【正文】 鈦與氫反應(yīng)形成一類非整比的氫化物 ， 可作為儲(chǔ)氫材料 。6H2O 2Ti + 6HCl = 2TiCl3 +3H2 三、有色金屬的生產(chǎn) Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 —— 鈦在高溫下可與碳 、 氮 、 硼反應(yīng)生成碳化鈦 TiC、 氮化鈦 TiN和硼化鈦 TiB。 蒸餾后的殘余物為二鈣硅酸鹽渣和鐵 。 （ 3） 高真空加熱期：罐內(nèi)真空度保持 ~， 溫度達(dá) 1200℃左右 ， 由于外面水箱的冷卻作用 ， 鋼套的溫度大約 250℃ ， 鎂蒸氣冷凝在鋼罐中的鋼套上 。 三、有色金屬的生產(chǎn) Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 生產(chǎn)方式為間歇式的 ， 可分為 3個(gè)步驟 （ 1） 預(yù)熱期：裝料后 ， 預(yù)熱爐料 ， 排除爐料中的二氧化碳與水分 。 鎂合金制造的汽車零部件 ， 可減輕汽車自重 、 提高燃料利用率 、 減少環(huán)境污染；采用鎂合金制造飛機(jī) 、 導(dǎo)彈 、 飛船 、 衛(wèi)星 、 輕武器等重要武器裝備零部件 ， 意味著武器射程 、 命中率和飛行器機(jī)動(dòng)性能的提高 ， 航天器發(fā)射成本的降低；鎂合金用于制造手機(jī) 、 筆記本電腦和數(shù)碼相機(jī)等數(shù)字產(chǎn)品的外殼 ,具有強(qiáng)度高 、 美觀及電磁屏蔽等優(yōu)點(diǎn) 。 分兩步進(jìn)行： 1．從鋁釩土中提取 Al2O3 Al2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4] 2Na[Al(OH)4]+2CO2 = Al(OH)3↓+Na2CO3+H2O Al(OH)3 = Al2O3+ 3H2O 有色金屬的生產(chǎn) 有色金屬的生產(chǎn) 三、有色金屬的生產(chǎn) Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 CaO 鋁土礦 浸 漬 加熱 NaOH 蒸 發(fā) 加熱 沉 淀 冷卻 澄 清 晶種 水 洗 泥 紅泥 ? Al(OH)3 洗 滌 水 煅 燒 ?Al2O3 三、有色金屬的生產(chǎn) Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 金屬鋁的生產(chǎn)車間 金屬鋁電解池 2．電解 Al2O3得 Al 電解質(zhì)： Al2O3 ,2%8%冰晶石 Na2AlF6 10%CaF2作助熔劑，降低電解質(zhì)的溶融溫度(Al2O3bp2273K, 電解質(zhì) bp11731273K) ?陰極（鐵質(zhì)槽殼） :4Al3+ + 12e = 4Al（沉淀于槽底，定時(shí)放出） ?陽極（石墨） :6O2 12e = 3O2 三、有色金屬的生產(chǎn) Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 金屬鋁的生產(chǎn)車間 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 鋁的生產(chǎn)流程示意圖 純冰晶石 鋁 錠 螢 石 鋁 礦 石 生產(chǎn)氧化鋁 純氧化鋁 電 解 制 鋁 碳素材料 陽 極 糊 或 其 它 產(chǎn) 品 電極生產(chǎn) 選 礦 再熔或精煉 電 能 生產(chǎn)冰晶石 或 氟 化 物 三、有色金屬的生產(chǎn) Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 Al3＋ ＋ 3e → Al AlO33 6e → Al2O3 礦石（ Al2O3） NaAlO2 Al2O3?Na2O Al（ OH） 3 Al2O3 Al 礦石（ Al2O3） NaAlO2 Al（ OH） 3 NaOH NaOH Na2CO3 煅燒 950~1000℃ 165 ℃ 1100 ℃ CO2 900 ℃ 三、有色金屬的生產(chǎn) Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 金屬鎂及其合金具有密度小 、 比強(qiáng)度和比剛度高 、 導(dǎo)電導(dǎo)熱性能較好 、阻尼減震和電磁屏蔽性能良好 、 易于加工成型 、 廢料容易回收等優(yōu)點(diǎn) ， 廣泛應(yīng)用于航天航空 、 交通運(yùn)輸 、 電子技術(shù) 、 光學(xué)器材 、 精密機(jī)械 、 日用商品等領(lǐng)域 。 三、有色金屬的生產(chǎn) Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 4） 兩性 ① 高純鋁 (%)不與一般酸作用 ， 只溶于王水； ② 普通鋁能被冷濃硫酸或濃 、 稀硝酸所鈍化； ③ 2Al+6H2SO4=3Al2(SO4)3+SO2↑+6H2O； ④ Al2O Al(OH)3具兩性 。= 氧化物 CaO MgO NiO Cr2O3 SiO2 Fe2O3 ΔfH248。 三、有色金屬的生產(chǎn) 1. 金屬鋁的冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 2） 放入汞鹽 形成鋁汞鹽 ]， 在潮濕的空氣中即長(zhǎng)出胡須狀的 “ 白毛 ” 立即放出大量的熱 ， 投入水中 ， 放出 H2。 ? 2Al2O3 = 4Al＋ 3O2↑ 2NaCl = 2Na＋ Cl2↑ ? 對(duì)于某些不活潑金屬，如銅、銀等，也常用電解其鹽溶液的方法進(jìn)行精煉，但電解法要消耗大量電能，成本較高。在金屬活動(dòng)性順序中，位于氫后面的金屬的氧化物受熱就能分解，例如： ? 2HgO = 2Hg＋ O2↑ ? 2Ag2O = 4Ag＋ O2↑ 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 2．熱還原法 ? 多數(shù)金屬的冶煉過程屬于熱還原法。工業(yè)上冶煉金屬一般用熱分解法、熱還原法或電解法。新工藝實(shí)現(xiàn)了工具鋼 碳鋼、含鎳高溫合金 碳鋼、銅 鋼復(fù)合雙金屬鋼錠的生產(chǎn)。該工藝在烏克蘭“新克拉瑪托夫斯克機(jī)械廠”已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)。近些年其中最著名的一個(gè)成果就是帶有高速鋼表面層的軋機(jī)復(fù)合軋輥的制造，其壽命比普通的生鐵軋輥高五倍多。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 烏克蘭巴頓電焊研究所電渣工藝中的物理冶金研究室，由列夫 .密多瓦爾博士領(lǐng)導(dǎo)，主要的科研方向是： ? 應(yīng)用液態(tài)添加金屬和電渣重熔鈦和鈦合金的電渣工藝的研究； ? 用于新型優(yōu)質(zhì)和安全（可靠）的金屬結(jié)構(gòu)材料的電渣過程及生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究?，F(xiàn)在電渣熔鑄的主要產(chǎn)品有大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、水輪機(jī)葉片、船舶柴油機(jī)大型曲軸、各種高壓容器、大型環(huán)件、各類軋輥、模具、透平渦輪盤、厚壁中空管、石油裂化管、齒輪毛坯、三通管、核電站壓水堆主回路管道等。已開發(fā)出的工藝技術(shù)有：電渣熔鑄、電渣澆注、電渣轉(zhuǎn)注、電渣熱封頂、電渣離心澆注、電渣復(fù)合熔鑄及快速電渣重熔等。而美國(guó)和西歐的一些國(guó)家，在真空電弧重熔與電渣金熔經(jīng)歷了七年激烈競(jìng)爭(zhēng)后確認(rèn)，電渣重熔不僅設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作，成本較低，在質(zhì)量方面，除去氣不及真空電弧重熔外，結(jié)晶組織、鋼錠表面、脫硫及去除夾雜物的能力均優(yōu)于真空電弧重熔。另外，渣皮的存在能減少?gòu)较騻鳠幔欣谛纬奢S向結(jié)晶條件。由于渣池的溫度遠(yuǎn)大于金屬的熔點(diǎn)，從而使自耗電極的端部逐漸加熱熔化，熔化的金屬匯聚成液滴，在重力的作用下金屬熔滴從電極端頭脫落，穿過渣池進(jìn)入金屬熔池，由于水冷結(jié)晶器的強(qiáng)制冷卻，液態(tài)金屬逐漸凝固成鋼錠。當(dāng)自耗電極、爐渣和底水箱通過短網(wǎng)與變壓器形成供電回路時(shí)，便有電流從變壓器輸出通過液態(tài)熔渣。雖然電渣冶金可劃分出多種金屬方法和應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，但其基本和核心的技術(shù)是電渣重熔（ Electroslag Remelting，簡(jiǎn)稱 ESR）。一九五八年，烏克蘭德聶泊爾特鋼廠建成了世界第一臺(tái) ，使電渣冶金進(jìn)入了工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)程。烏克蘭巴頓電焊研究院在埋弧焊接過程中偶然發(fā)現(xiàn)，過多的渣液會(huì)使電弧熄滅，并使操作變得平穩(wěn)，于是發(fā)明了電渣焊。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 電渣冶金 國(guó)外電渣冶金發(fā)展概況 一九四○年雖然霍普金斯已取得了發(fā)明專利，但是由于當(dāng)時(shí)技術(shù)上的封閉和不成熟，以及理論上存在著電渣冶金是埋弧過程的錯(cuò)誤的主導(dǎo)思想，致使電渣冶金的發(fā)展長(zhǎng)期處于停滯狀態(tài)。 ②在實(shí)際情況下，碳的脫氧能力并不能達(dá)到熱力學(xué)計(jì)算的那樣強(qiáng)的水平，提高真空度不能使碳的脫氧能力無限提高。 ①真空條件下，碳的脫氧能力可以達(dá)到和硅、鋁相近的水平，當(dāng)鋼液中 [C]、 [O]含量不高時(shí)，可用濃度代替活度。 在常壓下往往將相律公式簡(jiǎn)化為 F=CP+1， 但當(dāng)壓力變化時(shí) ， 相律公式仍應(yīng)恢復(fù)為 F=CP+2 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 2）金屬的真空脫氧 真空條件下碳的脫氧能力 在常壓下進(jìn)行冶煉時(shí)，碳的脫氧能力較低，必須使用強(qiáng)脫氧劑進(jìn)行終脫氧。 2） 在常壓下適用的物理化學(xué)基本規(guī)律在高真空條件下 （ 如 1Pa） 仍然是適用的 。 式中 n為氣體摩爾數(shù)； R為氣體常數(shù)； T為絕對(duì)溫度； P1和 P2分別為反應(yīng)的始態(tài)與終態(tài)時(shí)的氣體壓力。 氣體物質(zhì)的摩爾體積大，壓力的變化明顯地影響氣態(tài)物質(zhì)的吉布斯自由能。 吹氬時(shí)的氬氣泡也可看作小的真空因?yàn)槠渲?CO、 H N2 的分壓均很小 。 （ 6） 過濾 利用陶瓷過濾器將中間包內(nèi)鋼液中的氧化物夾雜等過濾掉 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 5） 噴吹 用氣體作載體將反應(yīng)劑加入金屬液內(nèi)的一種手段 。 （ 4） 加熱 調(diào)節(jié)鋼水溫度的一項(xiàng)重要手段 ， 使煉鋼與連鑄更好地銜接 。 （ 3） 攪拌 通過攪拌擴(kuò)大反應(yīng)界面 ， 加速反應(yīng)物質(zhì)的傳遞過程 ， 提高反應(yīng)速度 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 2） 真空 將鋼水置于真空室內(nèi) ， 由于真空作用使反應(yīng)向生成氣相方向移動(dòng) ，達(dá)到脫氣 、 脫氧 、 脫碳等目的 。 將事先配好 (在專門煉渣爐中熔煉 )的合成渣倒入鋼包內(nèi)，借出鋼時(shí)鋼流的沖擊作用，使鋼液與合成渣充分混合，從而完成脫氧、脫硫和去除夾雜等精煉任務(wù) 。 （ 4）調(diào)整鋼水溫度到澆注所要求的范圍內(nèi)，最大限度地減小包內(nèi)鋼水的溫度梯度。在特定條件下，把碳脫到極低的水平。 爐外精煉的方法 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 1）降低鋼中氧、硫、氫、氮和非金屬夾雜物含量，改變夾雜物形態(tài)，以提高鋼的純凈度，改善鋼的機(jī)械性能。 （ 2）有較多的單元操作，功效較全面，處理時(shí)間長(zhǎng)，成本較高。 二、鋼鐵冶煉 爐外精煉的含義 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 1）單元操作內(nèi)容少，功效單一，處理時(shí)間短，適用于生產(chǎn)節(jié)奏快的情況。 ? 爐外精煉的種類很多 ， 大致可分為常壓下爐外精煉和真空下爐外精煉兩類 。 ? 精煉 ：將初煉的鋼液在真空 、 惰性氣體或還原性氣氛的容器中進(jìn)行脫氣 、脫氧 、 脫硫 ， 去除夾雜物和進(jìn)行成分微調(diào)等 。 煉鋼過程因此分為初煉和精煉兩步進(jìn)行 。除硫磷等雜 質(zhì) 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 煉鋼： 生鐵 → 鋼 (1)需要做到： ①降：降低含碳量 ②除：除去硫、磷等雜質(zhì) ③調(diào)：調(diào)節(jié)合金元素的含量 （ 2 )基本反應(yīng)原理： 利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用氧化劑（用純氧氣）把生鐵中過多的碳和其它雜質(zhì)氧化除去。 ? 出渣：電弧爐煉鋼時(shí)根據(jù)不同冶煉條件和目的在冶煉過程中所采取的放渣或扒渣操作。目的是通過渣 —— 金屬反應(yīng)煉出具有所要求成分和溫度的金屬。 ? 電弧爐煉鋼發(fā)明后不久 ， 就用于冶煉合金鋼 ， 并得到較大的發(fā)展 。 ? 電弧爐煉鋼是通過石墨電極向電弧煉鋼爐內(nèi)輸入電能 ， 以電極端部和爐料之間發(fā)生的電弧為熱源進(jìn)行煉鋼 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 電弧煉鋼爐的爐體由爐蓋 、 爐門 、 出鋼槽和爐身組成 ， 爐底和爐壁用堿性耐火材料或酸性耐火材料砌筑 。對(duì)于熔煉金屬，電弧爐比其他煉鋼爐