《3-2 金属材料》课件4.ppt

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1、课题3金属材料课件4金属的广泛应用我们很少使用纯金属，而主要使用合金。铝合金锅钛合金羽毛球拍镍合金门锁一、从矿石中获得金属获得金属材料经过探矿、采矿、选矿等工序，之后进入冶炼阶段。金属冶炼所依据的原理是利用氧化还原反应将金属从其化合物中还原出来。我们知道，只有少数化学性质不活泼的金属，如金、铂以及少量的银和铜在自然界中能以游离态存在，大多数金属是与氧、硫等非金属单质和化合物而存在。金属冶炼的方法：由于金属的活动性不同，金属离子得到电子被还原成金属原子的能力也就不同，因此必须采用不同的冶炼方法。（1）热分解法；（2）热还原法；（3）电解法。KCaNaMgAlZnFeSnPb

2、(H)CuHgAg电解法热还原法热分解法不同金属冶炼方法的选择KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAg2HgO==2Hg+O2↑2Ag2O==4Ag+O2↑活泼金属较活泼金属不活泼金属高温Fe2O3+3CO==2Fe+3CO22Al2O3====4Al+3O2↑2NaCl====2Na+Cl2↑电解电解Cr2O3+2Al==2Cr+Al2O3高温WO3+3H2==W+3H2O高温（1）炼铁原理:原料:在高温下用还原剂把铁从其氧化物中还原出来铁矿石,焦炭,石灰石,空气1.钢铁的冶炼设备:高炉主要反应:Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高温铁合金生铁钢（含碳量在2

3、％～4.3％之间,还含硅、锰及少量硫、磷）碳素钢{低碳钢（含碳0.3％～0.6％）高碳钢（含碳0.03％～0.3％）中碳钢（含碳0.6％～2％）合金钢：在碳素钢中加入铬、锰、钨、镍、钼、钴等合金元素(如不锈钢，见书P59表3-2)钢:用量最大,用途最广的合金根据含碳量（2）炼钢原理:原料:在高温下用氧化剂把生铁里过多的碳和S、P等其他杂质氧化成气体或炉渣除去，再添加硅、锰、铝等其他合金作为脱氧剂，以调整钢水的成分制成符合规格的钢材。生铁（液态）,氧气（或空气），生石灰（造渣材料），脱氧剂（硅铁、锰铁、铝等）设备:平炉、转炉、电炉炼铁和炼钢的对比：炼铁炼钢原料及其作用主要反

4、应原理异同设备主要化学反应尾气铁矿石：铁来源焦炭、空气：产生热量及还原剂CO石灰石：熔剂（除脉石）生铁或废钢铁氧化剂：O2、富氧空气、空气生石灰：造渣、除Si、PSiMnAl：还原剂,除FeO,调整钢的成分高温下，用还原剂(CO)将铁矿石中的铁还原出来高温下，用氧化剂把生铁中过多的碳和其它杂质氧化成气体或炉渣除去都是利用氧化还原反应高炉平炉、转炉、电炉①还原剂CO的生成：C＋O2→CO2CO2＋C→2CO点燃高温②铁的还原：Fe2O3＋3CO→2Fe＋3CO2高温③炉渣的生成：CaCO3→CaO＋CO2↑CaO＋SiO2→CaSiO3高温①氧化造渣（降C，调Si、Mn，除

5、S、P）：2Fe＋O2→2FeO(Fe过量)FeO＋C→Fe＋CO↑2FeO+Si→2Fe+SiO2FeO+Mn→Fe+MnOFeS+CaO→FeO+CaS2P+5FeO+3CaO→5Fe+Ca3(PO4)3②还原FeO(脱氧)，调节钢的成分：2FeO+Si→2Fe+SiO2FeO+Mn→Fe+MnO高温高温高温高温高温高温高温高温高炉煤气（CO、CO2、N2等）棕色烟气（Fe2O3尘粒、CO等）2.铝的冶炼电解铝的原料主要来自铝土矿（主要成分Al2O3），其中氧化铝的含量约为50%～70%，而电解时，要求氧化铝的纯度不能低于98.5%，因此，工业上需要先从铝土矿中获得符

6、合要求的氧化铝。这一过程包括三个环节，主要利用了氢氧化铝的两性：a.将铝土矿中的氧化铝溶解在NaOH溶液中：Al2O3+2NaOH==2NaAlO2+H2Ob.向偏铝酸钠溶液中通入CO2，析出氢氧化铝：NaAlO2+CO2+2H2O==Al(OH)3↓+NaHCO3c.使氢氧化铝脱水生成氧化铝：2Al(OH)3==Al2O3+3H2O阳极：6O2--12e-=3O2↑阴极：4Al3++12e-=4Al通电总式：2Al2O34Al+3O2↑冶炼铝的原理:助熔剂：冰晶石（Na3AlF6六氟合铝酸钠）阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法

7、冶炼铝而不用AlCl3?冶炼铝的电解槽阳极C烟罩熔融态铝钢壳钢导电棒阴极C耐火材料电解质氧化铝和冰晶石二、金属的腐蚀及防止我国作为世界上钢铁产量最多的国家（2005年全国生产钢材37117.02万吨），每年被腐蚀的铁占到我国钢铁年产量的十分之一，因为金属腐蚀而造成的损失占到国内生产总值的2%~4%；约合人民币：3000亿元（2005年我国国内生产总值将达15万亿元）。根据各国调查结果，一般说来，金属腐蚀所造成的经济损失大致为该国国民生产总值的4%左右。另据国外统计，金属腐蚀的年损失远远超过水灾、火灾、风灾和地震（平均值）损失的