有色冶金新理论与新技术
有色冶金新理论新技术试题
1、叙述有色金属发展的趋势 2、为什么说稀散金属是战略金属？
3、简述冰铜(铜锍)PS转炉熔炼法的工艺过程，并举出两种现今工业上采用的其他吹炼工艺，进行简单介绍。（附参考文献）
4、目前工业上尚采用的火法炼锌方法有几种？选择其中的一种论述其工艺过程。（附参考文献）
5、阐述我国铝土矿资源特点以及适合处理低品位铝土矿的工艺技术。 6、目前铝电解有哪些节能措施？
1、叙述有色金属发展的趋势
答：（1）国外有色金属发展趋势： a) 注意综合利用
有色金属矿物的最大优点是共生矿多，复杂矿多，甚至有些金属根本没有单独的矿床，如钴是在铜、镍的生产过程中，以副产品回收的。金属钒是在铀矿的副产品和钒钛磁铁矿的富钒渣中回收。因此各国都注意综合利用回收有色金属。苏联铅锌厂综合利用系数（从矿石到金属的总回收率计算）为83%，回收了17中元素。加拿大国际镍公司原来只回收两种元素，现在已经扩大到回收15种元素。苏联、匈牙利、法国等，在氧化铝的生产过程中回收镓和钒，每生产一吨氧化铝可分别回收镓120克左右和五氧化二钒300~320克。美国用电弧熔炼法处理生产氧化铝时排除的阳极泥，可回收阳极泥中的氧化铝85%~90%，铁80%。日本采用高压分解法处理辉钼矿，其金属实收率比氧化焙烧法提高10%左右，可达到98%。
b) 向机械化和自动化方向发展
目前国外有色金属生产厂都在为实现生产过程机械化和自动化做大量工作，
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从而提高劳动生产率和降低成本。
芬兰奥托昆普公司波里铜电解车间，采用阳极极距机残阳极洗涤堆垛机，始极片剥离机，阴极洗涤堆垛机和悬吊棒运输机代替手工操作以后，年产3.2万吨铜的车间，只需要50人平均劳动生产劳动生产率为640吨/年人。比利时1969年新建的老山厂的电解锌车间，当主要工序的操作改用电子计算机控制以后，每人每班可平均剥离锌24吨，比一般电解锌车间提高三倍。美国联合铝公司的一家铝箔厂的轧机，采用电子计算机控制以后，不仅轧材的质量提高了，而且轧机的生产能力提高9.1%。
（2）中国有色金属发展趋势： a) 企业上市规模将进一步扩大
随着中国经济体制改革的进一步深化，有色金属工业的国企改革将迈进新的步伐。通过股份制改造，建立现代企业制度，进行体制创新，必然促使更多的国有企业改制上市。
b) 加大对国外资源的开发
中国有色金属资源有限，在今后的发展中，必将对国外资源进行开发。譬如中国实行的“走出去”发展战略，就是对国外资源开发规模扩大的重要内容。开发国外有色金属资源仅靠国家支持和国内资金是不够的，必须通过国际资本市场进入融资，才能实现持续发展。
c) 资本市场出现多样性
目前，我国已经成为世界主要有色金属生产国，国际化生产水平不断提升。作为世界有色金属生产基地，将运用更多的现代资本运营手段，譬如更多的运用期货、长期贸易协议等方式，在国内外资本市场融资，以保证原料供应的稳定，避免有色金属市场价格波动带来的风险，从而使企业进入资本市场的途径呈现多样性。
d) 发展将遇到极大挑战
随着我国有色金属的生产和消费在世界上的地位日益重要，有色金属的进出口贸易也受到越来越多人的关注。目前，中国有色金属市场对外开放程度虽然很高，但外商直接从事有色金属进出口贸易以及一些产品的进出口还受到一定程度的限制，有色金属的市场环境会发生很大的变化，还将面临实力强劲的国外大型
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有色金属跨国公司的挑战。
e) 生产企业联合重组步伐加快
为了适应市场竞争，国外大型企业今年来普遍加快了收购、兼并的步伐，组建更大规模的跨国公司，实现规模化经营，扩大市场份额。譬如，美国铝业公司靠兼并和重组成功的增强了自身实力，扩大了市场份额。
f) 生产成本不断降低
随着科学技术的不断发展，有色金属的科技含量不断增加，生产成本不断降低。预计未来10年内，有色金属生产成本要降低25%左右。譬如，在铝的技术进步方面，随着拜耳法和大型预配槽电解技术的不断改进和广泛应用，氧化铝和电解铝生产成本也不断降低。
g) 新材料发展迅速
全球有色金属工业企业、科研单位在各国政府的支持下，加强了对新材料的研制，使新材料开发成为推动有色金属工业发展的动力。譬如信息产业用材料有半导体用硅材料、化合物材料、框架材料触点材料等基础材料；新能源材料有锂离子电池、镍氢电池、燃料电池等各种新型电池用材料。
h) 市场前景广阔
随着我国经济的繁荣，尤其是农村经济的发展，拥有16亿人口的中国将进一步显现出其作为世界市场的巨大潜力。全面建设小康社会将为有色金属产品提供更为广阔的市场空间。据科学统计及分析，在今后10年左右的时间里，国内市场对铜铝等主要有色金属的需求还将增加。随着中国经济的快速发展，城市化和工业化进程中大量基础设施建设，住宅、交通等大规模投资，为中国有色金属的进一步发展提供了有利的市场空间。此外，周边国家，特别是东亚和东南亚国家有色金属产品生产能力普遍不足，是世界上重要的有色金属进口地区，这就为我国有色金属工业利用区位优势，扩大产品规模提供了机遇，也为我国有色金属产品出口构建了良好的市场。
2、为什么说稀散金属是战略金属？
答：稀散金属（SM）通常指镓（Ga）、铟（In）、铊（Ti）、锗（Ge）、硒（Se）、碲（Te）、铼（Re）等7种元素组成的一组化学元素。有人将钪（Sc）、
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铷（Rb）、铪（Hf）、钒（V）或镉（Cd）等也包含在SM内。20世纪90年代以来全世界对SM的需求量逐年增长。当前，除我国耗硒量大，约占全球的50%外，美国与日本也是应用SM的大户，近年两国年消耗SM中，铟占全球的90%以上、镓及铼各占80%以上、锗及碲各占70%左右。这种态势与两国高新技术产业规 模位居世界前列及其SM在军用和民用领域应用持续扩大紧密相关。
稀散金属具有极为重要的用途，是当代高科技新材料的重要组成部分。由稀散金属与有色金属组成的一系列化合物半导体、电子光学材料、特殊合金、新型功能材料及有机金属化合物等，均需使用独特性能的稀散金属。用量虽说不大，但至关重要，缺它不可。因而广泛用于当代通讯技术、电子计算机、宇航开发、医药卫生、感光材料、光电材料、能源材料和催化剂材料等。
镓可应用于电子工业、低熔点合金及合金添加剂、冷焊剂、催化剂、仪器工业、医学及发动机与执行机构的部件，特别合适与太空；铟可用于电子及能源工业、涂层及防腐合金、低熔点合金、焊接剂、化工及核反应堆中吸收种子的控制棒等领域；铊可用于超导材料、医学、电子工业、玻璃与仪表工业、化工等领域；锗可用于官学仪器、超导体、电子工业、光纤通讯、化工、医学等领域；硒可用于静电复印、电子工业、玻璃工业、医学与环境、化工及冶金领域；铼广泛用于现在工业重要部门，且日显重要作用，它的应用因产量少、价格昂贵而受到限制。它可用于催化剂、特殊合金、涂层及电子工业等领域。
3、简述冰铜(铜锍)PS转炉吹炼法的工艺过程，并举出两种现今工业上采用的其他吹炼工艺，进行简单介绍。（附参考文献）
答：转炉吹炼法
(1) 烘炉
新砌或大、小修后的炉子，均须把炉衬烘干，并使其加温到1073~1173K以上，才能投料，步骤如下：
1) 用木材做燃料，从常温以15K/h的速度升温到653K，然后保温6~10h。
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2) 用重油做燃料，以20K/h的速度升温到1073K，保温,35h，最后升温至
1273K左右。 （2）挂炉
所谓挂炉，即在转炉炉衬表面，黏附一层Fe3O4熔体。挂炉即往炉内装入冰铜，不加石英，直接空吹，使FeS氧化成Fe3O4。风口上方炉衬受侵腐蚀严重，宜挂厚一些，挂一次炉，可连续吹炼8~10炉。 （3）吹炼操作
第一阶段 吹炼开始时，把炉子转到停风位置，装入第一批冰铜，其装入量视炉子的大小而定，一般使风口浸入液面下200mm左右。然后旋转炉体至吹风位置，旋转的同时开始鼓风，吹炼数分钟后，加石英溶剂。当温度上升到1473~1523K后，炉体转到停风位置，加入冷料，随后又转向吹风位置，，转向同时开始鼓风。经过一段吹风时间，造渣好后，停风倒出炉渣。然后再加冰铜，吹炼数分钟，加适量石英溶剂，根据炉温加入冷料，间断放渣，直到炉内聚满了与转炉容量相适应的白冰铜，然后准备筛炉。应根据火焰颜色、炉气浓度、炉口状况等判断筛炉终点。
第二阶段 筛炉后继续鼓风吹炼，，炉内不加冰铜和溶剂。对直径较大的转炉，产生的热量除补偿操作中的热损失外，尚有剩余，可加入残极。对小转炉，第二阶段不加入任何炉料。如筛炉彻底，一般不产生炉渣，即使有少量铁质炉渣，可在出炉前加入少量石英溶剂，使其造成硅酸盐渣，与铜一道倾入铜包中，稍等片刻，可把铜水面上的渣倒出；或不加石英溶剂，转炉出铜后，少量的铁渣仍留在炉内与下批冰铜共同处理。出铜时，转动炉子，导入一些石英，将炉子稍往后转，约停0.5min，把铜均匀缓慢的倒入铜包。出铜后迅速打眼通风，清除结块，然后装入冰铜，开始下一炉吹炼。
其他吹炼工艺：
（1）澳斯麦特炉吹炼 澳斯麦特熔炼炉产生的铜锍通过溜槽放入吹炼炉，进行连续地吹炼，直至吹炼炉内有1.2m左右高度的白锍时停止放锍，结束第一阶段；然后开始将这一批白锍吹炼成粗铜，吹炼渣被水成颗粒，返回到熔炼炉。
（2）三菱法吹炼 三菱法连续熔炼中的吹炼炉也是顶吹形式的一种。在一个圆形的炉中用直立式喷枪进行吹炼。喷枪内层喷石灰石粉，外环层喷含氧
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