有色冶金化工原理分析论文
摘要 :本文对有色冶金化工的生产过程进行了概括分析,对其中的工艺原理做出归纳探讨,以期让相关理论更加浅显明晰,对实际生产产生增益作用。
关键词 :有色冶金;化工过程;工作原理
1有色金属冶金技术现状及原理
目前金属的化工冶炼方法主要包括三种方式:火法冶金、湿法冶金和电冶金。
火法冶金
火法冶金在冶金领域是非常传统的生产方式,在整个操作中并未加入水溶液,因此这种方法也叫做干法冶金,主要的原理是制造高温的条件,矿石就能经过化学、物理反应,让其中的金属与其他的成分分离,这样就能提炼出金属单质。实际操作流程的第一步是矿石准备,第二步是冶炼,第三步是精炼。第一步:矿石准备选择精矿后要加入适当的熔剂,对精矿进行加热,让其中的矿料可以在加热情况下形成块状,或者是加入一些粘合剂来制造成型,形成小球状后结成球团,然后放进鼓风炉里进行冶炼。第二步:冶炼这一过程主要是生成两个部分,分别是炉渣和金属液。金属液中也是有着少量的杂质,因此要进行进一步的精炼。这一过程是在鼓风炉中发生,其中加入了必要的材料以及熔剂,并加入焦炭来作为还原剂,主要是为了在铁矿中还原出生铁,在铜矿中还原出粗铜,还有对硫化铅矿进行冶炼,还原出粗铅。除了生成金属液以外,还有诸多杂质组成的炉渣。若是在氧化条件下反应,对生铁用转炉来精炼,在转炉中引入适当的氧气,用氧化的方式将铁水中的杂质去除,并炼出一定品质的钢水,可以将其铸成钢锭,这就是氧化吹炼的过程。造锍熔炼是对硫化铜或者硫化镍矿石进行处理,通常来说是在反射炉以及矿热电炉中进行反应,也可以是用鼓风炉来反应。在其中会加入一些石英石熔剂,便于形成炉渣,炉渣之下会留下熔锍。第三步:精炼。这个步骤是为了将金属液中依旧存在的一些少量杂质进一步去除掉,可以让金属的纯度得到提升。如在炼钢的时候,可以对生铁进行适当的精炼,这样就能在其中去除掉更多的非金属杂质,或者是进行更加深入地脱硫。精炼铜则是将粗铜放在反射炉里氧化,再用电解的.方式进行精炼。不同的金属有着不同的精炼方式,在设备以及原料上都是有所区别的。
湿法冶金
这种方法的另一个名字叫水法冶金,是借助各类熔剂,通过一系列的化学反应,实现对金属的提取以及分离,主要的步骤分为四步,其中第一步就是浸出。①浸出就是将矿物里的目标成分引入到溶液里,便于接下来的步骤逐渐展开。②通过过滤等方法,将浸出液与残渣分离,同时将夹带于残渣中的冶金溶剂和金属离子回收。③采用萃取法或离子交换法,将浸出液中目标组分富集,并和其他杂质离子分离。④从净化液中提取目标金属或化合物。湿法冶金在钴、镍、铝、铜、锌等工业中占有重要地位,世界上全部的氧化铝、大部分锌和部分铜都采用此法生产。湿法冶金对低品位矿和相似金属分离都具有很好的适用性,而且金属回收程度高,不会造成严重的环境污染,生产过程易实现连续化和自动化,利于提高生产效率[1]。
电冶金
电冶金是以电能为能源进行提取和处理金属的工艺,根据电能转化形式的不同分为电化冶金和电热冶金两类。电化冶金是利用电极反应而进行的冶炼方法,对电解质水溶液或熔盐等离子导体通以直流电,电解质便发生化学变化,在阳极上发生氧化反应,而在阴极上发生还原反应。电热冶金具有加热速度快、调温准确、温度高(可达2000℃),可以在各种气氛、压力或真空中作业,具有金属烧损少等优点,是冶炼稀有高熔点金属、半导体材料等的一种主要方法。例如,目前冶炼金属铝就属于电热冶金方式,首先从铝土矿中提取氧化铝,然后在氧化铝中加入冰晶石作为助熔剂,在高温下熔融电解。
2有色冶金化工生产的核心设备的工作原理
虽然冶金化工产品种类众多,冶炼方法一般各不相同,但诸多生产流程所应用原理却大致相同,核心设备上也有着一定的共同点[2],下面对几种主要设备介绍。高炉冶炼原理:高炉生产乃连续进行,在实际操作中,是从炉顶的位置加入各类原料以及添加剂,从下部的风口鼓入高温达到一千摄氏度以上的热风,同时喷入煤粉等燃料。铁矿石的成分主要是铁的氧化物,这样用高温的方式就可以用燃料在燃烧后形成的一氧化碳,用来进行还原反应,实现对铁矿石中氧化物的还原,就能得到单质铁。这种情况下形成的是高温铁水,从出铁口就可以放出。同时在铁矿石中有着诸多的其他物质,构成了炉渣,炉渣就要从出渣口的位置排出,经过除尘处理之后,这些还能作为一些工业的生产原料。
3结束语
理论对实践具有指导意义,通过对理论的研究解析,了解工艺、反应及设备的本质,使实际生产具有更高的经济效益和时间效益。本文浅析了冶金化工生产中的几种主流方法的原理和工艺流程,对部分设备进行了理论分析。当前我国冶金设备正在高速地革新,冶金设备提升的同时,冶金化工在不同领域也会有广泛的发展前景。面对当前的压力和未来的挑战,我们需要不断深入地研究原理,并与先进技术相结合优化现有设备与工艺,在实践中解决各类有色冶金化工问题。
参考文献
[1]中国工程院化工、冶金与材料工程第十一届学术会议——“‘化工、冶金、材料’前沿与创新”在宁波隆重举行[J].杭州化工,2016,46(04):44.
[2].济南冶金化工设备有限公司一流的煤化工及焦化设备专业制造商[J].燃料与化工,2016,47(01):2.
作者:胡睿康 单位:澧县第一中学