教材和参考书
教材
1. 邱竹贤，有色金属冶金学，冶金工业出版社，1995

参考书
1. 杨重愚，轻金属冶金学，冶金工业出版社, 1989
2. J.Thonstad, P.Fellner, G.M Haarberg, J. Hives, H.Kvande and A. Sterten, Aluminium Electrolysis- Fundamentals of the Hall-Heroult Process, 3rd edition, Aluminium-Verlag, Dusseldof, Germany, 2001
2. 彭荣秋，重金属冶金学，中南工业大学出版社，1994
3. 吴炳干，稀土冶金学，中南工大出版社，1997
4. 邱竹贤，铝电解原理与应用，中国矿业大学出版社，1998
5. 李洪桂，稀有金属冶金学，冶金工业出版社，1990
6. 卢宜源等，贵金属冶金学，中南工业大学出版社，1990
7. 彭荣秋，再生有色金属冶金，东北大学出版社，1994

四、说明
有色金属冶金由于涉及的金属种类繁多﹑提炼方法各不相同所以内容多。与其相应的学时少，课程内容将比较浓缩。要求学生有扎实的化学尤其是物理化学的基础。作为本课程基础的有色冶金过程热力学和动力学等内容，已由专业基础课程传授，本课程不再重复，着重传授这些基础知识在有色金属冶金工艺过程中的具体应用。在授课中，将“有色金属认识实习”的内容有机地整合在本课程中，结合有色金属冶金企业生产过程的录像资料进行授课，使学生对有色金属冶金工业过程有充分的认识。

附件4：课程简介模版
课程编号：020402
课程名称：有色金属冶金学
开课学院：冶金与生态工程学院
学时：40
学分：
类别：
先修课程：冶金物理化学

课程简介：本课程为冶金工程专业的主干专业课。将系统、全面地教授有色金属的火法、湿法以及电解提取方法和工艺。对铝、镁、钛等轻金属、铜、锌、铅等重金属、稀土以及钽、铌等稀有金属分类的就其冶金提取原理以及工艺进行讲解。通过本课程的学习使学生基本掌握有色金属冶金技术原理及工艺特点，并了解该领域的国内外现状。

Course Code: 020402
Name of Course: Non-Ferrous Metallurgy
School: School of Metallurgical and Ecological Engineering
Credit Hours: 40
Credits:
Required or Elective: Physical Chemistry of Metallurgy
Prerequisite:
Syllabus: “Non-ferrous Metallurgy” is a major course for the students of Metallurgical Engineering. The content of the course includes a systematical introduction of non-ferrous metallurgy of Pyrometallurgy, Hydrometallurgy and Electric Extraction, covering the fundamentals and technologies of the non-ferrous metals, such as light metals (aluminium, magnesium, and titanium), heavy metals (copper, zinc, and lead), rare earth and other rare metals (tantalum and niobium). Through this course, the students will learn the basic knowledge of non-ferrous metallurgy, and have a view of the technology developing in non-ferrous metallurgy.