導語：如何才能寫好一篇金屬鋁的冶煉方法，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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我國金屬礦產資源品種齊、儲量多，分布廣。由于礦物資源的產地與形成的原因不同，導致各種礦產的資源豐度也不盡相同。有的資源比較豐富，如釩、鈦、稀土、鉛、鋅、銅、鐵、鎢、鉬、錫、銻、汞等；有的則明顯不足，如鉻礦。除金、鉑等極少數金屬外，絕大多數金屬以化合物的形式存在于自然界中。由于金屬元素都顯正化合價，所以將金屬化合物中的金屬陽離子變為單質的過程即所謂金屬的冶煉。

二、金屬的通性

1.物理通性

都有金屬光澤、都具有延展性，導電、導熱性。常溫下，大多數是固體，唯一的液態金屬是汞。對于鐵、錳、鉻的單質或合金因為其表面常常生銹，蓋著一層黑色的四氧化三鐵與棕褐色的三氧化二鐵的混合物等物質，因此，常常稱其為“黑色金屬”；對于銅、金、銀等則稱為有色金屬。

2.化學通性

金屬最外層電子數偏少，只能失去電子，故此，可以與非金屬（氧氣 氯氣 硫 碘 水）、酸、鹽等反應。金屬只有正價，沒有負價，也就只具有還原性。

注意：（1）在金屬中K 、Ca、 Na 比較特殊，只有它們能與水劇烈反應，鎂與水加熱條件下反應，鋁與沸水緩慢反應，另外它們與鹽的反應也與其它金屬不同，它們不能置換出其他金屬，而是先與水反應，生成的產物再與鹽溶液反應。

（2）氫以后的金屬不能與無氧化性的酸反應，比如鹽酸，稀硫酸。如果與氧化性酸反應則不生成氫氣。如與硝酸反應生成NO或NO2。（濃度不同產物不同）

（3）鐵與銅是變價金屬，它們與弱氧化劑硫、碘的反應，生成低價金屬化合物，與強氧化性的氯氣反應，生成高價的金屬化合物。

（4）金屬不與堿反應，但要注意鋁能與堿反應生成氫氣。

三、金屬的防腐

金屬防腐就是防止其氧化，方法很多。根據原理不同有以下幾種方法。

1.物理方法

涂漆、抹油等隔絕氧氣。

2.化學方法

（1）制成合金。如鉻不銹鋼。含有鉻而使表面形成很薄的鉻膜，這個膜隔離開與鋼內侵入的氧氣，從而起到防腐蝕的作用。

（2）陰極保護法。有犧牲陽極的陰極保護法，即外接活潑的金屬；還有外接電源的負極的陰極保護法。

四、金屬活動性順序表

金屬活動順序，就是指金屬參加反應的劇烈程度，它代表了金屬的失去電子的強弱。

在金屬活動順序表中，一般位置越后的金屬，金屬性越弱，原子的還原性越弱；位置越前的金屬，金屬性越強，原子的還原性越強。不過，這個順序只表示在溶液中體現性質的大體順序，脫離溶液，就不符合了。如

K的活潑性強于Na，但Na在高溫熔融下，可以置換出K。

Na+KCl高溫K+NaCl

五、常見金屬冶煉的方法

根據金屬活潑性的不同而采用不同的冶煉方法。

1.熱分解法

適合不活潑的金屬。如Hg的冶煉，采取熱分解HgO的方法。

2.熱還原法

大部分金屬采用此法。金屬在常見金屬活動性順序表中居于中部區域。但所用還原劑則根據成本、原料的來源有所不同。常見的還原劑有CO、C、H2、Al等。其中純度要求不高的金屬一般用較廉價的焦炭或CO還原，純度要求高的一般用H2還原，而對于一些難熔的稀有金屬一般需要用鋁還原，該類反應又叫做鋁熱反應。

3.電解法

對于Na、Mg、Al等極其活潑的金屬采用電解法。但由于它們的化合物熔點不同，為降低成本故而采用的原料及附加試劑不同。Na、Mg采用電解其熔融的氯化物而鋁則采用電解Al2O3且加入冰晶石。

4.濕法冶金

西漢古籍中曾有記載：曾青得鐵則化為銅，即曾青（CuSO4）跟鐵反應就生成銅。濕法冶金是我國世界首創的金屬冶煉方法。隨著科學技術的發展如今已經不再輝煌。

例（2016年海南改編）KAl（SO4）2?12H2O（明礬）是一種復鹽，在造紙等方面應用廣泛。實驗室中，采用廢易拉罐（主要成分為Al，含有少量的Fe、Mg雜質）制備明礬的過程如圖1所示?；卮鹣铝袉栴}：

（1）為盡量少引入雜質，試劑①應選用（填標號）。

a. HCl溶液b.H2SO4溶液

c.氨水d. NaOH溶液

（2）易拉罐溶解過程中主要反應的化學方程式為。

（3）工業冶煉金屬鎂的化學方程式為。

（4）寫出鋁和Cr2O3發生鋁熱反應的方程式。

解析（1）廢易拉罐的成分主要是Al、Fe、Mg等活潑的金屬，都可以與酸反應，但只有Al可以與NaOH溶液反應。因此，選d。

（2）2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2

（3）鎂是活潑金屬，工業采用電解熔融MgCl2的方法。

MgCl2（熔融）通電Mg+Cl2

（4）2Al+Cr2O3高溫Al2O3+2Cr

答案：見解析。

例 冶煉金屬一般有下列四種方法：①焦炭法；②水煤氣（氫氣或一氧化碳）法；③活潑金屬置換法；④電解法。四種方法在工業上均有應用。古代有（Ⅰ）火燒孔雀石煉銅；（Ⅱ）濕法煉銅；現代有（Ⅲ）鋁熱法煉鉻；（Ⅳ）從光鹵石（KCl?MgCl2?6H2O）中煉鎂。對它們的冶煉方法的分析不正確的是（）。

A.（Ⅰ）用①B.（Ⅱ）用②

C.（Ⅲ）用③D.（Ⅳ）用④

解析（Ⅰ）孔雀石的主要成分是

Cu2（OH）2CO3，加熱分解的化學方程式為

Cu2（OH）2CO3

2CuO+H2O+CO2

火時，使用的樹木變為木炭，CuO再與木炭反應，產生銅，屬于焦炭法，符合①。

C+2CuO2Cu+CO2

（Ⅱ）濕法煉銅是我國西漢時期用鐵從某些含銅化合物的溶液中置換出銅，屬活潑金屬置換法，符合③

Fe+CuSO4FeSO4+Cu

（Ⅲ）是使鋁粉和Cr2O3的混合物在高溫下反應，置換出鉻，反應產生的熱量使鉻熔化而分離，符合③。

2Al+Cr2O3高溫Al2O3+2Cr

（Ⅳ）從光鹵石（KCl?MgCl2?6H2O）中可制得無水氯化鎂，然后采用通電分解熔融氯化鎂的方法制取鎂，化學方程式為

MgCl2（熔融）通電Mg+Cl2

符合④。

答案： B

六、學習障礙釋疑

1.電解冶煉鎂、鋁通常用電解MgCl2和Al2O3，但不可電解MgO和AlCl3。原因是MgO的熔點太高，而熔融態AlCl3不存在Al3+。

2.金屬礦物資源開采后、冶煉前，必須進行原料的預處理。方法有：粉碎、酸浸、堿浸等。預處理后，還要進行雜質的除去，方法有氧化、調節PH等等。一般不直接用來冶煉。

3.鋁熱劑指的是鋁粉和金屬氧化物（如Fe2O3等）組成的混合物。此外，還可以是Al和

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制定我國有色金屬工業節能政策，建立節能評價體系，必須注重經濟、社會、環境與資源等方面的發展狀況，以實現總體目標的最優化。因此，需要從以下幾方面入手選取評價指標：

1.宏觀能源效率指標。

是指增加單位GDP的能源需求，即單位產值能耗，這是目前國際上普遍采用的能源效率指標，用以衡量GDP的邊際節能水平。發達國家較早地建立了能源效率的評價指標體系，具有代表性的主要有英國能源行業指標體系以及WEC、EU、IAEA等等。應當說，這些指標體系對建立我國節能減排指標體系都有一定的借鑒意義。

2.節能降耗指標。

是指能源消費總量及其派生的能源消費增長率的總體性指標。米強、米娟認為，我國節能降耗指標的選取除了單位GDP能耗之外，還應當在能源消耗總量上予以考量；王彥彭在建立指標體系時，確定了5個方面的39項指標，從宏觀角度構建了一套節能減排指標體系。這些成果也是我們建立指標體系的重要參考。

3.有色金屬節能降耗指標。

是針對我國有色金屬工業“發展現狀”選取的指標。例如：范順科、趙永善認為我國有色金屬工業的能源消耗，主要集中在礦山、冶煉和加工三個領域，所以能耗指標的選取要從這三個方面進行考量。趙武壯提出有色金屬工業生產，同時消耗大量的礦產資源、能源和水資源，產生大量廢水、廢氣和固體廢棄物，因此在考核有色金屬節能績效時，“三廢”排放的考核是一個重要方面。曹寶奎認為電能是有色金屬工業耗費的主體，且比重逐年增大，其次才是煤炭、焦炭等。

二、有色金屬工業節能政策績效評價體系的諸項指標

綜合考慮上述原則和觀點，結合我國有色金屬工業發展的現狀，并考慮目前數據的可獲得性等技術問題，可將我國有色金屬工業節能政策績效評價指標體系劃分為開采、冶煉、加工三個方面。鑒于所有的有色金屬都可以分為開采、冶煉、加工三個方面。下面以鋁工業為例，建立有色金屬工業節能政策績效評價指標體系。我國的鋁工業節能政策績效評價指標體系，以鋁開采、鋁冶煉、鋁加工3個指標為一級指標（X）；3個一級指標之下共設16個二級指標（Y）。其中：在一級指標鋁開采（X1）之下設2個二級指標：Y1鋁采出礦綜合能耗、Y2鋁工人實物勞動生產率。在一級指標鋁冶煉（X2）之下設9個二級指標：Y3氧化鋁總回收率、Y4氧化鋁純堿消耗、Y5氧化鋁綜合能源消耗、Y6原鋁液直流電消耗、Y7原鋁液交流電消耗、Y8氧化鋁單位消耗、Y9氟化鹽單位消耗、Y10炭陽極（毛消耗）、Y11電解鋁綜合交流電能消耗。在一級指標鋁加工（X3）之下設5個二級指標：Y12鋁加工成品率、Y13鋁加工綜合成品率、Y14鋁加工金屬消耗、Y15鋁加工綜合電能消耗、Y16鋁加工材綜合能源消耗。2001-2009年，國家對鋁工業節能領域的相關數據進行了統計調查。根據統計數據并且考慮到所得到的各項評價指標的數據不相同，對各項指標進行加權求和，用矩陣等數學方法進行數據的規范化處理（處理過程從略）。

三、評價指標體系的主觀權重確定

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【關鍵詞】金屬礦山；難選礦；資源特點；開采新技術；發展前景

一、國內外金屬礦山難選礦選冶狀況

隨著我國經濟建設的不斷發展和工業化建設的速度加快，人們對于資源的開采也在提升，資源的供需矛盾日益尖銳，因此礦產業也在進一步的發展，特別是一些金屬礦物的開發和開采。因此，對于金屬礦山的選礦和選取新型的冶煉技術，尤為的重要，然而我國大部分的金屬礦山，選礦和選取的冶煉技術還是具有很多問題的，主要存在金屬礦山難選礦和新型選礦技術的還需發展兩大重點問題。

我國與國外金屬礦產資源的開發相比，國外金屬采礦主要體現在選礦裝備的大型化、自動化和先進性等方面。另外，國外在細粒浮選理論、裝備、藥劑方面的研究較深入。雖然，我國金屬礦產資源遼闊，但是很多地區依舊存在貧、細、雜、難的狀態，由于近幾年我國科技事業在不斷地發展，對于采礦事業的技術革新和裝備改良已經有所不斷地改善，但仍然沒有達到國外一些國家的技術水平，所以存在自動化水平低下，選礦礦物回收效果不佳，并且環境保護和治理困難等問題。因此，為了保證我國國民經濟建設中對礦產資源的有效利用和開發，以及我國在難選礦選冶技術方面技術手段的提升，對于金屬礦產礦山難選礦選冶新技術進展的研究和探討，是具有先見性和長遠性的。

二、金屬礦的主要成分及國內外分選情況

以鉛鋅礦石為例按照氧化程度可分為：

在我國金屬礦產資源中氧化鉛鋅礦物種類很多，其中應用最廣泛的有氧化鉛鋅礦是鉛釩和白鉛礦、異極礦和菱鋅礦等。由于鉛鋅金屬礦產資源的化學成分復雜，其具有的化合物不穩定，提煉工藝復雜，因此，迄今為止，氧化鉛鋅礦，特別是氧化鋅礦的冶煉技術還不成熟。對于國外一些冶煉技術很高的國家，氧化鋅礦石的選別指標為36%～40%，回收率60%～70%，最高達78%。我國目前對于氧化鋅礦的冶煉工藝就比較落后，因此，對于其化合物的冶煉提純還有待于提高。

三、金屬礦石難選的主要原因

（一）金屬礦石難選的原因很多，其中物質組成相對復雜，其中既含有大量的可溶性物質比如：砷酸鹽、硅酸鹽等氧化物、硫化物，又有大量的極容易泥化的褐土、鉛礬，使的作業控制困難。由于很多金屬礦物都具有這種特性，所以給選礦和冶煉技術帶來了困難不便。

（二）另外使金屬礦難選的主要原因還有金屬礦石泥化嚴重，礦石中含有較多的雜質成分，這些雜質的存在也對金屬礦浮游選礦技術指標造成嚴重的影響。

四、難選金屬礦石選冶新技術

（一）金屬礦的主要選冶方法

以往對于金屬礦物的冶煉方法主要有：加熱法、電解法、熱還原法和濕法冶煉等，因為在自然界中，大多數金屬主要以化合物的形式所存在，因此對于金屬荒蕪的提純，主要是利用化合物發生的化學反應。例如：置換、氧化還原、中和、水解等，對原料中的金屬進行提取和分離的過程。然而這些老式的冶煉金屬的方法，在如今已經不是最有效的冶煉提純方法。高效、節約、環保逐漸成為了如今金屬冶煉和選礦的重點考慮的問題。因此新型的冶煉技術方式在金屬的選礦和冶煉中具有重要的意義。

（二）金屬礦山冶煉最新技術

1、工業體系中

在如今，工業的水平已經具有了一體化的的進步，所以的技術都包含了先進的科學體系，同樣金屬礦物的提煉，也具有了很先進的科學理念和技術。以下簡單闡述了幾種新型的冶煉技術：

（1）新工藝浮選技術

隨著科技的進步，我國在新工藝研究方面也取得了可喜的成就，如大多數金屬礦，含有鋅、硫、錫、碳等化學物質，通過新工藝浮選技術，經三段磨礦、脫泥、優先浮選流程的擴大連續優先浮選試驗證明，金屬礦物回收率約為76%，然后經過水溶液氯化浸出，金屬礦物浸出率約為92%，超出國外同等礦物的處理水平。階段選別是金屬礦物浮選的重要發展趨勢，我國多數企業選擇采用二段浮選流程，此浮選可以提純金屬礦物高達85%左右。

（2）拜耳法溶出技術

此技術能夠減少在金屬冶煉中的耗能，節約冶煉金屬的成本和能源，與傳統的方法比較，起碼節約耗能40～50%。因此，對于金屬冶煉企業具有很高的價值。目前，全世界在工業上均采用堿法生產氧化鋁工藝，且90%以上的產品都是以拜耳法生產的。在我國，以一水硬鋁石為原料，采用拜耳法、燒結法和混聯法生產氧化鋁，單位產品的綜合能耗約為13.8～46GJ。國外多以三水鋁石或一水軟鋁石為原料，采用拜耳法流程生產氧化鋁，據報道，單位產品綜合能耗的先進指標小于10GJ。

（3）廢棄物循環利用技術

此項技術，可以進行金屬礦物廢渣，和原料的循環利用，提供科學的理論和實踐基礎，具有很高的利用率，節約資源，減少成本，是目前冶煉企業研究的重點。此技術流程如圖1所示。

（4）生物浸出技術

是在微生物與催化作用下常溫常壓稀酸溶出有色金屬，是溫和化學反應，節能能源，減少污染。并且此項技術的冶煉效果比傳統的要好并且對于處理硫化金屬礦表層的次生帶難選礦，有著很好的效果。在節約能源的同時具有環保價值。

下表舉例說明了生物浸出技術與傳統的冶煉方式浸出率的對比

2、新型化學試劑的使用

以北京礦冶研究總院，研制的P系列新型浮選藥劑為例，其代表產品為P-10和P-60.經過長期的工業時間證明，P-60和異丁機黃藥組合使用，與常規的藥物組合使用，可以提高金屬礦物回收率在4-5%之間。因而這種新型的化學制劑選礦實用性是很大的。

（1）氰化提金工藝的改進

①在浸出過程中使用氧化劑（純氧或氧化物）并延伸出加氧炭浸工藝，如氧樹脂浸出等。使用輔助氧化劑的益處：一是有效提高金、銀浸出率；二是加快浸出速度、縮短浸出時間；三是降低氰化物消耗，減少硝酸鉛用量。輔助氧化劑的應用已作為優化氰化工藝的最佳技術，在世界各地廣泛推廣。

②邊磨邊浸工藝能強化浸出效果。此種方法對難浸金精礦進行邊磨邊浸，處理量為30噸/日，在磨礦細度95%-98%-400目條件下，金浸出率提高了8%。

（2）各種試劑的選用

①活化劑。文書明等通過試驗研究，證明了乙二胺對菱鋅礦具有強活化用；甲基、乙基、丁基二硫代碳酸鹽對異極礦胺法浮選產生顯著的活化作用。

②絮凝/分散劑。揚敖等研究了17種不同離子型的聚丙烯酰胺系列產品選擇性絮凝蘭坪水鋅礦的可能性。研究結果表明，陰離子絮凝劑2PAM30是水鋅礦石-石英的最佳絮凝劑，混用六伯磷酸鈉和EDTA可較好地分離兩種礦物。

五、難選礦選冶新技術的發展

目前隨著科技的不斷發展，我國難選礦選冶技術也取得了很大的進步，在褐鐵礦、菱鐵礦、微細粒級赤鐵礦、氧化銅礦、氧化鉛鋅礦、含稀土、鈮多金屬礦和難選金礦等難選礦石選冶上也都采取了新技術，為國內礦山選礦提供難選礦選冶方面的新思路，也成為我國難選礦選冶方向的新思路。相信隨著我國科學技術的不斷發展，在選礦方面也一定會取得更大的成果。

【參考文獻】

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[2]李西山，朱一民.利用同分異構化學原理研究浮選藥劑Y-89的同分異構體甲基異戊基黃藥[J].湖南有色金屬，2010（02）.

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鋁溶于酸或堿放出氫氣。在空氣中鋁的表面形成了氧化鋁薄膜，起了保護作用。在自然界中以復雜的硅酸鹽形式存在。由鋁的氧化物與冰晶石（Na3AlF6）共熔點解得。

鋁元素是地殼中含量最多的金屬元素，鋁也是人類歷史上使用較早且較活潑金屬之一。鋁制品表面有一層致密氧化膜，可以保護內層金屬不被氧化，鋁密度小，強度大，塑性好，易于加工，因此在生活中用途廣泛；工業上采用點解氧化鋁的方法冶煉鋁。

從單質來看，高中教材中對鋁的化學性質的介紹中，體現出鋁的還原性，鋁和稀鹽酸、氫氧化鈉溶液都能反應的特殊性以及鋁熱反應。具體如下：

與氧氣反應： 4Al+3O2====2Al2O3（點燃）

被氧氣氧化：

與酸、堿反應：2Al +6HCl ==== 2AlCl3+ 3H2

2Al + 2NaOH + 2H2O ==== 2NaAlO2+3H2

鋁熱反應： 8Al + 3Fe3O4==高溫== 4Al2O3 + 9Fe

對于鋁的常見化合物，氧化鋁和氫氧化鋁體現出典型的兩性。其離子反應如下：

Al3+ + 3OH- = Al（OH）3

Al（OH）3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O

Al（OH）3 + OH- = AlO2- + 2H2O

AlO2- + H+ + H2O = Al（OH）3

Al3+ + 4OH- = AlO2- + 2H2O

AlO2- + 4H+ = Al3+ + 2H2O

由以上反應可以得到一個循環反應圈，即“鋁三角”：

鋁三角不但體現出鋁的化合物之間相互轉化關系，也能看出反應物之間的計量系數，轉化中對于酸堿的強弱選擇也明了好記。例如：下列離子組合可以共存的是（ ）

A. Al3+ NH4+ H+ Cl- B. Al3+ AlO2- Na+ Cl-

C. Al3+ OH- Na+ Cl- D. H+ AlO2- Cl- Na+

此題難度不大，然而，對于高一學生初學時做起題費時費力，本題選項為A，高一新生初學時D選項由于不定。為了快速準確的做出上題，我們可以把鋁三角打開，并將鋁單質貫穿進去，可以展現更清楚更多的內容。

之所以打破鋁三角，我們可以發現原來鋁三角體現的內容依然保留，此外，通過這條主線，各節點物質的離子共存問題也更明朗。例如，

對于Al，分別和強酸強堿反應可也得到不同的物質：

對于Al3+，，向右進發的線路說明它與堿不能共存，反之與酸可共存；

對于AlO2-，向左進發的線路說明它與酸不能共存，反之與堿可共存；

對于Al（OH）3，由它的形成可見它與強酸強堿都不共存，與弱酸弱堿能共存，顯然它的制備思想也與此吻合；

對于Al3+ 和AlO2-的反應，也不再容易被遺忘，相反的性質恰預示二者被不共存性。

在上述分析基礎上，不但離子共存問題做起來能更容易，對于滴定問題也有幫助。在向左或向右進行的各個階段，是否產生沉淀，以及后續的圖像分析、離子方程式的書寫都較易掌握，學生易下手。例如下面的互滴問題：

向可溶性鋁鹽溶液中逐滴加入氫氧化鈉溶液至過量。

現象：立即產生白色沉淀 漸多 最多 漸少 溶解

圖像：

離子方程式：Al3+ + 3OH- = Al（OH）3

Al（OH）3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O

氫氧化鈉溶液中逐滴加入鋁鹽溶液至過量。

現象：無沉淀（有但即溶）出現沉淀較多最多沉淀不消失

離子方程式： + 4OH- = AlO2- + 2H2O

3AlO2-+ Al3++ 6H2O =4Al（OH）3

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【關鍵詞】超低硫鋼；轉爐；渣洗

【Abstract】On the basis of analysis of thermodynamic and dynamic conditions for desulfurization of converter and ladle， the converter smelting system and steel ladle slag washing system were optimized，and the ultra low sulfur steel smelting process for the converter smelting and ladle slag washing is presented，this process has better desulfurization effect.

【Key words】The ultra low sulfur steel； Converter； Slag washing

0 前言

目前，大多數轉爐煉鋼廠在冶煉低硫鋼時分三道工序進行金屬液的脫硫處理，分別是鐵水預處理脫硫、轉爐冶煉脫硫和LF鋼包脫硫。生產實踐表明，在冶煉對于成品硫含量要求小于20×10-6的鋼種時，若進LF爐之前鋼水硫含量大于80×10-6，則在LF將鋼水硫含量降低至規格要求的水平將變得十分困難。因此，冶煉超低硫鋼時，轉爐工序將鋼水硫含量控制在80×10-6以下，既是降低LF工序脫硫負擔的必然要求，也是確保成品硫含量符合鋼種要求的可靠保障。

1 轉爐脫硫機理及分析

1.1 脫硫機理

研究和實踐表明，復吹轉爐煉鋼脫硫中爐渣脫硫占總脫硫量的90%，氣化脫硫占10%，因此爐渣脫硫是轉爐降低鋼中硫含量使之達到規格要求的主要手段。根據爐渣的離子理論提出下述脫硫方程式[1]：

[S]+（O2-）=（S2-）+[O]（1）

用Ls表示熔渣和金屬之間的脫硫分配系數，則存在如下關系：

式中T表示溫度，C是常數。

1.2 脫硫機理分析

由上述（1）式和（2）式可知，脫硫條件如下：

1.2.1 熱力學條件

堿性氧化物CaO、MgO、MnO都能給爐渣提供O2-，因此增加爐渣堿度有利于脫硫；[%O]增加有利于（1）式的逆反應進行，由于（FeO）/[%O]在一定溫度下是一個定值，故渣中（FeO）增加使脫硫能力降低；鋼渣間脫硫反應是吸熱反應，由（2）式可知，提高溫度有利于提高硫的分配系數；增加渣量能夠稀釋渣中（S2-），有利于脫硫反應的進行。

1.2.2 動力學條件

脫硫反應是渣――金界面反應，其過程有三個環節：1）反應物由金屬液和爐渣向渣――金界面傳質； 2）反應物在渣――金界面反應；3）生成物離開渣――金界面進入渣中。第2）個環節進行得十分迅速，要提高脫硫效果，就必須提高傳質系數和增大反應的界面積，而加強攪拌和適當提高反應高溫是實現上述目的的有效和必要方法。

2 轉爐工序的脫硫工藝開發

2.1 轉爐冶煉環節的脫硫工藝控制

2.1.1 爐渣堿度

爐渣適當的高堿度是脫硫的必要條件，這是因為在堿性渣條件下，爐渣中的CaO先與SiO2和P2O5反應，剩余自由CaO才能與（FeS）反應，因此堿度是爐渣脫硫能力的重要標志[2]。但是爐渣堿度過高，渣中存在大量的高熔點的CaO質點時，爐渣變粘，惡化了脫硫反應的動力學條件，降低了傳質速度，反而不利于脫硫。

2.1.2 渣中（FeO）含量

鑒于（FeO）對脫硫反應的雙重影響，因而需根據轉爐冶煉各階段的反應特點和需要，合理控制吹煉過程各時期的渣中（FeO）含量。冶煉初期，盡快形成具有一定堿度的爐渣，可采用鐵質成渣路線法提高前期渣中（FeO）含量；冶煉中期防止爐渣發生返干，以確保爐渣流動性，渣中（FeO）需保持在10%以上；冶煉后期嚴格控制渣中（FeO）含量，使其在吹煉終點時不超過15%。

2.1.3 渣量

在硫的分配系數相同的情況下，渣量越大渣中所含總硫量也越多，相應的鋼中硫含量也就越低。但是渣量增加也增加了冶煉過程中地噴濺風險并易導致爐渣堿度超標，給轉爐吹煉過程控制和脫硫帶來不利影響。造渣料的加入量主要取決于鐵水成分，尤其是鐵水的硅含量。生產經驗表明，鐵水中的硅含量在0.4%～0.6% 時，既可以確保吹煉平穩又可以確保有足夠的渣量。

2.1.4 底吹強度

對脫硫而言，若全程采用低底吹強度，攪拌效果較差，動力學條件不好；過高的供氣強度，雖然動力學條件好，但渣中（FeO）過低，不利于化渣。因此為獲得了最高的Ls，結合吹煉各時期的化渣要求和脫硫條件，轉爐底吹強度采用“低――低――高”模式。為促進前期渣中（FeO）盡快生成和確保中期渣中（FeO）含量合適，底吹強度為0.032Nm3/min?t。吹煉后期石灰完全熔化，溫度升高，是脫硫的最佳時期，此時提高熔池攪拌強度，不僅能為脫硫創造良好的動力學條件和增加渣――金反應面積，而且能夠減少爐渣中（FeO）含量，因此可將此時期的轉爐底吹強度調整為0.053Nm3/min?t。

2.2 出鋼環節的脫硫控制

轉爐出鋼過程一般持續3～6min。轉爐出鋼時不可避免會伴有轉爐下渣，通過造高堿度還原性渣實現對鋼包渣的改性和對鋼水的“渣洗”，是降低鋼包入LF爐的初始硫含量、減輕LF爐的造渣負擔的有效方法。

2.2.1 出鋼前操作

為使鋼水在出鋼過程中盡早脫氧，為渣洗脫硫創造良好的熱力學條件，在出鋼前根據終點鋼水氧含量向鋼包底部均勻撒入一定量的鋁粒。鋁粒加入量的經驗計算公式如下：

m=1.7×[%O]×Q×1000

式中：m――鋁粒加入量，kg；

[%O]――鋼水終點氧含量，%；

Q――鋼水量，t。

2.2.2 出鋼過程操作

在出鋼量1/4時開始加入鋁塊、硅錳等其他合金，并加入CaO2sCaF2=2.5s1的二元合成渣，其加入量為8kg/噸鋼～10kg/噸鋼。為確保合金和合成渣充分熔化，防止結塊，合金和合成渣要加在鋼流沖擊部位。在出鋼過程中，小幅度來回移動鋼包車，防止合金和合成渣因加入集中而造成堆積。為加強鋼水攪拌，為鋼包內鋼――渣反應創造良好的動力學條件，出鋼過程打開鋼包底吹，為確保在最小的溫降條件下達到最大的鋼水脫硫量，底吹強度為0.8L/min?t～1.2 L/min?t。

2.2.3 出鋼后操作

出鋼后期不可避免地出現鋼流卷渣，使部分轉爐終渣進入鋼包內。根據下渣量多少，向鋼包內加入60kg～100kg的鋁屑。鋼包底吹采用軟吹模式，底吹強度為0.2L/min?t，攪拌強度以鋼液面微微波動并且不鋼液面為準，以促進漂浮在鋼液面上的鋁屑與鋼包渣中的（FeO）反應，降低鋼包渣的氧化性。

3 應用效果

按照超低硫鋼冶煉工藝操作成功開發出X100等超低硫鋼種，其應用效果如表1。

按照超低硫鋼冶煉工藝操作成功開發出X100等超低硫鋼種：

1）通過優化造渣制度、溫度制度和底吹工藝，轉爐冶煉回流量得到有效控制，轉爐終點鋼水硫含量在0.013%以下，較低的鋼水初始硫含量有助于后續工序脫硫任務的完成。

2）通過優化渣洗工藝，能夠將LF進站前鋼水硫含量和鋼包渣中（FeO）含量分別控制在0.008%和3%以下，為LF深脫硫創造了良好的條件，減輕了LF爐的脫硫負擔，確保了LF處理完畢鋼水硫含量在20×10-6以下，滿足了鋼種的規格要求。

4 結論

1）熔渣（包括轉爐渣和鋼包渣）的脫硫能力決定于爐渣堿度、渣中（FeO）含量、反應溫度和渣量；對于高堿度熔渣，增強攪拌有利于提高脫硫速度。

2）超低硫鋼冶煉工藝使轉爐終點、出鋼后和LF爐處理前等各環節的鋼水硫含量實現了可控，能夠應用于成品硫含量要求不超過0.002%的超低硫鋼的開發和生產。

【參考文獻】

篇6

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篇7

【關鍵詞】電弧光譜；鐵礦石；Si；Al；Ti；Mg

引言

通常情況下鐵礦石中含有的S、P、Si、Al、Ti、Mg等影響礦質量的元素被認定為有害雜質。主要從有害元素對冶煉過程和設備的影響方面來分析。在冶煉過程中， 鐵礦石中有害元素含量越高， 其冶煉價值越低。而硅鋁指標不納入有害元素范圍之內。常見的在合理范圍內高SiO2低Al2O3的礦種為優質礦種。SiO2含量低，會降低燒結礦的強度，但硅超標會增加白灰配比，降低燒結礦的品味。Al2O3高，則會提升成本且增加高爐渣量。

目前測定鐵礦石中雜質元素的標準分析方法多為化學法、光度法和原子吸收光譜法，操作繁瑣，時間冗長，且只能進行單元素測定，在人力和時間有限的情況下要嚴格按照這些方法進行檢驗，難以滿足外貿出口及時、準確便捷的要求。

本法用直流弧作光源，以炭粉、BaO、ZnO、NaF、K2S2O7、NaCl混合物為緩沖劑，內標元素為Cd。采用截取曝光的辦法測定巖石、鐵礦石中有害種元素。

1 試驗部分

1.1 儀器與工作條件

儀器：攝譜儀 WPP2型二米光柵攝譜儀（北京光學儀器廠）。WPF-20型交流電弧發生器，GBZ-Ⅱ型光譜相板測光儀。

工作條件：光柵刻數1200條/mm，中心波長 250nm狹縫寬度30μm，中間光欄3.2mm，5A起弧，5s后電流19A，保持60s。

天津紫外Ⅰ型感光相板。

1.2 標準系列的配制

以高純Fe2O3和鐵礦基體元素基本相同的高純氧化物配制成標準試樣，其標準系列各元素的含量標準物質含量標準。

1.3 試驗方法

分別稱取0.2000g樣品和0.2000g緩沖劑，在瑪瑙研缽里研磨均勻，裝入指定規格的電極（直徑4mm，下電極為細頸杯狀，孔徑3.8mm，孔深4mm）.滴加2滴2%的蔗糖酒精溶液，烘干后在儀器條件下攝普。

2 條件討論

2.1 分析譜線的選擇

根據儀器推薦的譜線和樣品被測元素含量，以及共存元素進行測定，檢查共存元素基體元素的影響，比較靈敏度，初步確定了合適的譜線如下表：

推薦分析譜線

2.2 緩沖劑的選擇

粉末電弧光譜定量分析時，為了穩定弧燒、控制電弧溫度和元素的蒸發行為，跟據弧燒時電極空穴等離子體中所存在的物理、化學反應的機理，在分析樣品中加入緩沖劑或載體（如元素化合物、鹽類、碳粉、金屬粉末等），以達到提高分析準確度、緊密度和改善檢出限的目的。用作緩沖劑及載體的物質應預先經過檢查，確實不含分析元素。根據資料BaO、 ZnO能增強分析元素譜線強度的作用，促使弧焰穩定，得到穩定的激發條件，消除試樣噴濺現象。

鐵礦石中鋁的含量比較高，弧燒時樣品在形成熔珠后便從電極孔穴中跳出，其原因可能是熔珠的表面包郵一層沸點較高的氧化膜，阻滯了熔珠內沸點相對較低的金屬物質蒸發而引起迸濺，此時可在樣品中混入C粉作為緩沖劑。另外NaF、K2S2O4具有比較淺的背景，能有效地控制氰帶的發射。抑制光譜背景的發射，控制背景的一致背景，降低光譜分析檢測限。作為緩沖劑及載體的物質，需具有穩定的化學性質及物理性質，以便于研磨及保存。

2.3 內標元素的選擇

內標法是應用分析線和內標線譜線強度比，即相對強度進行測定。本法采用定量加入Cd，鐵礦石基體成分基本一致，Cd的含量對內標產生影響在誤差范圍內。使用垂直電極粉末法進行分析時，首先要考慮所選用的內標元素和分析元素蒸發行為盡量一致，內標線與分析線激發能盡量接近，內標線與分析線波長盡量靠近等因素。

圖為緩沖劑于標準系列6混勻所做的元素蒸發曲線，結果表明所

測元素有較為一致的蒸發行為。且蒸發高峰都在10秒之后。截取曝光時間在10～60秒時，黑度值隨時間的加長增加較快，所以試驗選擇截取曝光時間為60秒。

3 結果討論

按實驗建立的方法平行測定國家鐵礦石標準物質GBW07218a樣品，計算相對偏差，結果見表：

結果表明本方法對鐵礦石中硅鋁鈦鎂等元素測定結果令人滿意，符合鐵礦石有害元素檢測有要求，結果準確、可靠、實用性強。

參考文獻：

[1]巖石礦物分析編寫組.巖石礦物分析（第二分冊）[M].北京：地質出版社，1991.

[2]巖石礦物分析編寫組.巖石礦物分析（第一分冊）[M].北京：地質出版社1991.

[3]堿熔融-電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鉻鐵礦石中鉻鋁鐵鎂硅[J].冶金分析，2010（1）.

[4]直流輝光放電發射光譜法同時測定硅鋼中的11種元素[J].冶金分析，2010（1）.

篇8

關鍵詞：鋁冶煉；危險廢物；判別研究

中圖分類號：TE08文獻標識碼： A

一、鋁冶煉危險廢物概述

在我國經濟不斷發展的過程中，鋁冶煉行業的產品產量在快速的增加，在生產的過程中大量的固體廢氣物就會出現，危險廢物更是占其中的一大部分，對這些危險廢物的處置不當環境就會受到污染。

根據國家規定的危險廢物鑒別方法、鑒別標準、列入《國家危險廢物名錄》等有危險特征的廢物都是危險廢物，但是在具體的行業中，危險廢物的產生類別還不是很明確，因此要做好危險廢物的甄別、先關法律法規的完善等還存在一定的問題，只有對其特點等技能型具體的分析，才能保證危險廢物的問題得到及時有效的解決。

二、危險評價方法選擇的原則

任何一種危險評價方法都有與其適用的條件和范圍。在危險評價中如果使用了不當的危險評價方法，不僅浪費工作時間，影響評價工作的正常開展，而且可能導致評價結果嚴重失真，使危險評價失敗。因此，危險評價中，合理選擇危險評價方法是十分重要的。在進行危險評價時，應該在認真分析并熟悉被評價系統的前提下，選擇評價方法。評價方法的選擇應遵循充分性、適應性、系統性、針對性和合理性的原則。

1.充分性原則

進行評價方法的選擇之前，對評價的系統要進行充分的分析，對評價方法進行足夠的掌握，對方法的適應條件、優缺點、適應范圍等進行具體的分析，保證能夠為評價工作提供比較充分的資料，保證使用和參考。

2.適應性原則

在被評價的系統中，多個系統構成的復雜系統是可能出現的情況，在對各個子系統進行評價的過程中，其側重點是不同的，因此對適用的范圍和條件要選擇合適的危險評價方法，進行方法的選擇時，工藝的性質、系統和子系統、狀況等都是選擇的參考依據。

3.系統性原則

對危險評價方法進行選擇時，要保證被評價的系統所能提供的危險評價初值、評價的系統所能提供的危險評價方法、邊值條件等形成一個完整和諧的整體，這樣在合理、知識、系統數據的基礎上，危險評價方法獲得的危險評價結果就會比較可信，同時要保證系統化的資料、數據的提供。

4.針對性原則

由于存在評價目的不同的現象，因此危險評價可能出現的結果大致分為：事故發生的原因、危險和有害因素、事故后果、事故發生的概率、系統的危險性等。因此進行評價方法的選用時，要根據具體要求的結果進行選擇。

5.合理性原則

在保證能夠提供所需的危險評價結果、能夠滿足危險評價目的的前提下，要保證其簡單的計算過程為人們提供方便，保證采用最容易獲取、需要的基礎數據最少的辦法，要保證獲得的評價結果和危險評價的工作量在合理的范圍內，避免出現不必要的麻煩和無用的危險評價工作。

三、鋁冶煉業生產工藝簡介

進行鋁冶煉的過程中，電解鋁生產、氧化鋁生產兩部分被包含在其中，進行氧化鋁的生產，可以采用燒結法、拜耳法、聯合法，其基本原理是用苛性溶液加溫溶出鋁土礦中氧化鋁，由溶出、分解、熔燒幾個階段組成，目前全世界進行電解鋁的生產時，一般都采用冰晶石－氧化鋁融鹽電解法，在其中加入熔融冰晶石作為溶劑，溶質則為氧化鋁，強大的直流電通入后，電化學反應就會在電解槽內的兩極上進行，鋁液在陰極制得，經保溫爐內凈化澄清后，就可以澆鑄成鋁錠(見圖1)。

四、危險廢物判別

鋁冶煉業產生的危險廢物種類不多，但一般數量較大，很多屬于大宗危險廢物，不合理處置危害很大?！秶椅ｋU廢物名錄》中與鋁冶煉業直接相關的危險廢物主要集中在“HW48有色金屬冶煉廢物”的4個小項。下面根據生產階段具體分析:

1.氧化鋁生產

1)赤泥

生產氧化鋁過程中，以鋁土礦為原料產生的強堿性固體廢物，就是赤泥。根據我國氧化鋁的生產產量，每1噸氧化鋁，0.8噸～1.5噸赤泥就會產生，在氧化鋁生產的方法中，燒結法赤泥、拜耳法赤泥、聯合法赤泥等方法都是包括的。因化學組成及性質、礦物組成、工藝不同、原料不同等赤泥的性質是有差異的，采用聯合法赤泥和燒結法赤泥產生的性質是比較接近的，在拜耳法中，低溫拜耳法和高溫拜耳法同時存在，在組成上有所差異，詳見表1。燒結法赤泥和聯合法赤泥化學組成以CaO、SiO2為主，拜耳法赤泥中，Al2O3、Na2O含量較燒結法赤泥高。

圖1鋁冶煉行業簡易流程圖

2.存在的主要問題

1)原料質量差、鋁土礦A/S低

我國鋁土礦資源與國外三水鋁石和一水軟鋁石相比，原料質量差，鋁土礦A/S低，需要高溫高壓溶出，這給氧化鋁生產帶來了困難。

2)能耗高

在混聯法中，完整的燒結法系統和拜耳法系統都是存在的，流程比較復雜，這導致能耗比較高，處理優質礦石等的呢個好在國外的3倍以上，而礦石的品味各不相同，因此能耗也在不斷的增加。

3)產品質量不高，多為中間狀氧化鋁

目前在國內冶金級氧化鋁產品中，中間狀氧化鋁是多數存在的，其產品的磨損指數較大，，產品粒度較細，只有不斷加快砂狀氧化鋁的開發，現代電解鋁工業大型預焙槽的要求才能被很好的滿足。

4)產品結構不合理

目前我國氧化鋁廠多以生產冶金級氧化鋁產品為主，產量達406萬t，而非冶金級氧化鋁產品的年產量23萬t左右，與市場需求相比差距很遠。

5)技術的產業化程度需要進一步提高

這幾年，鋁行業開發了不少先進技術，但是推廣應用的程度還不夠，今后要進一步在項目立項、研發和產業化的各個環節加強與生產的結合，提高技術

成果的產業化率

五、電解鋁存在的問題

1.鋁電解槽的壽命比較短

與國際上現在的大型預焙鋁電解壽命相比，我國鋁電解槽平均壽命僅4年左右，而國外有的已經十年，雖然近年來我國采取了很多的技術措施，經過了很多的時間，但是槽壽命與世界先進水平相比還哦存在很大的差距，對電解槽早期破損的問題則有效的解決了。

2.自動控制水平不高

目前在我國的鋁電解廠中，電解槽槽控技術得到了廣泛的運用，但是與國外相比，整體自動化的水平不是很高，存在比較大的差距，尤其是控制電解槽生產的過程中，其對信息取樣存在不完整的缺陷，整個系統不是很完善，對其綜合的動態研究不是很充分，與計算機控制技術相配套的設備故障較多。

綜上所述，在危險廢物環境管理工作中，危險廢物判別是其中首要和重要的一環，是一項專業性、技術性很強的工作，要求判別者對危險廢物的鑒別、固體廢物、鑒定標準和方法等進行熟悉的掌握，對行業具體的生產工藝也要特別的了解，關于鋁冶煉的生產中，種類多、數量大、難處置、危害性強等都是其生產過程中的特點，為了進行有效的管理，我們要對其進行準確的判別，針對性的進行管理。

參考文獻：

[1]趙錦文.鋁冶煉企業財務戰略研究[D].西南財經大學,2008.

[2]陳婷.鋁冶煉企業生態效率指標構建與應用研究[D].蘭州商學院,2014.

[3]肖述兵.鋁冶煉煙氣凈化余熱利用技術的探討[J].節能與環保,2005,01:32-34.

篇9

它們的2個自旋子能帶結構幾乎是相同的，很少受V-Mn/Fe或V-V交換作用的影響，因而，它們對材料的磁性和半金屬性質基本沒有貢獻，我們忽略了這些能帶，只給出-6eV到3eV能區之間的能帶結構。分布在-4eV到-6eV之間的態密度主要來自Bi原子外層的p態電子，這些p態電子與這一能帶區間的少量過渡族元素的3d電子發生雜化作用而產生劈裂，因而我們在表1中看到Bi原子具有一定的磁性。分布在-3eV到3eV能區之間的能帶主要由V和Mn/Fe的3d態電子構成，V-V和V-Mn/Fe之間d電子的雜化作用非常強烈，使得這些能帶看上去比較彌散，表明d電子的局域性在合金中有所降低?；瘜W級金屬硅的冶煉過程中，需要的原料主要是硅石，對于硅石的組成成分的基本要求是SiO2含量大致為99%，Fe2O3含量大約為0.15%，Al2O3含量大約為0.2%，CaO含量大約為0.1%，雜質的總和小于0.6%。還原劑主要采用的是含碳的木炭、木塊、石油焦及低灰分的煤炭。利用其中的碳進行還原反應。以100KG的SiO2為基準，其反應物質平衡結果如圖2所示。顯然，上圖所示的5個基本反應式并不可能完全涵蓋化學級金屬硅的冶煉全部過程，上述的所有反應過程是建立在如下的理念基礎之上的：（1）初始反應物僅限于SiO2和C；（2）過渡項完全限定為SiC及SiO；（3）反應產物完全限定為Si及CO；（4）雖然忽略了一部分的衍生反應，但是就終點反應的產物來看，省略的反應知識過程反應，其反應的基本結果也都包含在了上圖所示的5個反應式之中。

煤炭的揮發分高，孔隙度相對較大，而且還原性適中，價格與木炭相比要便宜接近一倍，煤隨爐料下沉緩慢，有利于爐口位置的還原劑中的水分和揮發分的充分排出，能夠有利于提高爐料的透氣性，使得爐料面燒結性較好，從而確保爐中的穩定反應。但是，煤含焦油較高，容易燒結，從而也可能降低反應效率。根據張并立（2001）的研究結果，在工業硅的冶煉之中，煤炭作為還原劑是可行的，但是選用煤炭的時候，要注意煤炭的物理性質，需要是無裂紋、無光澤、呈暗黑色，質地比較堅硬，棱角分明，煤炭無粘結，熱介過程無膠質體產生。其利用煤炭代替木炭作為還原劑用于撫順鋁廠5000KVA單相硅爐，經過技術改造能夠成功冶煉工業硅。而在冶煉化學級金屬硅方面，鄒學柏，彭達，梁躍云（2007）近年來開展了以煤代炭冶煉化學級金屬硅的試驗，在于木炭條件完全相等的情況下，實現了煤炭完全取代木炭冶煉化學劑金屬硅，而且在冶煉的過程中，爐況非常正常，產量也穩定，這說明，以煤代炭冶煉化學級金屬硅法是完全可行的，它為減少國家森林資源消耗、為企業節能降耗提高利潤提供了技術保障。將煤代替木炭應用于化學劑金屬硅，需要加強工藝控制，以確保煤炭與木炭之間的差異不會對化學級金屬硅的冶煉產生太多的負面影響。首先，要控制好煤炭的選擇。在上個世紀90年代后期，我國開始用精洗煤取代木炭作為還原劑生產工業硅并且取得了成功，到了本世紀逐漸推廣開來之后，我國開展完全用煤炭取代木炭作為還原劑生產金屬硅的嘗試。然而，現在我國的還原劑煙煤的灰分含量基本上都在3%以上，而在國外，煙煤的灰分含量則基本上可以控制在1%左右。為了控制灰分含量，而可以選擇化學方法對煙煤進行精選，從而得到氯化鐵含量低于0.1%的精煤，精煤比電阻很高，化學活性很好，反應能力也較強。其次，保證電極的穩定性。在煤炭代替木炭冶煉化學級金屬硅的反應過程中，電極底部一直在消耗，電極底端的位置也會逐步上升，離爐底也會越來越遠，電流如果供應不足，就會使得還原反應進行出現問題，無法保證金屬硅的純度。因此，為了保證電極的穩定，確保在煤炭代替木炭冶煉化學級金屬硅的反應過程能夠持續進行，要將電極穩定地較深地插入到爐料之中，從而使得反應能夠穩定進行，出現結塊的時候要及時的搗碎，改善爐料通氣性，確保反應的穩定性。再次，合理選用爐料疏松劑。由于煤炭冶煉容易燒結，爐料透氣性不如使用木炭，因此要合理的選擇使用爐料疏松劑，包括木屑、玉米芯、甘蔗渣等。疏松劑用的多了會造成爐料體積增大，容易刺火、塌料，如果用少了就難以改善通氣效果，造成冶煉效果不佳。因此，用量需要合理選擇。隨著我國將煤炭用于替代木炭冶煉化學級金屬硅的嘗試的不斷進行，對于何種物理參數的煤炭能夠產生更好的冶煉效果，也總結出了非常多的經驗。比如，對于煤的具體物理參數，有學者認為冶煉化學級金屬硅對于精煤的要求，有如下幾項：（1）揮發分＞25%~40%；（2）固定碳＞55%；（3）灰分＜5%，其中三氧化二鐵＜0.3%，三氧化二鋁＜0.7%，一氧化鈣＜0.4%；（4）粘結指數大于85。同時，對于在實際的冶煉過程中的工藝控制，也有了一定的進步，具體包括了對硅爐的參數選擇，包括了電極直徑、極心圓直徑、爐膛直徑及爐膛深度等等，除此之外，對于不同的用煤數量對應應該選擇的操作電阻也有了具體的參數。

我國當前關于煤炭應用于化學級金屬硅的冶煉工藝的研究已經有了長足的進步，并且已經能夠在實際生產中依靠煤炭取代木炭生產化學級金屬硅，如果技術過關、操作得當，產品質量不僅不受太大影響，而且爐況也相當容易控制。但是，我們也應該看到，這一工藝還有不少細節問題需要進一步的深入研究，包括如何控制煙煤的質量，如何更好地提高冶煉的穩定性，如何進一步優化和提高冶煉水平等等，這些問題都值得我們深入的思考。

本文作者：劉子賢楊明工作單位：安徽工業經濟職業技術學院

篇10

關鍵詞 金屬腐蝕 化學腐蝕 電化學腐蝕 隔離 

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A 

Teaching Research about Corrosion and Protection of Metals 

ZHANG Zhengguang 

（College of Chemistry and Life science， China Three Gorges University， Yichang， Hubei 443002） 

Abstract This paper mainly expounds the mechanism of chemical corrosion and electrochemical corrosion of metal material， can come very naturally to the method of preventing chemical corrosion and electrochemical corrosion of metal materials. It received good results in teaching. 

Key words metallic corrosion； chemical corrosion； electrochemical corrosion； insulate 

腐蝕是金屬材料與周圍環境介質之間發生化學或電化學而導致材料的破壞或變質。每年腐蝕損失占國內生產總值的2%～4%，發達國家每年腐蝕損失高達7000億美元。 

雖然金屬腐蝕有多種形式，但是，它們的腐蝕機理是共同的。 

一般金屬，例如鐵，由于化學性質比較活潑，在自然界一般以化合態存在，通過金屬冶煉，將其從化合態轉變為游離態，例如，冶煉鋼鐵就是用一氧化碳將鐵礦石中的氧化鐵還原為鐵原子。而鐵的腐蝕與鐵的冶煉相反，是將鐵原子氧化為鐵離子，其它金屬的腐蝕都是這個過程，即 → 

這個過程又分為兩種情況： 

（1）化學腐蝕 

金屬與其周圍的干燥氣體接觸，例如，、、等等；或者與非電解質溶液接觸，例如石油，這些非電解質溶液里含有硫的化合物。金屬與這些干燥氣體或非電解質溶液直接發生化學反應成為氧化態而被腐蝕了。 

（2）電化學腐蝕 

發生電化學腐蝕的必要條件是構成原電池，即有正極和負極，電解質溶液，這三者構成一個電路。金屬就會發生電化學腐蝕。一般可分為兩種情況： 

①析氫腐蝕，以鐵為例。在酸性較強的電解質溶液中，鐵原子為負極，一個鐵原子失去兩個電子，成為亞鐵離子，即 2 = 

電解質溶液中的兩個氫離子獲得兩個電子，成為一個氫氣分子，在正極上放出，即2 + 2 = 

總反應為 + 2 = + 

②吸氧腐蝕，仍然以鐵為例。電解質溶液呈弱酸性或中性，負極：24 = 2；正極： + 2 + 4 = 4。 

總反應：2 + + 2 = 

4 + + 2 = 4 

2 = · + （） 

理解了金屬腐蝕的機理，還要了解影響金屬腐蝕的主要因素。內部主要因素有：（1）金屬的性質，金屬標準電極電位越高，金屬越不容易腐蝕。（2）金屬含有雜質，會降低金屬耐蝕性，但是，加入某些合金元素，可以提高金屬耐蝕性能。（3）金屬組織結構不同，耐蝕性能也不同。（4）金屬受力時，拉應力引起應力腐蝕；交變載荷引起腐蝕疲勞。（5）在多數情況下，粗糙的金屬表面比光滑的表面容易腐蝕。 

外在因素有：（1）介質的酸堿性對不同金屬有不同的影響。一般是酸性越強，金屬越容易腐蝕。兩性金屬，在酸或堿中都有腐蝕性。鋁在濃硝酸中，表面生成一層致密的氧化膜而耐腐蝕。鉛在稀硫酸中表面生成難溶的硫酸鉛而耐腐蝕。鐵、鎂、鎳、鎘等金屬，表面的保護膜難溶于堿而溶于酸，在酸中易腐蝕。（2）介質中的有害雜質，會加速金屬的腐蝕。（3）金屬在中性鹽溶液的腐蝕，一般是隨濃度增加而加快，達到一最高點后，又逐漸降低。（4）介質的溫度升高，使反應速度增加，促進溶液的對流和擴散，加快腐蝕速度。（5）壓力的增加，引起設備的應力增加，也會使氣相介質中的一些物質溶于液相中，都會使腐蝕加快。（6）介質的流速增加，沖刷金屬表面，破壞金屬表面膜，腐蝕產物脫落，不斷更新金屬表面溶液而使腐蝕加快。 

在理解了金屬腐蝕的機理和了解了影響金屬腐蝕的主要因素基礎上，就容易理解防止金屬材料腐蝕方法了。 

從外在因素方面主要方法如下：（1）通過對液體加熱除去水中溶解的氧。（2）調整酸性介質中的酸堿度，使溶液呈中性或弱堿性，以降低對金屬材料的腐蝕性。（3）用各種氣固、液固分離法，脫出介質中的固體顆粒，減少磨損腐蝕。（4）在腐蝕性介質中添加緩蝕劑。緩蝕劑因氧化作用，使金屬表面鈍化。緩蝕劑能與介質中的有關離子反應，并在金屬表面形成防腐蝕的沉淀膜，不過，該膜致密性較差。緩蝕劑被吸附在潔凈的金屬表面，可以改變金屬的表面性質而防止腐蝕。使用更多的是用覆蓋層把腐蝕性介質與金屬表面隔離開來。 

涂料覆蓋于金屬表面并能形成牢固附著的連續薄膜物質，把腐蝕性介質與金屬表面隔離開來。其作用主要有三個：屏蔽作用，涂層將金屬與環境隔離開；緩蝕作用，涂料內部金屬氧化物與金屬反應，使金屬表面鈍化，同時一些油料在金屬皂催化作用下生成降解產物，起延緩金屬基體腐蝕的作用；電化學保護作用，涂料中摻入比鐵更活潑的金屬，一旦化學介質穿透涂層接觸金屬，發生電化學腐蝕，比鐵活潑金屬腐蝕，鐵被保護起來。 

電鍍基于電解原理，將被電鍍金屬置于電解池中，被電鍍金屬與直流電源負極相連，電解池中含有鍍層金屬離子，在外電流作用下，在被電鍍金屬表面形成與金屬牢固結合的覆蓋層，可以有效地防止腐蝕。 

電泳是把金屬材料浸入含有覆蓋金屬材料表面的金屬微粒的液體介質中，例如鎳，然后在金屬材料與液體中的另一電極之間通入直流電，鎳將沉積在金屬材料表面形成覆蓋層。 

熱噴涂是將熔融狀態的金屬霧化，并連續噴射在金屬制品表面上，例如，將鋅霧化，噴涂在鐵制品表面，形成牢固而致密的覆蓋層。 

化學熱處理是將金屬制品放入含有鍍層金屬或其化合物的粉末混合物或熔鹽浴或蒸汽中，鍍層金屬或其化合物熱分解或還原等析出的金屬原子和非金屬原子，在高溫下，擴散于金屬制品中，形成合金或化合物覆蓋層。 

磚板襯里是在金屬設備內壁，以耐腐蝕膠泥襯砌磚板，將腐蝕性介質與金屬設備隔離開來。膠泥起粘接磚板的作用，要注意各種膠泥和各種磚板的性能特征以及具體的腐蝕介質的性質，將它們的優良性能組合起來，從而達到真正防止金屬腐蝕的目的。 

橡膠耐化學腐蝕，具有高彈性、耐磨蝕、適應交替變形及溫度變化等優良特性。選取一定厚度的片狀耐蝕橡膠材料，貼合在金屬設備內壁上，形成連續完整的保護覆蓋層。 

玻璃鋼襯里是將玻璃鋼糊在金屬設備的內壁上而隔離，其耐腐蝕性取決于該塑料中所用樹脂的耐腐蝕性和施工方法。 

聚氯乙烯塑料襯里是將聚氯乙烯塑料固定在金屬設備內壁上而隔離。 

用電化學防止金屬材料腐蝕的很多，只介紹兩種：（1）外加電源法：被保護設備接直流電源正極，輔助陰極浸入設備內的電解質溶液中，接直流電源負極。由于外加電源正極遠高于被保護設備材料的電極電位，使被保護設備電位升高，產生較大初始電流，迅速達到設備的致鈍電流，使被保護設備鈍化。（2）外加電流法：被保護金屬設備與直流電源負極相連，依靠外加陰極電流，使設備負電性提高，電極電位變負。設備上的陰極電流使原來的腐蝕平衡電流增加，而設備上的陽極電流則減小，即腐蝕速度降低。進一步減少陽極電流，則可以使設備終止腐蝕。

大多數工業用的金屬及鍍層金屬(如鐵、鋅、鋁、錫、鉛、鎂等及其合金)均可通過形成化學轉化膜來保護其表面。用于提高耐蝕性的化學轉化膜技術主要有鉻酸鹽鈍化和磷化等。其中經鉻酸鹽鈍化處理過的鍍鋅鋼板表面形成一層致密的鉻/基體金屬的混合氧化物膜層，由于該膜層具有自修復性，因而耐蝕性很高。但鉻酸鹽中六價鉻屬極毒性物質且易致癌，鈍化處理過程中產生的氣霧及生產中的廢水排放對生物體及環境都有嚴重危害。因此，取代六價鉻的無鉻處理工藝技術及開發新的替代性環境友好型鈍化產品，已成為金屬表面處理業所共同面臨的難題。

一、無鉻鈍化處理技術

1.鉬酸鹽、磷／鉬酸鹽鈍化處理

鉬與鉻同屬ⅥA族，是一種有希望替代鉻酸鹽的物質。鉬酸鹽早已廣泛用作鋼鐵及有色金屬的緩蝕劑和鈍化劑。英國Loughborough大學的Bijimi等研究了鉬酸鹽鈍化處理過程中的電化學特性和鋅表面的化學浸泡處理。在腐蝕試驗中，鉬酸鹽轉化膜的耐蝕性不如鉻酸鹽轉化膜。近年來的研究表明在磷/鉬酸鹽鈍化液中摻雜有機/無機緩蝕劑，能更進一步提高轉化膜的耐蝕性。宮麗等采用在鉬酸鹽鈍化液中加入適量H3PO4、SiO2、Ti(Ⅳ)鹽等添加劑，對鉬酸鹽鈍化膜改性的Mo-P-Si-Ti復合鈍化膜，并討論了鈍化膜的成膜機理和防蝕機理。

2.硅酸鹽鈍化處理

硅酸鹽處理具有成本低、鈍化液穩定性好、使用方便、無毒、無污染等優點，但耐腐蝕性能較差。為了增強膜層耐蝕性，鈍化液中常加入一些有機促進劑，如水溶性陰離子型丙烯酸胺、硫脲等化合物。

3.稀土鹽鈍化處理

金屬的稀土鈍化處理方法通常比較簡單，一般只要將金屬置于含稀土離子的溶液中，浸泡一段時間（化學浸泡法）或將金屬作為陰極通電極化（陰極極化法），便可使金屬鈍化，即在金屬表面形成稀土鈍化膜，鈍化過程的工藝條件對稀土轉化膜的形成及其性能有很大影響。

（1）化學浸泡法。化學浸泡法即將金屬置于含稀土離子的溶液中，浸泡一段時間完成鈍化的方法。鈍化時所用的鈍化處理溶液有兩類：一類是單一的稀土鹽溶液(有時含有NaCl)；另一類是溶液中除含有稀土鹽外，還含有強氧化劑和成膜促進劑或輔助成膜劑等添加物。

（2）陰極極化法。陰極極化法是將置于稀土鹽溶液中的金屬工件作為陰極，進行陰極極化處理的方法。該方法能在較短時間內使金屬表面形成稀土轉化膜。但陰極極化處理時有氫氣析出，使轉化膜出現較多微孔，且與金屬層的結合強度低，進而導致稀土轉化膜的耐蝕性下降。陰極極化法處理后得到的稀土轉化膜耐蝕性低于化學浸泡法，因此陰極極化法應用很少。

4.鎢酸鹽、鈦、鋯、鉿系鈍化處理

含鋯溶液代替鉻酸鹽用于鋁基表面的預處理已被確認，鋯基無鉻鈍化液也可處理鋅基表面，作為涂漆的前處理，而一般不作為最終處理。鋯基無鉻鈍化液主要含有H2ZrF6，提供Zr和F。另外，常需加入少量的HF。鋯系處理鋁合金的耐腐蝕能力同鉻酸鹽接近。

5.硅烷鈍化處理

硅烷特殊的結構特征決定了它可以與金屬形成Si-O-Me(Me表示金屬)化學結合鍵，從而可以提高涂層與金屬基體的化學結合力。

以硅烷為主的金屬表面防銹技術具有以下優點：工藝過程簡單，無毒、無污染，適用范圍廣，成本低，防腐效果優于傳統的磷化、鈍化工藝，經硅烷處理過的金屬表面對有機涂層的膠粘性能優異。如能實現工業化生產，必將對金屬材料表面處理行業帶來深遠的影響。

二、硅烷偶聯劑簡述

偶聯劑是一種重要的、應用領域日漸廣泛的處理劑，主要用作高分子復合材料的助劑。偶聯劑的種類繁多，主要有硅烷偶聯劑、欽酸酯偶聯劑、鋁酸酷偶聯劑、雙金屬偶聯劑、磷酸酯偶聯劑、硼酸酯偶聯劑等。其中，硅烷偶聯劑(Silane coupling agents，簡稱“SCA”或“硅烷”)是應用最早、最廣泛的偶聯劑，它發展至今已有近70年的歷史?，F在，硅烷偶聯劑基本上適用于所有無機材料和有機材料的連接表面，己經被廣泛應用在汽車、航空、電子和建筑等行業中。

三、金屬表面硅烷化的研究進展

硅烷偶聯劑并非一種新材料，但其用于金屬防腐和金屬材料表面預處理中卻是一個新興的領域。以硅烷偶聯劑為主的金屬表面防銹技術能滿足以下幾個要求：

化學藥品和處理步驟經濟合理；

無環境污染；