冶金提取金屬材料的過程與工藝

摘要：冶金工業(yè)主要對象為金屬礦物所進(jìn)行的勘探、開采以及冶煉、軋制成材全過程的工業(yè)部門，黑色和有色冶金工業(yè)是它的主要類別，作為國家重點(diǎn)的原料部門，冶金工業(yè)更是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是提供金屬材料的重要工業(yè)部門。

關(guān)鍵詞：冶金；提取金屬材料；過程；工藝；

1.冶金的定義

冶金是一種過程和工藝，主要是通過在礦石中提取金屬和金屬化合物，隨后采用加工方法加工金屬材料。冶金有三種技術(shù)分別為火法、電冶金和濕法冶金。而且，中國的歷史中，冶金占據(jù)很重要的位置。最初起源于石器時(shí)代，青銅器時(shí)代得到了發(fā)展，而到了近代得到大跨度發(fā)展。冶金的發(fā)展也融入了人類發(fā)展的大潮中。物理化學(xué)的不斷進(jìn)步，也讓冶金技術(shù)開始應(yīng)用當(dāng)中，逐漸向科學(xué)化發(fā)展，目前冶金工程專業(yè)成為大學(xué)中的重要專業(yè)。

2.冶金的歷史概述

如果把宇宙比喻成高溫冶煉爐，在中心位置聚焦了還原的金屬，而地核就在中心地帶，硫化物層覆蓋在金屬表面，隨后形成氧化物層，直至一層大氣層出現(xiàn)在金屬熔體和渣的外表面，此刻我們?nèi)祟惿娴牡厍蚓屯耆珜?shí)現(xiàn)了。上帝制造了地球上生存的萬物和人類，上帝過于偏愛人類，不僅僅為他們提供了生存需要的物質(zhì)，還教會他們怎樣去使用工具，怎樣去思考問題，久而久之，人類就成為地球的主宰，成為世間萬物的領(lǐng)導(dǎo)者。

在中國的發(fā)展歷史上，經(jīng)過新中國成立后50年的發(fā)展變化，鋼鐵工業(yè)呈現(xiàn)了高速發(fā)展的勢頭。從最初的大連、天津還有上海等沿海地區(qū)開始出現(xiàn)鋼鐵企業(yè)，到大陸內(nèi)地也逐漸發(fā)展和建立了相關(guān)原料產(chǎn)業(yè)，主要分布在太原、武漢、重慶還有包頭和攀枝花等原料基地。黑色冶金工業(yè)發(fā)展最為迅速，而有色金屬冶煉及加工業(yè)隨之發(fā)展壯大。在中國很多省份如遼寧、山東、四川、甘肅等地區(qū)逐漸興起大型的原料工廠，例如氧化和電解鋁工廠，還有些是鋁材加工廠。有色金屬生產(chǎn)基地也在湖南、廣西、江西等地區(qū)建立起來。

3.冶金的起源及分類

冶金技術(shù)最初起源于古代陶術(shù)中，冶銅成為最早發(fā)展起來的。由于銅的熔點(diǎn)不是很高，隨著陶術(shù)不斷發(fā)展，工作溫度隨之也不斷提高，最終達(dá)到了銅的熔點(diǎn)溫度。由于某些時(shí)候在有銅礦的地方也進(jìn)行陶術(shù)制作，銅在這種情況下就不知不覺地被發(fā)現(xiàn)。在不斷積累經(jīng)驗(yàn)的情況下，古人對銅的冶煉方法也開始摸索出來，冶金技術(shù)逐漸形成。

黑色冶金和有色冶金是冶金工作的兩種類型。一些生鐵、鐵合金（鉻鐵、錳鐵等）還有銅都屬于黑色冶金，而相應(yīng)的有色冶金就是指的那些剩下的其他金屬。同時(shí)，黑色和有色冶金工業(yè)、稀有金屬及粉末冶金工業(yè)也是它的另一種類別。

4.冶金的提取金屬材料的過程與工藝

4.1.火法冶金

火法冶金的過程主要在高溫環(huán)境下進(jìn)行。通過高溫環(huán)境的影響，這些礦石或精礦中的礦物受到相關(guān)的物理化學(xué)反應(yīng)，形成其他形態(tài)的化合物或單質(zhì)，主要集合在固、液、氣體中，主要實(shí)現(xiàn)分離金屬與脈石還有雜質(zhì)的目的。通過燃料燃燒來為火法冶金提供必要的熱能，另外通過化學(xué)反應(yīng)也可產(chǎn)生熱能，硫化礦的氧化焙燒和熔煉就是其中的一個例子，它是不需要燃料燃燒來進(jìn)行供熱。而相應(yīng)的金屬熱還原過程主要依靠的是自熱功能。冶金的火法冶金包含的過程很復(fù)雜，主要有以下幾種：干燥、焙解、焙燒、熔煉，精煉，蒸餾等。

4.2.濕法冶金

濕法冶金的過程主要在溶液中進(jìn)行，由于不需要很高的溫度，其中的高溫高壓過程主要有浸出、制備金屬、凈化等過程。

4.2.1.浸出時(shí)礦石或精礦的處理必須要有恰當(dāng)?shù)娜軇_保提取后的金屬進(jìn)入溶液的狀態(tài)是離子，陽離子或者是絡(luò)陰離子都可以。對于浸出的過程主要是指的不溶解的物質(zhì)例如脈石等雜質(zhì)。通過沉清和過濾的階段后，金屬（離子）的浸出液就會出現(xiàn)，另外還有脈石礦物絹成的不溶殘?jiān)ń鲈2]。浸出之前，還有對那些難浸出的礦石或精礦進(jìn)行預(yù)備處理，確保被提取的金屬進(jìn)行轉(zhuǎn)化變成某種化合物或鹽類。在預(yù)備處理方法較為常見的就是通過硫酸化焙燒轉(zhuǎn)成可溶性的硫酸鹽。

4.2.2.為了從凈化液中提取金屬，通常采用置換、電積和還原的方法，這就是制備金屬的過程。

4.3.電冶金

電冶金主要依靠電能提取金屬，由于利用電能效應(yīng)存在差別，電熱和電化冶金是它主要類別。

4.3.1.電熱冶金冶煉的原理主要通過電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軄韺?shí)現(xiàn)。在冶煉的過程中，電熱冶金和火法冶金相差不多，主要差別在于熱能來源不同。

4.3.2.通過一定的電化學(xué)反應(yīng)，在金屬鹽類的溶液或熔體中解析出金屬，這就是電化冶金（電解和電積）。

第一種稱為溶液電解，也是濕法冶金的一種。第二種是熔鹽電解，它有兩種利用資源，一個是電能的化學(xué)效應(yīng)，另一個是電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。通過加熱金屬鹽類，最終形成熔體，所以也可以看成火法冶金一類?；鸱ㄟ^程和濕法過程貫穿金屬的生產(chǎn)工藝流程，硫化鍋精礦的火法冶煉就是以火法為主，但是過程中仍然需要濕法的電解精煉，相對應(yīng)的濕法煉鋅的過程中，硫化鋅精礦還要做必要的煉前處理。

5.結(jié)論

本文主要對金屬材料的工藝進(jìn)行了論述。鋼鐵材料的生產(chǎn)大多采用的是火法冶金，有色金屬（除鋼鐵以外）的生產(chǎn)主要采用的是電冶金和濕法冶金。而對于部分有色合金，濕法冶金和火法冶金都可以采用，具體選擇的依據(jù)是成本及工程條件的不同，另外礦石品位也是選擇的標(biāo)準(zhǔn)之一。冶煉高純度金屬中比較有效的方法就是電冶金，而那些初級產(chǎn)品可以采用濕法冶金和火法冶金，隨后提純中可以使用電冶金。粉末冶金主要采用的物理變化，通過把金屬原料粉變成塊狀、零件來實(shí)現(xiàn)，被看成是加工工藝，補(bǔ)充了冶金方法延度。

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作者簡介：

趙立（1992-）男，漢族，安徽蕪湖人，大學(xué)在讀本科，重慶科技學(xué)院 冶金與材料工程學(xué)院 冶金試11-1班。