[科普中國(guó)]-冶金

歷史概述

30~40億年前，茫茫宇宙中誕生了地球。宇宙好比是一個(gè)高溫冶煉爐，將還原的金屬向中心聚集，沉在地球的中心成為地核（Fe、Ni金屬熔體），然后金屬的表面形成硫化物層（熔锍），再在表面形成氧化物層（渣） ，最后在金屬熔體及渣的外表面包圍一層大氣層（相當(dāng)于溫度壓力氣氛），于是人類賴以生存的地球形成了。

冶金，從古代陶術(shù)中發(fā)展而來(lái)。首先是冶銅。銅的熔點(diǎn)相對(duì)較低，隨著陶術(shù)的發(fā)展，陶術(shù)需要的工作溫度越來(lái)越高，達(dá)到銅的熔點(diǎn)溫度。而在陶術(shù)制作過(guò)程中，在一些有銅礦的地方制作陶術(shù)，銅自然成了附生物質(zhì)而被發(fā)現(xiàn)。隨著經(jīng)驗(yàn)慢慢的積累，古人也逐漸掌握了銅的冶煉方法。

主要技術(shù)火法冶金火法冶金是在高溫條件下進(jìn)行的冶金過(guò)程。礦石或精礦中的部分或全部礦物在高溫下經(jīng)過(guò)一系列物理化學(xué)變化，生成另一種形態(tài)的化合物或單質(zhì)，分別富集在氣體、液體或固體產(chǎn)物中，達(dá)到所要提取的金屬與脈石及其它雜質(zhì)分離的目的。實(shí)現(xiàn)火法冶金過(guò)程所需熱能，通常是依靠燃料燃燒來(lái)供給，也有依靠過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)來(lái)供給的，比如，硫化礦的氧化焙燒和熔煉就無(wú)需由燃料供熱；金屬熱還原過(guò)程也是自熱進(jìn)行的。 火法冶金包括：干燥、焙解、焙燒、熔煉，精煉，蒸餾等過(guò)程。

濕法冶金濕法冶金是在溶液中進(jìn)行的冶金過(guò)程。濕法冶金溫度不高，一般低于100℃，現(xiàn)代濕法冶金中的高溫高壓過(guò)程，溫度也不過(guò)200℃左右，極個(gè)別情況溫度可達(dá)300℃。濕法冶金包括：浸出、凈化、制備金屬等過(guò)程。

1、浸出用適當(dāng)?shù)娜軇┨幚淼V石或精礦，使要提取的金屬成某種離子（陽(yáng)離子或絡(luò)陰離子）形態(tài)進(jìn)入溶液，而脈石及其它雜質(zhì)則不溶解，這樣的過(guò)程叫浸出。浸出后經(jīng)沉清和過(guò)濾，得到含金屬（離子）的浸出液和由脈石礦物絹成的不溶殘?jiān)ń鲈?。?duì)某些難浸出的礦石或精礦，在浸出前常常需要進(jìn)行預(yù)備處理，使被提取的金屬轉(zhuǎn)變?yōu)橐子诮龅哪撤N化合物或鹽類。例如，轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘牧蛩猁}而進(jìn)行的硫酸化焙燒等，

都是常用的預(yù)備處理方法。

1、凈化在浸出過(guò)程中，常常有部分金屬或非金屬雜質(zhì)與被提取金屬一道進(jìn)入溶液，從溶液中除去這些雜質(zhì)的過(guò)程叫做凈化。

2、制備金屬用置換、還原、電積等方法從凈化液中將金屬提取出來(lái)的過(guò)程。

電冶金電冶金是利用電能提取金屬的方法。根據(jù)利用電能效應(yīng)的不同，電冶金又分為電熱冶金和電化冶金。

1、電熱冶金是利用電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苓M(jìn)行冶煉的方法。在電熱冶金的過(guò)程中，按其物理化學(xué)變化的實(shí)質(zhì)來(lái)說(shuō)，與火法冶金過(guò)程差別不大，兩者的主要區(qū)別只是冶煉時(shí)熱能來(lái)源不同。

2、電化冶金（電解和電積）是利用電化學(xué)反應(yīng)，使金屬?gòu)暮饘冫}類的溶液或熔體中析出。前者稱為溶液電解，如錒的電解精煉和鋅的電積，可列入濕法冶金一類；后者稱為熔鹽電解，不僅利用電能的化學(xué)效應(yīng)，而且也利用電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，借以加熱金屬鹽類使之成為熔體，故也可列入火法冶金一類。從礦石或精礦中提取金屬的生產(chǎn)工藝流程，常常是既有火法過(guò)程，又有濕法過(guò)程，即使是以火法為主的工藝流程，比如，硫化鍋精礦的火法冶煉，最后還須要有濕法的電解精煉過(guò)程；而在濕法煉鋅中，硫化鋅精礦還需要用高溫氧化焙燒對(duì)原料進(jìn)行煉前處理。

技術(shù)原理冶金就是將金屬溶液中的雜質(zhì)（非意向元素）通過(guò)熔融（加熱到熔點(diǎn)之上）進(jìn)行造渣、除渣給予消除，同時(shí)某些化學(xué)成分通過(guò)除渣、脫碳、去氧等得到相對(duì)的純凈合金成分的過(guò)程。再精細(xì)的精煉過(guò)程一般就屬于金屬鑄造廠。涉及金屬成型行業(yè)，比如礦石加工冶煉（黑色金屬、有色金屬）毛坯的粗煉；毛坯的再加工煉鋼廠、煉鐵廠、有色金屬提純（一般體現(xiàn)的是鑄造廠居多）

行業(yè)分類冶金工業(yè)可以分黑色冶金工業(yè)和有色冶金工業(yè)，黑色冶金主要指包括生鐵、鋼和鐵合金（如鉻鐵、錳鐵等）的生產(chǎn)，有色冶金指后者包括其余所有各種金屬的生產(chǎn)。

另外冶金可以分為稀有金屬冶金工業(yè)和粉末冶金工業(yè)。

發(fā)展歷史2007年，中國(guó)鋼鐵行業(yè)取得了增長(zhǎng)較快、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、效益提高、節(jié)能 國(guó)際鋼鐵界的地位和影響提高的顯著成績(jī)。生產(chǎn)粗鋼48924.08萬(wàn)噸，比上年增加6625.22萬(wàn)噸，增長(zhǎng)15.66%；生產(chǎn)生鐵46944.63萬(wàn)噸，比上年增加6189.22 ，總體呈較快增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。2008年第一季度中國(guó)鋼鐵產(chǎn)品出口同比下降了19.3%，但出口金額卻同比上升7.6%。

中國(guó)冶金工業(yè)科技水平正在走強(qiáng)，“大而弱”的聲音已經(jīng)降調(diào)。中國(guó)應(yīng)當(dāng)以提高 一步提高冶金工業(yè)科技水平。

注意事項(xiàng)煉鐵生產(chǎn)煉鐵生產(chǎn)工藝設(shè)備復(fù)雜、作業(yè)種類多、作業(yè)環(huán)境差，勞動(dòng)強(qiáng)度大。煉鐵生產(chǎn)過(guò)程中存在的主要危險(xiǎn)源有：煙塵、噪聲、高溫輻射、鐵水和熔渣噴濺與爆炸、高爐煤氣中毒、高爐煤氣燃燒爆炸、煤粉爆炸、機(jī)具及車輛傷害、高處作業(yè)危險(xiǎn)等。根據(jù)歷年事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，煉鐵生產(chǎn)中的主要事故類別按事故發(fā)生的次數(shù)排序分別為：灼燙、機(jī)具傷害、車輛傷害、物體打擊、煤氣中毒和各類爆炸等事故。此外，觸電、高處墜落事故以及塵肺病、矽肺病和慢性一氧化碳中毒等職業(yè)病也經(jīng)常發(fā)生。導(dǎo)致事故發(fā)生的主要原因?yàn)椋喝藶橐蛩?、管理原因和物質(zhì)原因三個(gè)方面。人為原因中主要是違章作業(yè)，其次是誤操作和身體疲勞。管理原因中最主要的是不懂或不熟悉操作技術(shù)，勞動(dòng)組織不合理；其次是現(xiàn)場(chǎng)缺乏檢查指導(dǎo)，安全規(guī)程不健全，以及技術(shù)和設(shè)計(jì)上的缺陷。物質(zhì)原因中主要是設(shè)施(備)工具缺陷，個(gè)體防護(hù)用品缺乏或有缺陷；其次是防護(hù)保險(xiǎn)裝置有缺陷和作業(yè)環(huán)境條件差。

煉鋼生產(chǎn)煉鋼生產(chǎn)中高溫作業(yè)線長(zhǎng)，設(shè)備和作業(yè)種類多，起重作業(yè)和運(yùn)輸作業(yè)頻繁，主要危險(xiǎn)源有：高溫輻射、鋼水和熔渣噴濺與爆炸、氧槍回火燃燒爆炸、煤氣中毒、車輛傷害、起重傷害、機(jī)具傷害、高處墜落傷害等。煉鋼生產(chǎn)的主要事故類別有：氧氣回火、鋼水和熔渣噴濺等引起的灼燙和爆炸，起重傷害，車輛傷害，機(jī)具傷害，物體打擊，高處墜落，以及觸電和煤氣中毒事故。統(tǒng)計(jì)表明，煉鋼生產(chǎn)安全事故的主要原因有是：人為的違章作業(yè)和誤操作，作業(yè)環(huán)境條件不良，設(shè)備有缺陷，操作技術(shù)不熟悉，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)缺乏督促檢查和指導(dǎo)，安全規(guī)程不健全或執(zhí)行不嚴(yán)格，操作技術(shù)不熟悉，個(gè)體防護(hù)措施和用品有缺陷或缺乏等。

軋鋼生產(chǎn)軋鋼生產(chǎn)主要由加熱、軋制和精整三個(gè)主要工序組成，生產(chǎn)過(guò)程中工藝、設(shè)備復(fù)雜，作業(yè)頻繁，作業(yè)環(huán)境溫度高，噪聲和煙霧大。主要危險(xiǎn)源有：高溫加熱設(shè)備，高溫物流，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備，煤氣氧氣等易燃易爆和有毒有害氣體，有毒有害化學(xué)制劑，電氣和液壓設(shè)施，能源、起重運(yùn)輸設(shè)備，以及作業(yè)、高溫、噪聲和煙霧影響等。根據(jù)冶金行業(yè)綜合統(tǒng)計(jì)，軋鋼生產(chǎn)過(guò)程中的安全事故在整個(gè)冶金行業(yè)中較為嚴(yán)重，高于全行業(yè)的平均水平，事故的主要類別為：機(jī)械傷害、物體打擊、起重傷害、灼燙、高處墜落、觸電和爆炸等。事故的主要原因依次為：違章操作和誤操作，技術(shù)設(shè)備缺陷和防護(hù)裝置缺陷，安全技術(shù)和操作技術(shù)不熟悉，作業(yè)環(huán)境條件缺陷，以及安全規(guī)章制度執(zhí)行不嚴(yán)格等。

冶金生產(chǎn)1．煤氣生產(chǎn)過(guò)程中存在的主要危險(xiǎn)及事故類別和原因

冶金生產(chǎn)中大量產(chǎn)生和使用煤氣的有：高爐煤氣，焦?fàn)t煤氣，轉(zhuǎn)爐煤氣，發(fā)生爐煤氣和鐵合金煤氣。各種煤氣的組成成分及所占百分比各不相同，主要成分為一氧化碳、氫氣、甲烷、氮?dú)?、二氧化碳等。煤氣是冶金生產(chǎn)中主要的危險(xiǎn)源之一，其主要危害是腐蝕、毒害、燃燒和爆炸。煤氣事故的主要類別有：急性中毒和窒息事故，燃燒引起的火災(zāi)和灼燙事故，爆炸形成的爆炸傷害和破壞事故。冶金生產(chǎn)過(guò)程中導(dǎo)致煤氣事故發(fā)生的主要原因分別是：違章操作或誤操作，設(shè)備(施)及防護(hù)裝置的自身缺陷，安全技術(shù)知識(shí)缺乏，現(xiàn)場(chǎng)缺乏檢查指導(dǎo)和監(jiān)護(hù)措施，監(jiān)護(hù)裝置與個(gè)體防護(hù)用品缺乏或有缺陷，以及事故預(yù)防與及救護(hù)措施不完善等。

2．氧氣生產(chǎn)過(guò)程中存在的主要危險(xiǎn)源及事故類別和原因

冶金生產(chǎn)過(guò)程中大量使用氧氣。氧氣易助燃，幾乎與一切可燃物都可進(jìn)行燃燒，與其他可燃?xì)怏w按一定的比例混合后極易發(fā)生爆炸，其主要危險(xiǎn)是易燃燒和易爆炸。氧氣燃燒時(shí)通常溫度很高，火勢(shì)很猛，災(zāi)害嚴(yán)重，氧氣燃燒導(dǎo)致的灼燙和燒傷事故往往燒傷面積大、深度深，難以治愈。氧氣爆炸時(shí)通常強(qiáng)度很大、很猛烈，沖擊性、破壞性和毀滅性極強(qiáng)。冶金生產(chǎn)過(guò)程中導(dǎo)致氧氣事故發(fā)生的原因主要是氧氣燃燒或助燃造成的火災(zāi)、燒傷事故和氧氣爆炸形成的爆炸事故，其傷害和破壞程度都很嚴(yán)重。分析統(tǒng)計(jì)表明，冶金生產(chǎn)中引發(fā)氧氣事故的主要原因是：人為的違章操作和誤操作，設(shè)備設(shè)施裝置的缺陷，以及缺乏安全技術(shù)知識(shí)和操作不熟練等。

有色金屬有色金屬冶煉生產(chǎn)包括銅、鉛、鋅、鋁和其他稀有金屬和貴重金屬的冶煉和加工，其生產(chǎn)過(guò)程具有設(shè)備、工藝復(fù)雜，設(shè)備設(shè)施、工序工種量多面廣，交叉作業(yè)，頻繁作業(yè)，危險(xiǎn)因素多等特點(diǎn)。主要危險(xiǎn)源有：高溫，噪聲，煙塵危害，有毒有害、易燃易爆氣體和其他物質(zhì)中毒、燃燒及爆炸危險(xiǎn)，各種爐窯的運(yùn)行和操作危險(xiǎn)，高處墜落事故等。根據(jù)對(duì)以往事故的統(tǒng)計(jì)分析，有色金屬冶煉生產(chǎn)安全事故的主要原因是：違章作業(yè)和不熟悉、不懂安全操作技術(shù)，工藝設(shè)備缺陷和技術(shù)設(shè)計(jì)缺陷，防護(hù)裝置失效或缺陷，現(xiàn)場(chǎng)缺乏檢查和指導(dǎo)，安全規(guī)章制度不完善或執(zhí)行不嚴(yán)，以及作業(yè)環(huán)境條件不良等。

黃金冶煉黃金冶煉生產(chǎn)過(guò)程中存在的主要危險(xiǎn)源有：高溫，噪聲，煙塵危害，氰化物和汞中毒，易燃易爆氣體和其他物質(zhì)中毒，燃燒及爆炸危險(xiǎn)，以及高處墜落事故等。根據(jù)對(duì)以往事故的統(tǒng)計(jì)分析，違章操作或誤操作、設(shè)備(施)及防護(hù)裝置自身缺陷，安全技術(shù)知識(shí)缺乏，現(xiàn)場(chǎng)缺乏檢查指導(dǎo)，監(jiān)護(hù)措施、監(jiān)護(hù)裝置與個(gè)體防護(hù)用品缺乏或有缺陷，以及事故預(yù)防與救護(hù)措施不完善等。

有色冶金有色金屬的生產(chǎn)， 包括地質(zhì)勘探、 開(kāi)采、 加工、 冶煉和加工等過(guò)程。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 物理、 化學(xué)先進(jìn)技術(shù)不斷運(yùn)用到有色金屬冶金技術(shù)的革新中， 使得有色冶金技術(shù)取得了新的進(jìn)展。 目前， 火法冶金由于自身的諸多不足已經(jīng)逐步被淘汰； 現(xiàn)在大多有色冶金企業(yè)及研究團(tuán)隊(duì)多以濕法冶金和電冶金為主進(jìn)行生產(chǎn)及研究。 有色冶金技術(shù)的不斷革新面臨著諸多的挑戰(zhàn)， 目前有色冶金正朝著綠色環(huán)保、 海洋資源利用及金屬替代品的開(kāi)發(fā)等方向發(fā)展； 但工業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的矛盾， 海洋資源利用技術(shù)難度大、 金屬替代品研發(fā)及生產(chǎn)成本高的問(wèn)題仍沒(méi)得到有效的方法解決。 考慮到諸多影響因素， 相對(duì)上述研究方向二次資源回收再利用的研究前景是較廣闊的； 如果切實(shí)做到將前期實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)成果應(yīng)用到后期的生產(chǎn)線上， 將是有色冶金技術(shù)的又一重大突破1。