基于地区资源特色的化工类专业湿法冶金学课程教学内容的探索研究

蓝德均

攀枝花学院生物与化学工程学院，四川 攀枝花 617000

基于地区资源特色的化工类专业湿法冶金学课程教学内容的探索研究

蓝德均

攀枝花学院生物与化学工程学院，四川 攀枝花 617000

作为交叉学科的湿法冶金学所涉及的学科内容很多，但在有限的学时和为化工类专业开设情况下，必须慎重选择和安排课程的教学内容。据此，从内容选择与内容组织两方面讨论了针对于化工类专业湿法冶金学课程的教学内容。

化工;湿法冶金;教学内容;资源特色

There are many course contents in Hydrometallurgy acted as cross-discipline, but the teaching contents of the course must be chosen and arranged wisely because of the limited class hours and being offered in Chemical Engineering. On the ground of the above, the course contents of Hydrometallurgy aimed at Chemical Engineering was discussed in detail from both sides of the choice and the arrangement of contents. Key words

Chemical engineering; Hydrometallurgy;Course contents; Resource characteristic

湿法冶金学是一门研究如何经济地通过水溶液浸取的方式从矿石或其他含金属物料中提取金属或其化合物，利用水溶液过程制备各种金属或其化合物粉体，并必须处理金属或其化合物生产和利用部门在运行过程中所产生的含有毒、有害金属成分的废水或其他废溶液的分支学科。随着金属资源越来越贫化与稀少，随着工业生产“节能降耗、绿色清洁”的趋势越来越高涨，湿法冶金的生产工艺得到了越来越多地重视，其在冶金工艺中的地位日益提高[2]。本文讨论化工类专业开设湿法冶金学课程在课程内容上的基本处理方案。

一、 课程开设背景

攀西地区矿产资源丰富，尤其是金属资源居于全国前茅，是全国著名的钒钛铁资源产地。我院根据地区资源特色和产业对人才专业知识结构的需求，适时地在化工类专业中开设了湿法冶金学课程。目前，除铁之外的几乎所有其他金属的生产都在逐步地向湿法冶金流程转变，实现节能减排、高效利用资源的绿色化工业生产。因此攀西地区金属资源产业迫切需要即具有化工专业背景又具有湿法冶金工业生产知识的多面人才为企业生产服务。作为化工类专业方向课程之一的湿法冶金学本身就是一门综合性的交叉学科，从基本理论到工业生产是一门完整的过程科学。然而，由于化工类专业各门课程在教学内容上都或多或少地存在一定的重叠现象，如何恰当地组织湿法冶金学的教学内容，理清主次，尽可能地避免知识的重叠现象，把有限的教学课时使用在最需要讲授的知识内容上，最大限度地拓展学生的知识结构，是本门课程教学改革与研究的重点之一。另外，针对攀西地区金属资源产业本身的结构，确立课程的教学内容也是必须要研究的重要问题。

二、 教学内容的选择

湿法冶金学在知识结构体系上包括理论和工艺两大部分。前者主要由热力学理论、动力学理论、分离过程理论、湿法冶金工程理论等组成，后者主要指具体的工艺技术、方法、设备、系统等。但毕竟本门课程是在化工类专业中开设而不是针对于冶金专业，而且湿法冶金在知识体系上本来就与化工存在着很多交叉现象，因此对于在我校化工类专业中作为专业方向课程开设的湿法冶金学，完全没有必要对湿法冶金学的内容进行非常系统地介绍。着重于那些与化工类专业知识体系相关且容易根据化工专业知识理解和学习，而又与化工类专业本来的知识体系没有过多重复的学科内容。为使内容的选择尽量符合上述基本思想，根据本门课程在化工类专业中五年的教学实践与思考，总结出下述基本原则。

（一）尽量避免与相关课程内容重复

在学科内容上，湿法冶金学与物理化学、化工热力学、化学反应工程、化工工艺学、钒钛工艺学等课程交叉。物理化学学习热力学第一、第二定律，多体系热力学基础，化学平衡，相平衡，电化学，动力学等为主，是一门很接近于纯理论层次的课程。化工热力学可以说是化工工程实际运用的热力学理论，主要处理工程实际问题的热力学分析，包括流体热力学、第一、第二定律在工程实际体系中的应用、化工过程热力学分析，溶液热力学，液体相平衡，反应平衡等。化学反应工程从工程的观点，对反应过程进行分析，研究工业化学反应器的基本原理，并将这些理论应用于化学反应器设计和放大，其依赖于宏观反应动力学的分析结果。化工工艺学在介绍化学工艺学通用知识的基础上，根据专业特色和化学工业的发展情况，有选择的介绍无机化工、电化学工程等现代化学工业不同领域内的反应单元和硫酸、合成氨等典型产品的生产工艺。而钒钛工艺学则是介绍攀枝花地区钒钛产业情况，并着重介绍钒制品生产工艺和钛制品生产工艺。

湿法冶金中的热力学部分与物理化学和化工热力学都有关系。由于主要涉及水溶液体系中的化学反应，因此湿法冶金反应热力学的理论基础源于物理化学中的溶液热力学，但湿法冶金热力学更具实用意义，而鉴于实际体系的复杂性，其热力学多为实验测定基础上的近似处理，没有系统而严密的理论层次关系。化工热力学也是实际体系的热力学理论，但其更具化工过程的一般性，而湿法冶金可作为其具体的一个体系，两者重叠部分是电解质活度的计算部分，但湿法冶金由于专门涉及水溶液电解质，内容更深入和详细。在湿法冶金中，对这两部分的处理，反应热力学以强化水溶液组分热力学性质计算为主，而反应热力学函数变计算则可适用物理化学中反应热力学函数变计算的一般性原则，故略之。尽管电解质溶液活度计算部分与化工热力学有重叠，但湿法冶金中应更详细和更深入。

湿法冶金中的动力学部分在学科分类上与物理化学和化学反应工程有结合，但其各自的侧重点并不一样。在教学内容上，物理化学以反应速率理论为主，次要涉及微观反应机理；化学反应工程则介绍宏观反应动力学一般原理；而湿法冶金则是主要针对于湿法冶金中常见的粉体反应物过程、块状物料浸取过程和电解冶金过程，并且涉及反应速率，而基本不教习反应机理理论。这表明，湿法冶金动力学内容与另外两门课程在内容上并没有重叠。

工艺部分，湿法冶金以具体的工艺方法（如酸性浸出，碱性浸出，液膜分离等）为目标内容，不涉及一般单元过程的详细介绍。这就有别于化学工艺学所涉及的一般单元步骤的教学。在与钒钛工艺学的关系上，后者侧重于钒钛制品生产工艺的介绍，但湿法冶金在介绍具体工艺方法过程中需要介绍一些具体的工艺实例，为避免重复并考虑到攀西地区本来的矿产资源结构，以除钒钛之外的其他有色金属生产工艺为实例进行教学，或者介绍一些有别于传统钒钛制品工艺的新技术。

（二）弱化基本理论内容，强化工艺、技术和工程实践化知识体系

湿法冶金学在培养计划中被列为专业方向课程，在专业课程体系中是一门最接近于工程和实践的课程，目的是拓展学生的专业知识，增加学生的专业视野，更有利于就业和服务本地相关行业企业技术要求。而湿法冶金学本身也是一门从理论到工程的交叉过程科学，其基本理论体系的大部分在专业的其他课程中有所涉及，并且在课程体系中湿法冶金学是一门短学时专业方向课，因此要求进行详细的湿法冶金学基本理论讲授就没有必要的。

故本门课程应突显工艺、技术、工程方面的知识内容。详细介绍在湿法冶金工业上应用过的，正在应用的和即将应用的浸取工艺及工业实例，传统应用的主要分离提纯技术和新兴的先进分离提纯技术及工业实践等，并重在工业实例及实践，包括实例工厂企业，考虑到学生的就业区域，还应尽可能包括攀西及邻近地区金属矿产资源的生产。弱化基本理论的方式有两种。其一是内容的选择上，不做任何相关理论与引出理论的铺垫，直接介绍在湿法冶金领域直接相关、非常重要、具有一定特有性质的内容，如湿法冶金热力学理论中水溶液物种热力学函数的近似计算方法，电解质溶液模型及工程实际复杂溶液平衡计算，电解质溶液活度计算，电位-pH图等，动力学中多颗粒体系动力学、块矿浸出动力学、电极反应动力学等。其二是摒弃不必要的理论推导过程。在湿法冶金基本理论中，尤其是动力学理论，存在着大量复杂、艰深的公式演化，不但教学过程中对这些知识的讲授难度大，而且学生接受起来也感到颇为吃力，对上课感到厌烦。因此对于这些内容如非必要，不再保留为课堂讲授内容。使学生不因为理论而畏惧课程，在学习工艺和工程性的知识中得到训练。

（三）保留成熟应用内容，突出新兴前沿学科知识

在多年的教学过程中，针对专业培养特色，逐步形成了湿法冶金的典型内容模块，例如水溶液成分热力学函数的近似计算，电解质溶液活度计算，复杂溶液平衡计算，电位-pH图的绘制及应用，湿法冶金传统浸取工艺（如酸性浸出，碱性浸出等），水溶液电解过程等。这些内容构成了湿法冶金学的基本授课内容体系，它不随专业种类、专业培养方案、教学学时、教学大纲、教材等的改变而改变，是本门课程中最成熟的教学内容。本课程由于是化工类专业的专业方向课程，同时也兼顾着介绍本学科中或与本学科最密切相关的学科中处于领先和前沿知识，因此这些新内容是作为整个课程教学内容的必要组成部分之一需要高度重视。在本门课程中，需要与时更新的内容有两大块。一块是基本内容中的一些新发展，这部分内容属于基本理论，其发展的速度较慢，适当跟进即可。而另一部分内容模块是整体作为学科前沿内容加以介绍的，如超临界流体萃取，生物冶金，液膜分离，海洋冶金等，这些技术要么仍然处于实验研究阶段，要么刚刚开始工业化，其技术发展日新月异，需要年年不间断地加以跟踪，才会不失其前沿性。学生对新兴的事物，先进的知识和技术，处于不断努力研究中的新知识都有一种天然的亲和力，这部分是最有可能吸引学生学习兴趣的内容，故而它们在内容上应进行突出。

（四）适应资源加工企业需求

在攀枝花储量丰富的钒钛磁铁矿中，伴生着90万吨钴、70万吨镍、25万吨钪、18万吨镓以及大量的铜、硫等等资源[2]。在整个攀西地区，锌、铅铜、镍等资源亦位居四川省前列，相应的企业也为数不少，如会东铅锌矿，会理锌矿等。我校化工类专业毕业生就业区域主要为攀西地区及毗邻的云南部分地区，针对于学生今后可能的就业渠道，在湿法冶金学的教学内容上应搭配进这些企业所涉及的冶金学工艺技术与方法，以更好地为相关企业培养所需人才。在浸取这部分，应尽可能多地以铜、钴、镍及稀有稀散金属的工业生产方法为工艺实例的主体。随着近年来攀枝花地区政府对资源加工企业资源综合利用要求的提出，本地区高校、科研机构、工厂企业等越来越多地重视对资源的综合利用的研发工作，并开始提出产业化需求，自然需要相关人才的支持。故而在人才的培养内容里应照顾到这方面的要求，使毕业生更好地满足企业的人才知识结构方面层次。攀枝花地区稀有稀散金属资源多伴生于钒钛磁铁矿中，如钪、镓、钴、镍等，浸取部分工艺实例的范围也应包括处于研究中的新兴的相关伴生金属资源的回收工艺的研究状态及发展趋势等内容，为可能进入相关企业从事相应工作的毕业生提供必要的背景和参考知识。

三、 教学内容的组织

在具体的教学进行过程中，对于现有的教学内容体系必须考虑好各部分内容讲授的先后顺序，内容在讲授过程中的主次地位。在多年的教学实践中，教学内容的组织安排在潜移默化地进行改变，逐步形成了一些内容安排的原则。

首先，在基本理论部分，重热力学，弱动力学。

在整个化工类专业的培养方案的课程体系中，实际上对化学热力学和化学动力学内容的安排上就已经体现出了这个原则。对热力学内容上的重视主要体现在两方面。其一是很多课程都涉及了热力学：比如无机化学、分析化学、有机化学、化工原理等；其二是甚至有专门课程讲授热力学，比如物理化学和化工热力学；其三是学生甚至在其他非专业课程里，比如大学物理里已经开始接触热力学内容。而动力学内容仅在少数几门课程里被涉及，如反应工程学、有机化学、化工原理、物理化学等，并且在相应课程中的比例也都比较低。从教师讲授与学生学习的难易程度上来讲，热力学与动力学也是有明显区别的。由于在整个培养内容的安排上学生对热力学内容接触很多也很频繁，再加上热力学与动力学内容对学生逻辑思维与数学方面的要求不尽相同，使得学生在学习这两部分内容时普遍感到热力学内容更容易理解，更好掌握与记忆，比对动力学有更好的接受状况。因此，在本门课程中的基础理论侧重于热力学内容，只对湿法冶金直接相关的实用动力学作少量介绍。

其次，在工艺知识部分，轻原理，重流程。

在我们的教学实践中，已经形成了以工艺性内容为主的整体性课程内容体系。但工艺性知识也包括很多方面，如工艺流程的原理，工艺的流程结构，设备、操作及参数等，如果要全面介绍则对于本门课程的短学时性是很不相适应的，必须有所取舍。本课中采取以工艺流程为主，其他方面为辅的方式组织工艺知识内容。即对工艺流程本身进行详细的介绍，使学生掌握某一工艺的流程结构，由哪些单元操作组成，单元之间的组织方式、目的、主次地位等。而对工艺的原理，则不必每个单元操作都详细叙述，只对整个工艺有特色的、核心的工艺环节的原理进行简要介绍。对于设备、操作、操作参数等采取同样的处理方式，工艺特有的重要设备、操作可以作概要叙述。湿法冶金课程是介绍本学科一般性内容的，不必把它写成是一本各种生产过程的岗位操作规程手册。

再次，强调实际可操作性知识

尽管课程讲义一般只介绍学科一般性内容，但毕竟本课程的定位就是化工类专业的专业方向课程，是希望对学生今后的工作起到尽可能多的指导作用的课程，故在课程内容的安排上本门课程还应秉持这一目的。简单来讲，基于学生普通对所学课程感到没有什么用，对今后工作没有什么用的这一现象，尽量重点介绍那些今后的工作或科研中很有可能用得上的具有实际可操作性的内容层次。那么，哪些是属于具有实际可操作性知识呢？我们认为，凡是工程实践和工作实际中能够用来解决问题的都属于具有实际可操作性知识。举个简单的例子，对冰箱能量利用效率的改进问题的讨论就肯定要涉及实际流体热力学的计算问题及工程传热计算问题，这些方面的问题是如何讨论和解决的，这就是具有实际可操作性知识。当然，这个例子放在本门课程中不太合适，但性质是类似的。比如同样是使用硫酸作为浸取剂，但具体的操作方式确有千差万别，在工艺内容的介绍上也不可能就只介绍浸出这一步操作吧，相关的其他操作可以怎么进行，有哪些三废产生，这些三废可以如何减少或消除或利用等，这些就是可操作性知识，它们是与生产实际最密切相关的。总之，要尽量使学生觉得学好了这些内容，于他们今后的工作是有好处的。

最后，对于学科前沿性内容，重意义，轻实践

这部分内容主要是让学生开阔眼界，开拓思维的，可以使学生了解本学科技术发展方向，了解本学科最新前沿技术及可能的应用。这类内容在工程实践上大多还处于相对不成熟、未能或没有大规模工业化，但给我们对现有成熟工艺技术提供了可能的替换技术或可能的改进方式。这些新兴技术的提出是符合目前“节能降耗，绿色环保”基本原则的，而传统的化工生产工艺尤其是传统冶金生产工艺，是严重的污染产生来源，对其替换、改进和革新是必要的也是相当艰难的。无论是作为技术员，维持本单位生产的正常稳定运行、提高质量与产量，还是作为科研人员，改进工艺、更新工艺、设计新产品和新设备等，都需要了解这些本学科领域的前沿性内容，以作为自己工作的参考。由于其实践的不成熟，因此以其实践操作为重点内容是不恰当的。应当使学生理解它们“前沿”的原因，理解这种前沿内容于今后可能的意义，了解其基本原理的解释，在实践上面临的问题和可能的发展方向。简言之，只要学生明白其优点，为什么要提出这种技术就行了。

四、教学内容的延伸和更新

湿法冶金学教学内容即应保持相当的稳定性，又必须根据学科内容的新发展适时增删与更新。稳定性是指保留湿法冶金学科最基本的学科内容，这些内容也是教学过程中内容的主要组成部分，是学科经典成熟的内容。有了这些内容为基础，课程所使用的教材就能够在相对长的时期保持不变，教学实施过程和方法也能获得成熟化的发展时间，教师在教学过程中所付出的时间与精力也不必大部或全部占用在教学内容的选择与设计上，而可以保持在本门课程上较全面的努力与研究。因此内容的相对稳定性是必要的。但教学内容也应具有鲜活的生命力，应该与时俱进。这主要体现在学科新技术的发展状态的跟踪，学科前沿性内容的新面貌，或者是新的学科交叉的产生及其意义。

具体表现在本课程中的前沿性内容。如新技术的结合与引用，诸如微波湿法冶金技术、超声波湿法冶金技术的提出，超临界流体萃取技术应用研究的新成果新水平，生物冶金技术工业化应用的新进展，新型分离技术的发展状况，基础理论是否有新的成果，作为未来技术的海洋冶金目前发展的水平等。以传统内容为主干，支撑起日新月异的湿法冶金学科前沿内容发展是本课程教学内容处理的主要方式。

五、结束语

湿法冶金学是一门诞生历史并不久远的交叉学科，作为在化工类专业中开设的冶金类课程其教学内容的选择与安排即应考虑到化工类专业本身的特点与地区资源特色，也应考虑到冶金专业应有的背景知识。内容的安排应当使化工类专业的学生感觉到不陌生、不艰难，还应当使他们真正理解湿法冶金领域中真正对他们今后就业有用的知识，更好的方式只能在今后长期的教学实践去探索与发现。

[1] 蓝德均，邹敏. 化工专业开设“湿法冶金学”课程教学过程初探. 教育与教学研究.2009，（12）：80-82

[2] 杨保祥. 攀枝花矿产资源特征及循环经济发展策略探讨. 四川有色金属. 2006, (1): 1-5, 9

Discuss on the Course Contents of Hydrometallurgy in Chemical Engineering Based on the Region Resources

Lan Dejun Bioengineering & Chemical Engineering College Panzhihua University, Panzhihua, Si Chuan 617000

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.18.089