《稀有金属冶金学》课件.ppt

稀有金属冶金学概论稀有金属冶金学是研究稀有金属提取和纯化的科学

课程目标和大纲掌握基础知识了解稀有金属的特性与分类学习冶金原理掌握提取与纯化工艺工业应用理解稀有金属在现代工业中的重要性前沿发展

稀有金属的定义和分类轻稀有金属钛、锆、铪等难熔金属钨、钼、铌、钽等分散元素镓、铟、锗、铼等稀土金属

稀有金属的重要性和应用电子工业半导体、超导材料、电子元件航空航天高温合金、结构材料能源领域核能、太阳能、储能设备医疗应用

稀有金属资源分布概况中国俄罗斯澳大利亚巴西美国

稀有金属冶金的基本原理物理富集分选、重选、浮选等1化学转化焙烧、氯化、硫化等2湿法处理浸出、萃取、离子交换3金属还原热还原、电解还原等4金属精炼真空冶金、区域熔炼等5

稀有金属冶金的主要方法火法冶金高温熔炼、焙烧、挥发适用于难熔金属提取湿法冶金浸出、沉淀、萃取适用于低品位矿和复杂矿电冶金电解、电热还原用于高纯金属生产

钨的物理化学性质1熔点高3422°C，金属中最高2密度大19.25g/cm33硬度高莫氏硬度7.54导热性好热膨胀系数低

钨矿物及其分布黑钨矿(Fe,Mn)WO?主要分布于中国、俄罗斯白钨矿CaWO?主要分布于加拿大、美国铁钨矿FeWO?主要分布于葡萄牙、玻利维亚

钨的提取冶金原理1矿石破碎将原矿破碎至适当粒度2物理选矿重选、浮选分离钨矿物3化学处理碱熔或酸浸提取钨4钨酸盐转化制备仲钨酸铵5氧化物还原制备金属钨粉

钨精矿的焙烧焙烧目的去除硫、砷等杂质增加矿石孔隙度焙烧条件温度：600-800°C氧化性气氛反应机理硫化物氧化为氧化物或硫酸盐设备选择回转窑、沸腾炉

钨的湿法冶金工艺1碱熔法Na?CO?熔融分解钨矿物2酸浸法HCl处理白钨矿3自蚀法高温高压碱液处理4高压碱浸高温高压NaOH溶液浸出

仲钨酸铵的制备钨酸钠溶液pH控制在7-8杂质去除沉淀、过滤pH调节加入盐酸至pH3-4氨水加入控制浓度和温度结晶分离控制温度和时间

三氧化钨的制备550℃煅烧温度99.95%产品纯度2-4小时煅烧时间5-10μm颗粒尺寸

金属钨粉的制备1金属钨粉粒度0.5-10μm2氢气还原600-900°C3WO?原料高纯三氧化钨

钼的物理化学性质1熔点高2623°C2密度中等10.28g/cm33硬度高莫氏硬度5.54耐腐蚀耐酸碱性好

钼矿物及其分布主要矿物：辉钼矿(MoS?)、钼华(MoO?)、钨钼矿(PbMoO?)

钼的提取冶金原理1选矿富集浮选法获得钼精矿2氧化焙烧将MoS?转化为MoO?3湿法处理制备钼酸铵或钼酸钠4氢还原将MoO?还原为金属钼

钼精矿的焙烧焙烧温度500-600°C1反应机理MoS?+O?→MoO?+SO?2焙烧设备多层炉、流化床3工艺控制氧化气氛、温度均匀性4

钼的湿法冶金工艺碱浸法碱性溶液浸出MoO?氨浸法NH?OH溶液浸出酸浸法硫酸、硝酸浸出萃取提纯有机萃取剂分离杂质

钼酸铵的制备焙砂溶解氨水溶解MoO?溶液净化去除Cu、Fe等杂质结晶浓缩控制温度和pH分离干燥离心分离、低温干燥

三氧化钼的制备原料准备钼酸铵或钼酸钠溶液热分解400-500°C热分解焙烧控制氧化气氛，防止还原粉碎筛分控制粒度分布

金属钼粉的制备原料准备高纯MoO?1一次还原450-650°C，H?气氛2二次还原900-1100°C，H?气氛3粉末处理磨粉、分级、包装4

钛的物理化学性质物理特性密度：4.5g/cm3熔点：1668°C沸点：3287°C机械性能强度高韧性好比强度最高化学特性耐腐蚀化学活性高钝化倾向强

钛矿物及其分布钛铁矿FeTiO?全球主要钛资源金红石TiO?高品位钛矿物白钛矿风化钛铁矿次要钛资源

钛的提取冶金原理1氯化法Kroll法生产金属钛2电解法熔盐电解TiO?3热还原法钙热还原TiO?4直接还原法新型FFC剑桥法

钛精矿的氯化1氯化反应TiO?+C+2Cl?→TiCl?+CO?2反应条件温度：800-1000°C3反应装置流化床氯化炉4产物特性TiCl?：沸点136°C的无色液体

四氯化钛的精制1高纯TiCl?纯度99.9%2精馏分离VOCl?等杂质3化学处理去除FeCl?、AlCl?等4粗TiCl?含多种氯化物杂质

金属钛的镁热还原还原反应TiCl?+2Mg→Ti+2MgCl?1反应条件温度：800-850°C惰性气氛2产物形态多孔海绵状金属钛3副产物回收MgCl?电解回收Mg4

钛海绵的提纯1真空分离去除残留MgCl?2酸浸处理去除表面杂质3真空焙烧脱除气体杂质4破碎分级获得不同粒度产品

锆的物理化学性质1银白色金属密度：6.5g/cm32熔点高1855°C3中子吸收截面小核工业关键材料4耐腐蚀性优表面形成致密氧化膜

锆矿物及其分布锆石ZrSiO?澳大利亚、南非斜锆石ZrO?巴西、俄罗斯开采方式主要为砂矿开采