轻金属冶金学教案完整

重 庆 科 技 学 院 轻金属冶金学教案 授课教师：田应甫，周雪娇 授课对象：冶 金 2012 授课地点：周二 周二(3,4)E307(3,4)E307，周四，周四(1,2) A112(1,2) A112 授课时间： 2014~20152014~2015年度第年度第 2 2 学期学期 5~185~18 周周 轻金属冶金学教案轻金属冶金学教案 课课 程程 名名 称称 授授 课课 教教 师师 课课题题 轻金属冶金 学 田应甫， 周雪 娇 授课类型授课类型 授课时间授课时间 讲授 2 学时 绪论 推荐教材：推荐教材： 杨重愚，轻金属冶金学，北京：冶金工业出版社，2011年 推荐参考书：推荐参考书： 1．杨重愚，氧化铝生产工艺学，北京：冶金工业出版社，1982 年 2．邱竹贤，铝电解，北京：冶金工业出版社，1982 年 3．徐日瑶，镁冶金学，北京：冶金工业出版社，1990 年 授课对象授课对象 授课地点授课地点 冶金 2012 周二(3,4) E307 周四(1,2) A112 教材及参考资料教材及参考资料 教学目的与要求：教学目的与要求： 了解轻金属分类依据、轻金属的性质和用途以及我国轻金属工业状况。 教学重点和难点：教学重点和难点： 我国铝土矿特点及我国铝工业技术现状。 教学方法：教学方法： 讲授，多媒体教学 教学内容与设计：教学内容与设计： ➢轻金属分类依据 ➢轻金属的性质和用途 ➢我国轻金属工业状况 一、一、轻金属分类依据轻金属分类依据 比重〈比重〈3.5,3.5, 包括 Al, Mg, 碱金属和碱土金属, 半金属 B, Si, 金属 Ti 物理化学性质和冶炼技术特点物理化学性质和冶炼技术特点 1.负电性很强,难以用 C 还原来制备金属 2.不能通过电解其盐类的水溶液制备金属 3.主要以熔盐电解方法制备金属 4.需专门生产其纯化合物作电解原料 二、铝二、铝 铝的特性铝的特性 银白色 比重小:2.7g/cm3 导电性好:26~35 (10-4 ·– 1 ·cm-1) 导热性好: ~0.50(cal/cm ·S ·K) 良好的延展性和其合金的高比強度 抗腐蚀性 易着色 即轻、强、美、可再生利用。 1）全球金属产量第二位，2400 万吨/年，仅次于钢； 2）我国 2001 年：342.5 万吨（425 万吨） ，超过美国，全球第一。 铝的用途铝的用途 1. 1.民用民用 交通运输 飞机、高速列车、地铁、船舶、汽车等 建筑 高层建筑、室内装修、新型桥梁 电力电子 电容铝箔、PS 版、电线电缆、电磁屏蔽 包装 食品、医用、饮料 2. 2.国防国防 先进战机 巡航导弹 卫星 太空站 高机动战车深水鱼雷等 氧化铝及其化学制品的用途氧化铝及其化学制品的用途 铝电解制备金属铝：90%以上 多品种氧化铝： 电子、石油、化工、耐火材料、陶瓷、磨料、防火剂、造纸、制药等 氧化铝陶瓷的用途氧化铝陶瓷的用途 工程陶瓷：叶片、转子、活塞、内衬、喷嘴、切削工具、 研磨膏、磨具材料、补强材料 热功能：高温用坩锅、锥体、导弹窗口、耐热结构材料、高温炉、集成电路基片 电子功能：集成电路基片、散热性绝缘衬底、钠硫电池 磁学功能：磁流体发电用电离气体通道 光学功能：高压钠灯管、激光窗口、导弹窗口、卫星整流罩和天线窗、导弹雷达保护罩 化学功能：化学传感器、催化剂及其载体 吸声功能：吸声板 生物功能：人造骨、齿、牙根 核功能：核反应堆屏蔽材料 铝材制备流程铝材制备流程 金属铝在各主要工序能耗分布金属铝在各主要工序能耗分布 10 3 铝电解 氧化铝 采矿 17 铸造 70 铝土矿资源状况铝土矿资源状况 ——国外铝土矿资源状况国外铝土矿资源状况 其他国家 希腊 26% 2% 澳大利亚 18% 圭亚那 印度 3% 巴西 牙买加 中国 3%7% 2% 8% 中国铝土矿储量汇总表中国铝土矿储量汇总表 几内亚 31% 我国部分铝矿石的化学成分和矿物组成（平均值）我国部分铝矿石的化学成分和矿物组成（平均值） 三、中国铝工业概况三、中国铝工业概况 ●产业规模 氧化铝产量居世界第二，电解铝产量连续5 年居世界第一 ●生产厂家 数十家氧化铝厂、89 个电解铝厂、 1100 多个铝加工厂 ●2005 年产量： 851 万吨 AO， 779 万吨原铝，进口 702 万吨 AO ●2006 年产量 1370 万吨 AO（其中化工用 77.8 万吨） 、935 万吨原铝、 进口 690 万吨 AO ●2007 年产量 生产 19,456,549 吨 AO ，同比增长~42%； 生产 12,558,606 吨原铝, 同比增长~34.3%；进口 AO ~560 万吨左右。 非中铝的氧化铝企业非中铝的氧化铝企业 山西省：山西交口、山西同德、山西鲁能晋北、山西阳泉等 河南省：开曼铝业、东方新希望、未来铝业、新安铝业、宝丰铝业、汇源化工等 山东省：信发华宇、山东魏桥、南山龙口等 还有广西、贵州、重庆等地有大量的非中铝氧化铝企业 中国铝工业技术现状中国铝工业技术现状 1）氧化铝提取 能耗比国外高 2-3 倍，国内所需氧化铝的~30%仍需进口； 2）铝电解 平均能耗比国外高 20%、污染较严重。 为什么为什么? ? 国内外铝土矿资源特点对比国内外铝土矿资源特点对比 国外 (1)三水铝石或一水软铝石(2)低铝、低硅，可磨性好 (3)溶出性能好: 可采用低温、低碱溶出工艺，能耗低。 国内 (1)一水硬铝石 ⑵ 高铝、高硅,可磨性差 ⑶ 溶出性能差： 需采用高温、高碱溶出工艺，能耗高。 国内外铝土矿资源特点对比国内外铝土矿资源特点对比 铝电解过程物料变化示意图铝电解过程物料变化示意图 铝电解的直接材料与能源消耗铝电解的直接材料与能源消耗 1）目前我国自行设计的200kA 以上大型预焙槽； 2）吨铝的直接材料与能源消耗设计值及参考价格。 四、镁四、镁 镁的性质镁的性质 ➢比重小 ➢化学性质活泼 ➢电和热的优良导体 在我国继铝、锌、铜、铅后，成为第五大有色金属。 镁的用途镁的用途 ➢生产难熔金属的还原剂 ➢铝合金 ➢球墨铸铁和钢 ➢钢中脱硫 ➢结构材料 ➢高储能材料 中国镁工业中国镁工业 电解法厂 抚顺铝厂镁分厂 民和镁厂 包头光华镁厂 硅热法厂数百家 2002 年，原镁产能 45 万吨，产量 26.8 万吨，出口20.9 万吨 ➢2004 年，原镁产量 45 万吨. ➢2004 年仅 9 个厂产量大于 10,000 吨/年 五、锂五、锂 锂锂(Lithium)(Lithium)的性质的性质 瑞典化学家于 1817 年在铁长石中发现; 1855 年电解熔融 LiCl 得到金属锂; 在各种碱金属中，锂的熔点和沸点之间的差距最大，锂的热容量最大(0.941) ，液体 Li 适合 作为导热介质；锂和镁的化学性质相似；导电率约为铜导电率的25%；锂的塑性类似铅，可 以轧制成薄片并拉成锂线。 锂的应用锂的应用 原子能、航天和军事方面 热核武器的爆炸物;反应堆的传热介质或冷却剂;反应堆的辐射屏蔽、 控制棒或中子减速剂;航天 工程结构材料;储氢材料等 冶金工业：电解铝的添加剂;合金的组成元素;精制金属的还原剂;焊接剂等 玻璃陶瓷工业 空气调节和干燥：溴化锂、氯化锂和氢氧化锂等锂化物 有机