三十多亿年前,宇宙深处出现了地球。宇宙如同一个炽热熔炉,使熔融的金属向核心汇聚,沉淀为地核,主要由铁镍构成,是液态的金属核心。金属的外部逐渐生成硫化物层,接着形成氧化物层,覆盖在金属熔体和渣体之上。最终,在金属熔体与渣体的外部,环绕了一层大气层,它相当于一个温度和压力的包裹环境,由此构成了人类得以生存的地球。
金属加工工艺源自远古的制陶技术。最初是冶炼铜。铜的熔化温度并不高。随着制陶技术的进步,所需操作温度逐步攀升,最终达到了铜熔化的程度。在制陶实践过程中,于富含铜矿的区域进行制作时,铜便作为伴生矿物被偶然发现。经过漫长岁月的摸索,先民们逐渐掌握了铜的提炼技巧。
主要技术播报
冶金
高温操作是火法冶金的核心特点,通过加热矿石或精矿,促使其中部分或全部矿物发生物理化学转变,转化为不同形态的化合物或元素,这些产物会分散在气体、液体或固体生成物里,最终实现目标金属与脉石及其他杂质的有效分离火法冶金过程所需热量,一般通过燃料燃烧来提供,有时也借助过程本身的化学反应来获取,例如硫化矿的氧化焙烧和熔炼,这些环节无需燃料供热;金属热还原过程同样可以自行加热。火法冶金涵盖多个步骤,包括干燥、焙解、焙烧、熔炼、精炼以及蒸馏等环节。
冶金
湿法冶金是在液体环境中开展的冶金活动。湿法冶金所需温度较低,通常不超过100℃,当代湿法冶金的高温高压环节,温度也仅在200℃上下,极为罕见时温度能达到300℃。湿法冶金涵盖了溶出、提纯、金属制备等步骤。
用特定液体处理矿石或精矿,使目标金属转化为离子状态进入液体,而脉石和其他杂质不溶化,这个步骤称为浸出。浸出完成之后,通过沉降和过滤,会得到含有金属离子的浸出液,以及由脉石矿物构成的不溶性残留物。处理部分难以浸取的矿石或精矿时,通常在浸出之前实施准备工序,目的是让目标金属转化成易溶解的化合物或盐类形态,比如通过硫酸化焙烧转变为可溶性硫酸盐之类的操作
都是常用的预备处理方法。
提纯在溶出期间,时常有某些金属或非金属物质伴随目标金属进入液相,将这些物质从液相中分离出来的步骤称为提纯。
从提纯液体中,借助置换、还原或电积等手段,分离并获取金属物质的过程。
用电解金属的方式,属于电冶金技术,它通过电能来分离金属元素,电冶金技术还可以细分为,利用电热效应的冶金方法和,利用电化学反应的冶金方法。
冶金
电热冶金是借助电能转化为热能来实施提炼的技术。从物理化学变化的角度分析,电热冶金的过程和火法冶金的过程其实很相似,它们之间的核心差异仅在于加热能源的来源不一样。
电化冶金通过电化学反应,让金属从含金属盐的溶液或熔体中分离出来,这种方式叫做溶液电解,例如锕的电解提纯和锌的电积过程,都属于湿法冶金范畴;而另一种方式叫做熔盐电解,它不仅借助电能产生化学变化,还利用电能转化为热能,通过加热金属盐使其熔化,因此可以归入火法冶金领域。金属从矿石或精矿中提取的生产过程,通常包含火法和湿法两种工艺,即使是以火法为主导的工艺,例如硫化锅精矿的火法处理,最终仍需湿法的电解提纯步骤;湿法炼锌时,硫化锌精矿在加工前,必须经过高温氧化焙烧进行预处理。
技术原理播报
金属提纯是指借助熔化手段,将金属熔体里的非目标物质借助造渣与清除渣层的方式去除掉,与此同时,部分化学组分则通过除渣、脱碳、去氧等操作,获得较为纯净的合金组分,这个操作环节通常由金属铸造厂负责执行。
与金属塑形领域相关,例如矿石经过加工提炼形成初坯,其中包含黑色金属和有色金属的粗炼过程;初坯还需进一步加工,如钢厂、铁厂进行再炼制,以及铸造厂通常负责有色金属的提纯工作
行业分类播报

冶金行业可分为两大领域,一是黑色冶金,二是有色冶金,黑色冶金主要涉及生铁、钢材以及铁合金(例如铬铁、锰铁等)的制造,有色冶金则涵盖了除黑色冶金之外的所有其他金属的加工。
另外冶金可以分为稀有金属冶金工业和粉末冶金工业。
发展历史播报
2007年,国内钢铁行业实现了多项突出成就,包括生产规模扩大、产品结构改善、经营效益增强以及资源利用效率提升,从而显著提升了在国际钢铁领域中的地位和影响力。当年粗钢产量达到48924.08万吨,较前一年增长了6625.22万吨,增幅为15.66%;生铁产量为46944.63万吨,同比增加6189.22万吨,整体展现出强劲的增长势头。2008年第一季度,中国的钢铁产品出口量较去年同期减少了19.3%。然而,出口的货币总额却比去年增长了7.6%。
中国冶金工业科技实力持续增强,“规模偏小而基础薄弱”的批评声音已显著减弱,国家需持续加强冶金科技能力建设。
注意事项播报
钢铁制造流程的装置构造繁复,操作门类丰富,工作场所条件恶劣,体力消耗严重。钢铁制造环节里主要的危险点包括:粉尘、声响、热能散逸、铁水及熔融矿渣的飞溅与爆裂、高炉煤气中毒现象、高炉煤气着火性爆炸、煤末爆燃事故、机械工具与运输车辆造成的伤害、高空作业风险状况等。历年事故数据表明,炼铁生产中的主要事故按发生频次排序依次为:烫伤、设备致伤、车辆致伤、物体碰击、煤气中毒以及各类爆炸等事故类型。另外,触电、高空坠落事故也时常出现,同时尘肺病、矽肺病和慢性一氧化碳中毒等职业危害问题也普遍存在。
事故发生的主要缘由包括:人的因素、管理的因素以及物的因素这三个层面。人的因素中,主要体现为违规操作,其次是操作失误和身体过度劳累。管理的因素里,最突出的是对操作技术不掌握或不熟悉,劳动安排不合理;其次是现场缺少检查和指导,安全规定不完善,还有技术和设计方面存在不足。设备工具存在不足,个人防护用品不足或质量不高,这是导致问题的主要因素之一;防护装置存在瑕疵,以及工作环境条件欠佳,也是造成问题的另一重要原因。
钢铁制造过程中,高温工段持续作业时间较长,配套的机器设备与工作类型繁杂,吊装搬运活动十分常见,存在的主要风险包括:热浪的侵袭,铁水钢液及炉渣的飞溅或爆裂,氧枪回火引发的燃烧或爆炸,煤气带来的中毒效应,交通工具造成的损伤,吊装事故导致的伤害,工具使用不当引发的损伤,以及从高处跌落造成的伤害。炼钢过程中常见的危险情况包括,因氧气回火、钢水和熔渣飞出等造成的烫伤和爆炸,还有起重设备引发的伤害,运输工具带来的损伤,机械工具造成的伤害,物体坠落导致的伤害,从高处跌落的事故,以及接触电源和煤气泄漏引发的事故。
调查发现,钢铁制造过程中发生的事故,主要诱因包括:工作人员违反规定进行活动或操作失误,工作场所状况不佳,机器设备存在瑕疵,操作技能掌握不足,工作地点缺少监管和指导,安全制度不完善或落实不到位,操作技能掌握不足,个人防护设备存在不足或没有配备。
钢铁加工过程包含三个核心环节,分别是原料升温处理,金属压延成型,以及后续的细致加工,整个流程工艺环节繁多,机器设备种类繁多,操作活动频繁,工作场所温度偏高,且伴有较强的噪音和烟尘污染。存在诸多潜在风险点,例如:温度极高的加热装置,炽热的物料传输环节,高速运转的机械装置,易燃易爆且有毒的煤气氧气类气体,有毒化学药品,电气和液压系统,能源供应及起重运输设备,还有工作环境因素,如高温影响,噪音干扰,烟尘危害等。
冶金行业整体数据表明,轧钢环节的事故问题比较突出,其发生频率超出行业整体标准,事故类型主要包括:设备造成的人身损伤、物件撞击、大型器械操作风险、热力损伤、高空跌落、电力意外以及爆炸事故等。事故成因按顺序包括:违规操作和错误操作,设备技术存在不足及防护装置存在缺陷,对安全技术与操作技术掌握不够,工作环境存在瑕疵,还有安全规章未能严格遵循等。
1.煤气生产过程中存在的主要危险及事故类别和原因
冶金制造过程中,会大量生成并应用多种煤气,包括高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、发生炉煤气和铁合金煤气。这些不同种类的煤气,其内部构成元素及比例存在显著差异,核心成分涵盖一氧化碳、氢气、甲烷、氮气、二氧化碳等。煤气作为冶金制造环节的关键风险因素之一,其潜在威胁主要体现在对设备的侵蚀、对人体的毒性、易燃性以及爆炸可能性。煤气引发的事故大致分为:因中毒或窒息造成的伤害事件,由燃烧导致的火灾或烫伤事件,以及因爆炸造成的伤害事件和破坏事件。冶金制造环节中引发煤气问题的核心因素包括:工作人员不按规程行事或操作失误,机器设备以及安全防护设施存在不足,相关人员安全技能不足,作业现场缺少监督和指导,监控设备与个人防护装备要么缺失要么不达标,此外事故防范和应急处理机制也存在漏洞。
2.氧气生产过程中存在的主要危险源及事故类别和原因
冶金制造时需要大量应用氧气,这种气体有很强的助燃性,几乎能和所有可燃物质发生燃烧反应,当它与其它可燃气体以特定比例混合时会迅速引发爆炸,其最突出的风险在于助燃和爆炸特性。氧气燃烧时产生的温度极高,火势异常猛烈,由此造成的灾害后果十分严重,因氧气燃烧导致的烫伤和烧伤事件,往往会使受伤面积广阔且伤口深度极大,这类创伤治疗起来非常困难。氧气发生爆炸时威力通常非常惊人,冲击力、损害效果和毁灭能力都十分显著。冶金制造环节中引发氧气问题的因素,主要涉及氧气自燃或促进燃烧引发的火灾、灼伤事件,以及氧气爆炸直接造成的爆炸事件,这些事件带来的伤害后果和破坏影响都极为恶劣。根据统计结果,冶金生产过程中氧气事故的发生,主要归结于以下几个方面:工作人员的不规范行为和意外失误,机器设备存在不足之处,再加上安全技能掌握不够以及操作生疏等因素。
有色金属制造涉及铜、铅、锌、铝等特殊金属和贵金属的提炼与制造,该制造环节设备工艺繁复,设备设施和工序工种种类多范围广,存在交叉操作,频繁活动,风险点密集等问题。主要风险点涵盖:高温环境,噪音污染,烟尘影响,有毒有害易燃易爆气体及物质导致的中毒、燃烧和爆炸风险,各类熔炉运行操作中的危险,以及高空坠落事故等情形。
对先前事故的考察表明,有色金属制造过程中发生的安全问题,关键在于操作人员违反规定,或者对安全流程不掌握、不理解,设备工艺存在不足,设计上也有缺陷,防护设备失灵或存在瑕疵,工作场合缺少监督和指导,安全规定不健全,或者落实不到位,还有工作环境条件恶劣等因素。
黄金提纯作业环节常见的风险点包括:温度过高,声响过大,粉尘污染,氰化物与水银中毒,可燃易爆气体及别种物质中毒,着火与爆炸风险,还有从高处跌落的事故等。
经过对过往事件的研究,发现违规行为或失误,工具设施及安全设备存在不足,安全技能不足,现场监督不足,监督手段及防护装备缺失或无效,此外,事故防控与应急处理办法也存在问题。
有色冶金播报
有色金属制造涵盖地质探测、矿产开采、原料处理、金属提纯以及成品制造等环节。科技进步推动物理及化学前沿方法持续融入有色金属提纯工艺的改进,促成该领域实现突破性发展。传统火法提纯因存在诸多缺陷正逐渐被舍弃,当前多数从事有色金属生产的机构和研究团体主要采用湿法提纯与电气提纯技术开展业务和学术探索。
有色冶金领域持续进步遭遇不少阻碍,该行业正向环境友好型、海洋资源开发以及金属材料替代品研制等方向迈进;然而工业增长与生态平衡之间存在冲突,海洋资源开发的技术门槛高,金属材料替代品研究及制造费用昂贵,这些问题至今缺乏有效的应对方案。
众多因素综合来看, 上述领域二次资源回收再利用的潜力十分巨大; 前期实验研发的成果能够真正转化到后续生产线中, 将会是有色冶金行业的又一次重大革新。


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