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非铁金属的生产

2011-10-9 16:04| 发布者: fansiyuan| 查看: 15403| 评论: 0

摘要: 虽然纯金属材料 具有若 干优良 性质与特殊的用途,但大多因强度不 足,无法直接用于结构上 的用途,为了 增加纯金 属的强度 ,往往必须加入其它金 属元素,以 ...
    虽然纯金属材料 具有若 干优良 性质与特殊的用途,但大多因强度不 足,无法直接用于结构上 的用途,为了 增加纯金 属的强度 ,往往必须加入其它金 属元素,以组合成合金 (Alloy),然而, 合金 则因成份的不 同,而有不 同的种類 与性质。
     一般而言,非铁金 属合金 往往具有高的抗腐蚀性、电传导性及易 于切 削等性质。非铁金 属材料 的性质可概述如下:
  • 抗水或水汽的腐蚀性较高,但必须注意环境的不 同,例 如:镁在大气中的抗腐蚀性极高, 但在海水中则比钢來 得差。
  • 比重较大者,抗腐蚀性较高,但铝为例 外,因铝在空气中会立 刻生成一层氧化层,可防止 内部继续氧化,但遇强碱即遭破坏。
  • 色泽多样化。
  • 导电性佳,铜为铁的 5.8 倍,铝为铁的 3.7 倍。
  • 较铁金 属难于熔接,且比重愈低者,困难度 愈大。
  • 在金 属切 割程序中,轻质的非铁金 属材料 比钢易 于切 削,但较重者,如镍,就很难切 割。
一、铝的生产
     铝矿在地球上分布很广,但其中只有铝矾土(Bauxite )是具有经济价值的矿源。铝矾土通 常是以露 天开采方式取得,经压碎后洗去泥 沙、干燥后,再制成氧化铝或工业上所称的矾土。
     最常用來精 制氧化铝的方法,为德国人 Josef Bayer 所发明,又可称之为 Bayer 法,其煉 制 程序为:
  • 将轧碎烘干的水矾土矿(Bauxite),装入反应器;
  • 在高于沸点的温度 及压力 下,使苛性钠与矾土起化学作用,组成铝酸钠;
  • 除去压力 ,过濾 非溶性的残余物质,如氧化铁、氧化硅、氧化钛及其它不 纯物;
  • 含铝酸钠的熔液以帮浦打入沉淀池中;
  • 加入氢氧化铝细狀 结晶颗粒 ,并拌搅之,使结晶变大,浓度 变低;
  • 取出氧化铝结晶,于爐 中加热至 980℃,去除水份,可得干燥的氧化铝;
  • 电解池(爐 )中还原为氧及纯金 属铝;
  • 熔融的铝自爐 中取出,注入另一爐 中,去除杂质或加入其它金 属成为合金 ,或铸成铝锭。
     其中,电解池(称为还原池(reduction cell)或还原槽)还原过程中,纯矾土在熔化的冰晶 石(氟化铝钠)池中溶解,利 用悬浮在池中的碳质阳极,将电流流 过池中混合物,使金 属铝聚集 在电池底部的碳质阴极。由于电流 通过所产生的热量 能保持池液继续熔化,再依需要加入矾土, 故可持续不 断生产,并于每隔一段时间,用虹吸管自槽中将铝吸出來 。
非铁金属的生产
 二、镁的生产
     海水中提取金 属镁的程序图。 其中,牡蛎贝壳在 1320 ℃的高温窑中加热,烧成石灰石,然后制成乳狀 的石灰液,再与海水混 合,产生氢氧化镁,沉入沉淀槽底部,形成一种稀泥 浆(约 12%)。
     由于此时的氯化镁已变成粒狀 ,经移入电解槽(石墨电极为阳极,槽身为阴极),并在 700℃,60,000A 直流 电下分解,使镁金 属浮在顶上。

三、铜的生产
图标为铜的生产程序:

  • 黄铜矿(主要含有 Cu2S 及 CuFeS2)压碎后,与石灰石及硅质的熔剂混合,使用成层仓來 增加铜的浓度 ;
  • 烘干成 FeS、FeO、SiO2 及 CuS 的混合物,称为烧料 (Calcine);
  • 使用石灰石作为熔剂,共同在反射爐 中燃烧到熔化,除去大部份的铁质(随熔渣除去), 余下铜铁的混合物;一般称为粗铜,再倒入转爐 中处理 ;
  • 转 爐煉 制后, 硫 化铜变成氧化铜或 硫 酸铜,氧化 亚 铜 ( Cuprous  Oxide ) 硫 化亚铜 (Cuprous Sulfide)作用成为多泡铜(Blister Copper)及二氧化碳。 其中,泡铜纯度 在 98%~99%间,若 进一步电解精練 ,可提高纯度 。


四、铅的生产
     由于生产铅的同时,会产生许多副产品,所以,生产过程极为复杂,如图所示:

  • 浓缩原料 (65~80%)的铅先烘烤以除去硫 化物;
  • 将石灰石、铁矿、砂及粒狀 的熔渣与烘烤过的浓缩铅混合烧结;
  • 驱出二氧化硫 ,并收集之以制造硫 酸;
  • 烧结物送入焦炭鼓风爐 ;
  • 鼓风爐 中熔化的金 属注入除渣槽;
  • 多样化产品




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