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金屬冶鍊是指把金屬從化合態變為遊離態。

1 金屬冶鍊 -概述

  金屬冶鍊

  金屬的冶鍊:把金屬從化合態變為遊離態。

  常用冶鍊法:用 碳 一氧化碳 氫氣等還原劑與金屬氧化物在高溫下反應。

冶鍊的原理

  1.還原法:金屬氧化物(與還原劑共熱)--→遊離態金屬

  2.置換法:金屬鹽溶液(加入活潑金屬)--→遊離態金屬

  火法冶鍊(Pyrometallurgy)

  又稱為乾式冶金,把礦石和必要的添加物一起在爐中加熱至高溫,熔化為液體,生成所需的化學反應,從而分離出粗金屬,然後再將粗金屬精鍊。

  濕式冶金(Hydrometallurgy)

  濕法冶金這種冶金過程是用酸、鹼、鹽類的水溶液,以化學方法從礦石中提取所需金屬組分,然後用水溶液電解等各種方法製取金屬。此法主要應用在低本位、難熔化或微粉狀的礦石。現在世界上有75%的鋅和鎘是採用焙燒-浸取-水溶液電解法製成的。這種方法已大部分代替了過去的火法煉鋅。其他難於分離的金屬如鎳-鈷,鋯-鉿,鉭-鈮及稀土金屬都採用濕法冶金的技術如溶劑萃取或離子交換等新方法進行分離,取得顯著的效果。

常見金屬冶鍊方程

  汞:熱分解法:2HGO=加熱=2Hg+O2(氣體)

  銅:置換法:CuSO4+Fe==Cu+FeSO4 (又叫濕法煉銅)

  鋁:電解法:2Al2O3=通電=4Al+3O2(注意不能用AlCl3,因為AlCl3不是離子化合物)

  鎂:電解法:MgCl2(l)==通電== Mg(s)+Cl2(g)↑

  鈉:電解法:2NaCl=通電=2Na+Cl2

  鉀:原理是高沸點金屬制低沸點金屬:Na+KCl==K+NaCl(反應條件是高溫,真空。)

  鐵:熱還原法:2Fe2O3+3C=高溫=2Fe+3CO2↑

2 金屬冶鍊 -金屬冶鍊安全技術

  (一)高溫與中暑

  金屬冶鍊操作,如鍊鋼、煉鐵是在千度以上的高溫下進行的。高溫作業時,人體受高溫的影響,出現一系列生理功能改變,如體溫調節功能下降。當生產環境溫度超過34℃時,很容易發生中暑。如果勞動強度過大,持續勞動時間過長,則更容易發生中暑。嚴重時可導致休克。

  防止中暑的措施,是合理地設計工藝流程,改進生產設備和操作方法,消除或減少高溫、熱輻射對人體的影響。這是改善高溫作業勞動條件的根本措施,用水或導熱係數小的材料進行隔熱,也是防暑降溫的重要措施。採用機械通風和自然通風,則是經濟有效的散熱方式。

  (二)爆炸與灼燙

  鋼鐵工廠為了提高效益,降低消耗,常常採用強化冶鍊的措施,如噴煤粉和吹氧等,這就使得鍊鋼、煉鐵生產中容易發生鋼水、鐵水噴濺和爆炸事故。

  造成鋼水、鐵水噴濺、爆炸的原因很多,從原料開始生產出鋼、鐵的全部生產工藝過程,均隱藏著不安全因素。必須從每一道工藝上加強防範措施。

  1.各生產崗位人員必須掌握生產規律,熟悉操作規程,認真觀察事故先兆並懂得處置辦法。

  2.加強原料的管理和挑選工作,嚴防爆炸品、密封容器進入爐內。

  3.經常檢查冷卻系統,保護系統暢通。控制好冷卻水壓和水量,以防止水冷系統強度不夠造成鋼板燒穿,導致鋼液遇水爆炸。

  4.煉鐵生產車間應嚴格執行熱風爐工作制度,防止由於換爐事故造成熱風爐爆炸;鍊鋼車間要嚴格執行從補爐、裝爐、熔煉到出鋼整個生產過程的操作規程,避免由於操作不當造成熔煉過程中的噴濺、爆炸事故。

  5.出鐵、出鋼時,要事先對鐵溝、鐵水罐、鋼水包、地坑和鋼錠模進行加熱乾燥。嚴防因潮濕而引起爆炸。

  (三)煤氣中毒

  煤氣中的主要有害成分為一氧化碳。在鍊鋼、煉鐵生產中,特別是煉鐵生產中生產的廢氣,即高爐煤氣,含有很高的一氧化碳,因此在鍊鋼、煉鐵生產中,處理不好容易發生煤氣中毒事故。有效的預防辦法,是注意加強生產現場的通風、監測、檢修和個人防護。

3 金屬冶鍊 -金屬冶鍊的三種方法:

(一)熱分解法:

  適用於位於金屬活動順序表中(H)之後的金屬

  eg:2HgO==(加熱)==2Hg+O2

  2Ag2O==(加熱)==4Ag+O2

(二)熱還原法:

  適用於位於Zn、Fe等較活潑的金屬

  eg:Fe2O3+CO==(高溫)==2Fe+3CO2

  Fe2O3+Al==(高溫)==2Fe+Al2O3(鋁熱反應)

(三)熔融電解法:

  適用於活動性強的金屬,如:K、Ca、Na、Mg、Al等

  eg:2Al2O3(熔融)==(電解)==4Al+3O2 (不可以電解AlCl3,因為AlCl3是共價化合物)

  2NaCl(熔融)==(電解)==2Na+Cl2

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