② 干碱法： 铝矿石 + CaCO3 + Na2CO3
1100℃ 烧结
烧结块
加水稀释 沉淀杂质
NaAlO2水溶液
冰铜(Cu2S)x·(FeS)y
Cu2S + 3/2 O2 —→ Cu2O + SO2
吹炼 Cu2O +FeS —→ Cu2S +FeO
2 Cu2O + Cu2S —→ 6Cu + SO2
粗铜（Cu%=98.5~99.5%）
含少量金、银、铋、锡、铅、硒 、碲、溶解气体
火法精炼 或电解精炼 纯铜金属
目的：① 去除杂质 ② 提取贵金属
炉渣的成分是CaO、Al2O3、SiO2、和MgO。 高炉炉渣可以用作水泥原料和建筑材料，但炉渣 的形成过程对提高高炉冶炼技术经济指标有很重要意 义。
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《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
铁的制备过程在高炉中进行
高炉内型构造
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《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
高炉炼铁生产
高炉炼铁生产主要由高炉开炉，炉内操作和炉前操 作等生产过程组成。
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《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
铁的制备原理
① 还原反应 直接还原 FeO + C = Fe + CO
高炉下部高温区进行
CO间接还原
Fe3O4 CO 570C 3Fe 4CO2
Fe2O3 CO 570C 2Fe3O4 CO2
Fe3O4 CO 570C 3FeO CO2
《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
第五章 材料的制备与成型加工
（Fabrication and Processing of Materials）
本章主要对金属材料（Metals）、无机非金 属材（Inorganic Nonmetallic）、高分子材料 （Polymer）的制备原理及方法，成型加工性作 主要阐述。
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《材 料 科 学 与块、废钢、铁合金 C%>2.11%、Si、Mn、S、P杂质含量较高 ① 杂质氧化 氧化剂（O2、FeO） ②脱氧（还原） 脱氧剂 (硅、锰、铝及铁合金 )
③造渣 熔剂（石灰、萤石、白云石）
钢：C%<2.11%，含少量Si、Mn、S、P
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《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
• 钢的制备 钢的制备基本原理： 所谓钢的制备实际上是钢的冶炼或炼钢。炼钢就 是通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害的杂质，再 根据对钢的成分和性能要求添加适量的合金元素， 炼出具有较高强度和塑性韧性或具有持殊性能的钢。 整个炼钢过程是氧化和还原过程，关键是清除 钢水中杂质，其中最主要的因素是造渣和除渣。
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《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
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《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
• 铝的制备
Al2O3的 制备
① 湿碱法：铝矿石 + NaOH溶液
2NaAlO2水溶液
稀释、过滤、结晶
950~1000℃
加Al(OH)3晶核
Al(OH)3 煅烧
Al2O3
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《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
• 铁的制备
磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)、 褐铁矿(FeCO3)、菱铁矿(Fe2O3·mH2O)
① 还原 还原剂 焦碳（C）或CO
② 造渣 熔剂
石灰石(CaCO3) 目的 锰矿石(脱O、脱S)
有害杂质入渣除去 有益元素进入铁水
生铁Fe（C%>2.11%）
湿法炼铜的溶液由金属溶质和只能溶解金属而不溶解脉石 的溶剂组成。常用的溶剂有稀硫酸、硫酸铁溶液及碳酸铵 溶液等。对于含酸性脉石的矿石，使用硫酸或硫酸铁溶液， 而含有碱性脉石的矿石，宜用碳酸铵溶液。
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《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
• 铜的制备方法 火法炼铜法
硫化铜、氧化铜矿 熔炼 Fe等杂质随熔渣除去
FeO CO 570 C Fe CO2
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《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
② 造渣反应
造渣就是加入一定量的熔剂与矿石中脉石和焦炭 中灰分作用，生成一种多氧化物的熔体。造渣过程是 一个复杂的化学反应过程，应根据矿石成分和冶炼要 求，控制熔剂数量和熔炼过程，促使需要的元素进入 铁水，让有害杂质进入渣中而除去。
脱氧(还原)
2FeO + Si —→ SiO2 + Fe FeO + Mn —→ MnO + Fe 3FeO + Al —→ Al2O3 + 3Fe
造渣除渣：与炼铁类似
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《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
• 钢的制备方法
钢的制备方法有纯氧顶吹转炉炼钢，平炉炼钢和 电炉炼钢，这里主要介绍纯氧顶吹转炉炼钢（LD法）。
《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
炼钢反应原理：
杂质氧化
2Fe + O2 —→ 2FeO Si + 2FeO —→ SiO2 + 2Fe Mn + FeO —→ MnO +Fe
C + FeO —→ Fe + CO↑
2P + 5FeO —→ P2O5 +5Fe
氧化后钢液中存在较多FeO，必须除去
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《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
第五章 内容目录
5-1 材料制备原理及方法 5-2 材料的成型加工性
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《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
5-1 材料制备原理及方法
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《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
5-1-1 金属材料的制备
金属材料的制备主要介绍铁的制备、 钢的制备 、非 铁合金（铜的制备、铝的制备 ）的制备
氧气转炉炼钢原料 氧气转炉炼钢原料有金属料 (铁水、生铁块、废钢、铁合金)；造渣材料(石灰、 萤石和白云石)；氧化剂(氧气、铁矿石和氧化铁 皮)；冷却剂(皮钢、铁矿石、氧化铁皮)；脱氧剂 (硅、锰、馅及铁合金)。
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《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
氧气顶吹转炉炼钢 纯氧顶吹转炉炼钢生产工艺： 倾倒兑铁水，加废钢→直立加渣料→准备吹炼→吹
炼→停吹→一倾倒炉渣→直立加二批渣料→继续吹炼 →倾倒取样→脱氧出钢→浇注
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《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
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《材 料 科 学 与 工 程 基 础》
• 非铁合金的制备
①铜的制备
火法炼钢法 在高温下使铜矿石或含铜原料 (精矿、焙烧或烧结块)先熔炼成冰铜，再将其 吹成粗铜。
制备原理
湿法冶铜法 用溶剂浸泡铜矿石，使铜从矿石 中浸出，再从浸出溶液中将金属铜析出。