钢铁冶金铝冶金.ppt

小组成员：陈亮、马有光、王延东、李放、徐松、朱师文、曹胜健、黄浩、王新华、赵文龙、梁俊才、雷杰、方海星钢铁冶金与铝冶金钢铁冶金与铝冶金原理、工艺及环保的对比原理、工艺及环保的对比钢铁冶金的原理钢铁冶金的工艺钢铁冶金的环保铝冶金的原理铝冶金的工艺铝冶金的环保基本冶炼原理：炼铁（还原熔化过程）：铁矿石去脉石、杂质和氧铁炼钢（氧化精炼过程）：铁精炼（脱C、Si、P等）钢钢铁冶金原理一、铁冶炼高炉炼铁：将铁矿石在高炉中还原，熔化炼成生铁，此法操作简便，能耗低，成本低廉，大量生产生铁除部分用于铸件外，大部分用作炼钢原料主要反应：C+O2=CO2CO2+C=COFexOy+yCO=xFe+yCO2(FexOy中x,y为下标，表示各种铁矿石)二、钢冶炼炼钢主要是以高炉炼成的生铁和直接还原炼铁法炼成的海绵铁以及废钢为原料，用不同的方法炼成钢主要的炼钢方法有：转炉炼钢法、平炉炼钢法、电弧炉炼钢主要化学方程式：大量铁变成氧化亚铁：2Fe+O2=2FeO+热量调整硅、锰：Si+2FeO=SiO2+2Fe+热量Mn+FeO=MnO+Fe+热量降低碳量：C+FeO=CO+Fe-热量工业生产纯铝的原理为先通过拜耳法、烧结法和拜耳烧结联合法获得纯度较高的Al2O3，然后通过电解Al2O3得到纯铝铝冶金原理生产氧化铝的方法大致可分为碱法酸法电热法但在工业上得到应用的只有碱法，故以下只介绍碱法。

碱法定义碱法是用碱（工业烧碱或纯碱）处理铝土矿，似的矿石中的氧化铝变为可溶的铝酸钠矿石中的铁、钛等杂志和绝大部分的硅则成为不溶解的化合物将不溶解的残渣（俗称赤泥）与溶液分离，经洗涤后弃去或综合处理利用将净化的铝酸钠（称作精液）进行分解析出氢氧化铝，经分离洗涤和煅烧后得到产品氧化铝分解母液则循环使用处理铝土矿一、拜耳法生产氧化铝拜耳法原理用NaOH溶液溶出铝土矿中的氧化铝，所得到的铝酸钠溶液在添加晶种不断搅拌的条件下，溶液中的氧化铝便是氢氧化铝析出分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用来溶出新的铝土矿将氢氧化铝煅烧得到氧化铝拜耳法的简要化学反应如下：Al(OH)3+NaOH=NaAl(OH)4二、烧结法生产氧化铝烧结法原理：烧结法生产氧化铝的基本原理是将铝土矿与一定量的纯碱、石灰（或石灰石）配成炉料在高温下进行烧结，使氧化硅与石灰化合成不溶于水的原硅酸钙2CaOSiO2,氧化铝与纯碱化合成可溶于水的固体铝酸钠Na2OAl2O3、而氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠Na2OFe2O3，将烧结产物（熟料）用稀碱溶液溶出时Na2OAl2O3便进入溶液，Na2OFe2O3水解放出碱，氧化铁以水合物与原硅酸钙一道进入赤泥。

再用二氧化碳分解铝酸钠溶液便可以析出氢氧化铝经过焙烧后产出氧化铝分离氢氧化铝后的母液成为碳分母液（主要成分为Na2CO3），经蒸发后返回配料三、拜耳烧结联合法可充分发挥两法优点，取长补短,利用铝硅比较低的铝土矿,求得更好的经济效果联合法有多种形式,均以拜耳法为主,而辅以烧结法按联合法的目的和流程连接方式不同，又可分为串联法、并联法和混联法三种工艺流程四、氧化铝电解制备铝铝电解的原理是使直流电通过以氧化铝为原料、冰晶石为溶剂组成的电解质，在950970下使电解质熔液中的氧化铝分解为铝和氧由于比重的差别在阴极上析出的铝液汇集于电解槽槽底，而在阳极上析出二氧化碳和一氧化碳气体（见熔盐电解）铝液从电解槽中吸出，经过净化除去氢气、非金属和金属杂质并澄清后，铸成各种铝锭铝电解过程的电化学反应冰晶石-氧化铝熔液具有离子结构,其中阳离子有Na+和少量Al3+,阴离子有AlF咶、AlF嬄和Al-O-F络合离子以及少量O2-和F-(见熔盐)在温度1000下,钠在析出电位大约比铝负250毫伏由于阴极上离子的放电不存在很大的过电压，所以阴极反应是：Al3+（络合的）+3eAl而阳极反应是：6O2-（络合的）+3C-12e3CO2铝电解过程的总反应式是：2Al2O3+3C4Al+3CO2钢钢铁铁联联合合企企业业的的生生产产工工艺艺流流程程原矿原矿原煤原煤熔熔剂剂及及辅辅助助材材料料选矿选矿洗煤洗煤破碎筛分破碎筛分铁矿粉造块铁矿粉造块炼焦炉炼焦炉化工副产品化工副产品筛分筛分熄焦熄焦高炉高炉直直接接还还原原或或熔熔融融还原还原矿矿煤煤氧氧氧气转炉氧气转炉电炉电炉连铸连铸铸锭铸锭轧机轧机成品钢材成品钢材海海绵绵铁铁或或铁铁水水水水铁铁废钢废钢炉渣炉渣热风热风精煤精煤返矿返矿尾矿尾矿碎焦碎焦高炉冶炼工艺流程简图:高炉冶炼过程高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。

铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出高炉冶炼工艺-炉前操作:一、炉前操作的任务1、利用开口机、泥炮、堵渣机等专用设备和各种工具，按规定的时间分别打开渣、铁口，放出渣、铁，并经渣铁沟分别流人渣、铁罐内，渣铁出完后封堵渣、铁口，以保证高炉生产的连续进行2.完成渣、铁口和各种炉前专用设备的维护工作3、制作和修补撇渣器、出铁主沟及渣、铁沟4、更换风、渣口等冷却设备及清理渣铁运输线等一系列与出渣出铁相关的工作高炉冶炼工艺-高炉基本操作:二、高炉基本操作制度:1、高炉炉况稳定顺行：一般是指炉内的炉料下与煤 气流上升均匀，炉温稳定充沛，生铁合格，高产低耗2、操作制度：根据高炉具体条件(如高炉炉型、设备水平、原料条件、生产计划及品种指标要求)制定的高炉操作准则3、高炉基本操作制度：装料制度、送风制度、炉缸热制度和造渣制度电炉、转炉炼钢生产工艺流程这种炼钢法使用的氧化剂是氧气把空气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化在氧化的过程中放出大量的热量（含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度），可使炉内达到足够高的温度。

因此转炉炼钢不需要另外使用燃料转炉炼钢工艺（长流程）定义：以氧气转炉炼钢工艺为中心的生产流程，通常习惯上人们叫做长流程特点：工艺流程生产单元多，规模庞大，生产周期长，因此称此工艺流程为钢铁生产的长流程工艺长流程电炉炼钢工艺（短流程）电炉钢用相近钢种废钢为主要原料，也有用海绵铁代替部分废钢通过加入铁合金来调整化学成分、合金元素含量电炉炼钢主要利用电弧热，在电弧作用区，温度高达4000冶炼过程一般分为熔化期、氧化期和还原期，在炉内不仅能造成氧化气氛，还能造成还原气氛，因此脱磷、脱硫的效率很高短流程定义：以电炉炼钢工艺为中心的钢铁联合企业生产流程，通常习惯上人们叫做长流程特点：工艺流程简捷，高效节能，生产环节少，生产周期短又称“三位一体”流程（即电炉炉外精炼连铸组成），或者“四个一”流程（即电炉炉外精炼连铸连轧组成）现代铝工业有三个主要生产环节：从铝土矿提取氧化铝氧化铝生产用冰晶石-氧化铝融盐电解法生产金属铝铝电解铝加工 铝冶金生产工艺铝冶金生产工艺从矿石提取氧化铝有多种方法，例如:拜耳法、拜耳法、碱石灰烧结法、拜耳碱石灰烧结法、拜耳-烧结联合法烧结联合法等拜耳法一直是生产氧化铝的主要方法，其产量约占全世界氧化铝总产量的95左右。

70年代以来，对酸法的研究已有较大进展，但尚未在工业上应用氧化铝的生产工艺拜耳法的优点主要是流程简单、投资省和能耗较低，最低者每吨氧化铝的能耗仅3106千卡左右，碱耗一般为100公斤左右（以Na2CO3计）拜耳法生产的经济效果决定于铝土矿的质量，主要是矿石中的SiO2含量，通常以矿石的铝硅比，即矿石中的Al2O3与SiO2含量的重量比来表示因为在拜耳法的溶出过程中，SiO2转变成方钠石型的水合铝硅酸钠(Na2OAl2O31.7SiO2nH2O)，随同赤泥排出矿石中每公斤SiO2大约要造成1公斤Al2O3和公斤NaOH的损失铝土矿的铝硅比越低，拜耳法的经济效果越差碱石灰烧结法适用于处理高硅的铝土矿，将铝土矿、碳酸钠和石灰按一定比例混合配料，在回转窑内烧结成由铝酸钠(Na2OAl2O3)、铁酸钠(Na2OFe2O3、原硅酸钙（2CaOSiO2）和钛酸钠（CaOTiO2组成的熟料然后用稀碱溶液溶出熟料中的铝酸钠此时铁酸钠水解得到的NaOH也进入溶液如果溶出条件控制适当，原硅酸钙就不会大量地与铝酸钠溶液发生反应，而与钛酸钙、Fe2O3H2O等组成赤泥排出溶出熟料得到的铝酸钠溶液经过专门的脱硅过程，SiO2形成水合铝硅酸钠(称为钠硅渣)或水化石榴石3CaOAl2O3xSiO2(62x)H2O沉淀(其中x0.1),而使溶液提纯。

把CO2气体通入精制铝酸钠溶液，和加入晶种搅拌，得到氢氧化铝沉淀物和主要成分是碳酸钠的母液氢氧化铝经煅烧成为氧化铝成品水化石榴石中的Al2O3可以再用含Na2CO3母液提取回收碱石灰烧结法的主要化学反应如下：烧结：Al2O3+Na2CO3Na2OAl2O3+CO2Fe2O3+Na2CO3Na2OFe2O3+CO2SiO2+2CaCO32CaOSiO2+2CO2TiO2+CaCO3CaOTiO2+CO2熟料溶出：Na2OAl2O3+4H2O2NaAl(OH)4（溶解）Na2OFe2O3+2H2OFe2O3H2O+2NaOH（水解）脱硅：1.7Na2SiO3+2NaAl(OH)4Na2OAl2O31.7SiO2nH2O+3.4NaOH3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+xNa2SiO33CaOAl2O3xSiO2(6-2x)H2O+2(1+x)NaOH分解：2NaOH+CO2Na2CO3+H2ONaAl(OH)4Al(OH)3+NaOH流程图拜耳-烧结联合法拜耳-烧结联合法可分为串联法、并联法和混联法三种工艺流程串联法是用烧结法回收拜耳法赤泥中的Na2O和Al2O3,用于处理拜耳法不能经济利用的三水铝石型铝土矿。

扩大了原料资源，减少碱耗，用较廉价的纯碱代替烧碱，而且Al2O3的回收率也较高并联法是拜耳法与烧结法平行作业，分别处理铝土矿，但烧结法只占总生产能力的1015，用烧结法流程转化产生的NaOH补充拜耳法流程中NaOH的消耗混联法是前两种联合法的综合此法中的烧结法除了处理拜耳法赤泥外，还处理一部分低品位矿石工业制铝之铝电解流程铝的精炼精铝精铝以原铝为原料，用三层液电解法制取纯度为的铝此法是美国人胡普斯（）发明，1922年开始工业化生产槽内三层液体，各层密度不同：下层是67原铝加33铜的合金（密度为3克/厘米3），用作阳极,其中铜是加重剂；中层是17NaF、23AlF3、60BaCl2的电解质(密度为克/厘米3)，其中BaCl2是加重剂；上层是电解产物精铝(密度为克厘米3)，用作阴极电解温度为720800电解槽槽壁用绝缘材料（镁砖）砌筑精炼电解时，铝从阳极合金中转移到阴极上，而原铝中的杂质元素都留在阳极合金中，使铝得到精炼此法中的阴极电流效率达到9799高纯铝高纯铝以精铝为原料，用区域熔炼法、有机溶液电解法或两法兼用制得；含以上精铝区域熔炼在卧式管状电炉中进行铝中杂质硅、铁、铜、镁等的分配系数都小于1，因而富集在液相内,经过1215次重复熔炼后，可得Al的高纯铝。

有机溶液电解法可得到的高纯铝如以有机溶液电解与区域熔炼串联，可制得超纯度铝预先经过有机溶液电解的铝，再经几次区域熔炼,可在最纯区段得到的产品铝加工用塑性加工方法将铝坯锭加工成材，主要方法有轧制、挤压、拉伸和锻造等铝加工在20世纪初开始以工业方式进行生产，30年代以前，基本上沿用铜加工的生产设备，产品主要用于飞机制造60年代后，铝材生产发展很快，每年大约增长48，产品广泛应用于航空、建筑、运输、电气、化工、包装和日用品工业等部门产量仅次于钢铁，居金属材料第二位中国于50年代中期建成较大型的铝加工厂，形成了生产体系，产品已系列化,品种有七个合金系,可生产板材、带材、箔材、管材、棒材、型材、线材和锻件（自由锻件、模锻件）八类产品钢铁行业中的环境保护我国钢铁行业的污染现状：钢铁工业的生产过程是化学、物理的变化过程，对环境污染。