有色金属制备的节能与环境保护
有色金属生产与节能降耗
所谓有色金属是指除铁、铬、锰等几种黑色金属之外的多种金属的统称。在自然界103种元素中,有色金属占64种,是元素周期表中最庞大的“家族”。其中,铜、铝、铅、锌、锡、镍、锑、钛、镁、汞等10种有色金属被视为“家族”中的“十大金刚”。在当今社会,有色金属扮演了极为重要的角色,被广泛应用于工业、农业、交通、运输、建筑、航空航天、信息、军工、医疗等领域。
然而,有色金属工业是一个高能耗的产业。从有色金属的矿石开采、选别、熔炼、精炼到加工成材,每一个作业,每一个工序,都要消耗大量的电、煤、燃油等能源。以钢生产为例。我国每生产1吨金属铜需开采151吨矿石,露天开采和坑采1吨原矿需耗标煤(即1公斤发热值为7000大卡或 2.9 X 107焦耳的煤炭)分别为 0.6公斤、 4.55公斤,选别处理 1吨原矿的能耗为 4.4公斤标煤,从铜精矿熔炼成粗铜,每吨粗铜的工艺能耗为1.04~3.3吨标煤,对租铜进行电解,每吨电解的电能消耗相当于标煤35~40公斤。据统计,1994年我国10种有色金属的总产量为394.52万吨,消耗电能387.4亿度(相当于全国发电量的1/15)、煤炭 897万吨、焦炭 124万吨、重油 47.5万吨、汽油 9.52万吨、 柴油11.74万吨、天然气3586万立方米,共计相当于标煤2542万吨(相当于全国煤产量的l/40),位居全国能耗大户前10名。因此,降低铜、铝、镍、钛、镁等有色金属生产中的能耗,会大大缓解我国能源紧张问题。
解决有色金属工业生产能耗过高问题的途径有三种:
1)加强管理,严格操作规程,减少人为浪费现象。
2)依靠科技进步,改进工艺技术,重视余热利用。以铜的火法冶炼生产为例。它分为冰铜熔炼、粗钢吹炼、电解精炼三个主体作业单元,其中冰铜熔炼工艺的优劣则是决定钢生产能耗高低的关键。近年来,采用富氧闪速熔炼工艺,使钢生产能耗大大降低,比采用传统工艺生产铜降低能耗达30%。此外,在氧化铝制备工艺上采用串联法,并开发出智能控制的大型预焙电解槽,可使能耗降低20%~25%。
3)通过回收利用废旧金属,寻求代用材料,减少有色金属消耗,从而达到节能降耗之效。以再生锡为例。生产100万吨再生铝可节省铝土矿600万吨、碳素材料60万吨,而1吨再生铝的能耗仅为原生铝的5%,可见重视有色金属的回收再生,对于减少能耗有多么重要。寻求有色金属的代替品是降低能耗的一种间接方法。如近年来,采用光纤电缆取代传统的铜电缆就是一例。45公斤光纤就相当于1000公斤铜线的信息传输量,而生产45公斤光纤的能耗只有1吨铜线的5%。所以,积极开发新材料,取代耗能高的传统材料,也是节能降耗的一个重要途径。
http://qxkx.net/qxkx/kxmc/15-1.htm
节能将是有色发展主旋律
有关部门近日编写完毕的《有色金属工业中长期科技发展规划(2006-2020年)》明确,今后15年,我国在有色金属工业持续发展中将坚持节能优先,降低单位产品能耗,遏制能源消费总量增长过快,努力推进结构节能、技术节能、能源转换和梯级利用。
五年来,我国十种常用有色金属产量增长了2.08倍,年均递增15.8%;2005年达到1630万吨,连续四年位居世界第一。但是,我国有色金属工业中长期存在的高能耗问题仍然十分突出。目前,我国有色金属工业单位产品能耗为4.76吨标准煤,能耗约占全国能源消费量的3.48%。其中铜、铝、铅、锌冶炼能耗占总能耗的90%以上,而电解铝又占有色金属总能耗的75%。2005年我国累计生产电解铝780万吨,耗电约1170亿千瓦时,约占全国发电量的5%。我国有色金属行业单位产品能耗比国际先进水平高15%左右。
针对这一问题,《发展规划》提出,今后15年,要从五个方面着手降低单位产品能耗。首先,要提高企业生产能力和集约化程度,采用先进工艺和大型装备,提高能源使用效率。要重点发展采选高效节能工艺和设备,自热强化熔炼和电解工艺,设备和自动控制技术,湿法冶金节能技术,电解铝液直接连续制备合金铸造坯、铸轧板坯,有色金属加工节能技术等。其次,要加强炉窑保温,改进燃烧方式和气氛,提高热效率。第三,要对余热资源充分加以回收利用。第四,要以信息技术为核心,节能技术优化集成,把生产过程能源利用效率始终控制在最佳状态,达到系统节能目的。第五,要优化原料结构,提倡精料方针,节约能源。
根据《发展规划》,到2010年,我国氧化铝综合能耗降到800千克标煤/吨以下;电解铝综合交流电耗将降到14300kwh/吨以下;铜、铅、锌产量的70%其综合能耗将接近或达到世界先进水平。
有色金属工业跟钢铁工业的区别如下:
我国有色金属工业经过多年建设和发展,已经形成了包括矿山、冶炼、加工和地质勘探、工程勘察设计、建筑施工、科研教育等部门构成的完整工业体系。有色金属,是指除铁、锰、铬构成的黑色金属以外的所有金属的总称。与黑色金属相比,更具有耐蚀性、耐磨性、导电性、导热性、韧性、高强度性、放射性、易延性、可塑性、易压性和易轧性等特殊性能。它是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料。
钢铁工业系指生产生铁、钢、钢材、工业纯铁和铁合金的工业,是世界所有工业化国家的基础工业之一。经济学家通常把钢产量或人均钢产量作为衡量各国经济实力的一项重要指标。钢铁工业亦称黑色冶金工业。钢铁工业是重要的基础工业部门,是发展国民经济与国防建设的物质基础。冶金工业的水平也是衡量一个国家工业化的标志。钢铁工业是庞大的重工业部门。它的原料、燃料及辅助材料资源状况,影响着钢铁工业规模、产品质量、经济效益和布局方向。
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废水——主要是湿法冶炼过程中(酸性浸出、碱性浸出、萃取、制备硫酸、洗渣等)排除的工业废水,其一般含有重金属,如铜、锌、铅、镉、钴等,特别是镉、铅、钴等毒性大的金属,会对土壤、江河等造成污染.造成的土壤污染主要是改变土壤的性质,造成植物死亡、无法种植庄稼等,或者庄稼作物含超标的重金属元素;未经处理或为达到排放标准的废水直接排入江河,会造成江河的污染,不但使得其中的生物死亡,也直接影响到人类用水.近几年出现过影响很坏冶金污染事件,如株洲冶炼厂排放的污水直接排入湘江,导致湘江污染很严重;韶关冶炼厂排放的污水导致珠江水重金属超标,直接影响珠江下游居民饮水,冶炼厂附近的农田无法种植水稻,居民的血铅严重超标等等;广西龙江河镉污染事件等等.这些都是简报了的,还有很多没有报道的.
废气——主要是火法冶金排放的废气,其中主要含有二氧化硫等有害的气体.含二氧化硫的气体遇到雨天就会变成酸雨,酸雨对土壤、植物、江河等有很大的危害.因为废气是流动的,往往形成酸雨降落下来的地方不是排放源地,甚至远在万里之外.这里报道是有挺多的,只不过没有很明确的指出是谁排放的废气.
废渣——无论是湿法冶金还是火法冶金都有废渣.火法冶炼得到的渣基本是稳定的,不会因为雨水或者时间会使得其中的有害金属进入土壤或水中造成污染,但是其排放量大,目前的技术有无法使其得到合理的使用,使用占地大,也是目前要处理的问题之一.而湿法冶金过程中得到的渣,用于采用酸性浸出或者碱性浸出,使得其中的铅、镉、钴等有害金属化合物变成不稳定的化合物,堆放时间长了或者露天堆放遇雨水,其中的不稳定的化合物会分解加入水中,使铅、镉、钴等进入水中,污染土壤和水.影响很恶劣的广西龙江河镉污染事件就是这类.
把需要鉴别的钢铁材料,先用凿或锯开一个缺口,然后垫空敲断,用肉眼观察断口的方法来鉴别材料。通过观察断口的形状来判断金属内部结构和材质是一种最简易而又实际可行的方法之一。
金属的破断及其断面情况比较复杂,此处只简单介绍一下常用材料的断口特征。
1 灰口铸铁:在敲击时容易折断,断口呈暗灰色,结晶颗粒粗大。
2 白口铸铁:在敲击时灰口铸铁更容易折断,断口呈白亮色,结晶颗粒较灰口铸铁细。
3 低碳钢:因为塑料较好,必须先开缺口,敲击时不易折断,断裂后在断口附近有塑性变形现象,断口呈银白色,能清晰看到均匀的结晶颗粒。
4 中碳钢:在折断时塑性变形现象不如低碳钢那么明显,断口的结晶颗粒比低碳钢细致。
5 高碳钢:在折断时塑性变形现象不明显,甚至没有变形现象,断口的结晶颗粒很细密
敲击音鉴别法
该法主要用于鉴别灰铸铁和钢。灰铸铁被敲击所发出的声音沙哑,无余音;同样形状的钢被敲击时,声音清脆,常有悦耳余音。这主要是因为灰铸铁中的石墨常呈条状,好似有许多裂纹的钢,敲击当然声音沙哑;同时,这也使它具有优良的吸振性。
磁性鉴别法
磁性鉴别法主要用于鉴别奥氏体不锈钢。按组织形态,不锈钢大致分为 4 种,即奥氏全不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和双相不锈钢。这 4 种不锈钢中,只有奥氏体不锈钢无磁性,其余三种不锈钢均有磁性。反过来,只要确定一种材料是铁基金属(不是有色金属),表面银白光亮,且无磁性,则必为奥氏体不锈钢
金相鉴别法
在金相显微镜下,铁素体、珠光体、渗碳体三者的比例反映了碳素钢含碳量的高低;灰铸铁内含石墨,且石墨常呈灰色条状,球墨铸铁中石墨则呈球粒状。其他合金也各自具有自己独特的光学特性,参见有关金相学书籍。
点试鉴别法
点试鉴别法是一种简易、定性的快速化验法,但其能鉴别的元素种类有限,以下是常用的鉴别合金是否含有铬和镍的方法。
a. 将稀盐酸和浓磷酸按 1 : 1 混合,然后将制备好的试剂点在锉光的金属面上,待 1h 后,如有铬,被试剂点的部位会变绿。
b. 在 600ml 80% 的乙酸液中混合二甲基乙二醛肟 1g ,再加入 30ml 浓氢氧化铵和 10g 柠檬酸铵,制成试剂后,将其点在锉光的金属面上 3~5min 后,如有镍,被试剂点的部位会变红。
前几种鉴别钢铁材质的方法虽然简单可行,但大多为定性估计,在工业生产中尚远远满足不了钢铁业对废钢铁成份进行快速、准确、定量分选的要求。在钢铁企业,现在普遍采用光谱分选仪、无损分选仪等设备,对各种牌号钢铁进行分选和鉴别。光谱分选仪的原理是根据每一种元素特有的特征谱线(包括发射光谱和吸收光谱)来鉴别物质和确定它的化学组成,其具有灵敏度高、检测速度快、准确率高的优点。无损分选仪的原理是根据具有不同导磁性、不同的硬度值的材料以及不同的缺陷(如裂纹、气孔、夹杂等)均对磁场具有不同的影响。当将被测物件放入均匀分布着磁场的探头时,就会产生一个变化的磁场量,该变化的磁场量通过探头传送给仪器,经仪器处理后便可直接显示材料的品种,从而实现对工件材质的快速鉴别和区分。
相关资料:电解法制备臭氧技术创立于1840年,主要通过采用低压直流电对水进行电解,使水在阳极-溶液界面上发生氧化反应产生臭氧。该臭氧制备装置由电解质溶液和阴阳两极构成。臭氧在阳极析出,阴极可分为两种,分别为析氢阴极和氧还原阴极。八十年代以前,电解液多为水内添加酸、盐类电解质,电解面积比较小,臭氧产量低,运行费用高。经过人们对极板材料、电解液与电解机理、过程方面的大量研究,电解法制臭氧技术有了很大的进步。近来发展的SPE(固态聚合物电解质)电极与金属氧化催化技术,使电解纯净水得到14%以上的高浓度臭氧。电解法产生臭氧具有浓度较高、成份纯净、水中溶解度高、对进料空气无须进行预处理且不会产生氮氧化物此外,该臭氧生产设备小且轻便,结构简单,无噪声、便携,因此其应用前景非常广阔
电解制取金属粉末的原理是:在电解质溶液中通以直流电流,产生正负离子的迁移,正离子移向阴极,负离子移向阳极,在阳极上发生氧化反应,在阴极上发生还原反应,电解质溶液中的金属正离子在阴极被还原并沉积在阴极板上。
这是电解的基本过程。因此,电解是一种借助电流作用而实现化学反应的过程,也是由电能转变为化学能的过程。
许多有色金属(如钠、钾、镁、铝等)和稀有金属(如锆、铪等)的冶炼及金属(如铜、锌、铅等)的精炼,基本化工产品(如氢、氧、烧碱、氯酸钾、过氧化氢、乙二腈等)的制备,还有电镀、电抛光、阳极氧化等,都是通过电解实现的。
本教材内容分为铜冶金、铅冶金、锌冶金、氧化铝生产、铝电解、镁冶金、钛冶金七部分,本着内容适度的原则,兼顾高职高专学生的接受能力,简要介绍了六种金属的生产原理与工艺等内容,注重理论联系实际,激发学生的学习兴趣。各节首均设有内容导读,在每节后面附有思考题,深浅适宜,有助于学生能力的培养;书后附有部分习题参考答案。
基本介绍书名 :有色金属冶金 作者 :王鸿雁 ISBN :9787122072221 定价 :39.00元 出版社 :化学工业出版社 出版时间 : 2010-2-1 开本 :16开 内容简介,图书目录, 内容简介 本书可作为高职高专学校冶金专业的教材;不仅适合冶金企业的科研人员和工程技术人员阅读,也可供职工培训使用。 图书目录 0 绪论 0.1 金属及其分类 0.2 矿物、矿石和精矿 0.3 冶金的概念及冶金方法分类 思考题 1 铜冶金 1.1 概述 1.1.1 铜的物理性质 1.1.2 铜的化学性质 1.1.3 铜的主要化合物及其性质 1.1.4 铜及化合物的用途 1.1.5 炼铜原料 1.1.6 铜的生产方法 思考题 1.2 造锍熔炼的基本原理 1.2.1 概述 1.2.2 造锍熔炼过程的主要化学反应类型 1.2.3 冰铜和炉渣的性质及分离 1.2.4 铜在炉渣中的损失 思考题 1.3 造锍熔炼生产实践 1.3.1 概述 1.3.2 密闭鼓风炉熔炼 1.3.3 闪速熔炼 1.3.4 熔池熔炼 思考题 1.4 冰铜的吹炼 1.4.1 概述 1.4.2 冰铜吹炼的工艺 1.4.3 铜锍吹炼的基本原理 1.4.4 冰铜吹炼的生产实践 思考题 1.5 炉渣贫化 1.5.1 概述 1.5.2 熔炼贫化过程的热力学分析 1.5.3 电炉贫化 1.5.4 浮选选矿法贫化 思考题 1.6 粗铜的火法精炼 1.6.1 概述 1.6.2 火法精炼的理论基础 1.6.3 精炼炉及精炼工艺 1.6.4 火法精炼的发展 思考题 1.7 铜的电解精炼 1.7.1 概述 1.7.2 铜电解过程理论基础 1.7.3 铜电解工艺实践 1.7.4 电解精炼的主要设备与装置 思考题 1.8 湿法炼铜 1.8.1 概述 1.8.2 湿法炼铜的浸出过程 1.8.3 从含铜溶液回收铜 1.8.4 湿法炼铜的主要方法 思考题 1.9 再生铜的生产 1.9.1 概述 1.9.2 再生铜的生产工艺 思考题 2铅冶金64 21概述64 211铅的物理性质64 212铅的化学性质65 213铅的主要化合物及性质65 214铅的用途67 215炼铅原料67 216铅的冶炼方法68 思考题70 22硫化铅精矿的烧结焙烧71 221硫化铅精矿烧结焙烧的目的71 222硫化铅精矿烧结焙烧的化学反应71 223烧结焙烧实践76 思考题81 23铅烧结块的鼓风炉熔炼81 231概述81 232铅鼓风炉还原熔炼的基本原理82 233鼓风炉炼铅的生产实践87 思考题91 24硫化铅精矿的直接熔炼91 241概述91 242硫化铅精矿直接熔炼的基本原理和方法92 思考题99 25炼铅炉渣及其烟化处理99 251概述99 252炉渣烟化处理的基本原理100 253烟化处理炉渣的影响因素100 254烟化炉吹炼的操作101 255处理炉渣的其他方法102 思考题103 26粗铅的火法精炼103 261概述103 262粗铅火法精炼原理103 思考题110 27粗铅的电解精炼110 271概述110 272电解精炼原理111 273电解液净化112 274铅电解精炼的主要设备及其配置113 思考题114 28湿法炼铅114 281概述114 282湿法炼铅方法114 思考题116 29再生铅的生产117 291概述117 292再生铅生产的原料117 293再生铅原料的处理方法117 294再生铅废料的熔炼技术118 295含铅废料处理的其他方法119 思考题119 3锌冶金120 31概述120 311锌的物理性质120 312锌的化学性质121 313锌的主要化合物及性质121 314锌的用途121 315炼锌原料122 316锌的冶炼方法122 317我国锌冶炼现状123 思考题124 32硫化锌精矿的焙烧与烧结124 321硫化锌精矿的焙烧目的124 322硫化锌精矿焙烧的理论基础125 323硫化锌精矿的沸腾焙烧128 324硫化锌精矿的烧结焙烧131 思考题132 33湿法炼锌132 331锌焙砂的浸出132 332硫酸锌浸出液的净化141 333硫酸锌溶液的电解沉积144 思考题148 34火法炼锌148 341蒸馏炼锌的理论基础148 342火法炼锌的生产实践151 343火法炼锌新技术155 思考题155 35粗锌火法精炼及烟化法处理含锌物料155 351粗锌火法精炼原理与工艺155 352烟化法处理含锌物料158 思考题160 36再生锌的生产160 361概述161 362再生锌原料161 363再生锌生成及回收途径161 364其他再生工艺164 思考题164 4氧化铝165 41概述165 411氧化铝工业发展概况165 412氧化铝及其水合物的性质167 413铝土矿及其他铝矿169 414氧化铝生产方法170 415铝酸钠溶液171 思考题174 42拜耳法生产氧化铝174 421原矿浆制备175 422高压溶出177 423赤泥分离洗涤182 424晶种分解186 425氢氧化铝煅烧工艺技术193 思考题197 43烧结法生产氧化铝197 431概述198 432生料浆的制备198 433熟料烧结200 434熟料溶出201 435铝酸钠溶液脱矽204 436铝酸钠溶液碳酸化分解212 437分解母液的蒸发216 思考题218 44化学品氧化铝的生产218 441化学品氧化铝的表征特性219 442化学品氧化铝的生产方法概述219 思考题221 5铝电解222 51概述222 511铝的主要性质222 512铝电解用的原料和熔剂223 思考题230 52铝电解厂的简介230 521铝电解厂的规模231 522铝电解槽系列231 523电解车间的安全生产233 524铝的再生利用234 思考题236 53预焙阳极电解槽的构造236 531工业铝电解槽的演变236 532工业铝电解槽的构造238 思考题243 54铝电解的两极反应243 541阴极反应243 542阳极反应244 543铝电解中两极副反应244 思考题246 55铝电解的电流效率246 思考题247 56预焙电解槽的焙烧和启动247 561预焙槽的预热247 562预焙槽的启动248 563预焙槽的启动后期249 思考题250 57铝电解槽的正常生产阶段250 571铝电解槽正常生产的特征250 572铝电解槽正常生产期间所宜保持的技术条件251 573电解槽的加工操作253 574阳极效应及其处理255 575槽工作电压的保持与调整256 576电解场所的日常管理257 577电解槽的日常检查与判断258 578病槽及其处理259 579电解质含碳及其处理261 5710电解质生成碳化铝及其处理262 5711电解生产过程中的常见事故及其处理262 5712大跑电解质的原因及其处理265 5713电解槽的破损与停槽265 5714电解槽的破损检查与停槽266 5715常见预焙槽病态及处理267 5716铝电解中的电能节省269 5717铝电解槽的计算机控制269 5718铸锭270 5719降低铝生产成本271 思考题271 58铝电解槽的污染治理272 思考题273 6镁冶金274 61概述274 611镁的性质和用途274 612镁矿资源276 613镁的制取方法及工艺流程276 思考题279 62氯化镁的制取279 621氯化镁水合物脱水制取氯化镁280 622氧化镁氯化制取氯化镁283 思考题291 63氯化镁电解制取金属镁292 631概述292 632镁电解质的物理化学性质294 633氯化镁电解过程的基本原理296 634镁电解工艺301 思考题304 64热还原法炼镁304 641热还原法炼镁概述304 642金属热还原法炼镁306 思考题311 65镁精炼311 651粗镁中的杂质311 652粗镁精炼原理312 653镁的精炼方法313 思考题315 7钛冶金316 71概述316 711钛的性质和用途316 712钛的资源317 713钛的制取方法319 思考题322 72钛铁矿的富集322 721钛铁矿还原熔炼322 722富钛料的生产工艺流程与设备323 思考题324 73粗四氯化钛的制取324 731概述324 732含钛物料氯化的原理325 733富钛料的氯化工艺326 思考题329 74四氯化钛的精制329 741杂质的特性329 742除去杂质的方法330 743四氯化钛精制的工艺流程330 思考题334 75镁热还原法制取海绵钛335 751还原原理335 752生产工艺335 753钛的低价氯化物生成及危害338 754海绵钛的质量339 思考题341 76钠热还原法生产金属钛341 761热力学分析341 762钠还原法生产海绵钛的工艺流程342 763钠的净化342 764钠还原四氯化钛的工艺方法343 765还原产物的湿法处理344 思考题345 77钛的精炼345 771钛的电解精炼345 772钛的碘化法精炼346 思考题347 78致密钛的生产347 781致密钛生产方法概述347 782钛真空熔炼的理论基础348 783钛的粉末冶金350 思考题351 79残钛的来源及回收和利用352 791残钛的来源352 792残钛的回收和利用352 思考题353 参考文献354