冶金学试题2及答案

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1、2005年度冶金学考试题（A卷）概念题任选 5题，每题 4 分，总 20 分）1. 铝酸钠溶液分子比2. 铝电解质分子比4. 漂浮状态熔炼5. 焦比6. 拉速二、简述题（任选 6题，每题9分，总54分）1、高炉区域可划分哪几个区？并阐述各区的主要反应及特征。2、在转炉吹炼过程终了时，为什么钢液中会有“余锰（残锰）”，余锰含量的高低受 哪些因素的影响？3、与模铸相比，钢的连铸体现哪些优越性？1. 拜耳法生产氧化铝的基本原理。2. 为什么用拜耳法工艺处理A/Si较高的铝土矿比较合理？3. 氧化铝生产过程中，含硅矿物所造成的危害主要有哪些? 密闭鼓风炉的床能率和冰铜品位低的主要原因是什么？ 简述粗铜

2、火法精炼中氧化过程的基本原理。6. 稀土精矿分解概括有几种方法，各方法适用于分解那类矿物？工业中应根据那些原则 选择适宜的工艺流程？三、综合题（任选 2题，每题13分，总26分）1. 已知：铜冶金炉渣的Fe/SiO2比R = 2.0, T = 130OC,a CuOO.5=0.04, 3（S（sl）=“%，3 （Cu（mt）=38%o求：3 （Cu（Sl）2. 混合稀土矿配分的氯化稀土原料,经以镨钕为界线分离后,反萃液中稀土浓度为1.4mol/L,其中各稀土元素的摩尔百分比为：Nd2O3 89.3%, Sm2O3 7.0%,Eu2O3 10%,Gd2O3+重稀土 2.7% o现用酸性磷型萃取剂

3、提取Nd2O3,并要求其纯度PB1M 99.99%,收率YBM99.5%。已知B Sm/Nd邙“ Sm/Nd=80o试计算分馏萃取的优化工艺 参数。2005年度冶金学考试题(A卷)标准答案一、概念题(任选 5道题，每道题 3分，总15分)1. 指铝酸钠溶液中氧化钠与氧化铝的分子个数比(摩尔数比)。2. 指电解质体系中氟化钠与氟化铝的分子个数比(摩尔数比)。3. 指氧化铝生产过程中发生的氢氧化钠生成碳酸钠的反应。4. 铝电解的阳极反应主要是氧和碳的反应。(3O2-+15C6e=15CO2)5. 高炉利用系数：一昼夜每立方米有效容积所生产的合格铁水量，单位 t/(m3.d)。6 拉碳法：就是熔池中

4、含碳量达到出钢要求是停止吹氧，即吹炼终点符合终点的具 体目标，不需要再专门向熔池中追加增碳剂增碳。二、简述题(任选6道题，每道题85分，总51分)1 答：拜耳法基本原理主要包括两条：(1) 用NaOH溶液溶出铝土矿所得的铝酸钠溶液在添加晶种，不断搅拌和逐渐降 温的条件下，溶液中的氧化铝便呈Al (OH) 3析出；(2) 分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用来溶出新的一批铝土矿 2 答案要点：(1) 硅主要以水合铝硅酸钠的形式脱除，铝土矿中的硅造成铝、钠的化学损失，1kg硅会造成1kg铝的损失。(2) 铝的理论溶出率，n=(A-S)/A若a/s越小，n较低，氧化铝回收率低，不利于氧化铝生产。

5、3 答案要点：( 1)硅主要形成水合铝硅酸钠，造成铝、钠损失；( 2)形成结疤，降低传热系数；( 3)影响产品质量。( 4)大量水合铝硅酸钠生成会增大赤泥量，影响赤泥分离和洗涤。4 答：冰铜吹炼分两个阶段，造渣期和造铜期。造渣期主要反应：2FeS + 3O2 = 2FeO + 2SO2 ； 2FeO + SiO2= 2FeO SiO2 造渣期主要反应： 2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2 ； Cu2S + 2Cu2O = 6Cu + SO2 5 答案要点：湿法炼锌浸出过程中为了使浸出液中的Fe2+尽可能地全部氧化成Fe3+除去，采用 空气鼓风的方法进行搅拌，而净液过程中为了除

6、 Cu、Cd、Co 等杂质加入锌粉，考 虑到空气搅拌会使锌粉氧化损失，因此净液过程中采用的是机械搅拌。6 答：精矿分解的方法很多，概括起来可以分为酸分解法、碱分解法、氧化焙烧法 和氯化法四大类，即：( 1)酸分解法包括硫酸、盐酸和氟氢酸分解等。硫酸分解法适用于处理磷酸盐 矿物(如独居石、磷钇矿)和氟碳酸盐矿物(氟碳铈矿)。盐酸分解法应用有限，只 适于处理硅酸盐矿物（如褐帘石、硅铍钇矿）。氢氟酸分解法，适于分解铌钽酸盐矿 物（如褐钇铌矿、铌钇矿）。酸分解法的特点是分解矿物能力强，对精矿品位、粒度 要求不严，适用面广，但选择性差，腐蚀严重，操作条件差，三废较多。（2）碱分解法主要包括氢氧化钠分解和

7、碳酸钠焙烧法等，它适合对稀土磷酸盐 矿物和氟碳酸盐矿物的处理。对于个别难分解的稀土矿物亦有采用氢氧化钠熔合法 的。碱法分解的特点是：工艺方法成熟，设备简单，综合利用程度较高。但对精矿品 位与粒度要求较高，污水排放量大。（3）氧化焙烧方法主要用于氟碳铈矿的分解。焙烧过程中氟碳铈矿被分解成稀 土氧化物、氟氧化物、二氧化碳及氟的气态化合物，其中三价的铈氧化物同时被空气 中的氧进一步氧化成四价的氧化物。该方法的缺点是氟以气态化合物随焙烧尾气进入 大气中，对环境有一定的污染，优点是焙烧过程中无须加入其它的焙烧助剂，并且利 用四价铈与三价稀土元素的化学性质上的差别，可以采用硫酸复盐沉淀或盐酸优先溶 解三价

8、稀土元素的措施，优先将占稀土配分约 50%的铈提取出来。这使得进一步的 稀土萃取分离工艺过程简化，生产成本降低。碳酸钠焙烧法、氧化钙焙烧法以及在焙烧过程中具有三价的铈氧化物被进一步氧 化成四价的氧化物特点的分解方法都具有优先分离铈的优点。（4）氯化法分解稀土精矿可以直接制得无水氯化稀土，便于熔盐电解制取混合 稀土金属。氯化工艺是将碳与稀土精矿混合，制团，在竖式氯化炉的高温下直接通入 氯气，根据生成不同氯化物的沸点差异，可同时得到三种产物：稀土和钙，钡等金属 的氯化物，呈熔体状态流入氯化物熔盐接收器；将底沸点的氯化物（钍，铀，铌，钽， 钛，铁，硅等）为气态产物，收集在冷凝器内，并送综合回收；未分

9、解的精矿与碳渣 等高沸点成分则为残渣。氯化法目前由于设备的耐氯腐蚀材料较难解决，放射性元素 钍分布在三种产物中，所得熔盐成分复杂，劳动条件较差等问题的存在而在我国尚为 被工业采用。稀土精矿的分解方法很多，通常根据下列原则选择适宜的工艺流程：（1） 精矿中稀土矿物的化学性质、稀土品位、其它非稀土化学成分等特点， 以求得高的分解率。（2） 产品方案、原材料的供应和价格以及消耗情况，以求得高的经济效益。（3）便于回收有价元素和综合利用。（4）有利于劳动卫生与环境保护。7. 答：570C Fe2O3Fe3O4FeOFeV57（TC咧一吨Fe8. 答：熔渣氧化性在炼钢过程中的作用体现在对熔渣自身的影响，

10、对钢水的影响和对炼钢操作工艺影响三个方面。(1)影响化渣速度，渣中 FeO 能促进石灰溶解，加速化渣，改善炼钢反应动力 学条件，加速传质过程；影响熔渣粘度，避免炼钢渣“返干”；影响熔渣向 熔池传氧。(2)影响钢水含氧量O,熔渣氧化性强，则钢水含氧量高；影响钢水脱磷，熔 渣氧化性强，有利于脱磷。( 3)影响铁合金收得率，氧化性强，降低铁合金收得率；影响炉衬寿命，熔渣 氧化性强，炉衬寿命降低；影响金属收得率，熔渣氧化性越强，金属收得率 越低。三、计算题(每道题 17分，总34分)1. 解：Dd = nFDCi / d =Vp / C1+Vp ) =2 828/ (1+2.828) =0.739 根

11、据表3-5中的判别原则，本题的萃取过程属于萃取段控制。( 4)计算优化工艺参数和级数遵照表 3-5所示的程序，工艺参数计算如下：Em=1/ J B =1/ J 8=0.354Em = Em fB /( Em-fA )=0.354 X 0.889/(0.354-0.111)=1.296S= EmfB /(1- Em)=0.354 X 0.889/(1-0.354)=0.488W=S-fA 0.488-0.111=0.377n= lnb/lnp EM=ln1198.089/ln(8.0X 0.354)=6.8097 级 m+1= lna/ln(B /EM )=ln199.849/ln(8.0/1.

12、296)=2.93 级 m2( 5 )计算流比当有机相饱和萃取量Cs=020mol/L,洗液酸度CH=4.5mol/L,并已知料液稀土浓度 CF=14mol/L,可将质量流量换算为体积流量。VF=MF/CF=1/ 1.4=0.714L/minVS=S/CS=0.488/0.20=2.44L/minVW=3W/CH=3X 0.377/4.5=0.251L/min流比为：VS/ VF : 1 : VW/ VF=3.417 : 1 : 0.352( 6)计算浓度分布题中PB1=0.9999为高纯度，则M1= fB =0.889； PAn+m=096不是高纯度，因 此Mn+m=MFfAYA/Pn+m=1X 0.107 X 0.999/.96=0 111。水相出口 (M)1=M1/( VF+VW)=0.889/(0.714+0.251)=0.921mol/L 萃取段(M)i=(MF+W)/( VF+VW)=(1+0.377)/(0.714+0.251)=1.427mol/L洗涤段(M)j=W/VW=0.377/0.251=1.502mol/L有机相出口 (M)n+m=Mn+m/VS=0.111/2.44=0.045mol/L