冶金提取金屬材料的過程與工藝

摘要：冶金工業主要對象為金屬礦物所進行的勘探、開采以及冶煉、軋制成材全過程的工業部門，黑色和有色冶金工業是它的主要類別，作為國家重點的原料部門，冶金工業更是經濟發展的重要基礎，也是提供金屬材料的重要工業部門。

關鍵詞：冶金；提取金屬材料；過程；工藝；

1.冶金的定義

冶金是一種過程和工藝，主要是通過在礦石中提取金屬和金屬化合物，隨后采用加工方法加工金屬材料。冶金有三種技術分別為火法、電冶金和濕法冶金。而且，中國的歷史中，冶金占據很重要的位置。最初起源于石器時代，青銅器時代得到了發展，而到了近代得到大跨度發展。冶金的發展也融入了人類發展的大潮中。物理化學的不斷進步，也讓冶金技術開始應用當中，逐漸向科學化發展，目前冶金工程專業成為大學中的重要專業。

2.冶金的歷史概述

如果把宇宙比喻成高溫冶煉爐，在中心位置聚焦了還原的金屬，而地核就在中心地帶，硫化物層覆蓋在金屬表面，隨后形成氧化物層，直至一層大氣層出現在金屬熔體和渣的外表面，此刻我們人類生存的地球就完全實現了。上帝制造了地球上生存的萬物和人類，上帝過于偏愛人類，不僅僅為他們提供了生存需要的物質，還教會他們怎樣去使用工具，怎樣去思考問題，久而久之，人類就成為地球的主宰，成為世間萬物的領導者。

在中國的發展歷史上，經過新中國成立后50年的發展變化，鋼鐵工業呈現了高速發展的勢頭。從最初的大連、天津還有上海等沿海地區開始出現鋼鐵企業，到大陸內地也逐漸發展和建立了相關原料產業，主要分布在太原、武漢、重慶還有包頭和攀枝花等原料基地。黑色冶金工業發展最為迅速，而有色金屬冶煉及加工業隨之發展壯大。在中國很多省份如遼寧、山東、四川、甘肅等地區逐漸興起大型的原料工廠，例如氧化和電解鋁工廠，還有些是鋁材加工廠。有色金屬生產基地也在湖南、廣西、江西等地區建立起來。

3.冶金的起源及分類

冶金技術最初起源于古代陶術中，冶銅成為最早發展起來的。由于銅的熔點不是很高，隨著陶術不斷發展，工作溫度隨之也不斷提高，最終達到了銅的熔點溫度。由于某些時候在有銅礦的地方也進行陶術制作，銅在這種情況下就不知不覺地被發現。在不斷積累經驗的情況下，古人對銅的冶煉方法也開始摸索出來，冶金技術逐漸形成。

黑色冶金和有色冶金是冶金工作的兩種類型。一些生鐵、鐵合金（鉻鐵、錳鐵等）還有銅都屬于黑色冶金，而相應的有色冶金就是指的那些剩下的其他金屬。同時，黑色和有色冶金工業、稀有金屬及粉末冶金工業也是它的另一種類別。

4.冶金的提取金屬材料的過程與工藝

4.1.火法冶金

火法冶金的過程主要在高溫環境下進行。通過高溫環境的影響，這些礦石或精礦中的礦物受到相關的物理化學反應，形成其他形態的化合物或單質，主要集合在固、液、氣體中，主要實現分離金屬與脈石還有雜質的目的。通過燃料燃燒來為火法冶金提供必要的熱能，另外通過化學反應也可產生熱能，硫化礦的氧化焙燒和熔煉就是其中的一個例子，它是不需要燃料燃燒來進行供熱。而相應的金屬熱還原過程主要依靠的是自熱功能。冶金的火法冶金包含的過程很復雜，主要有以下幾種：干燥、焙解、焙燒、熔煉，精煉，蒸餾等。

4.2.濕法冶金

濕法冶金的過程主要在溶液中進行，由于不需要很高的溫度，其中的高溫高壓過程主要有浸出、制備金屬、凈化等過程。

4.2.1.浸出時礦石或精礦的處理必須要有恰當的溶劑，確保提取后的金屬進入溶液的狀態是離子，陽離子或者是絡陰離子都可以。對于浸出的過程主要是指的不溶解的物質例如脈石等雜質。通過沉清和過濾的階段后，金屬（離子）的浸出液就會出現，另外還有脈石礦物絹成的不溶殘渣（浸出渣）[2]。浸出之前，還有對那些難浸出的礦石或精礦進行預備處理，確保被提取的金屬進行轉化變成某種化合物或鹽類。在預備處理方法較為常見的就是通過硫酸化焙燒轉成可溶性的硫酸鹽。

4.2.2.為了從凈化液中提取金屬，通常采用置換、電積和還原的方法，這就是制備金屬的過程。

4.3.電冶金

電冶金主要依靠電能提取金屬，由于利用電能效應存在差別，電熱和電化冶金是它主要類別。

4.3.1.電熱冶金冶煉的原理主要通過電能轉變為熱能來實現。在冶煉的過程中，電熱冶金和火法冶金相差不多，主要差別在于熱能來源不同。

4.3.2.通過一定的電化學反應，在金屬鹽類的溶液或熔體中解析出金屬，這就是電化冶金（電解和電積）。

第一種稱為溶液電解，也是濕法冶金的一種。第二種是熔鹽電解，它有兩種利用資源，一個是電能的化學效應，另一個是電能轉變為熱能。通過加熱金屬鹽類，最終形成熔體，所以也可以看成火法冶金一類。火法過程和濕法過程貫穿金屬的生產工藝流程，硫化鍋精礦的火法冶煉就是以火法為主，但是過程中仍然需要濕法的電解精煉，相對應的濕法煉鋅的過程中，硫化鋅精礦還要做必要的煉前處理。

5.結論

本文主要對金屬材料的工藝進行了論述。鋼鐵材料的生產大多采用的是火法冶金，有色金屬（除鋼鐵以外）的生產主要采用的是電冶金和濕法冶金。而對于部分有色合金，濕法冶金和火法冶金都可以采用，具體選擇的依據是成本及工程條件的不同，另外礦石品位也是選擇的標準之一。冶煉高純度金屬中比較有效的方法就是電冶金，而那些初級產品可以采用濕法冶金和火法冶金，隨后提純中可以使用電冶金。粉末冶金主要采用的物理變化，通過把金屬原料粉變成塊狀、零件來實現，被看成是加工工藝，補充了冶金方法延度。

參考文獻：

[1]現代冶金與材料過程工程叢書：稀土冶金技術[J]. （“十二五”國家重點圖書規劃項目）. 2012-01-01

[2]孟福海.鎂冶金分析[J]. 化學工業出版社.2013-02-20

[3]中國科技大學冶金與材料史研究所：中國冶金史論文集（第5輯）[J].科學出版社 . 2006～2011

作者簡介：

趙立（1992-）男，漢族，安徽蕪湖人，大學在讀本科，重慶科技學院 冶金與材料工程學院 冶金試11-1班。