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冶金,就是从矿石中提取金属或金属化合物,用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的过程和工艺。简述冶金的历史,定义与分类 30~40亿年前,茫茫宇宙中诞生了地球。 宇宙好比是一个高温冶炼炉,将还原的金属向 中心聚集,沉在地球的中心成为地核(Fe、Ni金属熔体),然后金属的表面形成硫化物层 (熔锍),再在表面形成氧化物层(渣) ,最后在金属熔体及渣的外表面包围一层大气层 (相当于温度压力气氛),于是人类赖以生存的地球形成了。

随后上帝在地球上创造了万物,也创造了人类。上帝对人类真的是太偏爱了,他不仅 给与了人类赖以生存的各种物质,同时他让人类学会了思考和利用工具,于是人类成为了 主宰世界万物命运的主人(仅指地球)。

人类很早就学会了如何从大自然获取自身需要的物质。从石器时代到随后的青铜器时 代,再到近代钢铁冶炼的大规模发展。人类发展的历史就融合了冶金的发展。随着物理化学在冶金中成功应用,冶金从工艺走向科学,于是有了大学里的冶金工程 专业。冶金是一项从金属矿中提炼金属、提纯与合成金属,以及用金属制造有用物质过程的 技术。

冶金按照行业分类可以分为:黑色冶金(铁、铬和锰)+有色冶金(铝、铜等)。

按照学科分类可以分为:化学冶金(又称提取冶金)+物理冶金。

冶金学科基础:化学(物理化学为主)+物理(三传、凝固、轧制等)。

冶金废渣是指冶金工业生产过程中产生的各种固体废弃物。

主要指炼铁炉中产生的高炉渣;钢渣;有色金属冶炼产生的各种有色金属渣,如铜渣、铅渣、锌渣、镍渣等;从铝土矿提炼氧化铝排出的赤泥以及轧钢过程产生的少量氧化铁渣。每炼1t生铁排出0.3-0.9t钢渣,每炼1t钢排出0.1-0.3t钢渣,每炼1t氧化铝排出0.6-2t赤泥。国际上早在本世纪40年代就已感到解决冶金废渣“渣害”的迫切性,经过努力,美国高炉渣在50年代已达到了产用平衡,钢渣在70年代也达到了产用平衡,主要用于制造各种建筑或工业用材。我国冶金渣利用起步较晚,目前高炉渣利用率在70-85%,钢渣利用率仅25%左右。

冶金废渣处理利用   

高炉渣   

高炉渣的产量随冶炼技术及矿石的品位不同而变化。高炉渣属于硅酸盐材料。它化学性质稳定,并具有抗磨、吸水等特点,可供广泛应有,国内对高炉渣的应用都很重视,美、英、法、日本等国高炉渣的利用率已达100%,甚至出现了很多专营高炉渣商品的公司和工厂。我国高炉渣的利用率已达85%以上。为了适应不同的用途,高炉渣可分别被加工成水渣、矿渣碎石和膨胀矿渣等几类主要产品。   

1、水渣:就是将熔融状态的高炉渣用水或水与空气的混合物给予水淬;使其成为砂粒状的玻璃质物质。这也是我国处理高炉渣的主要方法。具体水淬方式很多,常用的有过滤池法水淬工艺和搅拌槽泵送法水淬工艺等。   

2、矿渣碎石:是高炉渣在指定的渣坑或渣场自然冷却或淋水冷却形成较致密的矿渣后,再经过破碎、筛分等工序所得到的一种碎石材料。为此常用热泼法。近年来,德、法、英、美等国多采用薄层多层热泼法。该法具有操作容易、渣密度高等优点。   

3、膨胀矿渣:是用水急冷高炉渣而形成的多孔轻质矿渣。为此可用喷射法、喷雾器堑沟法、流槽法等生产。较新的工艺是加拿大矿渣有限公司发明的用流筒法生产膨胀矿渣珠,简称“膨珠”。   

钢渣   

钢渣是炼钢过程中排出的固体废物,包括转炉渣、电炉渣等。炼钢过程中的排渣工艺,不仅影响到炼钢技术的发展,也与钢渣的综合利用密切相关。目前,炼钢过程的排渣处理工艺大体可分为如下四种:   

1、冷弃法:钢渣倒入渣罐,待其缓冷后直接运往渣场堆成渣山,以往我国也多用此法。 2、热泼碎石工艺:用吊车将渣罐中的液态钢渣分层泼倒在渣床上(或渣坑内),并同时喷水使其急冷碎裂,而后再运往渣场。   

3、钢渣水淬工艺 :排出的高温液态炉渣,被压力水切割击碎,加之遇水急冷收缩而破裂,在水幕中粒化。具体作法又有盘泼水冷法,炉前水冲法及倾翻罐-水池法等多种方法。 4、风淬法:其主要优点是可回收高温熔渣所含的热量(约2100-2200MJ/t)的41%,避免了熔渣遇水爆炸的问题,并改善了操作环境。钢渣可风淬成3mm以下的坚硬球体,可直接用作灰浆的细骨料。迄今,人们已开发了多种有关钢渣综合利用的途径,主要包括冶金、建筑材料、农业利用、回填几个领域。   

有色金属渣   

有色金属渣水淬后大多是呈亮黑色的致密颗粒,含有大量的硅酸铁(铁橄榄石),一般达60~70%。以铜渣为例,如果将它放入回转窑氧化焙烧,再采用还原的方法处理,可以回收粒铁,但经济上是否合算,尚需研究。   

铜、铅、锌、镍等重金属炉渣含有大量铁的化合物,可以代替铁矿粉作为水泥的原料。重金属炉渣破碎后可作混凝土的粗细骨料。磨细的渣粉可作为水泥的外掺料,但由于重金属炉渣的水化活性较差,用作外掺料在数量上应有控制。   

铜水淬渣在掺入石灰拌和压实后具有不易吸水和强度较高的特点,可作为公路基层,在多雨潮湿地区筑路尤为适用。用气冷的铜渣作铁路道碴铺设混砂道床,没有一般混砂道床容易下沉的缺点。熔融的铜渣可以直接浇注入模并控制其结晶和退火温度,制成致密坚硬的铜渣铸石,作为耐磨材料使用。德意志民主共和国利用较多,中国50年代也已试验和试用成功。在缺铜的土壤中施用铜渣粉以补充土壤中的微量元素,能够提高小麦和向日葵等作物的产量。   

有色金属渣种类繁多,目前对重金属渣中的铜、铅、镍炉渣的处理和利用研究得较多,轻金属渣中的赤泥也受到重视,稀有金属渣大都未进行有效的处理和利用。

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