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發(fā)表于 2008-3-21 16:28:12
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電冶金
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利用電能從礦石或其他原料中提取、回收和精煉金屬的冶金過程。電冶金成為大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的先決條件是廉價電能的大量供應(yīng)。電冶金包括電爐冶煉、熔鹽電解和水溶液電解等。①電爐冶煉是利用電能獲得冶金所要求的高溫而進(jìn)行的冶金生產(chǎn)。如電弧爐煉鋼是通過石墨電極向電弧煉鋼爐內(nèi)輸入電能,以電極端部和爐料之間發(fā)生的電弧為熱源進(jìn)行煉鋼,可獲得比用燃料供熱更高的溫度,且爐內(nèi)氣氛較易控制,對熔煉含有易氧元素較多的鋼種極為有利。②熔鹽電解是利用電能加熱并轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,將某些金屬的鹽類熔融并作為電解質(zhì)進(jìn)行電解,自熔鹽中還原金屬,以提取和提純金屬的冶金過程,如鋁、鎂、鈉、鉭、鈮的熔鹽電解生產(chǎn)。③水溶液電解是利用電能轉(zhuǎn)化的化學(xué)能使溶液中的金屬離子還原為金屬析出,或使粗金屬陽極經(jīng)由溶液精煉沉積于陰極,如銅、鋅的電積和銅、鉛的電解精煉。
) _" s; E. D# W3 W& j T4 G電冶金 4 Y1 d! ^8 C: J- `
廣義上講電冶金是指應(yīng)用電能從礦石或其它原料中提取、回收、精煉金屬的冶金過程。顯然也包括電爐冶煉。但實(shí)際工程上所提到的電冶金一般指電解(電化學(xué))冶金,包括水溶液電解和熔鹽電解,而把電爐冶煉歸入火法冶金的范疇。 8 c8 `9 N, O6 X+ i) |1 W+ \7 h4 L
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水溶液電解
1 _2 a! N/ P& R9 V# J/ e 以溶有金屬離子的水溶液作為電解質(zhì),使金屬離子在陰極上析出的過程。
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水溶液電解過程也可以把含雜質(zhì)的金屬作為陽極,電解過程使其不斷溶解到水溶液中,并在2 @2 e7 K$ }5 ~( X# F
陰極析出,叫電解精煉(可溶陽極電解),如金、銀、鈷、鎳、銅等貴重金屬大多采用電解精煉) ]1 n! Y0 M: E: \1 h0 r
來獲得高純成分;如果陽極材料本身不參與電解過程,只是把濕法冶金中獲得的浸取液中的金屬
) K- U7 i& K, y+ D- r 在陰極沉淀析出的過程,則叫電解提。ú蝗荜枠O電解),例如鋅、鉻、錳的提取。/ N' \1 H! }+ R/ H( m- v& l
& D8 _2 ]% y5 f( b, z( N$ S 熔鹽電解
6 I$ Y/ p* ~1 \; w5 X; P# w 以高導(dǎo)電率、低熔點(diǎn)的金屬熔鹽作為電解質(zhì) ,使金屬離子在陰極析出的過程。主要用于不 溶于水的金屬鹽類,如鋁、鎂、鈉等活潑金屬。由于金屬能溶于熔鹽,或者與高價氧化物反應(yīng)生 成低價化合物重新溶入熔鹽,熔鹽電解的電流效率要低于水溶液電解。
( j. n7 a& _( n5 V. ] ~) E粉末冶金
% _' T) W* f+ K, |7 {, {; X 用濕法冶金和電冶金獲得的金屬往往是以顆粒的形式存在,要想得到大塊的致密金屬和金屬零部件,可采用粉末冶金的方法。 ) B% {1 |% ^/ l0 b
粉末冶金由以下幾個主要工藝步驟組成:配料、壓制成型、坯塊燒結(jié)和后處理。對于大型的制品,為了獲得均勻的密度,還需要采取等
# b. w3 R5 q" g( ^5 }& P+ B1 r( u靜壓(各方向同時受液壓)的方法成型。粉末冶金的生產(chǎn)工藝與陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝非常相近,將在下一部分詳細(xì)介紹。這種方法對于制造切削用的硬質(zhì)合金(碳化鎢、碳化鈦等難熔碳化物的混合物)刀頭特別重要,鎢、鈮、鉭等高熔點(diǎn)塊狀合金一般用粉末冶金法制造,致密的鈦零件也可用粉末冶金法生產(chǎn)。粉末冶金工藝發(fā)展很快,現(xiàn)在常常用來制做減磨材料、摩擦材料、結(jié)構(gòu)材料、刀具和模具材料、過濾材料等。 , x; }# j5 Z' H* y, Q( Y# p
: i/ B# a1 W; z B 粉末冶金在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上有以下特點(diǎn): : p7 n( \) `* B8 Z- t
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可生產(chǎn)普通熔煉方法無法生產(chǎn)的特殊性能材料,如多孔材料、復(fù)合材料等; ) c& X3 X* V1 ~: ^3 d6 [
可避免成分偏析、保證合金具有均勻的組織和穩(wěn)定的性能; ! {* u1 c0 p9 y J6 l- G8 ^
可生產(chǎn)高熔點(diǎn)金屬(如鎢和鉬)和不互熔的合金(如鎢-銀合金);
$ b6 j8 ?2 `+ ~% h0 Z 可大量減少產(chǎn)品的后續(xù)機(jī)加工量,節(jié)約金屬材料,提高勞動生產(chǎn)率。這一點(diǎn)對3 n6 c; {) d4 L' v' N
貴重金屬尤其重要;
9 | z, Y- l% H8 k# u 粉末冶金零件的缺點(diǎn)是塑性和韌性較差。 ! `) F- A3 v" B! l6 @1 W
以上討論了金屬材料的各種生產(chǎn)工藝。其中火法冶金大量用于鋼鐵材料的生產(chǎn),而濕法冶金和電冶金主要用于有色金屬(除鋼鐵以外的金屬)的生產(chǎn)。許多有色合金既可以采用濕法冶金也可以采用火法冶金生產(chǎn),可根據(jù)礦石品位、工程條件以及生產(chǎn)成本來選擇。電冶金是獲得高純度金屬的一種有效辦法,火法冶金和濕法冶金的產(chǎn)品常常是作為初級產(chǎn)品,通過電冶金工藝進(jìn)一步提純。這些工藝過程可以概括地表示在圖中。粉末冶金實(shí)際上是把金屬原料粉制成塊狀金屬和零件的過程,只涉及物理變化過程,是對其它冶金方法的一種補(bǔ)充,在 一定程度上也可以看作是一種加工工藝。
2 R! r9 U+ z' ? 金屬生產(chǎn)工藝示意圖
( |1 k5 q+ r+ O. g C6 B: P0 T各種金屬材料可采用的生產(chǎn)工藝如下: . S+ Z7 Z+ x q6 q g9 Q
火法冶金:鋼鐵、粗銅、錫、鎳、鉛、鋅、鈦等 . o! W, }1 a K; T9 g% Q
濕法冶金:銅、鋅、鈾、稀土、鎳、鈷、鎢等
" p" |1 n3 m1 d W9 { 電冶金:金、銀、鈷、鎳、銅、鉛、鋅、錫、鉻、錳、鋁、鎂、鈉、鈹?shù)?
0 T6 p, [6 ^+ r+ ]4 d 粉末冶金:各種固態(tài)金屬。 |
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