輕金屬冶金學(xué)教學(xué)課件匯總完整版電子教案全書整套課件幻燈片(最新)

1、第一篇輕金屬冶金學(xué)內(nèi)容輕金屬概論鋁土礦及氧化鋁生產(chǎn)鋁酸鈉溶液拜耳法生產(chǎn)氧化鋁堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁及其他低成本處理中低品位鋁土礦的工藝鋁土礦的綜合利用及氧化鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展內(nèi)容鋁的再生鋁電解概述鋁電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)鋁電解的電流效率、電能消耗和能量平衡鋁電解槽的焙燒、啟動(dòng)及正常生產(chǎn)工藝鎂冶金鋁電解過程的機(jī)理鋁電解的物理化學(xué)性質(zhì)原鋁的精煉 輕金屬概論密度 3.5 g/cm3包括Al、Mg、堿金屬和堿土金屬、半金屬B、Si、金屬Ti 密度物理化學(xué)性質(zhì)和冶煉技術(shù)特點(diǎn)1.負(fù)電性很強(qiáng)，難以用C還原出來制備金屬2.不能通過電解其鹽類的水溶液制備金屬3.主要以熔鹽電解方法制備金屬 鋁的性質(zhì)與用途銀

2、白色密度小：2.7g/cm3導(dǎo)電性好：2610-43510-4-1cm-1導(dǎo)熱性好:約0.50cal/(cmSK)延展性好、其合金比強(qiáng)度高抗腐蝕性易著色、熔點(diǎn)低（高純鋁99.996%，約660）、高沸點(diǎn)（2467）無磁性易合金化良好地高反射光線能力鋁的物理性質(zhì)輕、強(qiáng)、美、易再生利用 鋁的性質(zhì)與用途化學(xué)性質(zhì)非常活潑鋁在高溫下能還原其他金屬氧化物在空氣中，鋁的表面生成一層厚度為0.0050.02m的致密的薄膜，成為天然的保護(hù)層，使鋁不再氧化因而具有良好的抗腐蝕能力。鋁可溶于鹽酸、硫酸和堿溶液（兩性），但冷硝酸不論稀、濃對(duì)鋁都不起作用。硝酸加熱后與鋁發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)。鋁與人體健康：少量無害，多則破壞負(fù)責(zé)

3、能量交換的三磷酸腺苷、衰老癥。鋁的化學(xué)性質(zhì)鋁的用途包裝：食品 醫(yī)用 飲料建筑：高層建筑、室內(nèi)裝修和新型橋梁等交通運(yùn)輸電力輸送航天、軍事 鋁的性質(zhì)與用途 鎂的概述輕金屬，比鋁輕1/3，比鐵輕7/9近乎完美的密排六方結(jié)構(gòu)鎂在室溫下為穩(wěn)定的固態(tài)鎂在空氣中容易氧化成灰色在573.15K時(shí)，鎂與氮發(fā)生反應(yīng)生成Mg3N2；在943.15K時(shí)，鎂的氮化反應(yīng)異常迅速。鎂的性質(zhì)高溫下鎂可分解CO2和SO2，生成MgC2、MgS。鎂粉、鎂絲和鎂箔在空氣中加熱時(shí)容易燃燒。鎂能將許多金屬氧化物還原成金屬，并能與許多金屬形成合金。耐蝕性較差。 鎂的概述鎂的用途制合金：鎂合金質(zhì)輕、硬度強(qiáng)度高、抗振性好、不易老化。信號(hào)彈、

4、焰火：鎂能燃燒并發(fā)出耀眼的白光。耐高溫材料：氧化鎂熔點(diǎn)（2800）高。 鋁土礦及氧化鋁生產(chǎn)鋁土礦的分類 根據(jù)氧化鋁水合物所含結(jié)晶水?dāng)?shù)目及晶型結(jié)構(gòu)的不同，把鋁土礦分為三水鋁石型、一水軟鋁石型、一水硬鋁石型和混合型四類礦種。 氧化鋁水合物是鋁土礦中的主要礦物。 鋁土礦及氧化鋁生產(chǎn)氧化鋁及其水合物的物理化學(xué)性質(zhì)物理性質(zhì) 折光率、密度、硬度按三水鋁石、一水軟鋁石、一水硬鋁石、剛玉的順序遞增。化學(xué)性質(zhì) 兩性化合物，不溶于水，可溶于酸和堿，在酸堿中的溶解度和溶解速度不同。 鋁土礦資源及分布 鋁在地殼中的平均含量為8.8%（以Al2O3計(jì)，則為16.62%），僅次于氧和硅，而居第三位，在金屬元素中則位居第一

5、。由于鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，所以其在自然界中僅以化合物狀態(tài)存在。地殼中的含鋁礦物約有250種，其中約40%是各種鋁硅酸鹽。 鋁土礦及氧化鋁生產(chǎn) 主要含鋁礦物 名稱化學(xué)式Al2O3含量(%)剛玉Al2O3100一水軟鋁石Al2O3 H2O85一水硬鋁石Al2O3 H2O85三水鋁石Al2O3 3H2O65.4藍(lán)晶石Al2O3 SiO263紅柱石Al2O3 SiO263硅線石Al2O3 SiO263鋁土礦及氧化鋁生產(chǎn) 主要含鋁礦物 名稱化學(xué)式Al2O3含量(%)霞石(Na,K)2OAl2O3 2SiO232.3-36長(zhǎng)石(Na,K)2OAl2O3 6SiO218.4-19.3白云母K2O3Al2O3

6、6SiO22H2O38.5絹云母K2O3Al2O3 6SiO22H2O38.5白榴石K2O Al2O3 4SiO223.5高嶺石Al2O3 2SiO22H2O39.5明礬石(Na,K)2SO4Al2(SO4)34Al(OH)337絲鈉鋁石Na2OAl2O3 2CO22H2O35.4鋁土礦及氧化鋁生產(chǎn) 鋁土礦的化學(xué)組成 鋁土礦是目前氧化鋁生產(chǎn)中最主要的礦石資源，世界上99%以上的氧化鋁是用鋁土礦為原料生產(chǎn)的。鋁土礦是一種組成復(fù)雜，化學(xué)成分變化很大的含鋁礦物，主要化學(xué)成分為Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2；少量的CaO、MgO、S、Ga、V、Cr、P等。鋁土礦及氧化鋁生產(chǎn) 鋁土礦及氧化鋁

7、生產(chǎn)國(guó)家與地區(qū)儲(chǔ)量/億噸基礎(chǔ)儲(chǔ)量/億噸礦石類型化學(xué)組成/%鋁硅比A/SAl2O3SiO2Fe2O3澳大利亞(韋帕)3874三水鋁石一水軟鋁石58594.556-811幾內(nèi)亞7486三水鋁石42.740.825.5854牙買加(曼特斯特)2025三水鋁石49.572.4918.2123.72巴西3749蘇里南5.86三水鋁石53.163.429.7215.6圭亞那79三水鋁石59.52.05.529.8印度尼西亞(賓坦)三水鋁石5251310.4中國(guó)7.220印度7.714加鈉三水鋁石53-630.23.78-1415美國(guó)(阿肯色州)三水鋁石5013.05.63.85俄羅斯(土耳加)22.540

8、45111316183.24俄羅斯(北烏拉爾)一水硬鋁石-一水軟鋁石5242313俄羅斯(薩拉伊爾)一水硬鋁石(含有剛玉)56.028.0612.377法國(guó)一水軟鋁石5542613.7希臘(派與納斯)一水硬鋁石-一水軟鋁石564.62112.2蘇里南5.86委內(nèi)瑞拉3.23.5其他國(guó)家4661世界合計(jì)儲(chǔ)量240350世界鋁土礦資源及分布世界鋁土礦儲(chǔ)量和一些鋁土礦的類型及組成 鋁土礦及氧化鋁生產(chǎn)中國(guó)鋁土礦資源及分布 中國(guó)鋁土礦資源具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 儲(chǔ)量集中于煤或水電豐富的地區(qū)，有利于開發(fā)利用 礦床類型以沉積型為主，坑采儲(chǔ)量比重較大 一水硬鋁石型礦石占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地區(qū)Al2O3 / %SiO2 /

9、%Fe2O3 / %A / S山西62.3511.585.785.38貴州65.759.045.487.27河南65.3211.783.445.54廣西54.836.4318.928.53山東55.5315.88.783.61我國(guó)各省區(qū)的鋁土礦平均品位 電解煉鋁對(duì)氧化鋁質(zhì)量的要求氧化鋁的純度 比鋁更正電性的元素的氧化物(Fe2O3、SiO2、TiO2、V2O5等) 比鋁更負(fù)電性的元素的氧化物（如堿金屬及堿土金屬） 水分（灼減和吸附的水分）根據(jù)計(jì)算，氧化鋁中Na2O含量每增加0.1%，每生產(chǎn)1t鋁需補(bǔ)充氟化鋁3.8kg，而氟化鋁的價(jià)格昂貴。鋁土礦及氧化鋁生產(chǎn) 氧化鋁的物理性質(zhì) -Al2O3含量、

10、容積密度、粒度、比表面積、安息角、磨損系數(shù)等。要求： 在電解質(zhì)中的溶解度要大，溶解速度快，流動(dòng)性好，便于風(fēng)動(dòng)輸送和料倉(cāng)向電解槽自動(dòng)加料，粉塵量小，在輸送和加料時(shí)的飛揚(yáng)損失小，具有較好的表面活性，能夠有效地吸附氟化氫氣體，保溫性能好，在電解質(zhì)上能形成良好的結(jié)殼、以屏蔽電解熔體，降低熱損失，能嚴(yán)密地覆蓋在陽(yáng)極碳?jí)K上，防止碳?jí)K氧化，減少陽(yáng)極消耗。鋁土礦及氧化鋁生產(chǎn) 1.4.2 氧化鋁生產(chǎn)方法概述 氧化鋁生產(chǎn)方法大致可分為四類，即堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法和熱法。但目前用于工業(yè)生產(chǎn)的幾乎全屬于堿法。鋁土礦及氧化鋁生產(chǎn) 鋁酸鈉溶液鋁酸鈉溶液濃度的表示法:g/L Na2O的表示法：苛性堿（Na2O苛或Na2O

11、K）、碳酸堿（Na2O碳或Na2OC）、硫酸堿（Na2O硫或Na2OS） 、全堿（Na2O全、Na2O總或Na2OT）?？列员戎?K) 鋁酸鈉溶液中氧化鈉與氧化鋁的摩爾比值。表示鋁酸鈉溶液中氧化鋁的飽和程度和穩(wěn)定性。硅量指數(shù)(A/S) 鋁酸鈉溶液中氧化鋁與二氧化硅含量的比值。鋁酸鈉溶液的特性參數(shù)Na2O-Al2O3-H2O系平衡狀態(tài)圖的繪制 是根據(jù)氧化鋁在氫氧化鈉溶液中的溶解度的精確測(cè)定結(jié)果繪制的。氧化鋁的溶解度按下面兩種方法同時(shí)測(cè)定： （1）在一定溫度下，將過量的氧化鋁或其水合物加入到一定濃度的氫氧化鈉溶液中使之飽和。 （2）在一定溫度下，使氧化鋁含量過飽和的鋁酸鈉溶液分解，使之達(dá)到飽和平衡

12、。鋁酸鈉溶液 Na2O-Al2O3-H2O系平衡狀態(tài)圖可以用直角坐標(biāo)表示，也可以用等邊三角形表示。以直角坐標(biāo)表示的Na2O-Al2O3-H2O系平衡狀態(tài)圖，其橫坐標(biāo)是Na2O濃度，縱坐標(biāo)是Al2O3濃度，原點(diǎn)O表示100%的H2O，通過原點(diǎn)的直線為等k線。鋁酸鈉溶液 30下的Na2O-Al2O3-H2O系平衡狀態(tài)圖鋁酸鈉溶液908070605040302010Na2OAl2O32.5H2O48.8%Al2O3 29.7%Na2O21.5%H2ONa2OAl2O362.2%Al2O3 37.8%Na2OHEBFCDIIIIIIIV0 10 20 30 40 50 53.5 60NaOHH2ONa

13、2O (質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%Al2O3(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) /% M一水鋁石85%T 三水鋁石65.4% k=1 k=321.95% Na2O 25.59%Al2O3GAJKLNQOB線：三水鋁石在氫氧化鈉溶 液中的溶解度曲線。平衡固相是三水鋁石。BC線：水合鋁酸鈉在氫氧化鈉溶液中的溶解度曲線。平衡固相是水合鋁酸鈉。CD線：一水氫氧化鈉在鋁酸鈉溶液中的溶解度曲線。C點(diǎn)的溶液同時(shí)與水合鋁酸鈉和一水氫氧化鈉保持平衡。區(qū)域I：是三水鋁石和偏鋁酸鈉 均未飽和的溶液區(qū)。區(qū)域II：0BF0區(qū)域內(nèi)的溶液是 氫氧化鋁過飽和溶液。區(qū)域III：BCEB區(qū)域是偏鋁酸鈉 過飽和區(qū)。區(qū)域IV：位于BETB三角形內(nèi)， 為三水鋁石和水合

14、鋁 酸鈉的過飽和區(qū)。 鋁酸鈉溶液鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性及其主要影響因素 鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性用從這種過飽和的鋁酸鈉溶液開始分解析出氫氧化鋁所需時(shí)間的長(zhǎng)短來衡量。 在熱力學(xué)上是一個(gè)自發(fā)的不可逆過程。 影響鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性的主要因素： 1、溶液的濃度 2、苛性比值 3、溫度 4、雜質(zhì) 5、晶種 鋁酸鈉溶液鋁酸鈉溶液的物理化學(xué)性質(zhì)1、鋁酸鈉溶液的密度2、鋁酸鈉溶液的黏度3、鋁酸鈉溶液的電導(dǎo)率4、鋁酸鈉溶液的飽和蒸氣壓5、鋁酸鈉溶液的熱容及熱焓6、氧化鋁水合物在堿溶液中的溶解熱7、鋁酸鈉溶液的表面張力 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁拜耳法的原理與實(shí)質(zhì)拜耳法的基本原理 （1）用NaOH溶液溶出鋁土礦所得到的鋁酸鈉溶液在添加

15、晶種，不斷攪拌的條件下，溶液中的氧化鋁便呈氫氧化鋁析出。 （2）分解得到的母液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮后在高溫下可用來溶出新的一批鋁土礦。 交替使用這兩個(gè)過程就能夠每處理一批礦石，便得到一批氫氧化鋁，構(gòu)成所謂的拜耳法循環(huán)。 拜耳法的實(shí)質(zhì)就是使下一反應(yīng)在不同的條件下朝不同的方向交替進(jìn)行： Al2O3 (1或3)H2O+2NaOH(aq.) 2NaAl(OH)4(aq.) 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Na2O (質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%403530252015105Al2O3, (質(zhì)量分?jǐn)?shù)) /%至Al2O33H2O點(diǎn) 至Al2O3H2O點(diǎn) 200 60 30 k=1.65

16、k=3.40 A B D C AB 鋁土礦的溶出BC 溶出漿液的稀釋CD 晶種分解DA 分解母液蒸發(fā) Na2O-Al2O3-H2O系中的拜耳法循環(huán)圖 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 循環(huán)效率 循環(huán)效率：1tNa2O在一次拜耳法循環(huán)中所產(chǎn)出的Al2O3的量（t），用E表示，E的數(shù)值越高說明堿的利用率越好。 循環(huán)堿量：生產(chǎn)1t氧化鋁在循環(huán)母液中所必須含有的堿量。它是E的倒數(shù)。拜耳法的循環(huán)堿量和循環(huán)效率 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的工藝流程 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 破碎鋁土礦濕磨溶出稀釋沉降分離葉濾晶種分解蒸發(fā)溶出礦漿晶種氫氧化鋁漿液氫氧化鋁精液粗液稠濃赤泥漿稀釋漿液沉降分離洗滌氫氧化鋁煅燒氧化鋁赤泥洗滌洗液赤

17、泥堆場(chǎng)熱水母液蒸發(fā)母液洗液石灰乳石灰分離Na2CO3H2O結(jié)晶溶解苛化補(bǔ)充苛性堿(1)循環(huán)母液潤(rùn)濕礦粒表面；(2)氧化鋁水合物與OH-相互作用生成鋁酸鈉；(3)形成Al(OH)4-的擴(kuò)散層；(4)Al(OH)4-從擴(kuò)散層擴(kuò)散出來，而OH-則從溶液中擴(kuò)散到固相接觸面上，使反應(yīng)繼續(xù)下去。鋁土礦溶出過程的動(dòng)力學(xué) 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁拜耳法礦漿預(yù)熱及溶出裝備的類型1.直接加熱高壓溶出器組前蘇聯(lián)的蒸汽直接加熱高壓釜溶出工藝流程圖1原礦漿攪拌槽；2空氣補(bǔ)償器；3活塞泵；4管殼式預(yù)熱器；5加熱壓煮器；6反應(yīng)壓煮器；7第一級(jí)料漿自蒸發(fā)器；8第二級(jí)料漿自蒸發(fā)器；9稀釋攪拌槽；10冷凝水自蒸發(fā)器；11冷凝預(yù)熱器；12

18、熱水槽 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁2.間接加熱高壓溶出器組 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁3.管道化溶出德國(guó)RA6型管道化溶出流程圖1-輪船；2-起重塔架；3-皮帶輸送機(jī)；4-礦倉(cāng)；5-一段對(duì)滾破碎機(jī)；6-二段對(duì)輥破碎機(jī)；7-電子秤；8-棒磨機(jī)；9-球磨機(jī)；10-弧形篩；11-礦漿槽；12、13-混合槽；14-泵；15-隔膜泵，300 m2/h、10 MPa；16、17、18-管道加熱器；19-保溫反應(yīng)器；20-冷凝水自蒸發(fā)器；21-礦漿自蒸發(fā)器；22-溶出料漿出料泵；23-熔鹽槽 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁影響鋁土礦溶出的主要因素溶出溫度循環(huán)母液堿濃度配料摩爾比礦石的磨細(xì)程度攪拌強(qiáng)度溶出時(shí)間 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁氧化鋁水合物在溶

19、出過程中的行為 Al2O3 (1或3)H2O+2NaOH(aq.) 2NaAl(OH)4(aq.) 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁氧化鋁的溶出率、Na2O損失率及赤泥產(chǎn)出率Al2O3的理論溶出率：理論上礦石中可以溶出的Al2O3量與礦石中Al2O3量的比值。Al2O3的實(shí)際溶出率：在溶出時(shí)，實(shí)際溶出的Al2O3量與礦石中Al2O3量的比值。 赤泥的產(chǎn)出率：堿耗： 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁雜質(zhì)礦物在礦漿預(yù)熱及溶出過程中的行為 硅礦物是堿法生產(chǎn)氧化鋁中最有害的雜質(zhì)，它包括蛋白石、石英及其水合物、高嶺石、伊利石、緬綠泥石、葉蠟石、絹云母、長(zhǎng)石等鋁硅酸鹽礦物。 含硅礦物在溶出時(shí)首先被堿分解，以硅酸鈉的形態(tài)進(jìn)入溶液溶解反應(yīng)；

20、然后硅酸鈉與鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成水合鋁硅酸鈉(鈉硅渣)進(jìn)入赤泥脫硅反應(yīng)。以高嶺石為例，這兩個(gè)階段反應(yīng)如下：含硅礦物在溶出過程中的行為溶解反應(yīng)脫硅反應(yīng) 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 行為：各種形式的含硅礦物與苛性堿反應(yīng)，均有硅酸鈉進(jìn)入溶液，然后與溶液中的鋁酸鈉反應(yīng)，生成溶解度很小的水合鋁硅酸鈉沉淀，造成Al2O3和Na2O的損失。 對(duì)設(shè)備的危害：在高壓溶出過程中，由于SiO2進(jìn)入溶液后又逐漸成為水合鋁硅酸鈉析出，使得熱交換器、壓煮器及管道結(jié)垢，傳熱系數(shù)嚴(yán)重下降。 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 鈦礦物與NaOH反應(yīng)的能力按無定形氧化鈦板鈦礦金紅石的順序降低，而且鈦礦物只與Al2O3含量未飽和的鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成鈦酸鈉。含鈦

21、礦物在溶出過程中的行為危害：在拜耳法生產(chǎn)中，TiO2是有害的雜質(zhì)，它引起Na2O的損失和Al2O3溶出率的降低。特別是在原礦漿預(yù)熱器和壓煮器的加熱表面生成鈦結(jié)疤，增加熱能的消耗和清理工作量。消除方法：鋁土礦溶出時(shí)添加石灰是減少和消除TiO2危害的有效措施。 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 鋁土礦中含鐵的礦物有氧化物、硫化物、硫酸鹽、碳酸鹽以及硅酸鹽。最常見的是氧化物，其中包括赤鐵礦Fe2O3、水赤鐵礦Fe2O3(aq)、針鐵礦FeOOH和水針鐵礦FeOOH(aq)、褐鐵礦Fe2O3nH2O以及磁鐵礦Fe3O4和磁赤鐵礦-Fe2O3。 含鐵礦物在溶出過程中的行為 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 硫在鋁土礦中主要以黃鐵礦Fe

22、S2存在；還有微量的石膏CaSO42H2O、重晶石BaSO4、黃鐵礦的同素異晶體白鐵礦、磁黃鐵礦Fe1-nS(n=0.1-0.2)以及銅和鋅的硫化物黃銅礦CuFeS2、閃鋅礦ZnS等。含硫礦物在溶出過程中的行為 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 在鋁土礦中有少量的方解石CaCO3和白云石CaCO3MgCO3。碳酸鹽是鋁土礦中常見的有害雜質(zhì)，它們?cè)趬A溶液中容易分解，使苛性鈉轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓徕c。 含鈣、鎂的礦物在溶出過程中的行為 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 有機(jī)物可以分為腐殖酸及瀝青兩大類。后者實(shí)際上不溶解于堿溶液，全部隨同赤泥排出。腐殖酸類的有機(jī)物與堿作用生成各種腐殖酸鈉，然后逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹艿牟菟徕c（Na2C2O4）或蟻酸鈉，

23、在流程中循環(huán)積累，使溶液黏度顯著升高，容易產(chǎn)出泡沫。溶液中的有機(jī)物對(duì)鋁土礦的濕磨，赤泥的沉降分離，鋁酸鈉溶液中的晶種分解，母液的蒸發(fā)等工序都是不利的。有機(jī)物在溶出過程中的行為 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁赤泥沉降分離技術(shù)稀釋的作用如下：降低鋁酸鈉溶出液的濃度，便于晶種分解；促進(jìn)鋁酸鈉溶液的進(jìn)一步脫硅；便于赤泥分離；有利于穩(wěn)定沉降槽的操作。溶出礦漿的稀釋 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁漿液的物理化學(xué)性質(zhì) 拜耳法赤泥的沉降性能和壓縮性能都比較差，原因： （1）赤泥粒子非常細(xì) （2）赤泥粒子具有極其發(fā)達(dá)的表面赤泥漿液的性質(zhì) 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁赤泥沉降性能的表示方法 生產(chǎn)規(guī)定以10min或5min的沉降為參考。即以100mL量筒

24、取滿赤泥漿液，沉降10min或5min后觀察清液層高度作為赤泥的沉降速度。記為mm/10min或mm/5min。 赤泥的壓縮性能以壓縮液固比或沉淀高度百分比表示。壓縮液固比即泥漿不能再濃縮時(shí)的液固比。生產(chǎn)上一般指沉降30min后的濃縮赤泥漿的液固比。沉降高度百分比是指一定體積的赤泥漿液(如100mL)沉降一定時(shí)間(30min)后，泥漿層高度與漿液總高度的百分比。 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁赤泥沉降分離影響赤泥沉降分離的因素主要如下：礦石的組成和品位；赤泥漿液的液固比；赤泥的細(xì)度；赤泥漿液的溫度；赤泥漿液的濃度；添加絮凝劑的影響。 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁晶種分解技術(shù)分解率是種分工序的主要指標(biāo)，它是以鋁酸鈉溶液中

25、氧化鋁分解析出的百分?jǐn)?shù)來表示的。分解槽的單位產(chǎn)能是指單位時(shí)間內(nèi)(每小時(shí)或每晝夜)從分解槽單位體積種分解出來的Al2O3數(shù)量。氫氧化鋁的品質(zhì)：氫氧化鋁中的主要雜質(zhì)是SiO2、Fe2O3和Na2O，另外還可能有很少量的CaO、TiO2、P2O5、V2O5和ZnO等雜質(zhì)。 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁晶種分解的物理過程氫氧化鋁晶核的形成氫氧化鋁晶體的長(zhǎng)大氫氧化鋁晶體的破裂與磨蝕氫氧化鋁晶體的附聚 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁分解原液的濃度和苛性比值溫度晶種數(shù)量和質(zhì)量分解時(shí)間及母液苛性比值攪拌速度雜質(zhì)影響分解過程的主要因素 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 蒸發(fā)目的：排出多余的水分，保持循環(huán)體系中水量的平衡，使蒸發(fā)母液達(dá)到符合拜耳法溶出或燒

26、結(jié)法生料漿配料的濃度要求。分解母液的蒸發(fā)與蘇打的苛化分解母液中各種雜質(zhì)在蒸發(fā)過程中的行為（1）碳酸鈉（2）硫酸鈉（3）氧化硅一水碳酸鈉的苛化Na2CO3 + Ca(OH)22NaOH+ CaCO3 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁氫氧化鋁的焙燒附著水的脫除結(jié)晶水的脫除 Al2O33H2O Al2O3H2O+2H2O（氣） 繼續(xù)升高溫度到500560，一水軟鋁石又失去其結(jié)晶水，變成了-Al2O3氧化鋁的晶型轉(zhuǎn)變 -Al2O3結(jié)晶不完善，需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的晶型轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)?A12O3。生成的-A12O3晶格緊密，密度大，硬度高，但化學(xué)活性小，在冰晶石熔體中的溶解度小。 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁 堿

27、石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁是將鋁土礦與一定數(shù)量的純堿（蘇打）、石灰（或石灰石）配成爐料，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，爐料中的Al2O3與Na2CO3反應(yīng)生成可溶性的固體鋁酸鈉（Na2OAl2O3）；雜質(zhì)氧化鐵、二氧化硅和二氧化鈦分別生成鐵酸鈉（Na2OFe2O3）、原硅酸鈣（2CaOSiO2）和鈦酸鈣（CaOTiO2）。堿石灰燒結(jié)法的原理和基本流程堿石灰燒結(jié)法的原理 鋁酸鈉極易溶于水或稀堿溶液，鐵酸鈉則易水解。而原硅酸鈣和鈦酸鈣不溶于水，與堿溶液的反應(yīng)也較微弱。因此用稀堿溶液溶出時(shí)，可以將熟料中的Al2O3和Na2O溶出，得到鋁酸鈉溶液，與進(jìn)入赤泥中的2CaOSiO2，CaOTiO2和Fe2O3H2O等

28、不溶性殘?jiān)蛛x。熟料的溶出液（粗液）經(jīng)過專門的脫硅凈化過程得到純凈的鋁酸鈉精液。 精液中通入CO2氣后，苛性比值和穩(wěn)定性降低，于是析出氫氧化鋁并得到碳分（Na2CO3）母液。后者經(jīng)蒸發(fā)濃縮后返回配料。因此在生產(chǎn)過程中Na2CO3也是循環(huán)使用的。堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁流程復(fù)雜，能量消耗大，投資和成本都較高，成品氧化鋁的質(zhì)量有時(shí)也差些?？梢蕴幚鞸iO2含量較高的礦石，消耗的是比苛性堿便宜的碳酸鈉，更有條件實(shí)現(xiàn)原料的綜合利用和制取多品種氧化鋁。堿石灰燒結(jié)法的基本流程堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁堿比=1，鈣比=2的配方稱為飽和配方。 叫做低堿配方， 叫做高鈣配方， 叫做低鈣配方。鋁酸鹽爐料的燒結(jié)堿石灰燒結(jié)法

29、的爐料配方堿石灰燒結(jié)法中爐料的配方主要包括堿比( )、鈣比( )、鋁硅比( )和鐵鋁比( )四項(xiàng)指標(biāo)。堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁目的：在于將生料中的Al2O3盡可能完全地轉(zhuǎn)變成可溶性的鋁酸鈉、氧化鐵轉(zhuǎn)變?yōu)殍F酸鈉，而雜質(zhì)SiO2、TiO2轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苄缘脑杷徕}和鈦酸鈣。要求：燒結(jié)過程所得到的熟料具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和可磨性。燒結(jié)過程的目的與要求堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁1. Al2O3 在高溫下燒結(jié)過程的反應(yīng)為： Al2O3Na2CO3Na2OAl2O3CO2 副反應(yīng)：氧化鋁與氧化鈣反應(yīng)，生成C3A、C12A7、 CA、C3A5（CA2)四種化合物， C12A7、CA可溶于碳酸鈉溶液。鋁酸鹽爐料在燒結(jié)過程中的

30、物理化學(xué)反應(yīng)堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁2. SiO2 應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴缓趸X和氧化鈉，在高溫下能與鋁酸鈉同時(shí)穩(wěn)定存在，溶出時(shí)又與鋁酸鈉溶液不發(fā)生顯著反應(yīng)的化合物。（CaOSiO2 、3CaO2SiO2 、2CaOSiO2 、3CaOSiO2 ）堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁3. Fe2O3 氧化鐵在高溫下與碳酸鈉反應(yīng)生成鐵酸鈉，其反應(yīng)式為： Fe2O3 Na2CO3Na2OFe2O3CO2 此反應(yīng)在500時(shí)尚未開始，但700時(shí)已較快進(jìn)行，且在1000下反應(yīng)經(jīng)過1h就完成。 當(dāng)Na2CO3、A12O3和Fe2O3同時(shí)存在時(shí)，在低溫下生成Na2OFe2O3的反應(yīng)占優(yōu)勢(shì)，隨著溫度的升高鐵酸鈉相對(duì)數(shù)量降低，而Na2O

31、Al2O3的數(shù)量增加。當(dāng)溫度升高到900，Al2O3能置換Na2OFe2O3中的Fe2O3生成Na2OAl2O3。在燒結(jié)溫度范圍內(nèi)此反應(yīng)能進(jìn)行到底： Na2OFe2O3+ Al2O3Na2OAl2O3+ Fe2O3堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁4. TiO2 鋁土礦中一般含有2%4的TiO2，它主要是以金紅石或銳鈦礦的形態(tài)存在。物相鑒定結(jié)果表明，TiO2以鈣鈦礦的形態(tài)（CaOTiO2）存在于熟料或是溶出渣中。在熟料溶出時(shí)，CaOTiO2基本上不參與反應(yīng)。在配制爐料時(shí)，CaO的配入量應(yīng)該同時(shí)滿足SiO2和TiO2所需要的CaO量。堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁5. 爐料燒結(jié)過程反應(yīng)順序當(dāng)爐料加熱到550時(shí)，鋁土

32、礦中氧化鋁和氧化鐵的水合物脫除結(jié)晶水。高嶺石（Al2O32SiO22H2O）脫水后成為偏高嶺石（Al2O32 SiO2）。當(dāng)溫度高于700時(shí)，生成Na2OAl2O3和Na2OFe2O3的反應(yīng)開始。750-900：Al2O32 SiO2+Na2CO3= Na2OAl2O32SiO2+2CO2 1000：Na2OAl2O32SiO2+CaO=Na2OAl2O3SiO2+2CaOSiO2 1200：Na2OAl2O3SiO2+CaO= Na2OAl2O3+2CaOSiO2 堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁烘干帶預(yù)熱帶分解帶燒成帶冷卻帶爐料燒結(jié)過程的工藝堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁目的：使熟料中的Na2OAl2O3盡

33、可能完全地轉(zhuǎn)入溶液，而Na2OFe2O3盡可能完全地分解，以獲得Al2O3Na2O高的溶出率。要求：溶出液要與赤泥盡快地分離，以減少氧化鋁和堿的化學(xué)損失。分離后的赤泥，挾帶著附液，應(yīng)充分洗滌，以減少堿和氧化鋁的機(jī)械損失。 溶出過程的目的和要求堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁鋁酸鈉：鋁酸鈉及其與鐵酸鈉組成的固溶體易溶于水和稀減溶液。鐵酸鈉：固體鐵酸鈉在水中是極不穩(wěn)定的，在溶出時(shí)立即發(fā)生水解。 Na2OFe2O3 +H2O=2NaOH + Fe2O3H2O 熟料溶出過程的主要反應(yīng)堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁鋁酸鈣：CaOAl2O3 + Na2CO3+aq=2NaAl(OH)4+CaCO3+aq 12CaO7Al2

34、O3 + 12Na2CO3+aq=14NaAl(OH)4+12CaCO3+10NaOH+aq 3CaOAl2O36H2O + 3Na2CO3+aq =2NaAl(OH)4+3CaCO3+4NaOH+aq堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁鐵酸鈣 CaOFe2O3和2CaOFe2O3兩種鐵酸鈣在堿溶液和鋁酸鈉溶液中都可能分解，反應(yīng)式如下： 3(2CaOFe2O3) +aq 2(3CaOFe2O36H2O )+2Fe(OH)3+ aq 3(CaOFe2O3)+4NaAl(OH)4+aq 2(3CaOAl2O36H2O )+6Fe(OH)3+aq CaOFe2O3 + 4H2OCa(OH)3+2Fe(OH)3 3

35、Ca(OH)3+2Fe(OH)33CaOFe2O31.5H2O+4.5H2O堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁 在溶出過程中赤泥中的2CaOSiO2（原硅酸鈣）可以與鋁酸鈉溶液發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，使已經(jīng)溶出來的Al2O3、Na2O，又有一部分重新轉(zhuǎn)入赤泥而損失。這些反應(yīng)稱為二次反應(yīng)或副反應(yīng)，由此造成的氧化鋁和氧化鈉的損失為二次反應(yīng)損失或副反應(yīng)損失。 熟料溶出過程的二次反應(yīng) 堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁溶出過程的二次反應(yīng)主要有：2CaOSiO2+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+2CaCO3+2NaOH+aq 2CaOSiO2+2NaOH+aq=2Ca(OH)2+Na2SiO3+aq3Ca(OH)2+2Na

36、Al(OH)4+aq=3CaOAl2O36H2O+2NaOH+aq2Na2SiO3+(2+n)NaAl(OH)4+aq= Na2OAl2O32SiO2nNaAl(OH)4xH2O+4NaOH+aq堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁 3CaOAl2O36H2O+xNa2SiO3+aq =3CaOAl2O3xSiO2yH2O+2xNaOH+aq 3Ca(OH)2+NaAl(OH)4+xNa2SiO3+aq = 3CaOAl2O3xSiO2yH2O+2(1+x)NaOH+aq堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁溶出溫度 溶出的苛性比值碳酸鈉濃度 二氧化硅濃度溶出時(shí)間溶出液固比熟料質(zhì)量和粒度 影響二次反應(yīng)的因素和抑制措施堿石灰

37、燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁熟料在溶出過程中，由于2CaOSiO2與溶液中的NaOH、Na2CO3及NaAl(OH)4相互作用而被分解，使較多的二氧化硅進(jìn)入溶液。通常在熟料溶出液中，Al2O3濃度約120g/L，SiO2含量高達(dá)4.56g/L，高出鋁酸鈉溶液中SiO2平衡濃度許多倍。在進(jìn)行分解以前，粗液必須經(jīng)過專門的脫硅處理。脫硅并經(jīng)過控制過濾后的鋁酸鈉溶液叫做精液。它的脫硅程度用硅量指數(shù)（A/S）來表示。精液的硅量指數(shù)越高，表示溶液中 SiO2含量越低，脫硅越徹底。碳分分解率和產(chǎn)品質(zhì)量就會(huì)越好。要求精液的硅量指數(shù)大于400 。鋁酸鈉溶液的脫硅過程脫硅過程的意義和要求堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁基本原理 通過控

38、制一定的條件使溶液中的SiO2以含水鋁硅酸鈉的形式析出: 1.7Na2SiO3+2NaAl(OH)4+aq. =Na2OAl2O31.7SiO2nH2O+3.4NaOH+aq.不添加石灰脫硅的基本原理和影響因素 堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁不添加石灰脫硅的影響因素脫硅溫度原液Al2O3的濃度 原液Na2O濃度原液中 Na2CO3、Na2SO4、NaCl和K2O的濃度晶種和攪拌 脫硅時(shí)間 堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁基本原理 當(dāng)脫硅添加一定數(shù)量的石灰時(shí)，SiO2以溶解度更小的水化石榴石固溶體析出，精液硅量指數(shù)可提高到1000以上。添加石灰脫硅的基本原理和影響因素 3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+xN

39、a2SiO3+aq. = 3CaOAl2O3xSiO2(6-2x)H2O+2xNaOH)+aq.堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁添加石灰脫硅的影響因素脫硅溫度原液中Al2O3和Na2O的濃度溶液中Na2CO3的濃度 溶液中SiO2的濃度石灰的添加量和質(zhì)量堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁鋁酸鈉溶液的碳酸化分解碳酸化分解的原理 碳酸化分解是一個(gè)氣、液、固三相參加的復(fù)雜多相反應(yīng)過程，發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)包括：鋁酸鈉溶液吸收CO2，使苛性堿中和；氫氧化鋁析出；水合鋁硅酸鈉的結(jié)晶析出；水合碳鋁酸鈉（Na2OAl2O32CO2nH2O）的生成和破 壞，并在碳酸化分解終了時(shí)沉淀析出。堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁SiO2在碳酸化分解過程

40、中的行為 第一階段：分解初期， Al(OH)3會(huì)首先析出，而溶液中的SiO2則會(huì)被剛析出的、表面活性很大和吸附能力很強(qiáng)的Al(OH)3所吸附，所以在碳分初期溶液中的SiO2會(huì)有少量析出。第二階段：分解中期，析出的Al(OH)3中SiO2含量很低。第三階段：分解末期，溶液中的SiO2會(huì)在這一階段以鋁硅酸鈉形式大量析出。堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁精液純度與碳分分解率原液的摩爾比 CO2氣體的純度、濃度和通氣速度及時(shí)間溫度晶種 攪拌 碳酸化分解過程的主要影響因素堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁聯(lián)合法可分為三種：串聯(lián)法、并聯(lián)法和混聯(lián)法。在某些情況下，采用拜耳法和燒結(jié)法的聯(lián)合流程，取長(zhǎng)補(bǔ)短可以得到比單純的拜耳法和燒結(jié)

41、法更好的經(jīng)濟(jì)效果，使鋁礦資源得到更充分的利用。聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁及其他低成本處理中低品位鋁土礦的工藝聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁及其他低成本處理中低品位鋁土礦的工藝串聯(lián)法聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁及其他低成本處理中低品位鋁土礦的工藝并聯(lián)法聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁及其他低成本處理中低品位鋁土礦的工藝混聯(lián)法聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁及其他低成本處理中低品位鋁土礦的工藝其他低成本處理中低品位鋁土礦的工藝選礦拜耳法聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁及其他低成本處理中低品位鋁土礦的工藝石灰拜耳法從燒結(jié)法溶液中回收鎵鋁土礦的綜合利用及氧化鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展鋁土礦的綜合利用石灰法置換法碳酸法壓解法鎵的回收從拜耳法溶液中回收鎵汞齊法分步沉淀直接萃取法離

42、子交換法 鋁土礦中五氧化二釩含量為0.001%0.35%，以種分母液或氫氧化鋁洗液為原料，方法有：結(jié)晶法：以釩、磷、氟等鈉鹽的溶解度隨溫度的降低而降低為依據(jù)。溶劑萃取法離子交換法釩的回收鋁土礦的綜合利用及氧化鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展回收赤泥中的有價(jià)成分（堿、氧化鋁、鐵）生產(chǎn)水泥及其他建筑材料用作肥料、土壤改良劑、脫硫劑、凈水劑、煉鋼造渣劑、橡膠及塑料填充劑、涂料、絮凝劑以及流態(tài)自硬砂硬化劑等。赤泥的綜合利用鋁土礦的綜合利用及氧化鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展鋁土礦的綜合利用及氧化鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展氧化鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展加強(qiáng)我國(guó)鋁土礦資源的勘探，合理開采和利用現(xiàn)有鋁土礦資源。積極開發(fā)利用國(guó)外鋁土礦資源。積極開拓新

43、的鋁土礦資源。優(yōu)化工藝技術(shù)與裝備，節(jié)能降耗、降低成本。針對(duì)我國(guó)鋁土礦資源和生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，開發(fā)和完善我國(guó)砂狀氧化鋁生產(chǎn)技術(shù)，提高氧化鋁品質(zhì)。開發(fā)和選擇低成本處理中低品位鋁土礦的合理工藝。鋁電解概述鋁制備工藝的演變鉀還原氯化鋁（1845年德國(guó)人韋勒）；鈉還原NaClAlCl3（法國(guó)人特維爾）；鎂還原冰晶石（1865年俄國(guó)人別凱托夫）；1854年德國(guó)人本生用蓄電池作電源電解NaClAlCl3；1867年發(fā)明發(fā)電機(jī)，1880年加以改進(jìn)；1883年美國(guó)Bradley提出冰晶石氧化鋁熔鹽電解方案；1886年Hall-Heroult法專利（美國(guó)人Hall和法國(guó)人Heroult）。鋁電解發(fā)展簡(jiǎn)史鋁電解概述鋁

44、電解概述鋁電解生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)述鋁電解的工藝流程圖預(yù)焙陽(yáng)極電解槽鋁電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)冰晶石Na3AlF6，或簡(jiǎn)寫為Na3AlF6氧化鋁在冰晶石熔體中的離子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單鋁氧氟離子模型鋁氧氟離子的橋式結(jié)構(gòu)締合或復(fù)合鋁氧氟離子10501000950900850800750700650E1 888A 994.51010734 PE2 69537.5Na3AlF6+Na5Al3F14NaF+Na3AlF6Na5Al3F14+AlF30 10 20 30 40 50 60 MR 3.0 2.0 1.5 1.2AlF3（摩爾分?jǐn)?shù)）/%t/25144633BCD電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)NaF-AlF3二元系相圖Na3AlF6-A

45、l2O3二元系Na3AlF6-Al2O3-AlF3三元系電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)常用添加劑對(duì)電解質(zhì)熔度的影響不同CaF2濃度下Na3AlF6-Al2O3-CaF2三元系的液相線1-CaF2 0%；2-CaF2 5%；3-CaF2 10%不同MgF2濃度下Na3AlF6-Al2O3-MgF2三元系的液相線MgF2濃度：1-0%；2-2%；3-5%；4-10%；5-15%各種氧化物雜質(zhì)對(duì)電解質(zhì)初晶溫度的影響電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)960時(shí)d氧化鋁=4.24g/cm3密度 固體鋁的密度為2.7g/cm3；在960時(shí)，液態(tài)鋁的密度為2.30g/cm3。NaF-AlF3二元系熔體的密度等溫線Na3AlF6-Al

46、2O3二元系熔體的密度等溫線電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)在常用添加劑中，CaF2和MgF2的添加使電解質(zhì)的密度增大。就影響程度而言，CaF2甚于MgF2。添加劑NaCl和LiF都使熔體的密度明顯地降低。電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)電導(dǎo)率NaF和Na3AlF6的電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系(1- Na3AlF6，2-NaF) NaF-AlF3二元系熔體的電導(dǎo)率(1000) Na3AlF6-Al2O3二元系的電導(dǎo)率等溫線(1000) 由圖可知，MgF2和CaF2都使酸性電解質(zhì)體系的電導(dǎo)率降低，MgF2的不良作用更加明顯。 研究還表明，LiF和NaCl對(duì)Na3AlF6-Al2O3熔體電導(dǎo)率的影響是隨著兩者

47、含量的增大而使熔體電導(dǎo)率提高的，又以NaCl的影響更大。各種添加劑對(duì)Na3AlF6-Al2O3熔體電導(dǎo)率的影響電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)黏度等溫線都出現(xiàn)一個(gè)明顯的極大值，而且在該處等溫黏度的曲率，隨著溫度的升高而逐漸變小，它說明體積龐大的AlF6-的進(jìn)一步離解程度變大。電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)黏度 NaF-AlF3二元系的黏度Al2O3濃度低時(shí)，因AlOF2-、AlOF32-等這些配離子數(shù)目少，故黏度變化不大。但是隨著Al2O3濃度的進(jìn)一步增大，這些配離子數(shù)目增多，而且還會(huì)締合生成含有2-3個(gè)氧原子的更加龐大的配離子，故黏度急劇增大。 NaF-AlF3二元系的黏度電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)Mg2+、Ca2+在

48、熔體中能構(gòu)成體積大的陰、陽(yáng)配離子，如MgAlF72-。各種添加劑對(duì)冰晶石熔體黏度的影響電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)鋁電解質(zhì)熔體的表面性質(zhì)電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)NaF-AlF3二元系熔體在炭板上所形成的濕潤(rùn)角1-在熔點(diǎn)時(shí)；2-1000；3-保持時(shí)1min后；4-保持3min后；5-保持5min后 NaFA1F3-Al2O3熔體中添加CaF2和MgF2后對(duì)炭的濕潤(rùn)角的影響(1273K) 電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)鋁電解的蒸氣壓NaF-AlF3二元系熔體的蒸氣壓等溫線Na3AlF6-Al2O3-CaF2系的蒸氣壓與溫度的關(guān)系1-100% Na3AlF6；2- 5%Al2O3+5%CaF2；3-

49、5%Al2O3+10%CaF2；4-10%Al2O3+5%CaF2；5-10%Al2O3+10%CaF2；6-5%Al2O3陰極過程與陰極反應(yīng) 鋁電解過程的機(jī)理鋁電解的電極過程與電極反應(yīng) 在工業(yè)電解槽上，為了保證鋁的一次反應(yīng)充分進(jìn)行，宜采用酸性電解質(zhì)體系，在較低的溫度下電解，并維持盡可能大的Al2O3濃度。陽(yáng)極過程與陽(yáng)極反應(yīng) 2O2-(配離子) + C4e CO2 在陰極上：在陽(yáng)極上：在熔體中：總反應(yīng)式：鋁電解機(jī)理 鋁電解過程的機(jī)理陽(yáng)極效應(yīng)現(xiàn)象陽(yáng)極周圍電弧光耀眼奪目，并伴有噼噼啪啪的聲響，陽(yáng)極周圍電解質(zhì)卻不沸騰，沒有氣泡大量析出。電解質(zhì)好像被氣體排開，電解槽的工作處于停頓狀態(tài)。此時(shí)槽電壓由原來

50、的4V猛升至3050V，甚至更高，與電解槽并聯(lián)的指示燈發(fā)亮。陽(yáng)極效應(yīng)對(duì)電解槽的影響 正面影響：有利于電解質(zhì)中炭渣的分離；可以使黏附在陽(yáng)極表面上的炭渣得到清理；有利于熔化槽底的沉淀。 負(fù)面影響：陽(yáng)極上會(huì)產(chǎn)生氟化碳?xì)怏w，進(jìn)入空氣后，產(chǎn)生溫室效應(yīng)；熔化槽幫結(jié)殼，使電解質(zhì)分子比增大；增加電能消耗，使電解質(zhì)的溫度增加；增加鋁的損失；增加氟化鹽的揮發(fā)損失。 鋁電解過程的機(jī)理陽(yáng)極過電壓和陽(yáng)極效應(yīng)陽(yáng)極效應(yīng)的機(jī)理 潤(rùn)濕性變差學(xué)說氟離子放電學(xué)說靜電引力學(xué)說陽(yáng)極對(duì)電解液排斥學(xué)說 9.4 陽(yáng)極過電壓和陽(yáng)極效應(yīng)陽(yáng)極效應(yīng)的熄滅向電解槽中添加氧化鋁在陽(yáng)極底部攪動(dòng)電解質(zhì)上下提高和降低陽(yáng)極讓陽(yáng)極和陰極短路鋁電解的電流效率 電流

51、效率的大小是用實(shí)際鋁產(chǎn)量和理論鋁產(chǎn)量之比來表示的。0.3356g/(Ah)鋁電解的電流效率、電能消耗和能量平衡電流效率降低的原因:鋁的溶解和再氧化損失；鋁的不完全放電；其他離子放電；電解槽漏電或局部極間短路造成電流損失；其他損失116 電解鋁生產(chǎn)的電能效率是指生產(chǎn)一定數(shù)量的金屬鋁，理論上應(yīng)該消耗的能量（W理）和實(shí)際上所消耗的能量(W實(shí))之比，即 = W理/ W實(shí)100%鋁電解的電流效率、電能消耗和能量平衡電能效率單位電能的產(chǎn)鋁量G=0.3356T/V平電耗率 W= 2.98V平/T鋁電解電能效率的表示方法 采用惰性陽(yáng)極 采用惰性陽(yáng)極時(shí)，總的反應(yīng)為： Al2O3 = 2Al+1.5O2 在950

52、時(shí)，分解電壓為2.224V。 采用惰性陽(yáng)極時(shí)，分解電壓可利用下面的電池進(jìn)行研究和測(cè)定：氧化鋁的分解電壓鋁電解的電流效率、電能消耗和能量平衡采用活性陽(yáng)極 采用炭素陽(yáng)極時(shí)，總的反應(yīng)為： Al2O3+1.5C=2Al+1.5CO2 Al2O3+3C=2Al+3CO 分解電壓隨熔體溫度的升高而線性下降。在950時(shí)，分解電壓為1.20V。鋁電解的電流效率、電能消耗和能量平衡鋁電解的電流效率、電能消耗和能量平衡鋁電解槽的節(jié)能途徑提高電流效率降低平均電壓降低電解槽的熱損失驅(qū)散出槽內(nèi)襯材料中的水分；搗鼓糊燒結(jié)和炭化，與內(nèi)襯炭塊形成一個(gè)整體；使電解槽得到一個(gè)較高的溫度，防止電解質(zhì)凝固。鋁電解槽的焙燒、啟動(dòng)及正常

53、生產(chǎn)工藝鋁電解槽焙燒的目的鋁電解槽焙燒方法鋁液焙燒外電阻加熱焙燒與鋁液焙燒相結(jié)合的焙燒技術(shù)炭粒焙燒鋁錠、鋁塊和鋁屑焙燒火焰焙燒鋁電解槽的啟動(dòng)干法啟動(dòng)常規(guī)啟動(dòng)處于正常生產(chǎn)狀態(tài)的電解槽的外觀特征有：火焰從火眼強(qiáng)勁有力地噴出，火焰的顏色為淡紫藍(lán)色或稍帶黃色；槽電壓穩(wěn)定，或在一個(gè)很窄的范圍內(nèi)波動(dòng)；陽(yáng)極四周邊電解質(zhì)“沸騰”均勻；炭渣分離良好，電解質(zhì)清澈透亮；槽面上有完整的結(jié)殼，且疏松好打。 鋁電解槽的焙燒、啟動(dòng)及正常生產(chǎn)工藝鋁電解槽的正常生產(chǎn)工藝 電解槽煙氣的干法凈化鋁電解槽干法凈化工藝流程三層液精煉的正常操作出鋁補(bǔ)充原鋁補(bǔ)充電解質(zhì)更換或清理陰極撈渣原鋁的精煉鋁三層液電解精煉的電解槽三層液電解精煉 固溶

54、體的相平衡理論：完全互溶的固溶體在冷凝（或熔化）時(shí)，各種組分在固相和液相中的濃度是不同的。 凝固提純分為：定向提純；分步提純；區(qū)域熔煉。原鋁的精煉凝固提純法制取高純鋁 目前我國(guó)再生鋁廠利用的廢雜鋁主要來源于兩方面：一是從國(guó)外進(jìn)口的廢雜鋁；二是國(guó)內(nèi)產(chǎn)生的廢雜鋁。鋁的再生再生鋁的原材料再生鋁錠的生產(chǎn)工藝再生鋁的熔煉除金屬雜質(zhì)的方法：氧化精煉法氮化精煉法氯化精煉法熔析-結(jié)晶法鋁的再生再生鋁的精煉除金屬雜質(zhì)的方法：過濾法通氣精煉法鹽類精煉法真空精煉法煉鎂的原料碳酸鹽白云石MgCO3CaCO3菱鎂礦MgCO3氯化物光鹵石KClMgCl26H2O水氯鎂石MgCl26H2O氫氧化物水鎂石Mg(OH)2硅酸鹽

55、蛇紋石3MgO2SiO22H2O蛇紋石水氯鎂石鎂冶金鎂冶金鎂的冶煉方法熔鹽電解法氯化鎂熔鹽電解法基本原則流程鹵水煉鎂的工藝流程熱還原法皮江法煉鎂的工藝流程圖Magnetherm煉鎂的工藝流程圖鎂冶金粗鎂的精煉熔劑精煉法加入添加劑的深度精煉無熔劑精煉蒸餾精煉鎂冶金17 稀有金屬概論13117 稀有金屬概論132一、稀有金屬的概念 對(duì)“稀有金屬”包括的范圍，目前在學(xué)術(shù)上尚沒有統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)我國(guó)慣例，一般認(rèn)為它包括周期表中約59個(gè)金屬(包括人造元素)；哪些元素屬于稀有金屬呢？ 17 稀有金屬概論13317 稀有金屬概論134稀有金屬共同特點(diǎn): 大部分稀有金屬在地殼中的豐度很小，但有些稀有金屬的

56、豐度并不小 。 如鈦的豐度為0.60%，在地殼中占第十位，比常見元素碳(豐度為0.02)多數(shù)倍到數(shù)十倍。稀有金屬鋯(豐度為0.017)、釩(豐度為910-3)比常見的鋅（豐度為8.310-3)、銅(豐度為4.710-3)、鉛(豐度為1.610-3)多數(shù)倍。即使豐度較小的鎢、鉬、鉿也比銻多一倍左右。17 稀有金屬概論135 稀有金屬最初的概念是和那些在技術(shù)方面不用或少用的金屬聯(lián)系在一起的。但是，目前稀有金屬中的許多金屬，早已成為現(xiàn)代技術(shù)中很普通的金屬。許多工業(yè)部門，如果不使用稀有金屬，它們根本無法存在。17 稀有金屬概論13617 稀有金屬概論137稀有輕金屬 包括元素周期表第族主族的鋰、銣、銫

57、和第族主族的鈹。 共同特點(diǎn)是密度輕。鋰、銣、銫、鈹?shù)拿芏确謩e為0.53g/cm3、l.55g/cm3、1.87g/cm3、l.85g/cm3；化學(xué)活性強(qiáng)，其氧化物和氯化物都很穩(wěn)定，難以還原成金屬，一般都用熔鹽電解法或金屬熱還原法制取。17 稀有金屬概論1382. 稀有高熔點(diǎn)金屬 第族副族的鈦、鋯、鉿，第V族副族的釩、鈮、鉭，第族副族的鎢、鉬，第族副族的錸。 共同特點(diǎn)是熔點(diǎn)高，它們中熔點(diǎn)最低的鈦的熔點(diǎn)也達(dá)1668 4，而鎢的熔點(diǎn)達(dá)3410 20 ；抗腐蝕性強(qiáng)，具有多種原子價(jià)態(tài)。 在生產(chǎn)工藝上，一般都是先制取其純氧化物或鹵化物，再用還原法或熔鹽電解法從中制得金屬粉末或海綿體，然后用粉末冶金法或高溫

58、真空熔煉法制得致密金屬。17 稀有金屬概論1393稀有分散性金屬 包括周期表第族主族的鎵、銦、鉈，第族主族的鍺，第族主族的硒、碲和錸這7種元素（鎵Ga、銦In、鉈Tl、鍺Ge、硒Se、碲Te、錸Re）。有人把銣、鉿、鈧、釩和鎘等幾個(gè)金屬也劃分為稀散金屬。 稀散金屬被命名為SM(scattered metals)，原因有三：此組元素的物理及化學(xué)性質(zhì)彼此有較多的近似；自然界中極少存在單一的、具有工業(yè)開采價(jià)值的這一組元素的礦物；此組元素的克拉克值低，分布分散，多伴生在NM、鐵或煤等礦中，只有在提取主金屬或燃煤等過程中，從其副產(chǎn)物中進(jìn)行綜合回收，故得名為稀散金屬。17 稀有金屬概論140稀散金屬的共同

59、特點(diǎn)： 是只有極少的獨(dú)立礦物，一般都是以類質(zhì)同相形態(tài)存在于其它礦物中。 如鎵往往以類質(zhì)同相形態(tài)存在于鋁土礦中，銦往往存在于有色重金屬硫化礦中，鍺往往存在于煤或有色金屬硫化礦中。因此不可能直接得到這些金屬的精礦。一般都是從這些副產(chǎn)品中提取稀散金屬。 鉿和錸一般也是呈類質(zhì)同相存在于其它礦物中，如鉿存在于鋯英石中，錸常存在于輝銅礦及銅的硫化礦中，從這方面來說與稀散金屬相似，但其物理化學(xué)性質(zhì)與稀有高熔點(diǎn)金屬相似，故常列入稀有高熔點(diǎn)金屬，錸有時(shí)列入稀散金屬。17 稀有金屬概論1414稀土金屬 稀土元素系指元素周期表中第B族，包括原子序數(shù)由57至71的15個(gè)鑭系元素：鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹

60、(Nd)、钷(Pm)、釤 (Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)以及物理化學(xué)性質(zhì)與鑭系元素相似的21號(hào)元素鈧 (Sc)和39號(hào)元素釔(Y)共17個(gè)元素。 稀土元素最早發(fā)現(xiàn)于1794年，直到1947年用人工方法從核反應(yīng)堆中鈾的分裂碎片里分離出最后一個(gè)稀土元素钷，前后歷時(shí)150多年。17 稀有金屬概論14217 稀有金屬概論143稀土元素的共同特點(diǎn)： 最外兩層電子結(jié)構(gòu)相同，釔、鈧也與之相似，因而它們的物理化學(xué)性質(zhì)非常相似，而且在礦物中共生在一起，在冶煉過程中的行為也大體相似，因此其相互分離是生產(chǎn)中難題之一。17 稀有金屬