金属铝的冶炼方法

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金属铝的冶炼方法范文第1篇

关键词：实验探究；变化守恒；宏微结合；分类表征；绿色运用

文章编号：1008-0546（2016）11-0052-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.11.017

2016年5月19日，南通市高中化学（使用人教版教材）优秀课评比在江苏省海门中学举行，我有幸参加课堂展示，在高一（7）班借班上了一堂新授课“开发利用金属矿物和海水资源（第1课时）”。本次活动以“培养学科核心素养”为主题，下面就这堂课的教学设计作一介绍。

一、设计理念

鉴于人教版《化学2》[1]中本节课的“承前启后”：既是对《化学1》中钠、铝、铁等金属及其重要化合物知识和氧化还原反应的进一步归纳、梳理和运用，同时又为《选修2》第三单元“化学与材料的发展”课题2“金属材料”中深入学习铁、铝的冶炼做好准备。在综合比较了人教版和苏教版中有关金属的教学内容后，设计了两条主线，一明一暗。明线：即以人类发展史中重要金属材料的发现和使用为主线，着重讨论青铜时期铜的冶炼（因为人教版《化学1》对铜的教学相对不如钠、铝、铁系统，而苏教版《化学1》[2]编有“铜的获取和运用”）和铁器时期的炼铁、炼钢（考虑到钢铁仍是目前使用量最大的金属材料），进而结合金属活动性，通过归纳、分类和整理各种金属的工业冶炼方法，加深对氧化还原反应的理解。暗线：寓学科核心素养的培养于学生思维品质的优化中，通过精心设计的问题，结合适当的学法指导，从“实验探究”“变化守恒”“宏微结合”“分类表征”“绿色运用”等多个方面培养学生的学科素养。整节课的教学思维导图可表示为图1：

二、教学目标

1.了解铜、铁等金属的冶炼史，认识冶炼金属的一般原理，初步学会分析、比较和归纳不同金属的冶炼方法。

2.深化氧化还原反应的理解和运用，感悟其在金属材料发展中的关键作用。

3.铭记历史，进一步增强民族自豪感、责任感和使命感。

三、教学流程

四、教学过程

1. 情境导入

[师]先来做个游戏――连连看！游戏规则是对人类历史发展代表性时期和对应的标志性技术或人物进行连线，如图2。

[师]今天我们一起来走进人类历史发展中的重要金属材料。石器时代“火”的发现和利用为铜、铁的冶炼奠定了基础，包括工业革命时期大量使用有色金属材料。所以说人类文明史就是世界材料发展史。

设计意图：第一，寓教于乐；第二，明确本堂课的明线――不同历史时期典型金属冶炼及金属材料的运用，初步体验分类表征；第三，利用交互式电子白板的“幕布”功能，使得游戏与评价变得简便可行。

2. 活动一：了解铜的冶炼历史

[图片展示]介绍两件珍贵文物：司母戊鼎和铜虎头。

设计意图：兼有培养学生民族自豪感和铭记历史教训的用意。从某种意义上来讲，铜虎头已经超越了一件普通文物的意义，唤醒我们同学：中国至今还有上百万件珍贵文物流失海外。

（1）从铜的化合物中还原出铜

问题：人类很早就发现，孔雀石[主要成分是Cu2（OH）2CO3]在熊熊燃烧的树木中灼烧，树木余烬里会有一种红色光亮的金属凝固出来，试用化学方程式表示所发生的反应：（1） ；（2） 。

早期湿法炼铜有“曾青得铁则化为铜”的记载，其原理为 。

[生] 讨论概括出上述两种方法制铜的本质――从化合态还原为游离态。

视野开拓：介绍湖北博物馆的镇馆之宝“编钟”（图片）的高超铸造技术：运用合金比例（图片）控制音色！（锡偏低，钟声单调而尖锐，过高钟体韧性下降易被击破，而适当的含铅量则有利于声音的衰减，改善音色）。它的神奇还不仅于此……（有兴趣的课后可上网了解）

设计意图：激发学生的兴趣，也为后面介绍炼钢中通过调节硅、锰等合金元素来得到用途不同的钢材埋下伏笔。由组成的不同而导致结构的差异，从而初步感受“性构相依”。而对于“神奇的音乐性能”现场不讲，仅留提示，必定会激发学生学习的热情，兼有激发学生热爱艺术的设想。

（2）分组实验――“电解氯化铜溶液”

【实验说明】

[师]J形管[3]高端碳棒与电源负极相连（阴极），J形管低端碳棒与电源正极相连（阳极），注射器内装有湿润的淀粉碘化钾试纸，通电（24V）3分钟，注意观察阴、阳两极现象，结束实验后向上少许提拉注射器活塞（注意不要吸进溶液），观察试纸颜色，并完成化学方程式。

设计效果：从实验的角度丰富了制备铜的方法，也为《选修4》中电解精炼铜开一扇窗。可通过加液后在J形管两端自然形成的液面高度差判断装置的气密性，另外装置在密闭体系中检验Cl2，减少了其对环境的污染，本身就体现了绿色化学思想。

[师]视野开拓：简单介绍现代炼铜技术――火法炼铜和生物炼铜。

3. 活动二：认识炼铁（钢）的原理

（1）实验探究――“铝热反应”

装置改进如图4：用水泥和沙子在铁皮罐内侧浇铸成坩埚状，底部开孔，将纸漏斗放入，填上铝热剂，表面铺一层氯酸钾，三脚架下面预先放好盛有细沙的蒸发皿。用坩埚钳将燃烧的镁条插入反应物引发反应，……夹出红热物，用磁铁靠近。

设计效果：当给铝热反应重新按了这个家后，用5g Fe2O3和2g Al粉演示，现象十分明显，火焰集中在小范围内垂直向上喷射，底部高温熔融物相对集中落下，并能在细沙中保持相对较长时间（约10秒）的“红热”状态，给学生对反应放热留下深刻印象，稍冷，能被磁铁轻松吸引。十分适合当场演示，在药品预先加好的前提下，整个实验用时在4分钟以内。

[师]请完成该反应的方程式（并点评）。鉴于铁、铝都是用途极为广泛的金属，这个反应不具有大规模炼铁意义，但是这个反应由于放出大量的热，因此可以用来焊接铁轨（称之为铝热焊）、冶炼高熔点金属（如锰、铬和钨等）、甚至用于定向爆破。

[师]根据反应的宏观现象，从微观角度加以分析。

问题1：根据反应的宏观现象，从微观角度绘出铝热反应过程中的能量变化，见图5。

[生]利用白板的拖拉功能将反应物、生成物拖到相应位置，并连接成曲线①。

问题2：反应物能像乘“滑滑梯”一样自然而流畅地转化为生成物吗[4]？

[生]小组讨论，修正曲线①为曲线②。

问题3：能不能降低反应的“坎儿”（如曲线③）？

[生]使用催化剂。

[师]寻找合适的催化剂！而金属及其化合物是这个领域研究的热点，可谓方兴未艾（2007年度诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈德・埃特尔在表面化学研究领域上的突破）。有兴趣的同学两年后可以考虑填报“催化工业”专业，今天你们站在海门市基础教育的制高点，相信假以时日，你们也一定能登上世界“催化工业”的巅峰。

设计意图：利用电子交互白板能轻松展示上述层层递进的三个问题解决的过程！较好地落实了“宏微结合”，进而完成从“物质转化与能量变化”双重角度认识物质世界！并且进一步激发学生对化学的兴趣，再次点燃学生学习激情（学生不由自主的热烈掌声也给予我极大的鼓励）。

（2）看图比较古代炼铁和现代高炉炼铁

结合屏幕上的古代炼铁图片和高炉炼铁示意图，进行比较并完成下表：

设计意图：比较是一种高效、深刻的学习方法。

[图片展示]泰坦尼克号沉没的图片以及最近出现在南海的美国现役主战航母――“斯坦尼斯号”图片。

设计意图：第一，说明作为轮船或航母甲板对钢材质量的要求之高；第二，联系时下区域政治热点，激发学生的爱国热情，并自发转化为一种民族的使命感、责任感。

[视频播放]结合“氧气顶吹转炉炼钢”的模型观看相应视频，理解炼钢的目的及反应原理。

4. 活动三：整理金属冶炼的本质、方法、过程和金属资源的有效使用途径

（1）简单表示金属冶炼的本质：

（2）结合金属活动性顺序表，讨论不同金属冶炼方法的选择。

（3）金属冶炼的一般过程包括 、 、 。

（4）列举合理开发利用金属矿产资源的几种途径。

设计意图：学生自主建构，同时形成本堂课的主板书设计，见图6。

[师]金属材料发展的历史演变是材料发展的历史演变中的重要组成部分，见图7。从人类历史发展的几个重大时期看，材料历经了天然材料陶瓷青铜铁钢有色金属高分子材料新型材料，这正验证了美国科学家西博格的一句话“化学，人类进步的关键”。

课后拓展：上网查阅、走访、调查了解海水金属资源的利用现状和展望。

五、教学反思

1. 对立与统一

整合和发挥素材在教学中的辩证性：如两种青铜器图片的使用，既激活学生的民族自豪感，又让学生回忆了中华民族这段屈辱的历史；又如，为说明材料科技的进步是为造福人类社会，却又选择了“泰坦尼克号”海难图片，以及以“斯坦尼斯号”为代表的美国航母在南海制造紧张局势……也很好地印证了课的最后所引用的恩格斯的充满哲理的一句话：“化学既是关于自然的科学，又是关于人的科学。在当代科学的发展趋势中，它们正在走向统一。因此，现代化学不仅是认识生命过程与进化的手段，也是人类生存和获得解放的手段。”

2. 实验探究与创新

J形管的运用有效地保证了两液面高度差的形成与观察，同时采用注射器保证了实验中电解氯气的绿色检验，很好地发挥了实验的不可替代功效。实验结束后将针筒中的氯气推入烧碱溶液吸收即可，而CuCl2溶液可供多个平行班级重复使用。铝热反应的反应器以及引燃方式都做了改进，改进后的装置能承受反应高温，外壁不会发烫，可用于反复演示实验而不损坏。引燃镁条时，先用坩埚钳夹住镁条中部，点燃一端迅速将另一端插入铝热剂，这个动态的过程相比教材中静态的过程而言，改善了空气和镁条的接触，反应加剧，有效解决了原来演示过程中燃着的镁条自上向下燃烧到根部会熄灭，从而导致不能引发铝热反应这个问题。

3. 摆事实讲道理

通过编钟中合金成分的分析，锡、铅含量对钟声音色的影响，以及将生铁炼钢过程中各元素含量的变化与调整和钢材所呈现的特性等的关联，培养学生“性构相依”的学科思想。通过由表及里、层层推进的三个问题：根据铝热反应的宏观现象，如何从微观角度绘出反应过程的能量图？反应物会像乘“滑滑梯”一样自然而流畅地转化为生成物吗？能不能降低上述这些反应的能量障碍那道“坎儿”？进而完成从“物质转化与能量变化”双重角度认识物质世界！

比较遗憾的是，学生活动三这个环节略显仓促，本来预设了这样一个活动，让学生扮演我国西部铜城――白银市市长这一角色，谈谈本市矿产资源合理开发的举措……由于我看错时间（结果下来发现提前了3分钟下课），以为课上来不及了，忍痛割爱，失去了培养学生社会责任感、参与意识和决策能力[5]的极佳机会，行文至此仍不吐不快。

致谢：感谢江苏省如东高级中学的同仁们在准备过程中给予的大力帮助。

参考文献

[1] 宋心琦.普通高中课程标准实验教科书・化学2[M].北京：人民教育出版社，2008

[2] 王祖浩.普通高中课程标准实验教科书・化学2[M].南京：江苏教育出版社，2007

[3] 蒋海燕.J形管在中学化学实验中的应用探讨[J].化学教学，2012（11）：47

金属铝的冶炼方法范文第2篇

【关键词】重熔用铝锭；熔铸烧损；质量；温度；铝灰分离

目前，大部分铝冶炼企业熔铸烧损都在10‰左右，这势必造成大量的铝被氧化而损失。如一个年产能为30万吨的铝冶炼企业，10‰的烧损相当于年损失3000吨的产量，按吨铝液11000元的制造成本计算，全年损失则高达3300万元，这个数字令人触目惊心。当然，熔铸过程中因铝液高温氧化，加之电解冶炼过程中不可避免的含有各种金属杂质与非金属杂质，完全没有熔铸损失是不可能的。那么，在实际生产过程中，造成熔铸烧损的因素有哪些？如何有效的降低烧损，将熔铸烧损控制在最合理、最小范围呢？

一、造成烧损的原因

（一）废品率高

通过对相关企业连续几个月的废品统计和烧损统计可知，废品率与熔铸烧损成正比关系。即废品率越高，二次回炉造成熔铸损失越大。而产生废品的具体原因如下：

1.内部质量因素。造成铝锭内部质量不符合标准的原因比较复杂，由于配料人员工作责任心不强，出现配料误差，导致产生不合格；因铝液质量波动，个别电解槽铝液铁、硅含量突然上升，导致产品质量下降；因液质量发生变化而分析人员工作不严谨，槽号与分析报告不匹配，误导配包人员而致铝锭质量不合标准。

2.铝锭外观质量。由于铝锭外观质量而导致不合标准的废品数量比较庞大。一方面，因设备故障，产生了诸多废品，包括铸造机不到位或者有卡别现象，造成铝锭表面波纹；铝锭铸模底部烧损严重，导致铝锭表面出现坑洞；铸造机打印装置磨损严重，造成打码不清晰；铸造机液压油缸漏油，铝锭表面有油污；打包机异常，造成松包、歪包、斜包；铸造机铸模链板变形，导致铝锭斜块。另一方面，因操作技能因素或工作责任心不强产生的废品，包括工人操作技能较低，打渣速度过慢，造成铝锭夹渣；操作人员工作责任心不强，造成铝锭夹渣，或飞边毛刺，或产生大小块。

（二）具体操作失误而导致烧损较高

首先，炉内浇铸温度没有达到控制要求，导致烧损高。浇铸温度过高，造成铝液表面氧化，部分铝液挥发。浇铸温度过低，铝渣分离不彻底，渣中含铝量高，造成熔铸损失增加。

其次，操作次数过于频繁。在入料、添加除渣剂、搅拌扒渣作业过程中，操作次数过于频繁，会造成铝液表面大部分氧化膜频繁遭到破坏，而导致熔铸损失。

最后，扒渣温度过低。扒渣时混合炉温度保持没有达到标准要求，造成铝渣和铝液分离效果不好，铝渣中含铝量过高。

二、具体解决对策

因上述内部质量、外部质量和具体操作等所导致的铝锭熔铸烧损程度较高的情况，可采取以下具体措施加以解决：

首先，采取实际且有针对性的对策与措施以减少因内部质量问题所产生的大量烧损，诸如加强岗位操作技能培训，开展导师带徒工作；细化岗位工作职责和工作标准，建立有效的绩效考核机制；严格配包标准，细化配包精度；满炉起铸，浇铸之前取料进行炉前分析，分析合格后才可以打眼生产；对于铁、硅含量过高的铝液，配料过程中进行二次炉内铝液成分分析。

其次，针对由于外部质量原因所造成的烧损情况，可采取如下措施：生产过程中按标准动作打渣，轻推慢拉，及时清理护板上的铝渣；生产前检查轨道上、水箱上是否有凝固的铝块，并且按要求调整好内外接扶锭；根据链条情况规范加油；及时检查更换不合格的铸模；定期清理铸模内腔，保证内腔光滑，对于老化的铸模进行定期摸查更换；做好设备点检定修工作，有安排有组织的确定重点维护对象。

最后，因具体操作而导致的烧损，要严格控制浇铸温度。金属氧化热力学研究表明，金属氧化的趋势以及各种金属元素氧化的顺序和氧化程度，都是由金属与氧的亲和力决定的，并与金属的成分份、温度等条件有关。

规范添加除渣剂，搅拌扒渣作业过程的操作标准，杜绝操作次数过于频繁，较长时间的打开炉门导致铝液二次氧化造成的铸造损失，并制定相应的考核办法。

扒渣温度的控制。扒渣时混合炉温度要控制在合理的范围之内，尽量使铝渣和铝液温度达到最佳的分离状态，减少铝灰中的含铝量。

充分发挥铝灰分离机的作用。虽然经过添加除渣剂及扒渣程序后铝渣中的含铝量降低，但仍有部分铝存在于渣中，铝渣中约含有15%～20%的铝，铝渣回收利用的方法有很多种，但目前效果比较好的是铝灰分离机，铝灰分离机可以将铝灰中75%的铝有效回收。有条件的企业可以安装铝灰分离机，对扒渣灰进行有效的分离，最大限度的回收铝灰中的铝。

金属铝的冶炼方法范文第3篇

关键词：有效元素；有色金属；回收

目前，世界上已探明的金属有86种之多，其中铁、铬、锰称之为黑色金属，其他金属都可统称为有色金属。冶炼工业中最常见的有色金属包括铜、镍、铅、锌、锡、铝、钨、钦等。这些有色金属在冶炼过程中由于冶炼工艺等原因除希望冶炼的元素外还会产生大量的其他元素，当前大多数有色冶金企业把这些有效元素当作了冶炼伴生的废渣进行了丢弃。丢弃的结果可想而之，既是对有效元素的浪费，又加重了当地的环境污染。因此，对“废渣”中的有效元素进行回收，二次利用，变费为宝，将会产生社会效益和经济效益的双赢。

1 有效元素回收方式

在有色金属的冶炼过程中产生的废渣元素种类很多，其中可回收，再次利用的有效元素也不少，可分为有效金属元素和有效的非金属元素，根据冶金的要求和用途，废渣中有效元素的回收方式也不相同。对于金属元素的回收，一般采用选冶、火法冶炼和湿法冶炼等技术，而非金属元素（如余热）的回收采用梯级利用法。有效元素回收的原则是减量化、资源化、无害化。

1.1选冶法

在冶金有效元素处理的初期，尾矿的选择上，需针对矿山物理表面的不同化学成分、性质，采用适合尾矿再选的选冶流程（螺旋溜槽-BL1500螺旋溜槽、浮选+尾矿氰化选冶联合流程、浮一重一磁联合流程、先铅后铜的优选浮选等），或通过新型药剂（如浸锌渣还原、浓缩脱液等），从粗精矿中直接选择出精矿。通过尾矿选治增加经济效益，避免因尾矿回收率低，引起的矿山企业开发、利用率积极性不高等原因引起的矿山的恶性开发，增强有色金属的综合利用，使矿山开发、有色冶金、回收利用良性循环、可持续发展。

1.2湿法冶金

湿法冶金是目前回收冶金过程中废渣有效元素最有效的方法和常用方式之一。它是通过酸、碱、微生物水溶液浸出方法提取所属金属元素，最后用电解水溶液的方法抽取金属。并且湿法冶金对冶金劳动条件要求不高，无高温和粉尘危害，况且排放的有毒气体极少，可以达到生产清洁的要求。所以，湿法冶金常作为复杂废渣冶金或尾矿再开发的新技术。

1.2.1湿法冶金步骤

在湿法冶金过程中分为三个步骤：（1）将矿石原料浸泡在水溶液中，这一过程简称原料浸出。（2）净化：再将浸取的溶液和残渣分离，进而通过溶剂萃取技术、离子交换技术、沉淀法、还原法将夹杂在冶金溶液与有用的金属离子洗涤回收。（3）金属抽取：采用电解法从净化液直接提取金、银、铜、锌、镍、钻等纯金属；而以含氧酸形式存于水溶液中的铝、钥、钨等金属，一般先进行析出氧化物，然后再还原得到有效金属。

1.2.2原料浸出

湿法冶金的浸出环节是冶金中的最重要的一步，由于废渣矿石中有效金属元素是呈硫化物、氧化物、硫酸盐、砷化物、碳酸盐、磷酸盐等形态存在，要想将有效金属从有害杂质中分离出来，需要谨慎的选择溶剂。浸出的方法也很多，要因材治宜，有酸浸出、碱浸出、盐浸出以及细菌浸出。可用HZSO4作为药物溶剂来处理含酸性的矿石浸出镍、锌、铜、钻等氧化物，回收率可高达99%以上，效果明显。用HCL处理含酸性的矿石浸出黄铜。用浓度巧%的HCL和浓度30%的HZSO4混合处理钨矿。用NH：处理含碱性的矿石浸出钻、镍、铜的硫化物；用Na多处理硫化锑、汞矿浸出HgS、53、SbZs3。NaCL处理含铅半产品的尾矿浸出PbSO4、PbCLZ。用NaCN处理金银矿、高铁盐作为氧剂使用浸出硫化铜、黄铜。用细菌、微生物作为水溶液浸出硫酸盐、氯化物等。

1.2.3 净化

经过原料的浸出后，会得到很高比例的有效金属，但仍然许多不需要的或有害的矿物质，它们随溶剂混合于想要抽取的有效金属中。净化的过程有两种，一是先从溶剂中析出待沉积的有效金属；另一种方法是先析出杂质，让有效金属保留在溶剂中。常用的净化方法有：溶剂萃取、离子沉淀、离子交换和还原法。

利用水溶液与有机溶剂分层液体相的原因而采用的溶剂萃取技术，再用稀释剂从有机相中分离金属离子离子。目前已有200余种萃取溶剂，其中有十几种是被广泛应用在工业冶金中的。对有机溶剂的选用上，还有非常大的进步空间，可利用现有的溶剂萃取液合成更加高效的、廉价的新型萃取液，并且，有机溶剂萃取的工艺上也有较的改善空间。

由于离子交换树脂合成简宜，并且不溶于其他酸碱盐溶液以及有机溶剂，所以在离子交换工艺中离子交换树脂是重要的转换物质。与溶剂萃取相比，离子交换技术具有操作方便、选择性好、性能稳定、容量大的特点。沉淀法也是一种最常用的净化提纯技术，可用于获得盐类、氧化物或金属产品。沉淀方法有硫化物沉淀法、水解沉淀法以及共沉淀法等。

1.3火法冶金

火法冶金是回收冶金过程中有效元素的最古老的方法，在昔日发挥了重要的作用，但由于其高耗能，对环境的污染大，在环保节能的今天，火法冶金逐渐要退出历史舞台。单纯使用高温进行火法冶金提取有效金属的方式基本上不再使用，但与湿法冶金相结合回收有效金属的混合技术仍有广泛的市场价值。24余热回收要充分合理地利用有色炉窑的烟气余热，就要根据烟气余热资源的数量、品质（温度）和用户要求，遵循能级匹配的原则，实现对其进行按质回收，温度对口的梯级利用。一般情况下具体的梯级利用原则如下。

优先考虑将烟气的余热回收利用于生产工艺过程本身。这样，将烟气中的余热直接带回生产工艺过程中，直接降低了生产工艺过程的能耗，比通过转换装置来回收烟温的余热更为经济和有效。其次，冶金过程产生的高温余热可应用于动力回收，使用水蒸汽进行循环发电，高温余热的热能转换成电能。最后，这部分的烟气余热最好直接应用于生产工艺本身，如加热物料、预热助燃空气等。如得不到以上利用时再考虑应用其冬季采暖，夏季制冷等其他利用方式。

金属铝的冶炼方法范文第4篇

关键词：LF炉；精炼；含铝钢

前言

随着钢材市场竞争中钢材质量影响因素的提升，各大钢企纷纷开展了炉外精炼技术的开发与实践，以此作为提高钢材产品质量的有效手段，经过不断的发展，目前炉外精炼已经成为钢铁生产流程中的关键步骤，LF炉精炼工艺降低钢水中氧，硫等有害元素的含量的途径，通过采取包括电极加热、钢包底吹氩以及造白渣等技术，实现了钢水产品纯净度的大幅提高。

SAE10B22A钢属于中碳低硅高铝钢，其炼制的过程中对酸熔铝含量的要求比其它品种钢的要求更高，铸坯中酸熔铝占比必须超过0.015%，炼制技术的关键在于对钢水中增加铝元素的过程中如何同步实现钢水[Al]s的限制，这个条件的实现能够保证钢水的内在质量和浇筑质量的前提，同时也能够有效的减少钢水中的结瘤状况。使用该品种刚的客户，通常不仅仅需要对钢材进行成分和各种机械指标的检验，其检测报告中还增加了晶粒度、非金属夹杂以及低倍等检测指标的要求，这些因素决定了这种钢材炼制技术的复杂性。表1为SAE10B22A钢的化学成分。

1 宣钢生产主要装备及工艺流程

1.1 主要装备

宣钢炼钢厂150T炉区，其中包括：铁水折罐间，KR脱硫站，150t顶底复吹转炉，180tLF精炼炉和12流末端电搅连铸机。

1.2 工艺路线

宣钢炼钢厂150T炉区生产SAE10B22A钢工艺路线为：铁水脱硫-复吹转炉冶炼-LF炉-连铸。

2 LF炉精炼工艺控制

2.1 精炼渣料的加入和渣系的确定

（1）LF炉渣料的选择包括：白灰，莹石，铝矾土，铝质造渣剂。

（2）SAE10B22A钢渣系的确定。为了使精炼渣具有较好的脱硫及夹杂物去除效果，SAE10B22A钢精炼渣选定CaO-Al2O3-SiO2渣系。

2.2 精炼硅、[Al]S含量的控制

通过采用铝粒加造渣剂作为还原剂来完成对钢液碳、铝、硅增量的控制，能够在减少SiO2含量的同时有效实现硅元素的增量控制，关键在于对炼制过程中操作方法的控制，通过前期渣脱氧来降低[Al]S的烧损，其中关键的控制步骤包括：

（1）放慢精炼成渣的过程，控制硅在早期的的还原反应速度。

（2）通过提高钢包顶渣的碱度，直接降低SiO2参与还原反应的速度，延长硅还原反应的时间。

（3）尽量较少炼制过程中萤石的使用量，主要依靠铝矾土来控制炉渣流动性，这样也能够有效的减少炉渣中的SiO2占比。

（4）放弃原先的供电裸弧，主要通过稠化精炼炉渣的操作方法，也可以有效的减少供电期间钢液吸气现象。

（5）加快精炼辅助速度，减弱精炼过程中的底吹氩，操作中不宜采用爆吹和大翻的方法，因为这样容易造成严重的铝烧损。

2.3 钙处理工艺

Al2O3作为含铝钢炼制过程中最主要的氧化产物，其过高的熔点给炼制过程带来了很大的技术问题，在液态钢水中，Al2O3以固态的方式存在，是造成钢水结瘤和堵塞现象的根源，及时中间包水口处没有造成结瘤现象，那么进入刚才轧制工艺以后，容易轧制过的钢材表面形成较长的线性分布带，给钢材造成重大的质量问题。通过对生产经验的总结，可以看出，只有将钙铝比维持在0.13之上的水平，才能保证钢水流动性指标。并且在精炼后期采取有效的钙处理措施，在参照J3分析Si含量的多少，混入一定量的硅钙线，来实现钢水中Si含量的控制，喂钙铁线的原则是要使钢中有一定的钙饱和度，同时应进行不少于15min的弱吹氩，保证在以上过程中对钢液的保护，避免二次氧化。

3 生产结果分析讨论

3.1 生产结果总结

经过实践有效地控制钢水中非金属夹杂物总量，提高钢的纯净度，保证了精炼和铸坯钢水Als/Alt≥90%，实现了SAE10B22A钢的顺利冶炼、浇注。生产出的SAE10B22A钢的在化学成分检验以及铸坯表面质量检测等方面均达到了技术要求，为公司第一单SAE10B22A钢的冶炼打下了良好的基础。也有助于公司后续开展SAE10B22A型钢的冶炼工作。具体生产数据分析（见表2）

3.2 分析讨论

精炼脱氧剂铝粒，铝质造渣剂，电石应该在第一次供电结束前添加完毕，中间过程中白渣的保持主要通过添加辅助脱氧剂，在炼制过程中要密切注意氩站成分的变化，如[Al]没有达到精炼烧损，及时喂Al线补Al。在炼制过程中控制钙铝比在0.09-0.14%范围以内。通过多次炼制经验总结，在炼制过程中，如果能够确保钙铝比值超过0.1%，就能够有效的实现对夹杂物化学性质的改变，保证最终形成的脱氧产物为液态，也能最大程度上满足钢水对于流动性的要求。同时，浇钢过程要严格按照连铸保护浇筑的操作方法做好，这就需要将钙铝比控制在0.10-0.12%的范围以内。以上过程表明，只要严格的控制炉渣，就能够确保钢水的所含的Al2O3成分最大程度和炉渣发生反应，这样既能够实现钢水的精炼也可以控制最终铸坯钢Als/Alt在90%左右，有效地控制钢水中非金属夹杂物总量。实现了钢的纯净度提升，完成SAE10B22A钢的浇铸。

4 结束语

（1）使用铝粒加造渣剂混合型还原剂炉渣可能够实现对钢液

碳、铝、硅增量的控制，降低Si02含量，可限制钢液增硅量。

（2）低碳高铝钢精炼渣的选用除了考虑渣熔点，流动性，碱度，粘度外还要考虑脱氧能力，减少铝烧损以及吸附夹杂能力。

（3）中低碳高铝钢精炼工艺中的核心内容就是控制氧化铝并去除氧化产物，只要控制钙铝之比超过0.1，就可以实现对夹杂物的变性处置，生产液态脱氧产物，保证了钢水的流动性。

参考文献

金属铝的冶炼方法范文第5篇

一、化学1模块中的化学观念

高中化学1模块通过精选核心知识、设计丰富多彩的探究活动，引导学生进一步发展相关的化学观念。“元素观”“分类观”“转化观”这三大化学观念的发展是教师在进行化学1模块元素化合物知识教学时需要关注的。

元素观元素观建构的价值在于它可以帮助学生形成化学的思维方法，有序地认识物质，指导其化学的学习和研究。元素观的具体内容可以表述为：物质由元素组成、物质按照元素组成进行分类、化学式能表示物质的元素组成、物质间转化的本质是元素原子间的重新组合、元素是同一类原子的总称、元素化合价与元素原子的最外层电子数有关、元素性质呈周期性变化，等等。在化学1模块，积累钠、铝、铁、铜、硅、氯、硫、氮元素代表物质的相关知识，并使之有序化，是重要的教学目标之一。当学生对元素观的认识达到一定水平的时候，他们就能在具体元素的学习过程中运用元素的观点来寻找含该元素的物质、按元素组成对相关物质进行分类、按照物质间的关系整理物质的性质及其转化；他们就能在具体物质的学习和研究中运用元素的观点思考该物质的核心元素是什么、该元素可能具有哪些价态、物质的类别是什么、该类物质的通性和特性有哪些、该物质可能存在怎样的转化关系，等等。

分类观分类是_种_般科学方法，广泛应用于各个学科领域。通过分类，学习者可以更好地认识同类物质的本质。化学学科的研究对象是物质及其变化，分类标准是分类的核心，理解根据不同的分类标准对物质及其发生的变化进行不同角度、不同层次的分类；同类物质具有相似的性质，可以发生相似的化学变化，是学习者必须要掌握的科学方法。H人教版化学1教材按照金属及其化合物、非金属及其化合物将元素化合物内容分为两章，以物质分类思想整合众多的教学内容。学习者可以通过探究或阅读等丰富多彩的自主活动获取教材中的感性信息，采用分类、归纳的方法获得系统的化学知识。如，教材在第三章先对钠、铝、铁三种金属单质的通性与特性进行介绍，再介绍钠的氧化物与盐、铁的氢氧化物与盐、铝的氧化物与氢氧化物的性质，最后安排了金属材料的性质和用途内容。由此可见，以物质的组成和性质进行分类研究的方法必将成为贯穿元素化合物知识的学习主线，教师应引导学习者适时应用物质的通性、物质类别之间的反应规律、氧化还原反应理论、离子反应理论等工具进行元素化合物知识的自主学习。

转化观物质的存在不是静止和孤立的，物质总是在不断变化，当某种物质生成或消失时，一定会伴随着其他物质的消失或生成，所以不同物质间发生着有规律的转化。物质转化的本质是物质的化学变化，转化体现物质的化学性质。由于物质发生化学变化时元素种类不变，所以转化是以元素为核心的各种物质性质的知识结构的核心。元素化合物知识的教学应探究反应的内在规律、建立以元素为核心的物质转化观。以元素为核心的物质转化主要有两种形式：一是相同元素价态，不同物质类别间的转化，如氢氧化铝与氯化铝的转化；二是不同元素价态间的转化，如氯化铁与氯化亚铁的转化。第一种转化通过复分解反应就可达成，第二种转化必须通过氧化还原反应来实现。当学生能够把物质的类别与性质视为统一的整体，把物质的变化与转化视为统一的过程，利用规律性知识完成相关变化，实现相关转化时，就可以说学生对于转化观的认识达到了较高水平。

二、化学1模块元素化合物教学与化学观念的关系

化学1模块中的元素化合物知识与化学观念的关系可以概括为两个方面，一是元素化合物知识作为知识载体可以很好地承载“元素观”“分类观”“转化观”的发展任务；二是元素化合物内容的结构化需要以上三大化学观念的引领。

(一）元素化合物内容对化学观念发展的承载需要认识知识的价值并辅以活动落实

面对元素化合物内容，教师应着力于挖掘核心化学知识的教学价值，将教学目标从“学习物质性质”转向“形成研究物质性质的思想方法”和“发展对化学观念的认识”，将教学行为从“知识为本”转向“观念建构”。化学观念的形成需要学生在积极主动的探究活动中，深刻理解和掌握有关的化学知识，并在对知识的应用过程中概括提炼而成。因此，教师应深入分析具体知识对化学观念发展的支持度，并为核心知识的学习过程设计合理的探究活动，引导学生加深对核心知识的认识，促进其化学观念的发展。

例如，人教版化学1第三章第一节“金属的化学性质”内容，教材的编写注重学生已有的知识基础和学习习惯，教师教学应以分类观为具体金属性质学习的指导，探究金属与其他物质类别间的反应，同时注意物质特性的研究；学生通过钠与氧气反应、钠与水反应、铁与水反应、铝与氢氧化钠反应等新知识的获得，建立金属性质研究的新角度，或提升分类标准，构建更完善的金属性质的研究框架，发展物质分类观念。在学生充分认识到了“金属化学性质”对物质分类观发展价值的基础上，教师应通过一系列活动给予落实。例如，通过让学生回忆并举例说明金属的化学性质，初步建立金属性质分类研究的框架；通过完成钠与氧气反应、铝箔加热的探究实验获取的感性认识，对金属与氧气反应的知识进行补充，增加生成过氧化物的分类研究角度，增加致密氧化膜对于金属性质的影响这一分类研究角度；通过对铁与氯气、铁与硫反应的实验现象的观察，对钠与水、铁与水反应现象的观察解释及产物预测，将金属与氧气反应的分类角度提升为金属与非金属反应的知识规律总结，将金属与酸反应的分类角度提升为金属与酸或水反应的规律总结；通过铝与盐酸、与氢氧化钠反应的探究实验,认识到铝的特性，增加研究金属性质的新角度一特殊金属与碱的反应。教师只有认识到金属化学性质的具体知识点对于物质分类观的发展作用，并且在教学中通过认识建构活动和认识发展反思活动,才能使学生深刻理解分类观对于认识金属具体化学性质的指导作用，通过具体知识点的学习深刻理解物质分类观，特别是基于分类观的金属性质的认识角度得到丰富和发展。

(二）元素化合物内容的结构化需要化学观念的引领并辅以可操作的学习工具

对于元素化合物知识，很多学生头脑中都只是片段。学生缺乏一种工具，把知识整合起来，形成结构化的知识网络。化学观念具有促进元素化合物知识结构化的重要作用，出于可操作的需求，要把观念工具化，二维物质关系图就是一种体现“元素观”“分类观”“转化观”指导下实现元素化合物知识结构化的工具，如图1所示。在此工具化图示中,“元素观”“分类观”“转化观”是一体的，核心是元素，方法是分类，内涵是转化。此工具化图示是以元素为核心的、以价态和物质类别为坐标的二维物质关系图，应用于不同元素时，坐标可能出现变化，具体变化实例如图2、图3、图4。

在建构二维物质关系图的过程中，化学观念对学生的思维和行为起指导作用，并在学生深入思考、反复尝试的过程中得到应用和发展。如，在建立如图2所示的以钠元素为核心的二维物质关系图时，学生首先要寻找核心元素为钠的物质，然后按照钠元素的价态0价或+1价及物质类别把这些物质标识在图中合理的位置上。在此过程中，学生思维和行动的指导就是元素观，而元素观也在学生的自主活动中得到巩固和应用层面的发展。又如，图2、3、4都是以金属元素为核心构建的物质关系图，但盐类物质出现了物质和离子两种不同的呈现方式。为什么钠盐在关系图中没有呈现为“Na+”？碳酸钠可与多种物质发生符合盐类通性的复分解反应，但“Na+”并没有真正参与离子反应的过程。反观氯化铁，它与碱发生复分解反应、与铁发生氧化还原反应，“Fe3+”真正参与了离子反应过程。由此可见，在考虑物质呈现方式的过程中，学生需要综合利用各种化学分类知识，认识物质的组成与性质，分类观也在学生不断的思考和利用中得到巩固和发展。再如，图2、3、4的物质呈现顺序不同，其中蕴含的深层次原因为可溶的金属氧化物能与水反应生成碱，而不溶的金属氧化物不具此性质。通过建立适当的物质类别顺序、全面的物质间连线，学生就能够把物质的类别与性质视为统一的整体，把物质的变化与转化视为统一的过程，利用规律性知识完成相关转化，学生对于转化观的认识水平得以不断提升。

学生在学习建构二维物质关系图的过程中，配合自然现象、学习生活、工业生产、环境问题等多角度的应用活动也是必不可少的。在应用环节，学生需要从二维物质关系图中准确提取结构化的知识信息，即反应物性质知识及反应物和生成物在图中的结构关系信息。如“硫的化合物”的学习，要求学生设计火力发电厂将二氧化硫转化为石膏的过程，学生只有准确提取到二氧化硫的性质及其与硫酸钙的结构关系信息，才能清晰地表述：“二氧化硫-石膏的转化涉及化合价和物质类别转化，所以转化过程要用到氧化剂和碱……”。在应用环节中，学生逐渐理解二维物质关系图中代表物在图中所处位置所包含的知识信息，理解物质间连线的内涵，从而使零散的知识形成结构清晰的整体。

三、体现化学观念的“铝的化合物”的教学设计及其分析

化学观念具有体验性和内隐性，只能建立在对化学知识深层次挖掘的基础上，不能通过机械记忆获得。所以，基于化学观念的教学需要学习者亲历知识的探索发现过程，对具体知识进行深入理解，并在不断的应用与修改中获得逐渐接近学科本质的认识。教师如何通过课堂教学切实落实学生的化学观念的发展任务？笔者以“铝的化合物”的教学为例进行探讨。

依据化学观念的发展需求分析，铝的化合物教学中需要考虑：其一，应尽可能涉及各类核心元素为铝的物质，包括铝、氧化铝、氢氧化铝、偏铝酸钠、氯化铝；其二，两性氧化物、两性氢氧化物的概念，是物质分类的新知识，是教学重点，相关结论最好由学生思考得出；其三，氧化铝、氢氧化铝与碱反应生成偏铝酸钠这一物质转化关系是学生认同、理解上的难点，应设计探究活动让学生反复感受、解释、应用；其四，鉴于铝的化合物在物质分类角度上的特殊性，让学生“一步到位”地构建出如图3所示的铝元素的二维物质关系图有一定的困难，需要分阶段构建。基于以上分析，教师可在“铝的化合物”的教学中，以“如何从铝土矿冶炼得到金属铝”为问题主线，以解决实际问题为明线，通过逐步解决工业流程图中包含的物质性质、制备、转化等问题，实现对铝的氧化物、氢氧化物、盐的分类及性质问题的预测、探究、理解、应用，使学生形成以铝元素为核心的物质关系结构化知识。

环节1：基于事实发现问题，初步构建铝及其化合物的转化关系，形成引领学习过程的思维主线

问题1:生活中经常用到各种铝制品，自然界存在大量铝单质吗？金属铝是如何冶炼得到的？阅读资料，了解铝土矿的成分及金属铝的冶炼工艺，找到冶炼流程中所有含铝元素的物质，并将流程图简化。

学生活动：结果如图5所示。

设计意图：激发学生的探究热情，引出问题主线“如何从铝土矿冶炼得到金属铝”。这个问题指明了学生的思维方向为如何从铝土矿得到单质铝；包含了铝单质、氧化物、氢氧化物、盐之间转化关系的大量物质性质信息；也可分解为很多

生思维持续深入。通过简化工业流程图，构建物质关系图，为学生之后构建合理完善的二维物质关系图提供思维台阶；同时使学生感受到金属铝的冶炼过程，就是含铝元素物质发生反应、相互转化的过程，经此过程达到除杂、冶炼等目的，为学生的后续学习提供思维依据和方向。

环节2：基于推理和实验验证，实现铝及其化合物的转化，学习氧化铝与氢氧化铝的性质，发展元素观、分类观和转化观

问题2:如果你是工程师，你能实现流程图中的各步转化吗？预测发生的化学变化并写出化学方程式。

问题的分析与讨论：学生可应用物质分类观点，通过物质的通性预测氧化铝与盐酸反应生成氯化铝、氯化铝与氢氧化钠反应生成氢氧化铝、氢氧化铝受热分解生成氧化铝。学生在学习铝的性质时知道了氧化铝和铝一样能与酸或碱反应，学生提出假设：是不是氧化铝与氢氧化钠反应也生成偏铝酸钠。

问题3:观察氧化铝与酸与碱反应、氢氧化铝

(3)受热分解两个演示实验，你的预测准确吗？

问题4:从物质分类角度来看，氧化铝是否属于碱性氧化物？

问题的分析与讨论：学生很容易从氧化物的分类标准判断出氧化铝同时具有酸性氧化物和碱性氧化物的性质，所以它应该属于新的物质类别。由此，教师引出两性氧化物的概念。

学生实验1:氯化铝与氢氧化钠反应生成氢氧化铝的预测是否正确？

学生实验的分析与讨论：教师提供的药品为1mol/L氯化铝和6mol/L氢氧化钠，学生在交流实验操作和结果时，会意识到氢氧化钠的用量导致了不同实验现象的发生，氢氧化铝可能与氢氧化钠反应。

学生实验2:制取氢氧化铝并完成其与氢氧化钠、盐酸的反应。

问题5:从物质分类的角度来看，把氢氧化铝看成碱合适吗？

设计意图：在整个环节的起始部分，学生会觉得利用物质通性去推测一些化学反应是很容易操作且成功率很高的，氧化铝属于两性氧化物这一新知识的学习也水到渠成。直到探究进行到如何将氯化铝转化为氢氧化铝这一步，学生开始面临一连串的问题：为什么刚刚得到的氢氧化铝沉淀溶解了？为什么别的小组得到了沉淀，他们的实验怎么做的？操作有什么不同？氢氧化钠用量是实验失败的原因吗？铝和氧化铝都能和碱反应，氢氧化铝能和碱反应吗？……与熟悉的反应规律相矛盾的实验现象可以激发学生探究的热情，同时学生也可以体验到实验对于化学学习的重要作用。氢氧化铝的两性、铝盐与氢氧化钠反应时碱的用量影响实验现象这些教学中的重点和难点问题，不需要教师生硬地告诉学生，学生都可以自己思考分析得到。从铝和氧化铝的性质理解氢氧化铝的两性，是学生在元素观指导下进行学习活动的成果；铝元素的化合物在两性方面的性质可以丰富学生的元素观。这个环节学生以物质转化为目的进行探究活动，利用分类观自主学习并获得成功。

环节3：基于预测和实验验证，完善铝及其化合物转化关系，应用分类观对陌生物质的性质进行探究

问题6:实现图5中的Q和③转化要应用偏铝酸钠的性质，预测偏铝酸钠的性质？

问题的分析与讨论：对于偏铝酸钠，学生感到非常陌生，思维的方向只能是：偏铝酸钠属于盐，能发生复分解反应。

学生实验3：分别向偏铝酸钠溶液中滴加盐酸，或吹入二氧化碳。观察实验现象，推测生成物。

设计意图：学生通过物质通性进行预测，完成实验，根据复分解反应规律分析现象，推测产物。学生的思维内容包括：向偏铝酸钠溶液中滴加盐酸，先生成沉淀，然后沉淀溶解。盐与酸反应时离子互换生成新盐和新酸，新盐是氯化钠，新酸是含铝元素的不溶性酸，这种酸还能继续和盐酸反应而溶解，所以新的酸具有两性，可能是氢氧化铝；向偏铝酸钠溶液中吹入二氧化碳也生成沉淀，该沉淀为氢氧化铝，沉淀不能继续和二氧化碳反应。由此可见，偏铝酸钠这一新物质的学习，是学生较深入应用分类观和反应规律研究陌生物质性质的一次尝试，比环节2中利用分类观和反应规律学习氧化铝、氢氧化铝的性质在思维深度和应用水平上，高出一个档次。在教师的引导和提示下，学生深入思考相关问题，分类观得到进一步发展。

环节4：在更广阔的环境中应用元素观、分类观和转化观

问题7：回顾铝的工业冶炼流程，在铝的化合物发生转化的同时，氧化铁和二氧化硅也在发生转化。关注第一次过滤操作，预测氧化铁和二氧化硅的性质？

设计意图：经过前面的学习，学生很容易就能通过物质转化的结果，从酸性氧化物和碱性氧化物的角度对氧化铁和二氧化硅的性质进行预测。这一环节可向学生充分展现元素观、分类观、转化观超越具体元素化合物知识的广泛适应性和持久性价值。

四、体现化学观念的化学1模块元素化合物教学策略分析

基于化学观念发展的元素化合物教学要解决如何通过具体元素化合物知识的教学增进学生对化学核心知识和规律的认识，激发学生高水平的思维活动这一问题。教师在教学过程中采取的每项措施都要以此为目的。

(一建立具体知识与化学观念间的联系元素化合物内容是化学观念发展的载体，具体知识对“元素观”“分类观”“转化观”承载的契合度是不同的。合理地建立具体知识与化学观念间的联系，可以最大限度地发挥元素化合物知识的作用，也利于学生对核心知识的理解。由于学生化学观念的发展过程是循序渐进的，教师要考虑的问题是：不同教学阶段应该着重发展哪些化学观念？哪些具体知识能够承载该项发展任务？不同的具体知识分别承担化学观念巩固、深化、扩展的发展任务。如前文对“金属的化学性质”内容的分析，让学生掌握以分类观为指导的学习元素化合物知识的基本方法，形成具有化学学科特点的思维方式，是最重要的教学目标，因此分类观是整节课的统领。

(二构建对指导具体知识学习有作用的图示二维物质关系图是化学观念的工具化呈现方式，合理构建物质关系图是学生知识结构化及化学观念发展的具体表现，教师应预先设定物质关系图示构建目标。由于二维物质关系图是多种化学观念发展的集中体现，只能逐步构建以趋于完善，所以教师需要将物质关系图构建的目标拆解，通常分为建构图式、理解图式、应用图式、巩固图式四个环节。如前文对“铝的重要化合物”一节的物质关系图构建过程：教学起始环节，学生初步构建物质关系图；之后逐步实现物质间的转化，理解关系图中包含的氧化铝、氢氧化铝的性质和转化信息；之后学生应用图中信息推测陌生物质的化学性质；课后学生重构关系图，通过交流、对比得到最佳的关系图构建结果。

三转化为贯穿学习过程的驱动性问题线索

基于化学观念的元素化合物教学本身就是用观念解决问题的过程：问题线索的设计解答了“在什么情况下，遇到什么问题时需要用哪些知识”的问题，丰富了学生运用知识的经验；在运用观念解决问题的教学中，二维物质关系图将问题解决的思路和方法显性化，回答了学生“用什么方法解决，如何解决”的问题。驱动性问题要具有鲜明的指向性，使学生易于找到思维的起点和方向；驱动性问题要具有一定的思维深度和容量，使学生长久处于积极的深入思维的状态。比如，学习氮的氧化物相关内容时，可以设计“‘雷雨肥庄稼’这句农谚包含怎样的科学道理”这一问题线索，模拟雷电和降雨过程中发生的氮气与氧气、一氧化氮与氧气、二氧化氮与水的反应，使学生通过对实验现象的细致观察和分析，自主学习氮气和一氧化氮、二氧化氮的化学性质，了解氮气、一氧化氮、二氧化氮、硝酸几种物质间的转化关系，为构建氮元素的二维物质关系图打下良好的基础。

四依据二维物质关系图理顺教学单元内多课时的关系

二维物质关系图的构建往往需要几节课的教学时间，进行教学设计时，教师可以按照建构图式、理解图式、应用图式、巩固图式的顺序组织教学内容，对多课时的教学作出统筹安排。如“硫的转化”单元中，可以对三课时的教学作如下分析和安排。第一课时“自然界中的硫”要求学生掌握硫单质的物理性质、化学性质及用途；承担建构物质体系