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冶金专业英语翻译 第九,十一,十二,十五章九章 火法冶金过程：炼铁 天然的铁以针铁矿，磁铁矿以及以低品味的褐铁矿和菱铁矿存在。铁含量从20%到70%变化。 高炉熔炼： 主要的还原这些矿的方法是和焦炭一起在高炉里边。那些品味高的矿可能可以被直接以块状加入到高炉里，同时那些贫矿通常需要一些富集过程。矿石或者精矿的造块将改善其反应动力学条件，但是造块工艺是否有效必须通过充分提高的生产速率来证明。铁矿石，焦炭和作为助熔剂的石灰石通过一个可以帮助控制炉顶气氛的位于炉顶的料钟机构加入。表格9.1表明了一般的投入量。 正如讨论，在大约1100，铁的氧化物和CO的还原反应而不是和碳为主直到炉渣开始形成。那一系列的反应可以被表示成： 反应自己写 在大约1100炉渣开始形成： 反应自己写 在炉子内上述所有的反应应该和温度分布一起被考虑。这句不会 图9.2展示了在炼铁和炼钢相关的反应的吉布斯自由能和温度的关系。用图9.2可以推理，当一股以图中一条带箭头的线表示的预热空气，从风口进入高炉并交替地与焦炭和铁氧化物发生的理论热力学关系。预热空气先和焦炭在风口区内反应生成CO2,CO2随即与风口外围更多的焦炭反应，按照总反应式生成CO: 2C+O22CO 如果CO当时接触到一块铁矿石，比如FeO，它被还原，那就是说： FeO+COFe+CO2 因此，一股炉气在2C+O22CO线和2Fe+O22FeO线交替并尝试和那些反应一起达到平衡。由于高炉内的情况，反应不会达到平衡；但是当炉气沿着炉体上升时，气体成分可以被认为是在两条反应线之间变化的。在炉身上部的低温处，气体成分中含有多于预期的CO，这是由于高炉远离平衡条件造成的，即高炉气体使CO快速上冲到炉体顶部 。在545到650，包都尔反应或者碳沉积反应2CO2C+O2 处在最佳条件。这个反应被认为需要一种可能是铁-耐火材料界面的催化剂。碳以细粉被放置，这可以提供一些与铁氧化物的直接还原反应。这可能仅仅只是少部分。由于炉渣的开始形成在风口处，任何在炉内这个位置以下的铁氧化物的还原主要是通过碳直接还原。那溶解的硅，硫，猛可以通过炉渣碱度和实验涉及的热力学关系的温度控制在某钟程度。 控制生铁硅含量 那个SiO2用碳还原的的反应的吉布斯自由能和温度关系被给予： SiO2+2CSI+2CO G=+593570-396T J/mol 因此，增加炉床的温度可以使G更负利于正向反应和增加Si在生铁中的溶解。同时SiO2是一种酸性氧化物。因此，由于反应：SiO2+3CaOCa2SiO4+excessCaO 使用碱性渣/O变得尽可能的大是为了维持K在它的常数值。那么显而易见，为了提供高的移除率移除硫到渣中，渣中氧离子活度必须高并且生铁中的氧势必须低。通过向炉料中加入石灰，即形成碱性渣，提高了渣中氧离子的活度；而生铁中氧势的控制，要比这个困难的多。调整O数值去扩大硫的移除程度被用于在接下来会被讨论的炼钢当中。 因此，通过高温和碱性渣有利于硫的移除，然而当熔炼温度增加氧在铁中的溶解度增加会被注意。后一点观点在高氧化条件下的炼钢过程变得重要。鼓风预热、富氧鼓风的应用，向高炉内喷吹碳氢化合物和蒸汽，提高炉顶气体压力使得在生产速率和炉子效率方面得到很大的改善。高炉管理的主要目的是为了达到快速的但是有规律的费用下降。 第十一章 湿法冶金 “Hydro”意思为水，因此，“hydrometallurgy”关于水溶液的方法从矿石中提取金属的技术和科学。湿法冶金包含很多工艺过程：从矿物或者焙烧后的硫化矿的浸出，到浸出液的净化，再到以化学或者电化学沉积法获得金属或其化合物。粗金属的电解精炼有时也被归类到湿法冶金中。 相比较之前的火法冶金方法，湿法冶金是一种相对新的技术。现代湿法冶金可以被追溯到19世纪末当两种主要操作被发现：金和银的氰化法过程和铝土矿的拜耳法过程。后来，在20世纪XX年代，在美国曼哈顿计划执行过程中，又出现了与铀的提取有关的一项技术突破。既然如此，湿法冶金已经被逐步推进甚至取代一些火法冶金的过程。 总的来说，湿法冶金包括两个明显的步骤 1、从矿石中选择性的溶解有价金属-一个被熟知的浸出过程。 2、从溶液中选择性的回收有价金属，一个包含沉淀方法的操作。 有时候在沉淀之前完成提纯或者浓缩操作。这些工艺的目的在于获得一种纯净的、高浓度的溶液，从该溶液中可以有效的沉积出有价金属。 湿法冶金的优点可以被总结为以下几点： 1、金属可以以纯的形式直接从浸出液中获得。例如通过在氢气压力下的沉淀，烧结或者电解。 2、如果过程涉及汞齐化冶金的应用，高纯度的金属可以从不纯的浸出液被回收。 3、矿石中的硅酸脉石不影响大多数的浸出剂；然而，在火法冶金熔炼过程，这些脉石必须被造渣。 4、与火法冶金中用作炉衬的耐火材料的损耗和频繁地定期关闭设备以及替换炉衬相比，湿法冶金中的腐蚀问题是很轻微的。 5、大多数湿法冶金过程在室温下完成，因此，没有像火法冶金那样消耗大量的燃料。 6、浸出产品的处理比处理熔锍，炉渣和金属更便宜和简单。 7、湿法冶金过程尤其适合处理低品味矿石。 8、一个湿法冶金的过程可以以小规模开始并且可以根据需要扩展，但是，一个火法冶金过程常常被设计成大规模操作，因为建一个大的炉子比多数同样生产能力的小的炉子更加经济。 9、湿法冶金的工厂通常不像火法熔炼那样污染环境。由于发空气污染法律，现在这些湿法冶金的工厂充当一个重要的角色。 但是，当用湿法冶金方法处理一种矿石，可能面对某些困难。因此，困难由从溶液中分离不溶的脉石引起的。在浸出液中极少量的杂质也可能严重影响金属的电沉积，因此一个彻底的预先提纯成为必要。进一步说，湿法冶金过程相对缓慢，因为湿法冶金通常在室温下进行，而火法冶金操作很快，因为火法冶金在高温下进行。 十二章 湿法冶金：浸出 浸出是用一种溶剂从固体中提取可溶的成分的过程。在这方面，两个目的之一会被完成： ·打开矿石，精矿或者冶金产物为了使有价金属溶解。 ·在矿石或者精矿中浸出易溶解成份为了使矿石以更高纯度的形式存在，例如化学富集方法。 1、浸出剂 浸出剂的选择依靠以下因素： ·溶解度。对被浸出剂进出的矿物有大和快的溶解性。 ·费用。一种贵的试剂是不被希望的，因为在操作中任何微量的试剂损失会表现出巨大的经济损失。 ·设备的材料。如果浸出剂是腐蚀性的并且不得不在不锈钢、钛或者哈氏合金构成的容器中操作，那么资金的消耗将会很高，因此，它的使用是不被希望的。 ·选择性。一种理想的浸出剂仅仅浸出希望的成分。 ·再生。浸出剂循环再生的能力也是一个重要的标准。 水是理想的浸出剂，因为它便宜并且无腐蚀性，但是它的作用仅仅局限在少部分矿物。浸出剂通常使用以下几种而不是用水：酸、碱和可溶性的盐；氯水适用于较小的范围。浸出剂可能单独使用或者结合氧化剂一起使用。 2、浸出剂 那个浸出过程包括以下工序： 搅拌和混合 在溶液中搅拌和混合固体可以有机械或者空气作用完成。在第一种情况，一个搅拌桨引起液体流动同时第二种情况。被压缩的空气或者高压蒸汽被使用。搅拌桨通常被做成大概四分之一到二分之一容器直径，如果仅仅就一个在轴上，它的位置距底部不高于一个搅拌浆直径。但搅拌桨在容器中央，它的运动是旋转的并且有涡流形成。液体和固体没有被强制到一侧或者垂直的并且导致混合不够充分。这特别是对于低矿浆浓度情况而言。为了消除涡流的形成，两种通常被使用： ·卸掉中央的搅拌桨要么放在轴向要么放在直角的方位。 ·在管壁上引进挡板。引进挡板会产生轴向流动，这也是为阻止固体微粒沉降所必需的。挡板通常从管壁伸出容器直径的十二分之一长。 热转换 大多数进出过程在室温下进行。热转换和经济仅仅对于常使用高达250的温度的压力浸出过程很重要。对于吸热反应，例如铝土矿的浸出，整个浸出过程温度被提供给高压釜。在另一方面，放热的反应，例如浸出硫化物，温度通常仅仅被提供给反应的发起。并且一旦反应完成，冷却是必须的。开始的加热阶段通常是通过直接投入蒸汽来完成。但是，冷却以水套、内部线圈和外部热交换器 这些方法完成。 过滤和洗涤 浸出过后通常是过滤获得泥浆和回收浸出液，然后洗去泥浆夹带的溶液。如果复杂和昂贵的液固分离设备被安装，可以只获得非常干净的浸出液。为了从矿物中释放出有价金属或者是增大浸出的速率而需要对矿物进行细磨，矿物磨得越细，浸出后过滤环节的成本越高。例如在传统的金或者铀矿的浸出车间，对于全部操作成本，净化和过滤占据了很大的比例。 当不溶的矿物达到适度的量，泥浆被过滤，滤饼被再生浆化，并且分离的固体在浓密机里反向的洗涤。浸出氧化煅烧的锌通常是这种情况。 稠化：浓密机有一个比深度大的直径的平底容器组成。它有一个中心轴，轴上固定有缓慢旋转的有刮刀的臂。泥浆从搅拌机供给给轴顶部的中央井。干净的包含易容物质的溶液从容器四周的溢流口溢出。分离的固体在容器的底部并且通过刮刀被逐渐的移到中央，那个它们被取出的地方。有机的凝固剂例如胶有些时候被加入为了促使细小的泥沉降。 过滤：过滤是从溶液中移除固体的过程；这有多种形式可用。最简单的形式是图12.3展示的砂滤。图12.4展示的压滤机是典型的压力过滤单元。连续的真空过滤操作，最简单的是图12.5展示的板式过滤机。 3、浸出率 浸出过程的速率控制步骤通常是试剂的运输到溶解反应处和浸出液运输离开浸出反应处，而不是溶解反应本身。因此，通过提高试剂的扩散速率和浸出液通过被浸出矿物速率可以提高浸出过程的反应动力学。 以下因素会影响浸出率： 回收或者精炼一种金属。并且在熔炼过程中，电能被用于加热。 在这个单元，我们会讨论电解在金属的沉积和精炼中的应用。对于几乎完全通过金属熔盐电解生产的非常活泼的轻金属：铝和镁而言，电沉积是很重要的。对于对于其他金属，例如铜和锌从可溶解的溶液中电沉积金属是代表着一种火法冶金过程可选择的方法。最后可溶的电解质溶液或者熔盐电精炼是对于生产高纯度铜和铝很重要，也对回收有价金属很重要，例如从铜中回收金和银。 1.离子传输 图15.1展示了一个电解槽的例子。这里两个铜电极浸入到硫酸铜溶液中。在电极上发生如下反应： 自己写 在没有其他电解反应以及不存在电子导电的情况下，要生成每克当量的铜，需要迁移的电子总数为N。测量结果表明，对所有的离子而言，每克当量的迁移量对应的电荷数为96500库伦，或者是26.8A·h。F被称作一个法拉第，也就是N个电子所带的电量。 在电解质中主要的离子是铜离子和硫酸根离子。在电场的影响下，带正电的阳离子向阴极方向移动，并且带负电的阴离子向阳极移动当通过1法拉第的电量时，总共会有nc克当量的阳离子和na克当量的阴离子穿过与电流方向垂直的平面。我们把nc和na分别称为阳离子和阴离子迁移数。 ） 2.电解槽 我们能将电解槽分为主要两组： 精炼槽。 生产槽。 被图15.1展示的电解槽例子说明了精炼槽的原理。如果阳极和阴极反应被加入，我们得到总的槽体反应：Cu=Cu 那就是说该反应是有1mol铜从阳极转移到阴极。在一个转移槽两个电极不一定要相同。金属很经常是从杂质阳极或者合金转移到阴极的纯的金属。 一个生产槽的例子被给予： 这里Pb，O2表示有氧气析出的不溶的铅阳极。按照惯例，以上符号代表一个正电流从左往右流的电解槽。因此以上情况阳极反应是： 并且阳极反应是： 总反应是： 因此，在一个生产槽，电解质是消耗的并且组分在电极沉积。如果电解槽被写成： 它会对应电解槽反应： 尽管前一个电解槽需要消耗电能才能使得反应从左向右进行，而后一个电解槽却可以自发的进行反应而产生电能。因此被称作原电池。原则上，任何电解槽，包括转移槽和生产槽都可以通过电流回流和补充电极必要的反应物而被当作原电池操作。在这种所有点解的产品都留在点电极上，电解槽可做电解电解槽也做原电池槽操作，也就是说我们会有一个蓄电池。