高中化学金属冶炼方法范文第1篇

关键词 冶金工艺 案例库 案例教学

中图分类号：G642 文献标识码：A

Principles and Methods of Construction and Teaching

of Metallurgical Processes Case Database

XIAO Saijun， ZHAO Zhuo， FAN Youqi， HAN Zhao

（School of Metallurgical Engineering， Anhui University of Technology， Maanshan， Anhui 243002）

Abstract Case teaching is used more and more widely in Engineering Technology Teaching. For metallurgical engineering teaching， combined with metallurgical processes case to carry out teaching activities can promote the production of metallurgical processes theory and practical combination. This article first non-ferrous metallurgy and metallurgical processes common characteristic black analysis， on the basis of the basic principles and methods presented case base construction， finally， the establishment of three basic principles for effective teaching in the case base.

Key words metallurgical process; case database; case teaching

0 前言

案例教学法自1910年在美国哈佛大学法学院正式引入课堂教学以来，日益受到高等教育界的重视和欢迎。①上世纪八十年代开始，案例教学开始全面引入我国，主要用于法学、管理学等人文社会科学，散见于工程技术类专业教学。②近几年，为解决工程技术专业教育中出现的新问题，案例教学法开始系统的引入工程技术类专业教学中。2007年麻省理工学院发起一项工科本科生教改项目：“Gordon工程领导力计划”，③校友伯纳德・戈登为这个项目捐赠了2000万美元，使它成为麻省理工学院有史以来投入最大的一个本科生课程改革计划。该计划培养方案中一个最重要的思想就是在完成基础课教学之后，专业课学习全部以案例和项目的形式展开。

我国工科类院校近几年也开始重视案例教学在工程技术专业教学中的应用。④2010年，重庆科技学院出台《实施案例教学提高课堂教学质量的暂行办法》，重点建设与石油、冶金行业紧密结合的案例库。⑤2011年下半年开始，北京科技大学冶金与生态工程学院开始尝试建立钢铁冶金专业教学案例库，该项目实施的一个特色是聘请钢铁企业技术人员来校进行案例教学。⑥虽然我国引入案例教学法时间较早，在国内也被越来越多的人所接受，并列入了各高校的教学改革计划，但总体来说，当前国内的冶金工艺案例教学还处于一个起步阶段，其中一个重要原因是对冶金工艺案例库建设的原则和方法不明确，无法与现有专业教材中的工艺区别开来并进行有效的案例教学。案例教学过程也不是简单地进行案例堆积讲解，更多的是从各类案例中提取出共性的思想与方法，使得学生对冶金工艺有一个更好的把握。本文首先对冶金工艺的共性特点进行研究，在此基础上提出了冶金工艺案例库建设的基本原则与方法，最后，分析了如何有效进行案例库教学。

1 冶金工艺共性分析

金属矿产资源、金属种类以及冶炼原理与方法的多样性决定了冶金工艺的多样性。传统冶金工艺讲解均是按照冶炼对象，即特定金属来分类介绍，比如钢铁冶金学、铅冶金学、铝冶金学。针对某种特定的金属产品，分别按照原料、产品、工艺、设备这四个方面进行讲解。案例库建设与教学不能简单对各种产品冶炼工艺进行简单的堆积和分类讲解，必须考虑冶金工艺的共性特点，在弄懂每种金属具体冶炼工艺的前提下，寻找工艺设计的原则与通用方法，使得学生了解冶金工艺设计的思想，在进行各类工艺的对比分析和综合提炼时，可进一步提高学生对冶金工艺的宏观认识，同时也有助于进行冶炼工艺创新。

冶金工艺共性可以从三个角度分析，即冶金工艺目标的共性，冶金工艺原理的共性与冶金工艺手段方法的共性。

1.1 冶金工艺目标的共性

任何金属的冶炼工艺都是从矿石到金属，这就决定了冶金工艺目标是存在总的共性的，即去除矿石中无用的脉石成分，将有用的金属提取出来并进行必要的精炼。要完成这一总任务，必须依靠具有不同热力学条件的单元工序来完成，比如钢铁冶炼过程长流程的工序组合是：原料处理（烧结，球团）―高炉炼铁―转炉炼钢―炉外精炼。具体到每一个单元工序，也存在其目标，即实现生成相与相分离的两个目标。每个单元工序都有其流入的原料与冶炼的产品，产品就是该工序的生成相，比如高炉冶炼铁水单元工序，在实现了生成相铁水的同时，还需要将生成相铁水与其它相炉渣和烟气分离开来。每个冶炼工序都有其自身的生成相与相分离工序。

1.2 冶金工艺原理的共性

冶金工艺以化学反应为主，同时为了实现化学反应过程还需要引入不同的物理手段，比如温度、压强、气氛的控制等，这就注定不同冶炼工艺会拥有共同的原理。从现有的冶金工程专业教学安排可知，《物理化学》与《冶金传输原理》是冶金工艺所依赖的基本原理。在讲解特定金属冶炼工艺的时候，需要结合原理来讲授工艺选择的科学性，在进行案例教学时，可以从基本原理出发，讲解该原理如何应用到各种冶炼工艺中。这样可使学生进一步掌握如何应用原理进行工艺设计。

1.3 冶金工艺方法手段的共性

冶金工艺有共同的目标和原理，在方法手段的实现上，也有共性。冶金工艺方法手段一般分类是火法冶金、湿法冶金与电冶金。或者分成火法冶金与湿法冶金，将电冶金按照温度的不同分别列入火法冶金与湿法冶金。另外，还有一种分类方法就是类比化工过程将冶金过程看成一连串单元操作和单元程序的协调配合，原料经此而转换成产品。⑦不管何种分类方法，都可以认为冶金工艺的共性方法手段包括如下：浮选、过滤浓缩、造球、干燥、焙烧（氧化、还原、磁化和烧结等）、还原（固体碳还原、气体还原、金属热还原、气态还原、有机化合物还原等）、火法精炼（熔析、氧化、硫化、萃取、真空）、电沉积和电解精炼（水溶液电解、熔盐电解、汞齐精炼等）;浸出（酸性浸出、碱性浸出、细菌浸出等）、净化（水解、置换、化学沉淀、结晶、熔剂萃取、离子交换等）、挥发与蒸馏（升华、氧化挥发、氯化挥发、精馏、真空蒸馏、还原蒸馏、气化沉积等）。对于以物理过程为主的单元操作，可以总结为，搅拌（机械搅拌、电磁搅拌和气体搅拌），加热（电热和化学热），减压操作（常压，减压，真空），渣处理与合金化。对这些共性的冶炼方法可以专门进行讲解，介绍其中的基本原理与实现方法。对冶金工艺手段的总结有助于学生掌握各种实现冶炼目标的手段，更有助于学生进行工艺创新设计。

2 冶金工艺案例库建设的原则与方法

2.1 冶金工艺共性研究案例库建设

不同冶炼工艺具有相同的冶金工艺的共性，即冶炼目标、基本原理与方法的共性。案例库建设时，重点按照基本原理和基本方法来建设。具体方法如下：从基本原理角度建立案例库，比如搅拌案例库，可分别讲解机械搅拌、气体搅拌、电磁搅拌以及其它搅拌四大案例库。再比如，温度控制是火法冶金工艺控制的关键因素，可建立加热案例库，分别整理外加燃料加热、自身化学反应加热、电加热等案例库。

2.2 冶金工艺发展历史案例库建设

对于某种具体的冶炼工艺，我们常常讲解现有的常用的经典方法，对于其发展历史介绍很少。在案例库建设中，必须重新整理各类金属冶炼工艺的发展历史，并进行对比分析，由此得出冶金工艺发展的基本原则、冶金落后工艺淘汰原因、未来新工艺发展的原则等。比如，炼钢工艺中主要为转炉和电弧炉炼钢，而平炉工艺已经淘汰，在案例库建设中，比如补充平炉冶炼工艺，并重点讲解为什么转炉工艺可以替代平炉工艺。

2.3 冶金工艺创新设计案例库建设

冶金工艺一直在发展当中，结合现有技术难题以及科研课题来建设案例库是十分重要的。只有引入新问题，将学生带入进冶金工艺的前沿领域，才能真正启发学生的兴趣，调动学习积极性，同时也才能真正掌握基本原理与方法解决具体问题，打通理论教学与实际应用的隔阂。比如，对于锰系铁合金的冶炼，考虑到我国现有氧化锰矿有将近60%需要进口，国内大量贫锰矿搁置没有开采使用，可专门建立“低品位锰矿综合利用案例库”，在讲解现有研究的基础上，鼓励学生提出自己的工艺路线。

3 冶金工艺案例库教学的原则与方法

3.1 专人负责与专家讲授原则

该课程必须由某位老师具体负责，但是讲解过程可由该领域的专家来讲解，专家不仅包括学校老师，同时还必须与企业技术人员结合起来，聘请他们来高校进行教学。专人负责可保证课程的统一性与协调性，专家讲授可保证案例教学的质量。

3.2 网络教学原则

可建立冶金工艺论坛网站，面向高校教师、企业技术人员和学生开放，把各类案例库资源放在网络上，有利于学生学习，同时也有利于教师和技术人员进行案例库的完善。另外，教师、技术人员和学生可跨越时空进行各类技术问题的交流，打破身份限制，在虚拟空间互为老师，互做学生。

3.3 师生互动原则

现有冶炼工艺授课时多采用传统的“传道、授业、解惑”的讲课模式，学生在大多数情况下处于被动接受的状态，因此积级性不高，影响听课效果。案例教学法，是从实际出发，通过一个具体教育情景的描述，引导学生通过阅读、思考和分析而提出问题、分析问题，并通过师生间的相互讨论和争辩来解决问题，它可以把枯燥、抽象的理论变为生动典型的例子，活跃课堂气氛，把理论与实践相结合，易懂易记、印象深刻，有利于提高教学效果。在师生的共同努力下使学生举一反三、理论联系实际、融会贯通、提高能力和水平。

4 结论

（1）各类金属产品的冶炼工艺存在目标、原理与方法上的三条共性原则;（2）案例库建设要从共性案例库、工艺历史案例库与工艺创新案例库三个角度建设;（3）案例库教学需要专门开设课程进行，且需要专人负责与专家讲授、网络教学及师生互动三条原则，才能有效进行案例库教学。

资助信息：安徽工业大学教学研究资助项目，项目编号：2014jg18

注释

① 李德林.案例教学.青岛出版社，2006.

② 梁周敏等.案例编写与案例教学.河南人民出版社，2007.

③

高中化学金属冶炼方法范文第2篇

【同解法则】解图象问题时要重点抓住横坐标表示的物理量对纵坐标表示的物理量的制约，出现拐点就表明发生新反应或者外界条件发生了变化。

高考常考的图象题主要有以下几种：

（1）向弱电解质溶液中加入其他物质（水、酸或碱等）后离子浓度变化图象。解题的关键是抓住电离平衡移动以及粒子浓度的影响因素：体积、粒子数。体积增大浓度变化较快。

（2）化学反应顺序图象。突破这类图象的关键是抓住反应先后顺序，一般先发生的反应产物能与其他物质共存。

（3）化学反应速率与化学平衡图象。平衡前用化学反应速率影响因素解释；平衡后用平衡移动原理解释。

【异同分析】例2以黄铜矿为原料制备精铜，变式题与例2目的相同，两题都涉及离子方程式、化学方程式书写以及电解法冶炼铜。这类题的共同特征是涉及实验基本操作（如混合物分离提纯）、氧化还原反应原理（如选择氧化剂，书写离子方程式等）、盐类水解原理、混合物分离提纯等。

【同解法则】金属冶炼要抓住工业生产过程：

（1）选矿。工业上，选择品位高、有效成分百分含量较高的原料冶炼金属。

（2）选择冶炼方法。金属冶炼都是利用氧化还原反应，将化合态金属转化成游离态金属，根据金属活泼性可选择热还原法、电解法等。在金属活动顺序表中，钠、镁、铝等活泼金属可用电解法冶炼；而锌至铜一般采用热还原法冶炼，还原剂主要有铝、炭、氢气、一氧化碳等；大多数过渡金属如铬、钛、锰等介于锌与铜之间，可采用热还原法，如用钠、镁等作还原剂，还原四氯化钛制备钛。

高中化学金属冶炼方法范文第3篇

关键词：有效元素；有色金属；回收

目前，世界上已探明的金属有86种之多，其中铁、铬、锰称之为黑色金属，其他金属都可统称为有色金属。冶炼工业中最常见的有色金属包括铜、镍、铅、锌、锡、铝、钨、钦等。这些有色金属在冶炼过程中由于冶炼工艺等原因除希望冶炼的元素外还会产生大量的其他元素，当前大多数有色冶金企业把这些有效元素当作了冶炼伴生的废渣进行了丢弃。丢弃的结果可想而之，既是对有效元素的浪费，又加重了当地的环境污染。因此，对“废渣”中的有效元素进行回收，二次利用，变费为宝，将会产生社会效益和经济效益的双赢。

1 有效元素回收方式

在有色金属的冶炼过程中产生的废渣元素种类很多，其中可回收，再次利用的有效元素也不少，可分为有效金属元素和有效的非金属元素，根据冶金的要求和用途，废渣中有效元素的回收方式也不相同。对于金属元素的回收，一般采用选冶、火法冶炼和湿法冶炼等技术，而非金属元素（如余热）的回收采用梯级利用法。有效元素回收的原则是减量化、资源化、无害化。

1.1选冶法

在冶金有效元素处理的初期，尾矿的选择上，需针对矿山物理表面的不同化学成分、性质，采用适合尾矿再选的选冶流程（螺旋溜槽-BL1500螺旋溜槽、浮选+尾矿氰化选冶联合流程、浮一重一磁联合流程、先铅后铜的优选浮选等），或通过新型药剂（如浸锌渣还原、浓缩脱液等），从粗精矿中直接选择出精矿。通过尾矿选治增加经济效益，避免因尾矿回收率低，引起的矿山企业开发、利用率积极性不高等原因引起的矿山的恶性开发，增强有色金属的综合利用，使矿山开发、有色冶金、回收利用良性循环、可持续发展。

1.2湿法冶金

湿法冶金是目前回收冶金过程中废渣有效元素最有效的方法和常用方式之一。它是通过酸、碱、微生物水溶液浸出方法提取所属金属元素，最后用电解水溶液的方法抽取金属。并且湿法冶金对冶金劳动条件要求不高，无高温和粉尘危害，况且排放的有毒气体极少，可以达到生产清洁的要求。所以，湿法冶金常作为复杂废渣冶金或尾矿再开发的新技术。

1.2.1湿法冶金步骤

在湿法冶金过程中分为三个步骤：（1）将矿石原料浸泡在水溶液中，这一过程简称原料浸出。（2）净化：再将浸取的溶液和残渣分离，进而通过溶剂萃取技术、离子交换技术、沉淀法、还原法将夹杂在冶金溶液与有用的金属离子洗涤回收。（3）金属抽取：采用电解法从净化液直接提取金、银、铜、锌、镍、钻等纯金属；而以含氧酸形式存于水溶液中的铝、钥、钨等金属，一般先进行析出氧化物，然后再还原得到有效金属。

1.2.2原料浸出

湿法冶金的浸出环节是冶金中的最重要的一步，由于废渣矿石中有效金属元素是呈硫化物、氧化物、硫酸盐、砷化物、碳酸盐、磷酸盐等形态存在，要想将有效金属从有害杂质中分离出来，需要谨慎的选择溶剂。浸出的方法也很多，要因材治宜，有酸浸出、碱浸出、盐浸出以及细菌浸出。可用HZSO4作为药物溶剂来处理含酸性的矿石浸出镍、锌、铜、钻等氧化物，回收率可高达99%以上，效果明显。用HCL处理含酸性的矿石浸出黄铜。用浓度巧%的HCL和浓度30%的HZSO4混合处理钨矿。用NH：处理含碱性的矿石浸出钻、镍、铜的硫化物；用Na多处理硫化锑、汞矿浸出HgS、53、SbZs3。NaCL处理含铅半产品的尾矿浸出PbSO4、PbCLZ。用NaCN处理金银矿、高铁盐作为氧剂使用浸出硫化铜、黄铜。用细菌、微生物作为水溶液浸出硫酸盐、氯化物等。

1.2.3 净化

经过原料的浸出后，会得到很高比例的有效金属，但仍然许多不需要的或有害的矿物质，它们随溶剂混合于想要抽取的有效金属中。净化的过程有两种，一是先从溶剂中析出待沉积的有效金属；另一种方法是先析出杂质，让有效金属保留在溶剂中。常用的净化方法有：溶剂萃取、离子沉淀、离子交换和还原法。

利用水溶液与有机溶剂分层液体相的原因而采用的溶剂萃取技术，再用稀释剂从有机相中分离金属离子离子。目前已有200余种萃取溶剂，其中有十几种是被广泛应用在工业冶金中的。对有机溶剂的选用上，还有非常大的进步空间，可利用现有的溶剂萃取液合成更加高效的、廉价的新型萃取液，并且，有机溶剂萃取的工艺上也有较的改善空间。

由于离子交换树脂合成简宜，并且不溶于其他酸碱盐溶液以及有机溶剂，所以在离子交换工艺中离子交换树脂是重要的转换物质。与溶剂萃取相比，离子交换技术具有操作方便、选择性好、性能稳定、容量大的特点。沉淀法也是一种最常用的净化提纯技术，可用于获得盐类、氧化物或金属产品。沉淀方法有硫化物沉淀法、水解沉淀法以及共沉淀法等。

1.3火法冶金

火法冶金是回收冶金过程中有效元素的最古老的方法，在昔日发挥了重要的作用，但由于其高耗能，对环境的污染大，在环保节能的今天，火法冶金逐渐要退出历史舞台。单纯使用高温进行火法冶金提取有效金属的方式基本上不再使用，但与湿法冶金相结合回收有效金属的混合技术仍有广泛的市场价值。24余热回收要充分合理地利用有色炉窑的烟气余热，就要根据烟气余热资源的数量、品质（温度）和用户要求，遵循能级匹配的原则，实现对其进行按质回收，温度对口的梯级利用。一般情况下具体的梯级利用原则如下。

优先考虑将烟气的余热回收利用于生产工艺过程本身。这样，将烟气中的余热直接带回生产工艺过程中，直接降低了生产工艺过程的能耗，比通过转换装置来回收烟温的余热更为经济和有效。其次，冶金过程产生的高温余热可应用于动力回收，使用水蒸汽进行循环发电，高温余热的热能转换成电能。最后，这部分的烟气余热最好直接应用于生产工艺本身，如加热物料、预热助燃空气等。如得不到以上利用时再考虑应用其冬季采暖，夏季制冷等其他利用方式。

高中化学金属冶炼方法范文第4篇

关键词：电渣冶金；工艺特点；应用；探讨

一、前言

电渣冶金是金属及其合金的一种特殊熔炼方法。它是一种利用强电流通过渣池区域所产生的焦耳热将固态渣熔化成液态熔渣,自耗电极(或液态金属)在高温液态渣池中逐渐熔化和精炼的方法。电渣冶金包括:电渣重熔、电渣熔铸、电渣转注、电渣浇注、电渣离心浇铸、电渣热封顶、电渣焊接、电渣复合、电渣直接还原及新近开发的可控气氛电渣冶金等。

电渣冶金诞生20世纪40年代末,在乌克兰巴顿电焊研究院工作人员发现,当电流通过熔渣(渣池)时产生的热量使焊丝(金属电极)熔化,可将零件的两边焊接起来,由此电渣法形成。标志着电渣法在冶金工业中进一步发展及电渣重熔工艺诞生的事件是1952年乌克兰巴顿电焊研究院在世界上第一次熔炼出具有优良特性的小型奥氏体电渣钢锭。1958年第一台工业电渣炉在扎布罗什扎的德聂波尔钢厂投入运行,标志着电渣重熔特种冶金诞生。

二、冶金工艺特点

电渣重熔冶金的特点是熔铸始终在液态渣层下进行,不与大气接触;液态金属在铜制水冷结晶器中凝固,不与耐火材料接触;冶金反应温度高;金属液与熔渣接触充分;渣池搅拌强烈;金属液与熔渣界面由于毛细效应而发生振荡及顺序结晶。

1渣池温度高

一般渣池表面层温度可达到1700℃,而电极下端至金属熔池中心区域温度最高,由此可知电渣渣池的温度要更高。电渣重熔常用渣系CaF2 +Al2O3的熔点为1300℃左右,一般钢的熔点在1400℃至1500℃之间。较高的渣过热度和钢液的过热度可以促进一系列物理化学反应的进行,有利于非金属夹杂的去除和脱硫。

2金属液与熔渣接触充分

电渣重熔过程液态金属和熔渣充分接触发生在三个阶段:

1)第一阶段自耗电极熔化端面上所形成的液体金属膜与熔渣接触过程

表1不同钢种熔点及重熔渣池温度

自耗电极端头,在熔渣内受熔渣的电阻热,沿表面逐层熔化,熔化金属沿锥头形成薄膜,金属细流沿锥面滑移,在端头汇聚成滴。金属流内可能产生湍流,不断更新表面。

2)第二阶段为熔滴中金属的精炼。

此段过程中电极端头金属液在重力和电磁引缩效应作用下,脱离电极滴落,穿过液态渣池,落入到金属熔池。滴内金属可能产生环流。

3)第三阶段为金属在金属熔池中的精炼。

金属熔池上表面始终在渣层下和熔渣长时间相接触。

表2电渣重熔各阶段钢液与熔渣接触条件比较

注:电极直径Ф100mm,结晶器直径Ф280mm,电流I=4500A,电压V=55V,渣系AHФ-6渣,钢种GCr15。

由表2可见,电渣重熔第一阶段电极端部熔化的液态金属与熔渣有效接触面积非常大,并且金属液膜很薄,传质路程很短,所以对钢渣的精炼反应非常有利,是电渣金属的重要精炼阶段。电渣重熔第二阶段虽然比面积也很显著,但由于熔滴与熔渣接触时间不长,该阶段对金属的精炼效果不显著。电渣重熔第三阶段尽管钢渣的比面积很小,而金属液与熔渣一直保持接触状态,精炼时间长,弥补了其比面积小的不足。

3渣池搅拌强烈

在电渣重熔过程中渣池被强烈搅拌,其原因是:

1)电动力的作用

电极端头呈锥状,由于导电截面的变化,产生轴向电动力。

2)电磁引缩效应力

电流通过渣池,产生自感磁场,电流通过磁场,产生向心方向的电磁力。

3)重力作用

金属熔滴受重力作用,在渣池中滴落,由于熔滴和熔渣之间存在附着力、摩擦力,必然带动渣池运动。

4)渣的对流

由于渣池的不同部位温度不同,造成不同的比重,熔渣温度越高则其比重越轻,因此比重较小的渣浮升,比重较大的渣就下沉,从而促使渣池产生对流。

5)气体逸出和膨胀的推力

在电渣重熔过程中,当钢中的气体由金属熔池进入渣池逸出时,通常认为有一沸腾过程。这一过程必然促使渣池膨胀而产生推力,加剧渣池的搅拌。

4电毛细振荡

当交流电通过液态金属与液态熔渣分界面时,金属-熔渣界面发生强烈振荡,称为电毛细效应。这是由于交流电通过液体界面,引起极变,随着两个相界面上电位差的变化,相界面张力发生剧烈变化。界面张力随时间成周期性变化,变化频率与交流电频率相关。用频率为50Hz交流电时,当熔渣作为阳极时相界张力增加,这时金属-熔渣界面呈凸起弯月形,经过0. 01秒,当渣成为阴极时相界面变成下凹弯月形。因此相界张力不断交替增加或减少激起相界面剧烈振荡。

对于直流电电渣重熔,一定组份而成的熔渣、金属液界面张力保持一定值,不发生电毛细效应。由于交流电周期性变化,引起电极熔化末端液态金属层与熔渣之间、金属熔滴与熔渣之间以及金属熔池与渣池之间等渣金交界处的界面张力也周期性变化,促使界面周期性振荡,加强了传质过程、扩大了界面反应面积,强化了金-渣反应,促使熔渣吸收或溶解钢中夹杂物,促使气体向渣中转移。

表3不同电源电渣重熔的脱硫效果

注:电极为45#钢,渣系为CaF2 80% +CaO 20%。

5液渣保护及在渣壳中成型

由于不存在耐火材料的侵蚀问题,杜绝了由此带入外来夹杂的可能性,同时金属熔池上方始终有热渣保护,能使钢液不与大气直接接触,减轻了二次氧化和避免了一般铸锭常见的缩孔、疏松、翻皮等缺陷。随着电渣锭生长,熔池和渣池不断上升,上升的渣池在水冷结晶器的内壁上形成一层均匀的光滑渣层,钢液在液态熔渣覆盖和渣壳包覆中凝固,渣皮对钢锭的表面性质和结晶器-钢锭间的性起着重要作用,因此钢锭表面非常光洁。

6金属液顺序凝固

由于金属熔池同时受到上部渣池和熔滴的加热和水冷结晶器的向下水平方向的散热的双重作用,结晶过程基本上是由下向上呈人字形或垂直生长,结晶方向由热源的移动速度即熔池的结晶速度和熔池的形状而定,因而又为电力制度所控制。由下向上的结晶有利于排出金属液中的气体和钢液中的夹杂物。

三、电渣冶金应用

1)电渣冶金具有以下优越性:

(1)性能优越性:电渣产品金属纯净,组织致密,成分均匀,表面光洁。产品使用性能优异。如GCr15电渣钢制成轴承寿命是电炉钢轴承的3. 35倍。

(2)生产灵活性:电渣冶金不仅可生产圆锭、方锭、扁锭,而且能生产圆管、椭圆管、偏心管、方形管及异形铸件,实现毛坯精化。所熔铸的异形铸件从几克重的金属假牙到150t的水泥回转窑炉圈。

(3)工艺稳定性:质量与性能的再现性高。可将电炉母炉号为一批抽检。

(4)经济合理性:设备简单、操作方便、生产费用低于真空电弧重熔,金属成材率高,对超级合金、高合金及大钢锭而言,提高成材率,其效益足以抵消生产成本。

(5)过程可控性:过程控制参量较少,目标参量易达到,便于自动化。对产品微量化学成分、夹杂物的形态及性质、晶粒尺寸、结晶方向、显微偏析、碳化物颗粒度及结构等都能予以控制。

2)这些优点促使电渣冶金这一技术迅速推广应用。工具钢、结构钢、低合金钢和中合金钢、高强度钢、高合金不锈钢和耐热钢,铁、镍和镍钴基合金,铜及其合金,电工钢及合金,基于金属间化合物的高活性钢和合金都能进行电渣熔炼。电渣法在特种冶金领域的进一步发展产生了电渣熔铸。在许多情况下,电渣熔铸可取代金属的液态模锻,并可得到具有最佳形状和高质量的锻件。此外,要求电渣熔铸要达到金属质量,如无缺陷、高的物理和机械性能、高纯度(有害杂质和非金属夹杂物低)等都能在电渣熔铸中达到。电渣熔铸的特点是有价合金元素的收得率高和完全消除了试生产阶段的报废。

在重型机器制造业中,电渣熔铸用来生产冷压和热压模的钢坯、大型钢包的耳轴和耳轴承板、冷热轧辊、轧辊辊套、回转炉、曲轴、冶金工具,也用来生产铸焊高压气缸,尤其是用电渣熔炼法将支管直接熔接在容器铸件上。用电渣熔炼法技术可使熔焊的支管与容器表面之间达到光滑过渡,无须另外进行机械处理。

电渣重熔的产品涉及到原子能、宇航、船舶、电力、石油化工以及重型机械等行业。异型件有各种各样的形状和尺寸,其最大重量达几百吨,最小的只有几十克。如巨型发电机转子轴、船舶柴油机大型曲轴、各种高压容器、大型圆环件、各种类型的轧辊、动力管道的阀体、三通管、透平涡、厚壁中空管、核电站压水堆的主回路管道(直管、弯管)、石油裂化炉管(圆、椭圆及U型管)、齿轮毛坯、各种模具(包括冲压模具)和几十克的假牙。

电渣冶金也存在着局限性,如熔炼和凝固速度偏低、自耗电极氧化、熔渣吸气以及活泼金属的氧化等。如何发挥电渣冶金技术的优越性,改善和消除其局限性,一直是电渣冶金技术发展的主要课题。最近电渣冶金技术又有了新的突破,相继开发了导电结晶器、快速电渣重熔、洁净金属喷射成形及可控气氛电渣冶金等技术。这些技术的出现,使电渣冶金再一次显示出了强大的生命力以及宽广的应用前景。

四、结语

在炉外精炼技术飞速发展的今天,电渣冶金在许多方面仍具有较大的竞争力,如电渣重熔中型及大型锻件、电渣重熔空心锭和电渣熔铸异形铸件均占有重要地位。特别是在优质工模具钢、不锈钢及其它特殊钢生产领域,电渣冶金占有绝对优势。此外,电渣冶金在有色金属的

冶炼方面也将得到越来越多的应用。

现代工业生产需要的优质合金钢及特种合金数量日益增多,对金属材料质量和性能要求不断提高,毛坯的重量和体积不断增加,从而为电渣冶金提供了广阔的发展空间,新技术的不断出现也将推动电渣冶金的应用越来越广泛。

参考文献

[1]李正邦．历史的见证―庆祝我国电渣冶金诞生50周年.中国金属学会特殊钢分会．2008年全国电渣冶金学术会议文集，太原:2008.

[2]李正邦.电渣冶金原理及应用,北京:冶金工业出版社, 1996.

[3]张家雯,郭培民,李正邦.电渣重熔体系电毛细振荡的研究.钢铁, 2000.

高中化学金属冶炼方法范文第5篇

关键词：实验探究；变化守恒；宏微结合；分类表征；绿色运用

文章编号：1008-0546（2016）11-0052-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.11.017

2016年5月19日，南通市高中化学（使用人教版教材）优秀课评比在江苏省海门中学举行，我有幸参加课堂展示，在高一（7）班借班上了一堂新授课“开发利用金属矿物和海水资源（第1课时）”。本次活动以“培养学科核心素养”为主题，下面就这堂课的教学设计作一介绍。

一、设计理念

鉴于人教版《化学2》[1]中本节课的“承前启后”：既是对《化学1》中钠、铝、铁等金属及其重要化合物知识和氧化还原反应的进一步归纳、梳理和运用，同时又为《选修2》第三单元“化学与材料的发展”课题2“金属材料”中深入学习铁、铝的冶炼做好准备。在综合比较了人教版和苏教版中有关金属的教学内容后，设计了两条主线，一明一暗。明线：即以人类发展史中重要金属材料的发现和使用为主线，着重讨论青铜时期铜的冶炼（因为人教版《化学1》对铜的教学相对不如钠、铝、铁系统，而苏教版《化学1》[2]编有“铜的获取和运用”）和铁器时期的炼铁、炼钢（考虑到钢铁仍是目前使用量最大的金属材料），进而结合金属活动性，通过归纳、分类和整理各种金属的工业冶炼方法，加深对氧化还原反应的理解。暗线：寓学科核心素养的培养于学生思维品质的优化中，通过精心设计的问题，结合适当的学法指导，从“实验探究”“变化守恒”“宏微结合”“分类表征”“绿色运用”等多个方面培养学生的学科素养。整节课的教学思维导图可表示为图1：

二、教学目标

1.了解铜、铁等金属的冶炼史，认识冶炼金属的一般原理，初步学会分析、比较和归纳不同金属的冶炼方法。

2.深化氧化还原反应的理解和运用，感悟其在金属材料发展中的关键作用。

3.铭记历史，进一步增强民族自豪感、责任感和使命感。

三、教学流程

四、教学过程

1. 情境导入

[师]先来做个游戏――连连看！游戏规则是对人类历史发展代表性时期和对应的标志性技术或人物进行连线，如图2。

[师]今天我们一起来走进人类历史发展中的重要金属材料。石器时代“火”的发现和利用为铜、铁的冶炼奠定了基础，包括工业革命时期大量使用有色金属材料。所以说人类文明史就是世界材料发展史。

设计意图：第一，寓教于乐；第二，明确本堂课的明线――不同历史时期典型金属冶炼及金属材料的运用，初步体验分类表征；第三，利用交互式电子白板的“幕布”功能，使得游戏与评价变得简便可行。

2. 活动一：了解铜的冶炼历史

[图片展示]介绍两件珍贵文物：司母戊鼎和铜虎头。

设计意图：兼有培养学生民族自豪感和铭记历史教训的用意。从某种意义上来讲，铜虎头已经超越了一件普通文物的意义，唤醒我们同学：中国至今还有上百万件珍贵文物流失海外。

（1）从铜的化合物中还原出铜

问题：人类很早就发现，孔雀石[主要成分是Cu2（OH）2CO3]在熊熊燃烧的树木中灼烧，树木余烬里会有一种红色光亮的金属凝固出来，试用化学方程式表示所发生的反应：（1） ；（2） 。

早期湿法炼铜有“曾青得铁则化为铜”的记载，其原理为 。

[生] 讨论概括出上述两种方法制铜的本质――从化合态还原为游离态。

视野开拓：介绍湖北博物馆的镇馆之宝“编钟”（图片）的高超铸造技术：运用合金比例（图片）控制音色！（锡偏低，钟声单调而尖锐，过高钟体韧性下降易被击破，而适当的含铅量则有利于声音的衰减，改善音色）。它的神奇还不仅于此……（有兴趣的课后可上网了解）

设计意图：激发学生的兴趣，也为后面介绍炼钢中通过调节硅、锰等合金元素来得到用途不同的钢材埋下伏笔。由组成的不同而导致结构的差异，从而初步感受“性构相依”。而对于“神奇的音乐性能”现场不讲，仅留提示，必定会激发学生学习的热情，兼有激发学生热爱艺术的设想。

（2）分组实验――“电解氯化铜溶液”

【实验说明】

[师]J形管[3]高端碳棒与电源负极相连（阴极），J形管低端碳棒与电源正极相连（阳极），注射器内装有湿润的淀粉碘化钾试纸，通电（24V）3分钟，注意观察阴、阳两极现象，结束实验后向上少许提拉注射器活塞（注意不要吸进溶液），观察试纸颜色，并完成化学方程式。

设计效果：从实验的角度丰富了制备铜的方法，也为《选修4》中电解精炼铜开一扇窗。可通过加液后在J形管两端自然形成的液面高度差判断装置的气密性，另外装置在密闭体系中检验Cl2，减少了其对环境的污染，本身就体现了绿色化学思想。

[师]视野开拓：简单介绍现代炼铜技术――火法炼铜和生物炼铜。

3. 活动二：认识炼铁（钢）的原理

（1）实验探究――“铝热反应”

装置改进如图4：用水泥和沙子在铁皮罐内侧浇铸成坩埚状，底部开孔，将纸漏斗放入，填上铝热剂，表面铺一层氯酸钾，三脚架下面预先放好盛有细沙的蒸发皿。用坩埚钳将燃烧的镁条插入反应物引发反应，……夹出红热物，用磁铁靠近。

设计效果：当给铝热反应重新按了这个家后，用5g Fe2O3和2g Al粉演示，现象十分明显，火焰集中在小范围内垂直向上喷射，底部高温熔融物相对集中落下，并能在细沙中保持相对较长时间（约10秒）的“红热”状态，给学生对反应放热留下深刻印象，稍冷，能被磁铁轻松吸引。十分适合当场演示，在药品预先加好的前提下，整个实验用时在4分钟以内。

[师]请完成该反应的方程式（并点评）。鉴于铁、铝都是用途极为广泛的金属，这个反应不具有大规模炼铁意义，但是这个反应由于放出大量的热，因此可以用来焊接铁轨（称之为铝热焊）、冶炼高熔点金属（如锰、铬和钨等）、甚至用于定向爆破。

[师]根据反应的宏观现象，从微观角度加以分析。

问题1：根据反应的宏观现象，从微观角度绘出铝热反应过程中的能量变化，见图5。

[生]利用白板的拖拉功能将反应物、生成物拖到相应位置，并连接成曲线①。

问题2：反应物能像乘“滑滑梯”一样自然而流畅地转化为生成物吗[4]？

[生]小组讨论，修正曲线①为曲线②。

问题3：能不能降低反应的“坎儿”（如曲线③）？

[生]使用催化剂。

[师]寻找合适的催化剂！而金属及其化合物是这个领域研究的热点，可谓方兴未艾（2007年度诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈德・埃特尔在表面化学研究领域上的突破）。有兴趣的同学两年后可以考虑填报“催化工业”专业，今天你们站在海门市基础教育的制高点，相信假以时日，你们也一定能登上世界“催化工业”的巅峰。

设计意图：利用电子交互白板能轻松展示上述层层递进的三个问题解决的过程！较好地落实了“宏微结合”，进而完成从“物质转化与能量变化”双重角度认识物质世界！并且进一步激发学生对化学的兴趣，再次点燃学生学习激情（学生不由自主的热烈掌声也给予我极大的鼓励）。

（2）看图比较古代炼铁和现代高炉炼铁

结合屏幕上的古代炼铁图片和高炉炼铁示意图，进行比较并完成下表：

设计意图：比较是一种高效、深刻的学习方法。

[图片展示]泰坦尼克号沉没的图片以及最近出现在南海的美国现役主战航母――“斯坦尼斯号”图片。

设计意图：第一，说明作为轮船或航母甲板对钢材质量的要求之高；第二，联系时下区域政治热点，激发学生的爱国热情，并自发转化为一种民族的使命感、责任感。

[视频播放]结合“氧气顶吹转炉炼钢”的模型观看相应视频，理解炼钢的目的及反应原理。

4. 活动三：整理金属冶炼的本质、方法、过程和金属资源的有效使用途径

（1）简单表示金属冶炼的本质：

（2）结合金属活动性顺序表，讨论不同金属冶炼方法的选择。

（3）金属冶炼的一般过程包括 、 、 。

（4）列举合理开发利用金属矿产资源的几种途径。

设计意图：学生自主建构，同时形成本堂课的主板书设计，见图6。

[师]金属材料发展的历史演变是材料发展的历史演变中的重要组成部分，见图7。从人类历史发展的几个重大时期看，材料历经了天然材料陶瓷青铜铁钢有色金属高分子材料新型材料，这正验证了美国科学家西博格的一句话“化学，人类进步的关键”。

课后拓展：上网查阅、走访、调查了解海水金属资源的利用现状和展望。

五、教学反思

1. 对立与统一

整合和发挥素材在教学中的辩证性：如两种青铜器图片的使用，既激活学生的民族自豪感，又让学生回忆了中华民族这段屈辱的历史；又如，为说明材料科技的进步是为造福人类社会，却又选择了“泰坦尼克号”海难图片，以及以“斯坦尼斯号”为代表的美国航母在南海制造紧张局势……也很好地印证了课的最后所引用的恩格斯的充满哲理的一句话：“化学既是关于自然的科学，又是关于人的科学。在当代科学的发展趋势中，它们正在走向统一。因此，现代化学不仅是认识生命过程与进化的手段，也是人类生存和获得解放的手段。”

2. 实验探究与创新

J形管的运用有效地保证了两液面高度差的形成与观察，同时采用注射器保证了实验中电解氯气的绿色检验，很好地发挥了实验的不可替代功效。实验结束后将针筒中的氯气推入烧碱溶液吸收即可，而CuCl2溶液可供多个平行班级重复使用。铝热反应的反应器以及引燃方式都做了改进，改进后的装置能承受反应高温，外壁不会发烫，可用于反复演示实验而不损坏。引燃镁条时，先用坩埚钳夹住镁条中部，点燃一端迅速将另一端插入铝热剂，这个动态的过程相比教材中静态的过程而言，改善了空气和镁条的接触，反应加剧，有效解决了原来演示过程中燃着的镁条自上向下燃烧到根部会熄灭，从而导致不能引发铝热反应这个问题。

3. 摆事实讲道理

通过编钟中合金成分的分析，锡、铅含量对钟声音色的影响，以及将生铁炼钢过程中各元素含量的变化与调整和钢材所呈现的特性等的关联，培养学生“性构相依”的学科思想。通过由表及里、层层推进的三个问题：根据铝热反应的宏观现象，如何从微观角度绘出反应过程的能量图？反应物会像乘“滑滑梯”一样自然而流畅地转化为生成物吗？能不能降低上述这些反应的能量障碍那道“坎儿”？进而完成从“物质转化与能量变化”双重角度认识物质世界！

比较遗憾的是，学生活动三这个环节略显仓促，本来预设了这样一个活动，让学生扮演我国西部铜城――白银市市长这一角色，谈谈本市矿产资源合理开发的举措……由于我看错时间（结果下来发现提前了3分钟下课），以为课上来不及了，忍痛割爱，失去了培养学生社会责任感、参与意识和决策能力[5]的极佳机会，行文至此仍不吐不快。

致谢：感谢江苏省如东高级中学的同仁们在准备过程中给予的大力帮助。

参考文献

[1] 宋心琦.普通高中课程标准实验教科书・化学2[M].北京：人民教育出版社，2008

[2] 王祖浩.普通高中课程标准实验教科书・化学2[M].南京：江苏教育出版社，2007

[3] 蒋海燕.J形管在中学化学实验中的应用探讨[J].化学教学，2012（11）：47