起源
從古代陶術中發展而來。首先是冶銅。銅的熔點相對較低,隨著陶術的發展,陶術需要的工作溫度越來越高,達到銅的熔點溫度。而在陶術製作過程中,在一些有銅礦的地方製作陶術,銅自然成了附生物質而被發現。隨著經驗慢慢的積累,古人也逐漸掌握了銅的冶煉方法。冶金的定義
冶金 yějīn 〖metallurgy〗冶鍊金屬冶金,就是從礦石中提取金屬或金屬化合物,用各種加工方法將金屬製成具有一定性能的金屬材料的過程和工藝。 冶金的技術主要包括火法冶金、濕法冶金以及電冶金,同時冶金在我國具有悠久的發展歷史,從石器時代到隨後的青銅器時代,再到近代鋼鐵冶煉的大規模發展。人類發展的歷史就融合了冶金的發展。隨著物理化學在冶金中成功套用,冶金從工藝走向科學,於是有了大學裡的冶金工程專業。
冶金的歷史概述
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),然後金屬的表面形成硫化物層(熔鋶),再在表面形成氧化物層(渣) ,最後在金屬熔體及渣的外表面包圍一層大氣層(相當於溫度壓力氣氛),於是人類賴以生存的地球形成了。隨後上帝在地球上創造了萬物,也創造了人類。上帝對人類真的是太偏愛了,他不僅給與了人類賴以生存的各種物質,同時他讓人類學會了思考和利用工具,於是人類成為了主宰世界萬物命運的主人(僅指地球)。 從古代陶術中發展而來。首先是冶銅,銅的熔點相對較低,隨著陶術的發展,陶術需要的溫度越來越高,達到銅的熔點溫度,而在陶術製作過程中,在一些有銅礦的地方製作陶術,銅自然成了附生物質而被發現。古人也慢慢掌握銅的冶煉方法。人類很早就學會了如何從大自然獲取自身需要的物質。從石器時代到隨後的青銅器時代,再到近代鋼鐵冶煉的大規模發展。人類發展的歷史就融合了冶金的發展。
隨著物理化學在冶金中成功套用,冶金從工藝走向科學,於是有了大學裡的冶金工程專業。
冶金的技術
火法冶金
火法冶金是在高溫條件下進行的冶金過程。礦石或精礦中的部分或全部礦物在高溫下經過一系列物理化學變化,生成另一種形態的化合物或單質,分別富集在氣體、液體或固體產物中,達到所要提取的金屬與脈石及其它雜質分離的目的。實現火法冶金過程所需熱能,通常是依靠燃料燃燒來供給,也有依靠過程中的化學反應來供給的,比如,硫化礦的氧化焙燒和熔煉就無需由燃料供熱;金屬熱還原過程也是自熱進行的。火法冶金包括:乾燥、焙解、焙燒、熔煉,精煉,蒸餾等過程。濕法冶金
濕法冶金是在溶液中進行的冶金過程。濕法冶金溫度不高,一般低於100℃,現代濕法冶金中的高溫高壓過程,溫度也不過200℃左右,極個別情況溫度可達300℃。濕法冶金包括:浸出、淨化、製備金屬等過程。1、浸出用適當的溶劑處理礦石或精礦,使要提取的金屬成某種離子(陽離子或絡陰離子)形態進入溶液,而脈石及其它雜質則不溶解,這樣的過程叫浸出。浸出後經沉清和過濾,得到含金屬(離子)的浸出液和由脈石礦物絹成的不溶殘渣(浸出渣)。對某些難浸出的礦石或精礦,在浸出前常常需要進行預備處理,使被提取的金屬轉變為易於浸出的某種化合物或鹽類。例如,轉變為可溶性的硫酸鹽而進行的硫酸化焙燒等,
都是常用的預備處理方法。
1、淨化在浸出過程中,常常有部分金屬或非金屬雜質與被提取金屬一道進入溶液,從溶液中除去這些雜質的過程叫做淨化。
2、製備金屬用置換、還原、電積等方法從淨化液中將金屬提取出來的過程。
電冶金
電冶金是利用電能提取金屬的方法。根據利用電能效應的不同,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變為熱能進行冶煉的方法。在電熱冶金的過程中,按其物理化學變化的實質來說,與火法冶金過程差別不大,兩者的主要區別只是冶煉時熱能來源不同。
2、電化冶金(電解和電積)是利用電化學反應,使金屬從含金屬鹽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;後者稱為熔鹽電解,不僅利用電能的化學效應,而且也利用電能轉變為熱能,藉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工藝流程,常常是既有火法過程,又有濕法過程,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,最後還須要有濕法的電解精煉過程;而在濕法煉鋅中,硫化鋅精礦還需要用高溫氧化焙燒對原料進行煉前處理。
企業
涉及金屬成型行業都算,比如礦石加工冶煉(黑色金屬、有色金屬)毛坯的粗煉;毛坯的在加工煉鋼廠、煉鐵廠、有色金屬提純(一般體現的是鑄造廠居多) 冶金就是將金屬溶液中的雜質(非意向元素)通過熔融(加熱到熔點之上)進行造渣、除渣給予消除,同時某些化學成分通過、除渣、脫碳、去氧等得到相對的純淨合金成分的過程。再精細的精煉過程一般就屬於金屬鑄造廠。分類
冶金工業可以分黑色冶金工業和有色冶金工業,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,有色冶金指後者包括其餘所有各種金屬的生產。
另外冶金可以分為黑色冶金工業、有色冶金工業、稀有金屬冶金工業和粉末冶金工業。
中國冶金工業的發展
冶金工業是指對金屬礦物的勘探、開採、精選、冶煉、以及軋製成材的工業部門,包括黑色冶金工業和有色冶金工業兩大類,是重要的原材料工業部門,為國民經濟各部門提供金屬材料,也是經濟發展的物質基礎。新中國成立50多年來,鋼鐵工業發展迅速。在大連、天津、上海等沿海城市發展鋼鐵工業的同時,在內地的包頭、太原、武漢、重慶、攀枝花等地建設了一批大型鋼鐵和鐵合金、耐火材料等輔助原料企業。在黑色冶金工業發展的同時,中國有色金屬冶煉及加工業迅速發展起來,遼寧、黑龍江、山東、河南、四川、貴州、甘肅等地先後建設了一批大型氧化鋁廠、電解鋁廠和鋁材加工廠。還在湖南、江西、貴州、廣西等地建立了大型的有色金屬生產基地。2007年,中國有色金屬行業工業增加值(按可比價格計算)比2006年增長18.7%,增幅比全國規模以上企業工業增加值的增幅高0.2個百分點。 生產粗鋼48924.08萬噸,比上年增加6625.22萬噸,增長15.66%;生產生鐵46944.63萬噸,比上年增加6189.22 ,總體呈較快增長態勢。2008年第一季度中國鋼鐵產品出口同比下降了19.3%,但出口金額卻同比上升7.6%。
中國冶金工業科技水平正在走強,“大而弱”的聲音已經降調。中國應當以提高 一步提高冶金工業科技水平。冶金行業安全問題要引起高度重視,解決安全問題要採用綜合性措施,常抓不懈。完善中國冶金行業的標準從一定意義上來講是解決冶 構建安全標準體系保障行業健康發展。
今後中國有色金屬行業要充分利用國內、國外兩種有色金屬再生資源,大幅度增加再生資源回收利 年主要有色金屬銅、鋁、鉛、鋅再生利用量達到650萬噸的基礎上,2020年再生金屬利用量達到1200萬噸,占總量的40%,再生資源循環利用能力顯著增強。
危險
煉鐵生產
煉鐵生產工藝設備複雜、作業種類多、作業環境差,勞動強度大。煉鐵生產過程中存在的主要危險源有: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、機具及車輛傷害、高處作業危險等。根據歷年事故數據統計,煉鐵生產中的主要事故類別按事故發生的次數排序分別為:灼燙、機具傷害、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病也經常發生。導致事故發生的主要原因為:人為因素、管理原因和物質原因三個方面。人為原因中主要是違章作業,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,勞動組織不合理;其次是現場缺乏檢查指導,安全規程不健全,以及技術和設計上的缺陷。物質原因中主要是設施(備)工具缺陷,個體防護用品缺乏或有缺陷;其次是防護保險裝置有缺陷和作業環境條件差。煉鋼生產
煉鋼生產中高溫作業線長,設備和作業種類多,起重作業和運輸作業頻繁,主要危險源有: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、機具傷害、高處墜落傷害等。煉鋼生產的主要事故類別有: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,機具傷害,物體打擊,高處墜落,以及觸電和煤氣中毒事故。統計表明,煉鋼生產安全事故的主要原因有是:人為的違章作業和誤操作,作業環境條件不良,設備有缺陷,操作技術不熟悉,作業現場缺乏督促檢查和指導,安全規程不健全或執行不嚴格,操作技術不熟悉,個體防護措施和用品有缺陷或缺乏等。軋鋼生產
軋鋼生產主要由加熱、軋制和精整三個主要工序組成,生產過程中工藝、設備複雜,作業頻繁,作業環境溫度高,噪聲和煙霧大。主要危險源有:高溫加熱設備,高溫物流,高速運轉的機械設備,煤氣氧氣等易燃易爆和有毒有害氣體,有毒有害化學製劑,電氣和液壓設施,能源、起重運輸設備,以及作業、高溫、噪聲和煙霧影響等。根據冶金行業綜合統計,軋鋼生產過程中的安全事故在整個冶金行業中較為嚴重,高於全行業的平均水平,事故的主要類別為:機械傷害、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,技術設備缺陷和防護裝置缺陷,安全技術和操作技術不熟悉,作業環境條件缺陷,以及安全規章制度執行不嚴格等。冶金生產
1.煤氣生產過程中存在的主要危險及事故類別和原因冶金生產中大量產生和使用煤氣的有:高爐煤氣,焦爐煤氣,轉爐煤氣,發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、氮氣、二氧化碳等。煤氣是冶金生產中主要的危險源之一,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,燃燒引起的火災和灼燙事故,爆炸形成的爆炸傷害和破壞事故。冶金生產過程中導致煤氣事故發生的主要原因分別是:違章操作或誤操作,設備(施)及防護裝置的自身缺陷,安全技術知識缺乏,現場缺乏檢查指導和監護措施,監護裝置與個體防護用品缺乏或有缺陷,以及事故預防與及救護措施不完善等。
2.氧氣生產過程中存在的主要危險源及事故類別和原因
冶金生產過程中大量使用氧氣。氧氣易助燃,幾乎與一切可燃物都可進行燃燒,與其他可燃氣體按一定的比例混合後極易發生爆炸,其主要危險是易燃燒和易爆炸。氧氣燃燒時通常溫度很高,火勢很猛,災害嚴重,氧氣燃燒導致的灼燙和燒傷事故往往燒傷面積大、深度深,難以治癒。氧氣爆炸時通常強度很大、很猛烈,衝擊性、破壞性和毀滅性極強。冶金生產過程中導致氧氣事故發生的原因主要是氧氣燃燒或助燃造成的火災、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重。分析統計表明,冶金生產中引發氧氣事故的主要原因是:人為的違章操作和誤操作,設備設施裝置的缺陷,以及缺乏安全技術知識和操作不熟練等。
有色金屬
有色金屬冶煉生產包括銅、鉛、鋅、鋁和其他稀有金屬和貴重金屬的冶煉和加工,其生產過程具有設備、工藝複雜,設備設施、工序工種量多面廣,交叉作業,頻繁作業,危險因素多等特點。主要危險源有:高溫,噪聲,煙塵危害,有毒有害、易燃易爆氣體和其他物質中毒、燃燒及爆炸危險,各種爐窯的運行和操作危險,高處墜落事故等。根據對以往事故的統計分析,有色金屬冶煉生產安全事故的主要原因是:違章作業和不熟悉、不懂安全操作技術,工藝設備缺陷和技術設計缺陷,防護裝置失效或缺陷,現場缺乏檢查和指導,安全規章制度不完善或執行不嚴,以及作業環境條件不良等。黃金冶煉
黃金冶煉生產過程中存在的主要危險源有: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中毒,燃燒及爆炸危險,以及高處墜落事故等。根據對以往事故的統計分析,違章操作或誤操作、設備(施)及防護裝置自身缺陷,安全技術知識缺乏,現場缺乏檢查指導,監護措施、監護裝置與個體防護用品缺乏或有缺陷,以及事故預防與救護措施不完善等。中國古代冶金名著
《鹽鐵論》
《鹽鐵論》是漢代(公元前206年~公元220年)關於煮鹽、冶鐵和鑄錢等經濟政策的重要著作,反映了西漢中期某些冶鐵的技術、經濟狀況。全書共60篇,前41篇追溯公元前81年朝廷討論鹽鐵官營政策的言論,後19篇是餘論和著者的後序。著者桓寬是中國中部河南省汝南人,漢朝宣帝皇帝的侍從官,後任廬江太守丞。
《鹽鐵論》記載鹽鐵會議上關於義和利(精神和物質關係)、官營和民營(政權和經濟關係)、本和末(農業和工商業關係)、貧和富(生產和消費關係)的原則爭論,深刻反映封建經濟的內部矛盾、其影響久遠,是研究中國古代經濟思想的重要資料,並為後世處理複雜的經濟問題,提供了寶貴的經驗。
《浸銅要略》
《浸銅要略》是北宋(公元960年~公元1127年)時期張潛撰寫的一本從含銅礦水(或稱膽水)提取銅的著作,見於《宋史·藝文志》著錄。元代(公元1279年~公元1368年),張潛的後代張理將此書獻於朝廷。明代(公元1368~公元1644年)早期危素為此書作《浸銅要略序》,稱讚此書所述膽銅法具有“用費少而收功博”的優點。
《鐵冶志》
中國明代時期傅浚編著的《鐵冶志》二卷,現已失傳。《明史》記載,傅浚字汝源,福建南安人,弘治時期(公元1488年~公元1505年)進士,任職工部郎中,正德年間(公元1506年~公元1521年)曾管理遵化鐵廠。遵化是明代重要的鐵冶場所。《鐵冶志》在一定程度上反映遵化和明代冶鐵的生產技術狀況。
《天工開物》
《天工開物》是中國古代著名的綜合技術著作。初刊於明代崇禎十年(公元1637年)。全書有十八個門類。其中“冶鑄”、“錘鍛”和“五金”三類專門論述礦冶技術;“作鹹”、“陶埏”、“燔石”、“丹青”和“珠玉”五類,則全部或部分論述非金屬礦產的開採和加工技術。
明代手工業生產技術先進,金屬冶煉和加工工業的生產規模、產量和技術都居於世界前列。《天工開物》用了約占全書四分之一的篇幅,比較系統和全面地反映了這方面的成就。特別是在“五金”中比較詳細而系統地介紹了中國明代晚期金、銀、銅、鐵、錫、鉛、鋅等七種金屬礦的開採、洗選、冶煉、加工的方法。其中記錄了關於生鐵熔煉和炒煉(即炒鋼)的生產過程以及木風箱、焦炭冶煉、鑄鍋、鑄千鈞鍾、鍛千鈞錨、煉鋅等中國勞動人民在冶煉技術上獨特的發明創造。作者宋應星(公元1587年生)字長庚,江西奉新縣人,《天工開物》是他在江西當官時撰寫的。
《鑄炮鐵模圖說》
《鑄炮鐵模圖說》是世界上最早的論述金屬型鑄造的專著。中國清代(公元1644年~公元1911年)時期龔振麟編著,公元1842年刊印,後收入魏源所編的《海國圖志》。
編著者曾任浙江嘉興縣丞,平時注重研究科學技術。1840年鴉片戰爭期間,被調到寧波軍營監製軍械。為趕鑄鐵炮打擊侵略者,他首創鐵模(即鑄鐵金屬型)鑄炮。隨後寫成此書,刊發沿海地區。書中詳述由泥范翻鑄鐵模,再由鐵模鑄制鐵炮的工藝過程和有關技術措施,指出鐵模具有可以多次使用、生產費用低、產品質量好、能適應戰時緊急需要等優點。