第二章 铝 冶 金5

第三章《铁金属材料》教学设计第二节金属材料第一课时铁合金铝和铝合金本节内容是人教版（2019版）必修第一册中第三章第二节《金属材料》的内容。

铁合金是重要的金属材料，鉴于金属材料在国民经济中的重要地位和日常生活中的广泛应用，教材安排了本节内容，反映化学与生产、生活实际的联系，让学生了解金属材料的重要作用和面临的挑战，激发学生的爱国热情和社会责任感。

本节内容包括"铁合金"、“铝和铝合金”、“新型合金”及"物质的量在化学方程式计算中的应用"等内容。

教材按照"铁合金→铝和铝合金→新型合金"的顺序介绍了金属材料。

在第二章的第三节学习了"物质的量"的基础上，为了分散学习难点，把"物质的量在化学方程式计算中的应用"安排在本节里。

本节在介绍金属材料之前，先介绍了合金的结构特点。

在介绍铁合金时，教材介绍了生铁和钢，联系实际创设真实情境，配合图片说明了它们的用途，并采取框图的方式重点介绍了碳素钢。

教材还介绍了特种钢，并在"资料卡片"中介绍钢中合金元素的主要作用，在"科学·技术.社会"中介绍了2017年我国成功研制的超级钢。

另外，结合金属材料的检测，在"化学与职业"栏目介绍了测试工程师这个与化学专业相关的职业。

在介绍铝和铝合金时，由于课程标准中没有要求系统介绍铝及其化合物的知识，而在主题“物质结构基础与化学反应规律”中的“原子建构与元素周期律”中提及了铝元素。

因此，教材只从材料的角度简单介绍了铝单质和氧化铝的化学性质。

通过实验、比较，得出铝和氧化铝既能与碱反应又能与酸反应，并在此基础上引出两性氧化物的概念。

教材紧接着介绍了铝和铝合金的特点及应用。

为了体现金属材料的发展趋势，拓展学生的视野，教材特意安排了"三、新型合金"这部分内容，结合图片介绍了新型材料的应用。

A356铸造铝合金生产工艺流程目录第一章概述第一节铝合金的定义、性质和用途第二节铝合金的分类及表示方法第三节 A356合金的成分、组织和性能第四节 A356合金的生产设备第二章 A356合金的生产工艺第一节 A356合金的生产工艺流程第二节熔炼（1）铝熔体的特点（2）铝熔体的精炼与净化（3）熔炼工艺参数对铸锭质量的影响第三节铸造（1）铸造方法的分类（2）铸造原理（3）铸造工艺参数对铸锭质量的影响第四节熔铸工艺（1）配料工艺（2）熔炼工艺（3）铸造工艺（4）取样工艺第三章 A356合金常见缺陷及预防措施第一节化学成分第二节外观质量第三节低倍针孔度（1）针孔的定义与分类（2）针孔形成的原因（3）形成气孔的H2来源（4）预防针孔形成的工艺措施第一章概述第一节铝合金的定义、性质和用途所谓铝合金就是在工业纯铝中加入适量的其他元素，使铝的本质得到该善，以满足工业上和人们生活中的各种需要。

由于其比重小，比强度高，具有良好的综合性能，因此，被广泛用于航空工业、汽车制造业、动力仪表、工具及民用器皿制造等方面。

第二节铝合金的分类及表示方法铝合金可分为两大类：变形铝合金和铸造铝合金，变形铝合金要先铸成锭，用于压延或拉伸，如：管、棒和板等；铸造铝合金，用于铸造固定铸件，如：活塞、汽缸和支架等。

变形铝合金牌号的表示方法大致有两种：1、国家标准用第一个字母L表示工业纯铝或铝合金，（取铝的汉语拼音第一个字母）。

第二个字母表示铝合金类别，下面几个字母分别表示：G——工业高纯铝 F——防锈铝合金 Y——硬铝合金C——超硬铝合金 D——锻造铝合金 T——特殊铝合金字母后面的数字表示该类合金的序号。

如LF3表示3号防锈铝合金；LD2表示2号锻造铝合金；LY12表示12号硬铝合金；LC4表示4号超硬铝合金；LT21表示21号特殊铝合金。

2、引用美国四位数铝合金牌号表示方法，作为国家标准第一位数字表示铝合金系列，如：1XXX 表示纯铝2XXX 表示AL－Cu系合金3XXX 表示AL－Mn系合金4XXX 表示AL－Si系合金5XXX 表示AL－Mg系合金6XXX 表示AL－Mg－Si系合金7XXX 表示AL－Zn系合金8XXX 表示AL和其它元素的合金9XXX 表示尚未使用的系列最后两位数字表示某种具体的铝合金或铝的纯度，第二位数字表示对原来的合金或杂质范围的修改。

《金属工艺学》课程笔记第一章绪论一、金属工艺学概述1. 定义与重要性金属工艺学是研究金属材料的制备、加工、性能、组织与应用的科学。

它对于工程技术的进步和工业发展至关重要，因为金属材料在建筑、机械、交通、电子、航空航天等几乎所有工业领域都有广泛应用。

2. 研究内容（1）金属材料的制备：包括金属的提取、精炼、合金化等过程，以及铸造、粉末冶金等成型技术。

（2）金属材料的加工：涉及金属的冷加工（如轧制、拉伸、切削）、热加工（如锻造、热处理）、特种加工（如激光加工、电化学加工）等。

（3）金属材料的性能：研究金属的物理性能（如导电性、热导性）、化学性能（如耐腐蚀性）、力学性能（如强度、韧性）等。

（4）金属材料的组织与结构：分析金属的晶体结构、相变、微观缺陷、界面行为等。

（5）金属材料的应用：研究金属材料在不同环境下的适用性、可靠性及寿命评估。

3. 学科交叉金属工艺学是一门多学科交叉的领域，它与物理学、化学、材料学、力学、热力学、电化学等学科有着紧密的联系。

二、金属工艺学发展简史1. 古代金属工艺（1）铜器时代：人类最早使用的金属是铜，掌握了简单的铸造技术。

（2）青铜器时代：铜与锡的合金，青铜，使得工具和武器的性能得到提升。

（3）铁器时代：铁的发现和使用，推动了农业和手工业的发展。

2. 中世纪至工业革命（1）炼铁技术的发展：如鼓风炉、熔铁炉的发明，提高了铁的产量。

（2）炼钢技术的进步：如贝塞麦转炉、西门子-马丁炉的出现，实现了钢铁的大规模生产。

3. 近现代金属工艺（1）20世纪初：金属物理和金属学的建立，为金属工艺学提供了理论基础。

（2）第二次世界大战后：金属材料的快速发展，如钛合金、高温合金的出现。

4. 当代金属工艺（1）新材料的开发：如形状记忆合金、超导材料、金属基复合材料等。

（2）新技术的应用：如计算机模拟、3D打印、纳米技术等。

三、金属工艺学在我国的应用与发展1. 古代金属工艺的辉煌（1）商周时期的青铜器：技术水平高超，工艺精美。

第二章铝合金的冶炼1.金属铝的制取金属铝最初是用化学法制取的。

1825年丹麦化学家H.C.Örested和1827年德国Wöhler F.分别用钾汞齐和钾还原无水氯化铝，都得到少量金属粉末。

1854年Wöhler F.还用氯化铝气体通过熔融钾的表面，得到了金属铝珠，每颗重约10～15mg，因而能够初步测定铝的密度，并认识到铝的熔点不高，且具有延展性。

后来，法国S.G。

Deville用钠代替钾还原熔融的氯化钠_氯化铝络盐，也制取金属铝。

1854年他在法国巴黎附近建立了一座小型炼铝厂。

1865年俄国 H.H.BeKeTOB 提议用镁来置换冰晶石中的铝，这一方案被德国Gmelingen Aluminium und Magnesium Fabrik 采用。

由于电解法兴起，化学法便渐渐被淘汰。

在整个化学法炼铝阶段中（1854～1895年）,大约总共生产了200Ton铝。

电解法熔炼铝起源与1854年。

当时德国R.W.Bunsen和法国S.C.Deville分别电解氯化钠_氯化铝络盐，得到金属铝。

1883年美国S.Bradley申请了电解熔融冰晶石的专利。

1886年美国的C.M.Hall 和法国的L.T.Héroult同时发明了冰晶石_氧化铝融盐电解法并申请到专利。

此法便是一百年来全世界炼铝工业上采用的唯一方法，统称为霍尔_埃鲁法。

中国的炼铝试验工作起始自1934年天津的黄海化学工业社，用800A预焙阳极电解槽炼出金属铝。

抚顺铝厂开始兴建于1937年，电解槽为自焙阳极式，电解强度为2400 A，最高年产铝量达到8000Ton。

台湾省高雄铝厂亦兴建于1937年。

从南阳 Bintan岛运来三水铝土矿，在厂内用拜耳法生产氧化铝，用24000A 和30000A自焙阳极电解槽生产铝，最高年产量达到10KTon。

新中国成立后，铝合金工业得到迅速的发展。

我国的铝冶炼工业经过几十年的发展，取得了前所未有的成绩，2000年氧化铝产量达429万Ton，铝锭283万Ton，我国已成为世界铝生产和消费的大国。

金属的冶炼离子方程式一、金属冶炼的基础概念金属冶炼就是把金属从矿石中提炼出来的过程呢。

这可超级有趣，就像是从石头里把宝藏找出来一样。

在这个过程中，会涉及到很多离子反应哦。

比如说，我们常见的铁的冶炼，那可是有很多门道在里面的。

二、常见金属冶炼离子方程式实例1. 铝的冶炼铝是通过电解氧化铝来冶炼的。

氧化铝在熔融状态下，发生的离子方程式是2Al₂O₃（熔融）== 4Al + 3O₂↑。

这里面铝离子得到电子变成铝单质，氧离子失去电子变成氧气呢。

这就像一场离子的大搬家，每个离子都在按照自己的任务行动。

2. 镁的冶炼镁可以通过电解氯化镁来得到。

离子方程式为MgCl₂（熔融）== Mg + Cl₂↑。

氯化镁中的镁离子乖乖地跑到电极上变成镁，氯离子则变成氯气跑掉啦。

3. 铁的冶炼在高炉炼铁中，主要的反应之一是用一氧化碳还原氧化铁。

离子方程式虽然不是特别明显体现，但是从化学方程式Fe₂O₃+ 3CO == 2Fe + 3CO₂可以看出反应的本质。

实际上在溶液中的一些涉及铁离子的转化也很重要，比如Fe³⁺ + Cu == Fe²⁺ + Cu²⁺，这就是铁离子氧化性的体现，它能把铜氧化，自己变成亚铁离子呢。

4. 铜的冶炼湿法炼铜有个很有名的反应，就是Fe + Cu²⁺ == Fe²⁺ + Cu。

这个反应就像是铁把铜从它的离子状态中“解救”出来，自己却变成了亚铁离子。

这是因为铁比铜活泼，所以可以发生这样的置换反应。

5. 锌的冶炼锌可以通过电解硫酸锌溶液来冶炼。

离子方程式是2Zn²⁺ + 2H₂O == 2Zn + O₂↑+ 4H⁺。

这里锌离子得到电子生成锌，水被电解产生氧气和氢离子。

6. 铅的冶炼铅的冶炼有多种方法，一种是用碳还原方铅矿（PbS），先把PbS变成PbO，然后再用碳还原PbO。

从离子反应角度看，在一些涉及铅离子转化的步骤中，比如Pb²⁺ + 2e⁻ == Pb（这是在电解法炼铅可能涉及的反应），铅离子得到电子变成铅单质。

有色金属冶金学前言轻金属：铝、镁、铍、钛、钾、钠、锂、钙、锶、钡等十余种金属重金属：铜、镍、钴、锌、锡、锑、汞等二十余种金属稀有金属：钨、钼、锆、铪、铌、钽、稀土金属等数十种金属贵金属：金、银、铂族金属等几种第一篇轻金属冶金学第一章氧化铝生产1.摩尔比（苛性比）：溶液中Na2O浓度为135g/l，Al2O3为130g/l，则该溶液的摩尔比为MR=(135/130)*(102/62)=1.708。

式中的102和62分别为Na2O和Al2O3的分子量2.拜耳法生产氧化铝的主要工序包括：铝土矿原料准备、熔出、赤泥分离洗涤、分解、氢氧化铝分离洗涤、煅烧、蒸发和苛化3.拜耳法：是直接利用含有大量游离苛性钠的循环母液处理铝土矿，溶出其中氧化铝得到铝酸钠溶液，并用加氢氧化铝种子（晶种）分解的方法，使铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝结晶。

种分母液经蒸发后返回用于溶出铝土矿。

4.铝土矿的溶出及影响因素：铝土矿的溶出通常是在高于溶液常压沸点的温度下用苛性碱溶液处理的化学反应过程，所以也叫“高压（高温）溶出”。

影响因素：铝土矿的矿物成分及其结构；溶出温度；循环母液碱浓度；配料摩尔比；搅拌强度5.单流法、双流法：在溶出流程上可分将循环母液和矿石一起磨制成原矿浆进行预热溶出的“单流法”及仅将一部分循环母液送去磨制矿浆，大部分母液单独预热到溶出温度，再于溶出器内和浓稠矿浆混合进行溶出的“双流法”6.赤泥分离洗涤过程步骤：赤泥料浆稀释；沉降分离；赤泥反向洗涤；溢流控制过滤7.铝酸钠溶液加种子分解：实际上应包括铝酸根离子的分解和氢氧化铝结晶8.含铝矿物的分子式（刚玉、三水铝石、一水铝石、明矾石、霞石）：高岭石Al2O3·2SiO2·2H2O、刚玉Al2O3、三水铝石Al(OH)3、一水铝石AlOOH 、明矾石(K, Na)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3、霞石(K, Na)2O·Al2O3·2SiO2。

铝的冶炼方法及工艺报告铝的冶炼方法及工艺报告一、铝的冶炼方法铝的冶炼主要有三种方法：熔融法、电解法和气相法。

1. 熔融法：熔融法是最常用的铝冶炼方法，其包括母铝熔炼和铝合金熔炼两个过程。

母铝熔炼通常使用氧化铝作为原料，通过碳素热还原法或电解还原法将其转化为铝金属。

铝合金熔炼是将纯铝与其他金属元素进行混合加热，使其形成合金。

熔融法具有操作简单、生产效率高、成本较低等优点。

2. 电解法：电解法是较为常用的铝冶炼方法，主要应用于高纯度铝的生产。

电解法是通过在熔融盐中电解氧化铝来制取铝金属。

具体过程为将氧化铝放置在电解槽中，以高温（约960）进行熔化，加入电解盐（如氟化铝钠、氯化铝等）形成电解质。

铝阳极和碳负极在电流作用下反应，最终得到纯铝。

3. 气相法：气相法是一种较新的铝冶炼方法，主要用于高纯度铝的生产。

气相法通过将金属铝的气态化合物（如三氯化铝、铝烷等）从炉中蒸发，并通过化学反应和凝结过程将其分离和回收，最终得到高纯度的铝金属。

气相法具有生产过程封闭、环境友好、能耗低等优势。

二、铝的冶炼工艺铝的冶炼工艺主要包括矿石选矿、矿石研磨、氧化铝还原、电解铝和铝合金制备等过程。

1. 矿石选矿：铝矿石一般以高含铝氧化铝矿石为主，如莫来石、赤凹石等。

在选矿过程中，通过破碎、筛分和重选等方法，将石头和其他有用矿物分离。

2. 矿石研磨：选矿后的铝矿石需要进行研磨，通常采用球磨机对矿石进行细磨，以提高其可浸出性。

3. 氧化铝还原：氧化铝还原是母铝熔炼的关键步骤。

通常采用碳素热还原法或电解还原法将氧化铝转变为铝金属。

碳素热还原法是将氧化铝与电解炭混合，加热至高温（约2000）进行反应；电解还原法是通过在熔融盐中进行电解反应，最终得到纯铝。

4. 电解铝：电解铝是通过电解法制取高纯度铝金属的过程。

在电解槽中，将氧化铝置于熔融盐中，通过电流的作用，使铝阳极与碳负极产生化学反应，最终得到纯铝。

5. 铝合金制备：铝合金制备是将纯铝与其他金属元素混合加热，使其形成合金。

第五章金属的冶炼与利用（重要方程式）1、铁丝在氧气中燃烧：化学方程式为： 3Fe+2O2点燃Fe3O42、镁带在空气中燃烧：化学方程式为：2Mg+O2点燃2MgO3、铝在空气中反应：化学方程式为：4Al+3O2==2Al2O3实验现象为：铝表面变暗，形成致密的氧化膜，“自我保护”4、铜在空气中受热：化学方程式为：2Cu+O2Δ2CuO实验现象为：铜表面变黑；金在通常情况下不与氧气反应：即“真金不怕火炼”，表明金的化学性质不活泼。

5、铁与稀硫酸反应：化学方程式为：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑铁与稀盐酸反应：化学方程式为：Fe+2HCl=FeCl2+H2↑实验现象为：铁不断溶解，铁表面有气泡产生，溶液由无色变成浅绿色；★注意：置换反应都生成亚铁化合物6、镁与稀硫酸反应：化学方程式为：Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑镁与稀盐酸反应：化学方程式为：Mg+2HCl=MgCl2+H2↑实验现象为：镁不断溶解，镁表面有气泡产生；7、铝与稀硫酸反应：化学方程式为：2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑铝与稀盐酸反应：化学方程式为：2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑注意：Al+3价8、锌与稀硫酸反应：化学方程式为：Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑实验室制氢气锌与稀盐酸反应：化学方程式为：Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑常见的金属中，镁、铝、锌、铁能与稀盐酸或稀硫酸反应，铜、银、金等不与稀盐酸或稀硫酸反应。

9、（湿法冶金、曾青得铁则化为铜）化学方程式为：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu实验现象为：铁表面有红色物质析出，溶液由蓝色变成浅绿色。

（不能用铁制容器盛放硫酸铜溶液）★单质铁在发生置换反应时，生成的都是+2价的亚铁。

10、实验室用一氧化碳和氧化铁炼铁：3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2实验现象为：红棕色固体逐渐变黑，澄清的石灰水变浑浊；11、尾气的点燃：2CO+O2点燃2CO212、焦炭的作用：①做燃料提供热量（方程式为C+O2点燃CO2）；②产生还原剂CO（方程式为C+CO2高温2CO）。