冶煉基礎知識

　　冶煉是一種提煉技術，用於焙燒、熔鍊、電解以及使用化學藥劑等方法把礦石中的金屬提取出來，那麼你對冶煉瞭解多少呢?以下是由小編整理關於的內容，希望大家喜歡!

　　冶煉分為火法冶煉、溼法提取或電化學沉積

　　火法冶煉***Pyrometallurgy***

　　又稱為乾式冶金，把礦石和必要的新增物一起在爐中加熱至高溫，熔化為液體，生成所需的化學反應，從而分離出粗金屬，然後再將粗金屬精煉。

　　溼式冶金***Hydrometallurgy***

　　溼法冶金這種冶金過程是用酸、鹼、鹽類的水溶液，以化學方法從礦石中提取所需金屬組分，然後用水溶液電解等各種方法制取金屬。此法主要應用在低品位、難熔化或微粉狀的礦石。現在世界上有75%的鋅和鎘是採用焙燒-浸取-水溶液電解法制成的。這種方法已大部分代替了過去的火法煉鋅。其他難於分離的金屬如鎳-鈷，鋯-鉿，鉭-鈮及稀土金屬都採用溼法冶金的技術如溶劑萃取或離子交換等新方法進行分離，取得顯著的效果。

　　化學反應

　　利用某種溶劑，藉助化學反應***包括氧化、還原、中和、水解及絡合等反應***，對原料中的金屬進行提取和分離的冶金過程。溼法冶金包括4個主要步驟：①用溶劑將原料中有用成分轉入溶液，即浸取。②浸取溶液與殘渣分離，同時將夾帶於殘渣中的冶金溶劑和金屬離子回收。③浸取溶液的淨化和富集，常用離子交換和溶劑萃取技術或其他化學沉澱方法。④從淨化液中提取金屬或化合物。

　　溼法冶金在鋅、鋁、銅、鈾等工業中佔有重要地位，世界上全部的氧化鋁、氧化鈾，大部分鋅和部分銅都是用溼法生產的。溼法冶金的優點在於對非常低品位礦石***金、鈾***的適用性，對相似金屬***鉿與鋯***難分離情況的適用性;以及和火法冶金相比，材料的週轉比較簡單，原料中有價金屬綜合回收程度高，有利於環境保護，並且生產過程較易實現連續化和自動化。

　　冶煉的過程

　　鋼冶煉

　　鍊鋼主要是以高爐煉成的生鐵和直接還原鍊鐵法煉成的海綿鐵以及廢鋼為原料，用不同的方法煉成鋼。主要的鍊鋼方法有轉爐鍊鋼法、平爐鍊鋼法、電弧爐鍊鋼法3類***見鋼，轉爐，平爐，電弧爐***。以上3種鍊鋼工藝可滿足一般使用者對鋼質量的要求。為了滿足更高質量、更多品種的高階鋼，便出現了多種鋼水爐外處理***又稱爐外精煉***的方法。如吹氬處理、真空脫氣、爐外脫硫等，對轉爐、平爐、電弧爐煉出的鋼水進行附加處理之後，都可以生產高階的鋼種。對某些特殊用途，要求特高質量的鋼，用爐外處理仍達不到要求，則要用特殊鍊鋼法煉製。如電渣重熔，是把轉爐、平爐、電弧爐等冶煉的鋼，鑄造或鍛壓成為電極，通過熔渣電阻熱進行二次重熔的精煉工藝;真空冶金，即在低於1個大氣壓直至超高真空條件下進行的冶金過程，包括金屬及合金的冶煉、提純、精煉、成型和處理。

　　鋼液在鍊鋼爐中冶煉完成之後，必須經盛鋼桶***鋼包***注入鑄模，凝固成一定形狀的鋼錠或鋼坯才能進行再加工。鋼錠澆鑄可分為上鑄法和下鑄法。上鑄鋼錠一般內部結構較好，夾雜物較少，操作費用低;下鑄鋼錠表面質量良好，但因通過中注管和湯道，使鋼中夾雜物增多。在鑄錠方面出現了連續鑄鋼、壓力澆鑄和真空澆鑄等新技術

　　鐵冶煉

　　現代鍊鐵絕大部分採用高爐鍊鐵，個別採用直接還原鍊鐵法和電爐鍊鐵法。高爐鍊鐵是將鐵礦石在高爐中還原，熔化煉成生鐵，此法操作簡便，能耗低，成本低廉，可大量生產。生鐵除部分用於鑄件外，大部分用作鍊鋼原料。由於適應高爐冶煉的優質焦炭煤日益短缺，相繼出現了不用焦炭而用其他能源的非高爐鍊鐵法。直接還原鍊鐵法，是將礦石在固態下用氣體或固體還原劑還原，在低於礦石熔化溫度下，煉成含有少量雜質元素的固體或半熔融狀態的海綿鐵、金屬化球團或粒鐵，作為鍊鋼原料***也可作高爐鍊鐵或鑄造的原料***。電爐鍊鐵法，多采用無爐身的還原電爐，可用強度較差的焦炭***或煤、木炭***作還原劑。電爐鍊鐵的電加熱代替部分焦炭，並可用低階焦炭，但耗電量大，只能在電力充足、電價低廉的條件下使用。

　　冶煉的應用

　　分析儀表應用指南，從事自動化儀表應用者都深有體會。尤其是在有色冶煉工業中，過程分析面對的困難與問題很多：高溫、高粉塵、高水份、負壓及結晶、腐蝕性等惡劣氣體條件;預處理裝置的有效性差;過程、預處理及分析儀等環節導致的大滯後;防塵、防濺、防腐、防高溫等防護的高要求;較高的自動化程度與較少的維護工作量等等。這些都對過程成分分析和環保監測分析儀表***系統***的應用帶來了很多困難。

　　氣體成分分析

　　在有色冶煉工業中，最重要也是用得最多的是氣體成分的分析測量。根據氣體成分分析儀工作原理的不同，大致可分為兩種測量方式：一是直接測量方式，即將探頭安裝在過程氣體管道中直接測量***測量、變送裝置在探頭內***，如紅外線、紫外線和鐳射氣體分析器等;一是間接***取樣***測量方式，即將過程氣體抽出進行除塵等處理後送至分析儀表進行測量***測量、變送裝置在儀表內***。

　　對於採用間接分析測量的儀表來說，由於受冶煉過程氣體高溫、高粉塵、高水份、負壓及腐蝕性等惡劣氣體條件影響，面對的最大困難就是怎樣獲得適合儀表測試條件的樣氣。惟一的方法就是採用預處理裝置對樣氣進行處理。由於一些進口的分析儀本身技術的發展已比較成熟，可以滿足工業分析的需要。因此，選用***製作***能適應工藝條件的、效能穩定可靠的預處理裝置是解決分析儀表使用問題的要害。對於採用直接分析測量的儀表來說，由於它採用了最新光學技術，能在不影響被測氣體本身狀態的情況下進行測量，具有測量準確、反應迅速的優點。尤其是它不需預處理裝置，省去了在自動吹掃裝置上的投資，與傳統的熱導式氣體分析儀相比有很大的優勢。但也存在一些問題：1***價格昂貴;2***不適用於含塵粒度較大的氣體;3***對工作光波不敏感的氣體無能為力等。

　　儀表的應用

　　韶關冶煉廠是採用密閉鼓風爐***ISP***工藝進行鉛鋅冶煉的企業，在物料燒結制粒、制酸、密閉鼓風爐熔鍊、煤氣生產、餘熱發電等工藝流程中使用了不少過程分析儀表，如CO、CO2、SO2氣體分析儀，H2SO4濃度計和pH計，紅外線水分計，熱值儀等。下面介紹部分分析儀的應用情況。

　　紅外水分分析儀

　　用於測量燒結混合物料的溼度。由於物料溼度對燒結的質量有重要影響，選用精度高、穩定可靠的水分分析儀對實現物料溼度的自動精確控制極為重要。該廠早期採用的是IRS-MO-Ⅲ型紅外水分分析儀，近兩年逐步改成了OMM3000***前者的換代產品***。該儀表最大的優點是取消了二次儀表，實現了測變一體化，與PC連線即可隨時進行校驗、標定、設定、診斷等操作，使操作更加簡便。該儀表本身效能較好，但由於現場條件較差***高溫、高溼、高腐蝕***，在使用過程中還存在不少問題。為此，筆者同廠家一起，對該分析儀的使用作了以下幾項改進：1***製作不鏽鋼保護箱，使用壓縮空氣隔離現場空氣，提高儀表的抗腐蝕效能;2***請廠家提高儀表防護等級;3***請廠家將光路套筒由硬性改為軟性，避免大塊物料對儀表及安裝支架的衝擊;4***採用新的內部冷卻結構，根除冷卻氣源中的油、水對光學器件的損害;5***在現場儀表四周安裝遮光罩，避免日光對儀表的影響。通過以上改進，提高了該儀表的適應性和可用性。

　　爐氣成分分析儀

　　鼓風爐冶煉過程所產生的爐氣成分很複雜，主要含有SO2、SO3、CO、CO2、H2、水蒸汽、塵、鉛鋅蒸汽等，其中CO、CO2及H2的含量是衡量爐內物料反應狀態的重要引數，工藝要求對CO、CO2及H2進行實時測量。由於在早期還沒有成熟的能用於複雜條件下的成套分析系統採用的是國內某廠的熱導式氣體分析儀，只分析測量CO、CO2的含量，預處理裝置是自制的兩級過濾罐。由於爐氣含塵量大、過濾裝置處理能力差和儀表本身效能差等原因，爐氣成分分析一直沒能用好，給生產造成極大不便。在爐氣分析方面已有幾種較成熟的分析儀表***系統***目前正抓緊選型和考察工作，以儘快解決廠裡鼓風爐爐氣分析這個難題。

　　酸鹼值分析儀

　　該廠在制酸工藝中使用了10套美國FOXBRO公司的873 pH計，用於93%、98%H2SO4冷卻器迴圈水的pH值測量，以便及時發現裝置漏酸事故。該儀表效能穩定、精度高、維護量很小，在93%酸冷卻器上使用很成功。但在98%酸冷卻器上使用不太理想，感測器非常輕易壞。經對照93%酸冷卻器的使用條件認真研究分析，確定了98%酸冷卻器出口迴圈水溫度過高，使感測器的玻璃電極破裂，是感測器損壞的根本原因。為此，專為感測器設計製作了冷卻器安裝於感測器前方，徹底解決了問題。

　　熱值儀

　　使用德國UNION的CW95 digital成套系統對自產煤氣熱值進行測量。該系統的預處理裝置不能說不好，因為它在鋼鐵、化工等其它行業用得還可以。但由於自產煤氣質量太差，含水、焦油、煤灰等雜質較多，使得該系統的預處理裝置對其無能為力。由於熱值儀使用條件惡劣，使得預處理部分經常堵塞，過濾芯、閥易損壞，使得維護費用高***部分易耗件昂貴***、維護工作量大，嚴重影響了煤氣熱值的分析測量及液化氣的摻混調節。針對這種情況，專門成立了攻關小組對此進行攻關。經過認真分析研究和反覆不斷的試驗，最後對原處理裝置進行了兩方面的改進：1***在原預處理裝置中增加自制的過濾器：過濾器分為兩層。下層為水洗室，裝有兩層鑽有細孔的不鏽鋼板，儘可能讓煤氣在水中形成的氣泡最小，達到充分洗滌的效果，從而去除絕大部分的油及灰塵雜質;上層為玻璃纖維過濾器，用來進一步除去煤氣中的雜質。該自制過濾器還具備自動沖洗功能，可以不斷地將水洗室中的雜質帶出罐外，大大延長了過濾器的使用週期，減少了維護量。2***將儀表用壓縮空氣經進一步的除塵、除水處理後，送至熱值儀底箱，隔離現場空氣，保證燃燒空氣的質量。經過改進後，在維護人員的精心維護下，該套分析系統已能長期正常執行。

　　濃度分析儀

　　該裝置用於監測收塵煙氣排放SO2濃度。分析儀採用紫外線作為檢測光源，通過測量光線經過測量管段的衰減來測量SO2的濃度，由於感測器採用插入式安裝，不需對氣樣進行預處理，因此測量實時、準確且維護量小。在使用一段時間後，又發現該套裝置還存在兩點不太理想的地方：1***吹掃空氣單元的效果不好，鏡片很輕易髒;2***探頭太粗笨***5 kg 以上***，給反射鏡片的清潔造成極大不便。針對以上情況採取了兩項措施：1***引入壓縮空氣，經進一步淨化後取代原吹掃空氣單元;2***安裝方式改為伸出式，使探頭前端伸出工藝管道***測量段仍在過程管道內***，以方便反射鏡片的清潔。改進後取得了很好的效果，基本上實現了免維護。

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