基于地區資源特色的化工類專業濕法冶金學課程教學內容的探索研究

藍德均

攀枝花學院生物與化學工程學院，四川 攀枝花 617000

基于地區資源特色的化工類專業濕法冶金學課程教學內容的探索研究

藍德均

攀枝花學院生物與化學工程學院，四川 攀枝花 617000

作為交叉學科的濕法冶金學所涉及的學科內容很多，但在有限的學時和為化工類專業開設情況下，必須慎重選擇和安排課程的教學內容。據此，從內容選擇與內容組織兩方面討論了針對于化工類專業濕法冶金學課程的教學內容。

化工;濕法冶金;教學內容;資源特色

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

濕法冶金學是一門研究如何經濟地通過水溶液浸取的方式從礦石或其他含金屬物料中提取金屬或其化合物，利用水溶液過程制備各種金屬或其化合物粉體，并必須處理金屬或其化合物生產和利用部門在運行過程中所產生的含有毒、有害金屬成分的廢水或其他廢溶液的分支學科。隨著金屬資源越來越貧化與稀少，隨著工業生產“節能降耗、綠色清潔”的趨勢越來越高漲，濕法冶金的生產工藝得到了越來越多地重視，其在冶金工藝中的地位日益提高[2]。本文討論化工類專業開設濕法冶金學課程在課程內容上的基本處理方案。

一、 課程開設背景

攀西地區礦產資源豐富，尤其是金屬資源居于全國前茅，是全國著名的釩鈦鐵資源產地。我院根據地區資源特色和產業對人才專業知識結構的需求，適時地在化工類專業中開設了濕法冶金學課程。目前，除鐵之外的幾乎所有其他金屬的生產都在逐步地向濕法冶金流程轉變，實現節能減排、高效利用資源的綠色化工業生產。因此攀西地區金屬資源產業迫切需要即具有化工專業背景又具有濕法冶金工業生產知識的多面人才為企業生產服務。作為化工類專業方向課程之一的濕法冶金學本身就是一門綜合性的交叉學科，從基本理論到工業生產是一門完整的過程科學。然而，由于化工類專業各門課程在教學內容上都或多或少地存在一定的重疊現象，如何恰當地組織濕法冶金學的教學內容，理清主次，盡可能地避免知識的重疊現象，把有限的教學課時使用在最需要講授的知識內容上，最大限度地拓展學生的知識結構，是本門課程教學改革與研究的重點之一。另外，針對攀西地區金屬資源產業本身的結構，確立課程的教學內容也是必須要研究的重要問題。

二、 教學內容的選擇

濕法冶金學在知識結構體系上包括理論和工藝兩大部分。前者主要由熱力學理論、動力學理論、分離過程理論、濕法冶金工程理論等組成，后者主要指具體的工藝技術、方法、設備、系統等。但畢竟本門課程是在化工類專業中開設而不是針對于冶金專業，而且濕法冶金在知識體系上本來就與化工存在著很多交叉現象，因此對于在我?；ゎ悓I中作為專業方向課程開設的濕法冶金學，完全沒有必要對濕法冶金學的內容進行非常系統地介紹。著重于那些與化工類專業知識體系相關且容易根據化工專業知識理解和學習，而又與化工類專業本來的知識體系沒有過多重復的學科內容。為使內容的選擇盡量符合上述基本思想，根據本門課程在化工類專業中五年的教學實踐與思考，總結出下述基本原則。

（一）盡量避免與相關課程內容重復

在學科內容上，濕法冶金學與物理化學、化工熱力學、化學反應工程、化工工藝學、釩鈦工藝學等課程交叉。物理化學學習熱力學第一、第二定律，多體系熱力學基礎，化學平衡，相平衡，電化學，動力學等為主，是一門很接近于純理論層次的課程。化工熱力學可以說是化工工程實際運用的熱力學理論，主要處理工程實際問題的熱力學分析，包括流體熱力學、第一、第二定律在工程實際體系中的應用、化工過程熱力學分析，溶液熱力學，液體相平衡，反應平衡等。化學反應工程從工程的觀點，對反應過程進行分析，研究工業化學反應器的基本原理，并將這些理論應用于化學反應器設計和放大，其依賴于宏觀反應動力學的分析結果?；すに噷W在介紹化學工藝學通用知識的基礎上，根據專業特色和化學工業的發展情況，有選擇的介紹無機化工、電化學工程等現代化學工業不同領域內的反應單元和硫酸、合成氨等典型產品的生產工藝。而釩鈦工藝學則是介紹攀枝花地區釩鈦產業情況，并著重介紹釩制品生產工藝和鈦制品生產工藝。

濕法冶金中的熱力學部分與物理化學和化工熱力學都有關系。由于主要涉及水溶液體系中的化學反應，因此濕法冶金反應熱力學的理論基礎源于物理化學中的溶液熱力學，但濕法冶金熱力學更具實用意義，而鑒于實際體系的復雜性，其熱力學多為實驗測定基礎上的近似處理，沒有系統而嚴密的理論層次關系?；崃W也是實際體系的熱力學理論，但其更具化工過程的一般性，而濕法冶金可作為其具體的一個體系，兩者重疊部分是電解質活度的計算部分，但濕法冶金由于專門涉及水溶液電解質，內容更深入和詳細。在濕法冶金中，對這兩部分的處理，反應熱力學以強化水溶液組分熱力學性質計算為主，而反應熱力學函數變計算則可適用物理化學中反應熱力學函數變計算的一般性原則，故略之。盡管電解質溶液活度計算部分與化工熱力學有重疊，但濕法冶金中應更詳細和更深入。

濕法冶金中的動力學部分在學科分類上與物理化學和化學反應工程有結合，但其各自的側重點并不一樣。在教學內容上，物理化學以反應速率理論為主，次要涉及微觀反應機理；化學反應工程則介紹宏觀反應動力學一般原理；而濕法冶金則是主要針對于濕法冶金中常見的粉體反應物過程、塊狀物料浸取過程和電解冶金過程，并且涉及反應速率，而基本不教習反應機理理論。這表明，濕法冶金動力學內容與另外兩門課程在內容上并沒有重疊。

工藝部分，濕法冶金以具體的工藝方法（如酸性浸出，堿性浸出，液膜分離等）為目標內容，不涉及一般單元過程的詳細介紹。這就有別于化學工藝學所涉及的一般單元步驟的教學。在與釩鈦工藝學的關系上，后者側重于釩鈦制品生產工藝的介紹，但濕法冶金在介紹具體工藝方法過程中需要介紹一些具體的工藝實例，為避免重復并考慮到攀西地區本來的礦產資源結構，以除釩鈦之外的其他有色金屬生產工藝為實例進行教學，或者介紹一些有別于傳統釩鈦制品工藝的新技術。

（二）弱化基本理論內容，強化工藝、技術和工程實踐化知識體系

濕法冶金學在培養計劃中被列為專業方向課程，在專業課程體系中是一門最接近于工程和實踐的課程，目的是拓展學生的專業知識，增加學生的專業視野，更有利于就業和服務本地相關行業企業技術要求。而濕法冶金學本身也是一門從理論到工程的交叉過程科學，其基本理論體系的大部分在專業的其他課程中有所涉及，并且在課程體系中濕法冶金學是一門短學時專業方向課，因此要求進行詳細的濕法冶金學基本理論講授就沒有必要的。

故本門課程應突顯工藝、技術、工程方面的知識內容。詳細介紹在濕法冶金工業上應用過的，正在應用的和即將應用的浸取工藝及工業實例，傳統應用的主要分離提純技術和新興的先進分離提純技術及工業實踐等，并重在工業實例及實踐，包括實例工廠企業，考慮到學生的就業區域，還應盡可能包括攀西及鄰近地區金屬礦產資源的生產。弱化基本理論的方式有兩種。其一是內容的選擇上，不做任何相關理論與引出理論的鋪墊，直接介紹在濕法冶金領域直接相關、非常重要、具有一定特有性質的內容，如濕法冶金熱力學理論中水溶液物種熱力學函數的近似計算方法，電解質溶液模型及工程實際復雜溶液平衡計算，電解質溶液活度計算，電位-pH圖等，動力學中多顆粒體系動力學、塊礦浸出動力學、電極反應動力學等。其二是摒棄不必要的理論推導過程。在濕法冶金基本理論中，尤其是動力學理論，存在著大量復雜、艱深的公式演化，不但教學過程中對這些知識的講授難度大，而且學生接受起來也感到頗為吃力，對上課感到厭煩。因此對于這些內容如非必要，不再保留為課堂講授內容。使學生不因為理論而畏懼課程，在學習工藝和工程性的知識中得到訓練。

（三）保留成熟應用內容，突出新興前沿學科知識

在多年的教學過程中，針對專業培養特色，逐步形成了濕法冶金的典型內容模塊，例如水溶液成分熱力學函數的近似計算，電解質溶液活度計算，復雜溶液平衡計算，電位-pH圖的繪制及應用，濕法冶金傳統浸取工藝（如酸性浸出，堿性浸出等），水溶液電解過程等。這些內容構成了濕法冶金學的基本授課內容體系，它不隨專業種類、專業培養方案、教學學時、教學大綱、教材等的改變而改變，是本門課程中最成熟的教學內容。本課程由于是化工類專業的專業方向課程，同時也兼顧著介紹本學科中或與本學科最密切相關的學科中處于領先和前沿知識，因此這些新內容是作為整個課程教學內容的必要組成部分之一需要高度重視。在本門課程中，需要與時更新的內容有兩大塊。一塊是基本內容中的一些新發展，這部分內容屬于基本理論，其發展的速度較慢，適當跟進即可。而另一部分內容模塊是整體作為學科前沿內容加以介紹的，如超臨界流體萃取，生物冶金，液膜分離，海洋冶金等，這些技術要么仍然處于實驗研究階段，要么剛剛開始工業化，其技術發展日新月異，需要年年不間斷地加以跟蹤，才會不失其前沿性。學生對新興的事物，先進的知識和技術，處于不斷努力研究中的新知識都有一種天然的親和力，這部分是最有可能吸引學生學習興趣的內容，故而它們在內容上應進行突出。

（四）適應資源加工企業需求

在攀枝花儲量豐富的釩鈦磁鐵礦中，伴生著90萬噸鈷、70萬噸鎳、25萬噸鈧、18萬噸鎵以及大量的銅、硫等等資源[2]。在整個攀西地區，鋅、鉛銅、鎳等資源亦位居四川省前列，相應的企業也為數不少，如會東鉛鋅礦，會理鋅礦等。我?；ゎ悓I畢業生就業區域主要為攀西地區及毗鄰的云南部分地區，針對于學生今后可能的就業渠道，在濕法冶金學的教學內容上應搭配進這些企業所涉及的冶金學工藝技術與方法，以更好地為相關企業培養所需人才。在浸取這部分，應盡可能多地以銅、鈷、鎳及稀有稀散金屬的工業生產方法為工藝實例的主體。隨著近年來攀枝花地區政府對資源加工企業資源綜合利用要求的提出，本地區高校、科研機構、工廠企業等越來越多地重視對資源的綜合利用的研發工作，并開始提出產業化需求，自然需要相關人才的支持。故而在人才的培養內容里應照顧到這方面的要求，使畢業生更好地滿足企業的人才知識結構方面層次。攀枝花地區稀有稀散金屬資源多伴生于釩鈦磁鐵礦中，如鈧、鎵、鈷、鎳等，浸取部分工藝實例的范圍也應包括處于研究中的新興的相關伴生金屬資源的回收工藝的研究狀態及發展趨勢等內容，為可能進入相關企業從事相應工作的畢業生提供必要的背景和參考知識。

三、 教學內容的組織

在具體的教學進行過程中，對于現有的教學內容體系必須考慮好各部分內容講授的先后順序，內容在講授過程中的主次地位。在多年的教學實踐中，教學內容的組織安排在潛移默化地進行改變，逐步形成了一些內容安排的原則。

首先，在基本理論部分，重熱力學，弱動力學。

在整個化工類專業的培養方案的課程體系中，實際上對化學熱力學和化學動力學內容的安排上就已經體現出了這個原則。對熱力學內容上的重視主要體現在兩方面。其一是很多課程都涉及了熱力學：比如無機化學、分析化學、有機化學、化工原理等；其二是甚至有專門課程講授熱力學，比如物理化學和化工熱力學；其三是學生甚至在其他非專業課程里，比如大學物理里已經開始接觸熱力學內容。而動力學內容僅在少數幾門課程里被涉及，如反應工程學、有機化學、化工原理、物理化學等，并且在相應課程中的比例也都比較低。從教師講授與學生學習的難易程度上來講，熱力學與動力學也是有明顯區別的。由于在整個培養內容的安排上學生對熱力學內容接觸很多也很頻繁，再加上熱力學與動力學內容對學生邏輯思維與數學方面的要求不盡相同，使得學生在學習這兩部分內容時普遍感到熱力學內容更容易理解，更好掌握與記憶，比對動力學有更好的接受狀況。因此，在本門課程中的基礎理論側重于熱力學內容，只對濕法冶金直接相關的實用動力學作少量介紹。

其次，在工藝知識部分，輕原理，重流程。

在我們的教學實踐中，已經形成了以工藝性內容為主的整體性課程內容體系。但工藝性知識也包括很多方面，如工藝流程的原理，工藝的流程結構，設備、操作及參數等，如果要全面介紹則對于本門課程的短學時性是很不相適應的，必須有所取舍。本課中采取以工藝流程為主，其他方面為輔的方式組織工藝知識內容。即對工藝流程本身進行詳細的介紹，使學生掌握某一工藝的流程結構，由哪些單元操作組成，單元之間的組織方式、目的、主次地位等。而對工藝的原理，則不必每個單元操作都詳細敘述，只對整個工藝有特色的、核心的工藝環節的原理進行簡要介紹。對于設備、操作、操作參數等采取同樣的處理方式，工藝特有的重要設備、操作可以作概要敘述。濕法冶金課程是介紹本學科一般性內容的，不必把它寫成是一本各種生產過程的崗位操作規程手冊。

再次，強調實際可操作性知識

盡管課程講義一般只介紹學科一般性內容，但畢竟本課程的定位就是化工類專業的專業方向課程，是希望對學生今后的工作起到盡可能多的指導作用的課程，故在課程內容的安排上本門課程還應秉持這一目的。簡單來講，基于學生普通對所學課程感到沒有什么用，對今后工作沒有什么用的這一現象，盡量重點介紹那些今后的工作或科研中很有可能用得上的具有實際可操作性的內容層次。那么，哪些是屬于具有實際可操作性知識呢？我們認為，凡是工程實踐和工作實際中能夠用來解決問題的都屬于具有實際可操作性知識。舉個簡單的例子，對冰箱能量利用效率的改進問題的討論就肯定要涉及實際流體熱力學的計算問題及工程傳熱計算問題，這些方面的問題是如何討論和解決的，這就是具有實際可操作性知識。當然，這個例子放在本門課程中不太合適，但性質是類似的。比如同樣是使用硫酸作為浸取劑，但具體的操作方式確有千差萬別，在工藝內容的介紹上也不可能就只介紹浸出這一步操作吧，相關的其他操作可以怎么進行，有哪些三廢產生，這些三廢可以如何減少或消除或利用等，這些就是可操作性知識，它們是與生產實際最密切相關的?？傊?，要盡量使學生覺得學好了這些內容，于他們今后的工作是有好處的。

最后，對于學科前沿性內容，重意義，輕實踐

這部分內容主要是讓學生開闊眼界，開拓思維的，可以使學生了解本學科技術發展方向，了解本學科最新前沿技術及可能的應用。這類內容在工程實踐上大多還處于相對不成熟、未能或沒有大規模工業化，但給我們對現有成熟工藝技術提供了可能的替換技術或可能的改進方式。這些新興技術的提出是符合目前“節能降耗，綠色環保”基本原則的，而傳統的化工生產工藝尤其是傳統冶金生產工藝，是嚴重的污染產生來源，對其替換、改進和革新是必要的也是相當艱難的。無論是作為技術員，維持本單位生產的正常穩定運行、提高質量與產量，還是作為科研人員，改進工藝、更新工藝、設計新產品和新設備等，都需要了解這些本學科領域的前沿性內容，以作為自己工作的參考。由于其實踐的不成熟，因此以其實踐操作為重點內容是不恰當的。應當使學生理解它們“前沿”的原因，理解這種前沿內容于今后可能的意義，了解其基本原理的解釋，在實踐上面臨的問題和可能的發展方向。簡言之，只要學生明白其優點，為什么要提出這種技術就行了。

四、教學內容的延伸和更新

濕法冶金學教學內容即應保持相當的穩定性，又必須根據學科內容的新發展適時增刪與更新。穩定性是指保留濕法冶金學科最基本的學科內容，這些內容也是教學過程中內容的主要組成部分，是學科經典成熟的內容。有了這些內容為基礎，課程所使用的教材就能夠在相對長的時期保持不變，教學實施過程和方法也能獲得成熟化的發展時間，教師在教學過程中所付出的時間與精力也不必大部或全部占用在教學內容的選擇與設計上，而可以保持在本門課程上較全面的努力與研究。因此內容的相對穩定性是必要的。但教學內容也應具有鮮活的生命力，應該與時俱進。這主要體現在學科新技術的發展狀態的跟蹤，學科前沿性內容的新面貌，或者是新的學科交叉的產生及其意義。

具體表現在本課程中的前沿性內容。如新技術的結合與引用，諸如微波濕法冶金技術、超聲波濕法冶金技術的提出，超臨界流體萃取技術應用研究的新成果新水平，生物冶金技術工業化應用的新進展，新型分離技術的發展狀況，基礎理論是否有新的成果，作為未來技術的海洋冶金目前發展的水平等。以傳統內容為主干，支撐起日新月異的濕法冶金學科前沿內容發展是本課程教學內容處理的主要方式。

五、結束語

濕法冶金學是一門誕生歷史并不久遠的交叉學科，作為在化工類專業中開設的冶金類課程其教學內容的選擇與安排即應考慮到化工類專業本身的特點與地區資源特色，也應考慮到冶金專業應有的背景知識。內容的安排應當使化工類專業的學生感覺到不陌生、不艱難，還應當使他們真正理解濕法冶金領域中真正對他們今后就業有用的知識，更好的方式只能在今后長期的教學實踐去探索與發現。

[1] 藍德均，鄒敏. 化工專業開設“濕法冶金學”課程教學過程初探. 教育與教學研究.2009，（12）：80-82

[2] 楊保祥. 攀枝花礦產資源特征及循環經濟發展策略探討. 四川有色金屬. 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