冶金相关知识介绍

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火法冶金与湿法冶金的分析，比较说明它们的优点和缺点
利用化学反应方法，将金属由矿石中提炼出来，再将提出的金属加以精炼，提取冶多学又可分为：火法冶炼、湿法提取或电化学沉积
火法冶炼（Pyrometallurgy）
又称为干式冶金，把矿石和必要的添加物一起在炉中加热至高温，熔化为液体，生成所需的化学反应，从而分离出粗金属，然后再将粗金属精炼。
湿式冶金（Hydrometallurgy）
湿法冶金这种冶金过程是用酸、碱、盐类的水溶液，以化学方法从矿石中提取所需金属组分，然后用水溶液电解等各种方法制取金属。此法主要应用在低本位、难熔化或微粉状的矿石。现在世界上有75％的锌和镉是采用焙烧-浸取-水溶液电解法制成的。这种方法已大部分代替了过去的火法炼锌。其他难于分离的金属如镍-钴，锆-铪，钽-铌及稀土金属都采用湿法冶金的技术如溶剂萃取或离子交换等新方法进行分离，取得显著的效果。
注：湿式冶金详解
利用某种溶剂，借助化学反应（包括氧化、还原、中和、水解及络合等反应），对原料中的金属进行提取和分离的冶金过程。湿法冶金包括4个主要步骤：①用溶剂将原料中有用成分转入溶液，即浸取。②浸取溶液与残渣分离，同时将夹带于残渣中的冶金溶剂和金属离子回收。③浸取溶液的净化和富集，常用离子交换和溶剂萃取技术或其他化学沉淀方法。④从净化液中提取金属或化合物。
湿法冶金在锌、铝、铜、铀等工业中占有重要地位，世界上全部的氧化铝、氧化铀，大部分锌和部分铜都是用湿法生产的。湿法冶金的优点在于对非常低品位矿石（金、铀）的适用性，对相似金属（铪与锆）难分离情况的适用性；以及和火法冶金相比，材料的周转比较简单，原料中有价金属综合回收程度高，有利于环境保护，并且生产过程较易实现连续化和自动化。

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电冶金
electrometallurgy

应用电能进行冶金作业的总称。它包括使用电流产生冶金反应，从矿物或其他原料中提取金属的所有冶金过程。电冶金主要分电解过程和电热过程两大类。
电解过程 电解是使直流电流通过金属盐的水溶液或金属化合物的熔融体引起化学分解的过程，结果在阴极电沉积析出金属，而在阳极发生阴离子的电氧化过程或可溶性阳极的溶解过程。电解在冶金工业上有两方面的应用：①电解冶金，即电解金属盐的水溶液或熔融物以提取金属；②电解精炼，就是使不纯的金属阳极溶解生成金属离子，并让后者在阴极上以纯金属的形式电沉积下来，这样达到使金属纯化的目的。
电解冶金包括：①以酸或碱溶液处理矿石，浸取金属盐溶液；②净化浸取液；③在阴极上电沉积出金属；④电解处理过的溶液重新送入浸取工段使用等过程。电解冶金法最先应用于从低品位铜矿（含铜约 1.5％或更少）提取铜，提取率达80％～90％，生产成本低。后来，该法也被用来提取锌，但方法比较复杂。目前此法已用于镉、锑、钴、铬、铁、镓、锰和银等金属的提取。
熔盐电解是工业上用来制取那些太活泼以致不能用碳还原其氧化物或其他化合物的金属，或不能从水溶液中电沉积的金属。全部铝，大部分镁、钠、钾、钙、铍、钍、钼和混合稀土金属等都是用熔盐电解法生产的。电解溶于熔融氟化物中的纯氧化铝生产金属铝是 1886年C.M.霍尔在美国和P.L.T.埃鲁在法国分别建立的方法。美国电解制铝的用电量约占全国总用电量的4％，因此,降低电解制铝的电能消耗是目前电冶金方法的一个重要研究课题。
电解精炼是将不纯的金属块置于电解液中作为阳极，电解时阳极金属溶解生成金属离子，并在阴极上电沉积出纯金属。关于铜电解精炼的报道始于1865～1870年间J.埃尔金顿的专利，金属电解精炼的成本通常比炉炼为高，但由于不同金属的电极电势（位）不同，通过控制电压电解能达到分离的目的，电解精炼得到的金属纯度较高，还能回收有价值的副产物，如电解精炼铜时可回收得到金、银和铂等贵金属，这是炉炼法做不到的。除铜外，铅、金、银、镉、镍等也常用电化学法精炼。
电热过程 电热过程是电能转变为热能的过程。在金属的冶炼、精炼、熔融或合金化等过程中都要用到电炉。电炉有电阻炉、电弧炉和感应炉等，在这些电炉中电流通过炉料电阻或产生电弧，或因电感应而转变为热。电炉比燃料炉优越，因为在电炉中，金属或其他炉料内部直接产生热，而不必由燃料燃烧产生的火焰或热气流把热传给炉料，可达到比较高的温度；电炉法还能精确控制炉温和炉内环境气氛。美国于1906年开始小规模电炉炼钢，炉温高，能较好地控制炉温、炉内环境和渣的组成，符合近代冶金要求精确控制钢的成分含量的需要。电炉钢无气孔，较致密，为机械性能较好的优质钢。铁合金和许多合金钢只能在电炉中炼制。电炉法冶炼出的镍、铜、铜合金及其他有色金属的吨位也很大。电炉冶炼的主要缺点是电能耗费大，成本高。

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生物湿法冶金
生物冶金技术，又称生物浸出技术，通常指矿石的细菌氧化或生物氧化，由自然界存在的微生物进行。这些微生物被称作适温细菌，大约有0.5~2.0微米长、0.5微米宽，只能在显微镜下看到，靠无机物生存，对生命无害。这些细菌靠黄铁矿、砷黄铁矿和其他金属硫化物如黄铜矿和铜铀云母为生。

适温细菌和其他靠吃矿石为生细菌如何氧化酸性金属的机理不得而知。化学和生物作用将酸性金属氧化变成可溶性的硫酸盐，不可溶解的贵金属留在残留物中，铁、砷和其他贱金属，如铜、镍和锌进入溶液。溶液可与残留物分离，在溶液中和之前，采取传统的加工方式，如溶剂萃取，来回收贱金属，如铜。残留物中可能存在的金属，经细菌氧化后，通过氰化物提取。
生物湿法冶金
在自然界，微生物在多种元素的循环当中起着重要作用，地球上许多矿物的迁移和矿床的形成都和微生物的活动有关。生物湿法冶金是一种很有前途的新工艺，它不产生二氧化硫，投资少，能耗低，试剂消耗少，能经济地处理低品位、难处理的矿石。目前，这种方法仍处于发展之中，它还必须克服自身的一些局限性，如反应速度慢、细菌对环境的适应性差，超出了一定的温度范围细菌难以成活，经不起搅拌，等等。为此，一些科学家建议应从遗传工程方面开展工作，通过基因工程得到性能优良的菌种。

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钢铁厂就是火法冶金