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《矿物加工与冶金基础》 一、本书概述与定位 《矿物加工与冶金基础》是一本面向冶金工程、材料科学、采矿工程以及相关化学工程领域本科高年级学生和初级研究人员的综合性教材。本书旨在系统、深入地介绍从矿石预处理到最终金属回收过程中的核心原理、关键技术和工程实践。本书立足于扎实的物理化学和材料科学基础，强调理论与实践的紧密结合，尤其注重现代冶金过程中的可持续性和环境友好性。 本书共分为十五章，结构清晰，逻辑严密。它不仅涵盖了传统的热冶金和电冶金的经典理论，更大幅增加了对现代湿法冶金、材料回收和过程控制技术的探讨，以适应当前全球资源短缺和环保法规日趋严格的工业背景。 二、内容详述 第一部分：矿石准备与物理富集（第 1-4 章） 第 1 章：矿物学基础与原料特性 本章首先回顾了晶体结构、矿物化学键合对物理性质的影响。重点讲解了工业矿石的类型、赋存状态以及对后续加工过程的关键影响因素，如粒度分布、硬度、可磨性等。引入了矿物表面能、润湿性等基础概念，为后续的选矿过程奠定理论基础。 第 2 章：破碎与磨矿工程 详细介绍了破碎（粗碎、中碎、细碎）和磨矿（球磨、棒磨、自磨）设备的结构、工作原理、能耗特性和操作控制。深入分析了破碎比、粒度分布的数学模型（如罗西-拉姆模型），并讨论了实现高效粒度控制的关键工艺参数，如磨矿介质填充率、溢流速度和分级效率。本章特别关注了节能型磨矿技术的研究进展。 第 3 章：物理分选原理 系统阐述了基于密度、表面性质和磁性差异进行矿物分离的物理学基础。包括重力选矿（跳汰、摇床、螺旋选矿机）、浮选（表面化学、捕收剂/起泡剂的作用机理、泡沫动力学）、磁选（高强度磁选技术）和静电选矿的理论模型和工程应用。对浮选过程中的关键参数——捕收剂的选择与设计进行了详细的讨论。 第 4 章：脱泥与脱水技术 本章聚焦于选矿产品（精矿和尾矿）的固液分离过程。内容涵盖沉降、过滤（板框过滤机、真空过滤机、压滤机）和浓缩（使用絮凝剂的原理和效果）。重点分析了影响脱水效率的颗粒沉降速度、过滤阻力等参数，并介绍了尾矿库的稳定性和安全处置的初步工程要求。 第二部分：热化学与冶金过程（第 5-8 章） 第 5 章：冶金热力学导论 这是理解所有冶金过程的理论核心。本章深入讲解了吉布斯自由能、活度、化学势在高温反应体系中的应用。详细推导了相图（如二元和三元系统）的构建方法，并重点分析了在冶金过程中常见的固-气、固-液、液-液反应的平衡条件，包括氧化还原反应的电位图（如Pourbaix图和Ellingham图）的正确解读。 第 6 章：高温炉气体的传输现象 讨论了冶金反应中至关重要的传热和传质过程。内容包括对流、传导和辐射换热在熔炉中的分布规律。重点阐述了扩散定律在气-固、液-气界面反应中的应用，以及反应速率的控制步骤（是化学反应控制还是质量传递控制）。 第 7 章：冶炼过程中的氧化与还原 详细分析了从金属氧化物到纯金属的还原过程。涵盖了火法还原（如碳质还原剂的作用机理）、气相还原（如氢气还原）和电解还原的原理。讨论了炉渣在冶金中的作用，包括炉渣的粘度、导电性、对杂质的溶解能力以及炉渣-金属平衡的控制，特别是硫、磷等非金属杂质的去除机制。 第 8 章：分离与精炼技术 本章侧重于获得高纯度金属的方法。讨论了精馏（液态金属的分离）、蒸馏（如锌和镁的回收）、熔炼（如铜的吹炼和精炼）和电解精炼（如铜、铝的电解过程）。详细介绍了真空冶金技术在痕量杂质去除中的应用和优势。 第三部分：现代冶金与过程强化（第 9-12 章） 第 9 章：电冶金原理与应用 系统介绍了冶金中的电化学基础，包括Nernst方程在高温电解槽中的应用。详细分析了铝的霍尔-埃鲁（Hall-Héroult）工艺，包括电解质的组分、电流效率和阳极消耗问题。此外，还探讨了熔融盐电解在稀有金属提取中的潜力。 第 10 章：溶剂萃取与离子交换 本书将大量篇幅用于介绍湿法冶金的关键单元操作——溶剂萃取。详细讲解了萃取剂的化学性质、萃取机理（如络合萃取、阳离子/阴离子交换萃取），以及萃取体系的相平衡、反萃取和萃取剂再生。离子交换树脂在痕量金属回收和废水处理中的应用也得到了充分阐述。 第 11 章：浸出工程与溶液净化 探讨了矿石浸出过程的设计与优化。内容包括酸浸、碱浸、氰化浸出和硫脲浸出等不同浸出剂的选择依据及其化学动力学。着重讨论了浸出液中目标金属的富集和杂质（如铁、铝）的去除技术，如水解沉淀和选择性沉淀。 第 12 章：冶金过程的自动化与过程控制 本章面向现代智能制造。介绍了过程传感器技术（如在线元素分析仪、温度和压力监测）、数据采集系统（SCADA）和过程控制策略（如PID控制）。通过案例分析，展示了如何利用先进的控制算法来稳定反应条件，优化收率和能耗。 第四部分：环境与可持续性冶金（第 13-15 章） 第 13 章：冶金过程的环境影响与控制 系统分析了冶金工业的主要污染物来源，包括SO2、NOx、重金属粉尘和酸性废水。详细介绍了气体净化技术（如湿法洗涤器、布袋除尘器）和废水处理技术（如中和沉淀、膜分离技术）。强调了“三废”的资源化利用途径。 第 14 章：冶金过程中的能源效率与碳足迹 聚焦于冶金工业的能源密集特性，分析了余热回收、工艺优化（如使用替代燃料或电能替代）对降低能耗的贡献。引入了碳足迹评估的基本方法论，并探讨了钢铁、有色金属冶炼过程的低碳转型技术路线。 第 15 章：城市采矿与二次资源回收 作为对传统冶金的补充，本章专门讨论了从废弃电子产品（E-waste）和废旧电池中回收贵金属和关键战略金属的技术。内容涵盖了对复杂二次原料的预处理、选择性浸出策略以及高选择性分离技术，旨在推动循环经济的发展。 三、本书特色 1. 理论深度与工程广度的统一： 每章均以严谨的物理化学或工程原理开篇，随后详细阐述工业上的实现方式和工程控制要点。 2. 聚焦前沿技术： 大幅增加了关于湿法冶金、材料回收和过程智能化的内容，确保教材的前瞻性。 3. 丰富的工程案例： 配备了大量来自实际工业生产的流程图、操作数据和故障分析案例，帮助读者建立直观的工程概念。 4. 注重安全与环保： 将安全生产规范和环保责任贯穿于每个单元操作的讲解之中，培养学生的绿色冶金理念。 本书是冶金专业学生构建完整知识体系的必备参考书，也是冶金行业工程师进行技术升级和问题诊断的实用手册。
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