內容簡介
這是一本銅冶金工廠職工技術培訓教材,全書共分13章,涵蓋瞭銅冶金的基本原理、生産工藝與設備及操作要領。對現代銅冶金新方法-閃速熔煉、頂吹浸熔煉、諾蘭達法與白銀法均作瞭詳細介紹。對細菌浸齣與溶劑萃取——-電積法生産銅與傳統銅方法,包括大型銅廠采用的不銹鋼陰極銅電解精煉也作瞭適當的介紹。
《銅冶金》內容豐富,編寫簡明,供銅冶金工廠職工作技術的培訓教材用,也可供鉛冶金生産、科技人員參考。
內頁插圖
目錄
1 銅冶金一般知識
1.1 銅及其主要化閤物的性質
1.1.1 銅及其主要閤金的性質
1.1.2 銅的硫化物、氧化物及其性質
1.2 銅的産量及消費量
1.2.1 近10年世界各國的銅産量
1.2.2 銅的用途及銅消費量的變化
1.3 銅冶金原料
1.3.1 銅的礦物、礦石與精礦
1.3.2 銅精礦的組成與冶煉工藝的關係
1.3.3 再生銅原料
1.4 銅冶金方法
1.5 近20年來國內外銅冶金技術的發展
2 銅精礦造鋶熔煉的基本原理
2.1 概述
2.2 造鋶熔煉的基本原理
2.2.1 主要物理化學變化
2.2.2 銅熔煉有關反應的AGe-T圖
2.2.3 M-S-O係化學勢圖
2.2.4 矢澤彬的銅熔煉氧勢一硫勢圖
2.2.5 斯呂德哈、托格裏和斯米爾諾夫的銅熔煉氧勢一硫勢圖
2.3 熔煉産物
2.3.1 銅鋶的形成及其特性
2.3.2 爐渣的組成及其性質
2.3.3 爐渣一銅鋶間的相平衡
3 閃速熔煉
3.1 概述
3.1.1 閃速熔煉的産生及發展
3.1.2 銅精礦閃速熔煉的工藝流程及生産過程
3.2 閃速爐反應塔內的傳輸現象和主要氧化反應
3.3 奧托昆普閃速爐的爐體結構和精礦噴嘴類型
3.3.1 閃速爐的外形結構尺寸
3.3.2 閃速爐爐體各部位的結構
3.3.3 閃速爐精礦噴嘴類型與結構
3.4 閃速熔煉作業的技術管理
3.4.1 閃速爐熔煉過程的管理
3.4.2 貧化電爐的管理
3.5 閃速熔煉的主要技術經濟指標
3.6 銅閃速熔煉的配料計算
3.7 閃速熔煉的計算機控製及數學模型實例
3.7.1 熔煉渣中Fe/Si02控製
3.7.2 銅鋶品位和銅鋶溫度控製
3.7.3 冶金計算實例
3.8 閃速熔煉發展的成就
3.8.1 閃速熔煉的“四高”發展趨勢
3.8.2 閃速熔煉發展的新技術新設備
4 諾蘭達熔池熔煉
4.1 諾蘭達熔煉生産工藝過程
4.1.1 生産工藝流程簡述
4.1.2 爐料和燃料
4.1.3 熔池中的物理化學變化
4.1.4 熔煉産物
4.1.5 諾蘭達爐熔煉的生産數據與主要的技術經濟指標
4.2 諾蘭達反應爐結構及其裝備
4.2.1 諾蘭達反應爐的爐體結構
4.2.2 諾蘭達反應爐的裝置及其結構
4.2.3 諾蘭達反應爐的附屬裝置
4.3 諾蘭達爐正常操作的控製及常見故障的處理
4.3.1 諾蘭達爐熔煉過程的主要控製參數及控製方法
4.3.2 常見故障及處理
4.4 諾蘭達爐生産過程的物料平衡及熱平衡
4.4.1 諾蘭達熔煉過程物料平衡實例
4.4.2 大冶諾蘭達爐熱平衡實例
4.5 諾蘭達爐生産控製過程自動化
4.6 諾蘭達熔池熔煉的特點及發展趨勢
5 頂吹浸沒熔煉法
5.1 概述
……
6 白銀煉銅法
7 其他熔煉新方法
8 傳統熔煉法
9 銅鋶的吹煉
10 爐渣的貧化處理
11 粗銅的火法精煉
12 銅的電解精煉
13 銅的濕法冶金
前言/序言
進入21世紀,我國有色金屬工業繼續持續穩定地發展,十種有色金屬年産量超過1000萬噸,其中銅、鎳、鉛、鋅、锡、銻等重有色金屬的産量占一半以上,穩居世界*一,重有色金屬冶煉企業在不斷對現有工藝進行技術改造、挖潛增效、節能降耗、強化管理的同時,廣泛采用閃速熔煉及頂吹、底吹、側吹類的熔池熔煉,熱酸浸齣,深度淨化,L-SX-EW濕法煉銅,陰極電解等新工藝、新技術、新設備逐漸取代能耗高、汙染大、效益差的落後工藝,有色金屬工業麵貌煥然一新。
我國有色金屬工業的發展,競爭與機遇並存。我們應清醒地看到,我國的人均有色金屬量占有率仍然很低,除瞭資源嚴重短缺外,在核心技術創新方麵,在管理模式、管理水平、經營理念、總體裝備水平、勞動生産力、自動化程度、資源有效利用、職工素質等多方麵與世界有色金屬強國相比,還存在很大的差距。我們必須百尺竿頭,繼續奮鬥,不斷增強我國有色金屬工業的國際競爭能力。
國傢綜閤實力的競爭歸根結底是人纔的競爭,發展有色金屬工業迫切需要提高企業職工的整體素質。近年來,我國有關方麵相繼啓動瞭“國傢高技能人纔培訓工程”,目的在於培養韆百萬具有一定專業理論知識、動手能力強、技術嫻熟的技能型人纔,為滿足工廠職工教育和培訓的需要,中國有色金屬學會重有色金屬冶金學術委員會組織一批教授、專傢和資深技術人員編寫瞭《重有色金屬冶金工廠技術培訓叢書》,經過近一年的努力,現在終於可將這套叢書奉獻給廣大讀者瞭。為瞭編好這套叢書,全國各重有色金屬冶煉工廠都竭盡全力給予瞭極大的支持,在此,我代錶中國有色金屬學會重有色金屬冶金學術委員會嚮為編寫這套叢書作齣辛勤勞動的教授、專傢及廣大企業領導及工程技術人員緻以衷心的感謝!我們相信,這套叢書的齣版發行,必將為我國重有色金屬冶煉企業技術工人綜閤素質的提高,促進我國重有色金屬工業的發展起著重要的作用,並為增強我國國民經濟綜閤實力作齣重要貢獻。
精煉與升華:金屬的璀璨旅程 本書並非聚焦於銅,而是將目光投嚮金屬的宏大敘事,探尋從原始礦石到精密器械,再到我們日常生活中無處不在的金屬材料的演變與應用。我們將踏上一段跨越時空的旅程,見證人類如何一步步解鎖金屬的奧秘,將其塑造成文明進步的基石。 第一章:地殼的饋贈——金屬的誕生與發現 金屬並非憑空齣現,它們深藏於地殼之中,是億萬年地質變遷的産物。本章將深入探索金屬的形成過程,從岩漿的冷卻、沉積岩的形成,到各種金屬礦物的富集。我們將瞭解不同金屬元素在地殼中的分布規律,以及它們是如何以礦石的形式呈現在我們麵前。 隨後,我們將迴溯人類早期發現和利用金屬的漫長曆史。從對自然界中遊離金屬(如金、銀、銅)的偶然發現,到部落時代對石器的初步改造,再到 smelting(冶煉)技術的萌芽,都將在這裏得到詳盡的敘述。我們將重點關注火的革命性作用,如何使人類第一次能夠從礦石中提取齣純淨的金屬,這標誌著人類文明進入瞭一個全新的時代——金屬時代。從石器時代到青銅時代,再到鐵器時代,每一次金屬的突破都帶來瞭生産力、軍事力量和社會結構的巨大變革。我們將分析這些早期金屬技術是如何在不同文明中發展起來的,以及它們在農業、工具製造、武器鍛造等方麵的初步應用。 第二章:點石成金的藝術——冶煉與精煉的原理 “冶煉”二字,承載著人類徵服自然的智慧與汗水。本章將揭示金屬冶煉的核心原理,深入剖析各種冶煉方法是如何將礦石中的金屬元素分離齣來。我們將從化學反應的角度,解析高溫、還原劑(如碳)如何打破礦物中的化學鍵,釋放齣純淨的金屬。 首先,我們將聚焦於最古老的冶煉技術——火法冶金。從簡單的露天焙燒到復雜的鼓風爐,我們將詳細介紹不同時期火法冶金的關鍵設備和工藝流程。例如,早期煉銅或煉锡所使用的簡易土窯,如何通過控製溫度和空氣流通來促進金屬的提取。隨後,我們將深入探討更高級的火法冶煉技術,如鼓風爐的齣現,如何大幅提高冶煉溫度和效率,為大量生産鐵、銅等常用金屬奠定瞭基礎。我們將分析不同礦石的性質如何決定瞭適閤的冶煉方法,以及雜質的去除和閤金的形成在這個過程中扮演的角色。 接著,我們將介紹濕法冶金的概念。不同於高溫的火法,濕法冶煉利用化學浸齣劑,在較低溫度下將金屬離子溶解到溶液中,再通過電解或其他化學方法將其還原成金屬。我們將探討濕法冶金在處理低品位礦石、復雜礦石以及稀有金屬提取中的優勢,例如,氰化法提取金,以及硫酸浸齣法提取銅。 此外,本章還將深入闡述金屬精煉的過程。無論是火法還是濕法冶煉得到的粗金屬,通常都含有雜質,需要進一步精煉纔能滿足現代工業的需求。我們將介紹多種精煉技術,如電解精煉、區域熔煉、真空蒸餾等,並詳細解釋它們的工作原理以及在不同金屬提純中的應用。例如,通過電解精煉,我們可以獲得高純度的銅,用於電子工業;區域熔煉則能生産齣超高純度的半導體材料。 第三章:塑形與新生——金屬加工的技藝 從熔融的液體到堅固的固體,再到各種精美的形態,金屬的塑形過程本身就是一門藝術。本章將聚焦於金屬的加工技術,展示人類如何通過一係列物理和化學手段,將金屬材料賦予生命,使其能夠承擔各種復雜的任務。 我們將首先探討塑性加工。金屬在加熱或常溫下,能夠通過外力改變形狀而不發生斷裂的能力,是金屬加工中最基本也是最重要的屬性之一。我們將詳細介紹鍛造、軋製、擠壓、拉伸等基本塑性加工方法。例如, blacksmithing(鐵匠鍛打)是如何通過反復敲擊,將一塊熾熱的鐵塊逐漸鍛造成鋒利的刀劍或精美的裝飾品;軋製技術是如何將巨大的金屬錠轉化為薄如蟬翼的金屬片或寬闊的鋼闆,為建築和機械製造提供基礎材料。我們將分析不同加工方式對金屬組織結構和力學性能的影響,以及如何通過熱處理(如退火、淬火、迴火)來優化加工後的金屬性能。 隨後,我們將介紹鑄造技術。通過將金屬熔化後倒入模具,冷卻成型,鑄造是生産復雜形狀金屬零件的有效途徑。從古代的沙型鑄造到現代的壓力鑄造、精密鑄造,我們將追溯鑄造技術的演進,並分析不同鑄造方法的適用範圍和技術特點。例如,失蠟鑄造在古代藝術品製作中的巧妙運用,以及現代汽車發動機缸體等復雜結構件是如何通過精密鑄造實現的。 此外,本章還將涵蓋切削加工,如車削、銑削、鑽削、磨削等,這些技術通過去除多餘材料來獲得精確的尺寸和形狀。我們將討論刀具材料、切削參數以及機械加工過程對零件精度和錶麵質量的影響。同時,我們也會觸及焊接、釺焊等連接技術,它們是將獨立的金屬構件牢固結閤的關鍵。 第四章:金屬的語言——閤金與性能的協同 單一的金屬元素往往難以滿足日益增長的工業需求,而閤金的齣現,則極大地拓展瞭金屬材料的應用邊界。本章將深入探討閤金的構成原理、類型以及它們如何通過不同元素的協同作用,展現齣遠超純金屬的優異性能。 我們將從原子尺度開始,解釋閤金是如何形成的,以及固溶體、化閤物等不同類型的閤金結構。我們將分析閤金元素的加入如何影響金屬的晶格結構、原子鍵閤以及相變行為,從而改變其硬度、強度、塑性、耐腐蝕性等關鍵力學和物理性能。 本書將重點介紹一些具有代錶性的閤金體係。例如,我們將在“鋼”的世界裏遨遊,解析碳含量、各種閤金元素(如鉻、鎳、鉬、釩)如何賦予鋼不同的性能,從建築用的結構鋼,到精密機械製造用的工具鋼,再到耐腐蝕的不銹鋼。我們將探討閤金鋼的相圖和相變過程,理解熱處理如何調控鋼的微觀組織,實現強度、韌性的最佳平衡。 同時,我們也將關注銅閤金的豐富多彩。從黃銅(銅與鋅的閤金)的易加工性和美觀,到青銅(銅與锡的閤金)在古代文明中的輝煌,再到現代高性能銅閤金在電子、航空航天領域的應用,我們將深入瞭解不同銅閤金的成分設計和性能特點。 此外,本書還將涉足其他重要閤金傢族,如鋁閤金、鈦閤金、鎂閤金等。我們將分析這些輕質高強閤金在航空航天、汽車製造、體育器材等領域的革命性貢獻,以及它們獨特的加工工藝和性能優勢。本書還將簡要介紹一些功能性閤金,如形狀記憶閤金、磁性閤金等,揭示金屬材料在現代科技發展中扮演的越來越重要的角色。 第五章:融於萬物——金屬在現代文明中的身影 金屬,早已滲透到我們生活的方方麵麵,它們是現代文明最堅實的支撐。本章將帶領讀者從宏觀視角審視金屬材料在各個領域的廣泛應用,展望金屬材料的未來發展趨勢。 我們將從建築行業開始,解析鋼筋混凝土結構、鋁閤金幕牆、不銹鋼管道等是如何構建起城市的骨架和血脈。我們將看到金屬在橋梁、隧道、高層建築等大型工程中不可或缺的作用。 在交通運輸領域,金屬更是無處不在。從汽車的發動機、車身、底盤,到飛機的機翼、機身,再到高速列車的車廂,金屬材料的輕質、高強、耐磨等特性,決定瞭現代交通工具的安全與高效。我們將探討不同金屬材料在汽車、航空航天、船舶等交通工具設計中的選材考量。 電子信息産業是金屬材料的另一個重要陣地。從集成電路中的導綫、連接器,到顯示器中的電極,再到電池中的正負極材料,高純度金屬和特殊閤金是電子産品正常運行的關鍵。我們將聚焦於半導體材料的純化技術,以及銅、金、銀等在電子元件中的精密應用。 醫療健康領域同樣受益於金屬材料的進步。從外科手術器械、植入式醫療設備(如人工關節、心髒起搏器),到醫學影像設備,各種高性能金屬閤金的生物相容性、耐腐蝕性和力學性能,為人類健康保駕護航。 最後,我們將展望金屬材料的未來。在可持續發展的背景下,金屬材料的迴收與再利用、新型環保閤金的開發、以及金屬在新能源、人工智能等前沿科技領域的應用,都將是未來的重要發展方嚮。本書將對這些領域進行前瞻性的探討,勾勒齣金屬材料在未來世界中的璀璨圖景。 通過這一係列的探索,我們希望讀者能夠深刻理解金屬材料的本質,認識到它們在人類文明發展進程中所扮演的關鍵角色,並對其未來的無限可能充滿期待。