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1、鋁來自粘土中的白銀鋁冶金v博學(xué)篤志v切問近思課程情況總體簡介課程情況總體簡介課程性質(zhì):專業(yè)技術(shù)課,是一門重要的專業(yè)課程之一。專業(yè)技術(shù)課,是一門重要的專業(yè)課程之一??倢W(xué)時(shí): 48學(xué)時(shí)課程目錄:第一章第一章 氧化鋁生產(chǎn)概述氧化鋁生產(chǎn)概述第二章第二章 鋁酸鈉溶液鋁酸鈉溶液第三章第三章 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁拜耳法生產(chǎn)氧化鋁第四章第四章 堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁第五章第五章 聯(lián)合法流程聯(lián)合法流程第六章第六章 鋁電解生產(chǎn)概論鋁電解生產(chǎn)概論第七章第七章 鋁電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)鋁電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)第八章第八章 鋁電解過程機(jī)理鋁電解過程機(jī)理第九章第九章 鋁電解生產(chǎn)中的電流效率鋁電解生產(chǎn)中的電流

2、效率第十章第十章 鋁電解生產(chǎn)中的電能效率和能量平衡鋁電解生產(chǎn)中的電能效率和能量平衡本課程的主要內(nèi)容一、氧化鋁的生產(chǎn) 氧化鋁生產(chǎn)的概括;鋁酸鈉溶液的特性參數(shù)及性質(zhì)結(jié)構(gòu);拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的理論基礎(chǔ)、工藝流程及特點(diǎn)、工藝技術(shù)參數(shù)、主要設(shè)備等;堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的理論基礎(chǔ)、工藝流程及特點(diǎn)、工藝技術(shù)參數(shù)、主要設(shè)備等。二、電解鋁 鋁電解生產(chǎn)概述;基本流程;工藝操作;鋁電解質(zhì)的物化性質(zhì);鋁電解過程的機(jī)理;鋁電解槽;鋁電解的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及影響因素等。鋁冶金過程學(xué)習(xí)目的與要求:學(xué)習(xí)目的與要求:v1了解鋁冶金的發(fā)展史;了解鋁冶金的發(fā)展史;v2了解氧化鋁生產(chǎn)的主要原料及其特點(diǎn)和方法;了解氧化鋁生產(chǎn)的主要原料

3、及其特點(diǎn)和方法;v3掌握拜耳法和堿石灰燒結(jié)法的原理,工藝流程掌握拜耳法和堿石灰燒結(jié)法的原理,工藝流程及操作,相關(guān)設(shè)備等知識(shí);及操作,相關(guān)設(shè)備等知識(shí);v4掌握鋁電解的基本理論,工藝流程及操作,設(shè)掌握鋁電解的基本理論,工藝流程及操作,設(shè)備,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。備,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。重點(diǎn):重點(diǎn): v1、氧化鋁的生產(chǎn);、氧化鋁的生產(chǎn);v2、電解鋁的生產(chǎn)。、電解鋁的生產(chǎn)。 緒論v輕金屬密度小于3.5g/cm3特點(diǎn):化學(xué)性質(zhì)活潑,化合物穩(wěn)定,負(fù)電性很強(qiáng)。種類:鋁、鎂、鈉、鉀、鈹?shù)取V迫》椒ǎ喝埯}電解用途:廣泛鋁的發(fā)展史 韋勒(韋勒(Wohler) 德國化學(xué)家德國化學(xué)家 1827年,德國的韋勒把年,德國的韋勒把鉀和無

4、水氯化鋁共熱,鉀和無水氯化鋁共熱,制得純鋁。制得純鋁。厄斯泰德(厄斯泰德(Oersted )丹麥化學(xué)家和礦物學(xué)家丹麥化學(xué)家和礦物學(xué)家1825年,用鉀汞齊還原無年,用鉀汞齊還原無水鹵化鋁,第一個(gè)制備出水鹵化鋁,第一個(gè)制備出不純的金屬鋁。不純的金屬鋁。德維爾(德維爾(Deville )法國化學(xué)家法國化學(xué)家1854年,法國化學(xué)家德年,法國化學(xué)家德維爾用金屬鈉與無水氯維爾用金屬鈉與無水氯化鋁一起加熱而獲得鋁?;X一起加熱而獲得鋁。改用金屬鈉極大地降低改用金屬鈉極大地降低了鋁的生產(chǎn)費(fèi)用,了鋁的生產(chǎn)費(fèi)用, 0.1 鋁的性質(zhì)及用途:0.1.1 鋁的物理性質(zhì)鋁的物理性質(zhì)純鋁為銀白色金屬,鋁的比重為純鋁為銀白色

5、金屬,鋁的比重為2.72(g/cm3),), 約為鐵的三分之一。約為鐵的三分之一。 鋁的熔點(diǎn)與其純度有關(guān),當(dāng)純度為鋁的熔點(diǎn)與其純度有關(guān),當(dāng)純度為 99.996%時(shí),熔點(diǎn)為時(shí),熔點(diǎn)為660.24。 鋁具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性,其導(dǎo)電性僅次于銀和銅鋁具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性,其導(dǎo)電性僅次于銀和銅.鋁的塑性很好,具有延展性,便于各種冷、熱壓力加工,它鋁的塑性很好,具有延展性,便于各種冷、熱壓力加工,它既可以制成厚度僅為既可以制成厚度僅為0.006 0.006 毫米的鋁箔,也可以冷拔成極細(xì)毫米的鋁箔,也可以冷拔成極細(xì)的絲。的絲。 通過添加其它元素還可以將鋁制成合金使它硬化,強(qiáng)度甚至通過添加其它元素還可以將

6、鋁制成合金使它硬化,強(qiáng)度甚至可以超過結(jié)構(gòu)鋼,但仍保持著質(zhì)輕的優(yōu)點(diǎn)。可以超過結(jié)構(gòu)鋼,但仍保持著質(zhì)輕的優(yōu)點(diǎn)。0.1.2.鋁的化學(xué)性質(zhì)鋁易溶于稀酸和堿溶液,在冷的濃鋁易溶于稀酸和堿溶液,在冷的濃HNO3和濃和濃H2SO4中,鋁的表面會(huì)被鈍化不發(fā)生作用。中,鋁的表面會(huì)被鈍化不發(fā)生作用。 熱熱HNO3和濃和濃H2SO4與鋁強(qiáng)烈反應(yīng)。與鋁強(qiáng)烈反應(yīng)。在空氣中,鋁表面形成致密氧化膜,阻止內(nèi)層的鋁在空氣中,鋁表面形成致密氧化膜,阻止內(nèi)層的鋁被氧化,使鋁在空氣中有很高的穩(wěn)定性。鋁同氧在被氧化,使鋁在空氣中有很高的穩(wěn)定性。鋁同氧在高溫下反應(yīng)并放出大量的熱,利用這個(gè)反應(yīng)的高反高溫下反應(yīng)并放出大量的熱,利用這個(gè)反應(yīng)的高

7、反應(yīng)熱,鋁常被用來從其它氧化物中置換金屬,這種應(yīng)熱,鋁常被用來從其它氧化物中置換金屬,這種方法被稱為鋁熱法方法被稱為鋁熱法。在高溫下,鋁也容易同其它非金屬(鹵素、硫、碳)在高溫下,鋁也容易同其它非金屬(鹵素、硫、碳)反應(yīng)生成硫化物,鹵化物等。反應(yīng)生成硫化物,鹵化物等。 0.1.3.鋁的用途在建筑業(yè)上,由于鋁的抗氧化性和美觀性,使鋁在建筑業(yè)上在建筑業(yè)上,由于鋁的抗氧化性和美觀性,使鋁在建筑業(yè)上被越來越多地廣泛應(yīng)用,特別是在鋁合金門窗、鋁塑管、裝被越來越多地廣泛應(yīng)用,特別是在鋁合金門窗、鋁塑管、裝飾板、鋁板幕墻等方面的應(yīng)用。飾板、鋁板幕墻等方面的應(yīng)用。在交通運(yùn)輸業(yè)上,汽車、火車、飛機(jī)、船只等交通運(yùn)

8、輸工具在交通運(yùn)輸業(yè)上,汽車、火車、飛機(jī)、船只等交通運(yùn)輸工具開始大量采用鋁及鋁合金作為構(gòu)件和裝飾件,隨著鋁合金加開始大量采用鋁及鋁合金作為構(gòu)件和裝飾件,隨著鋁合金加工材的硬度和強(qiáng)度不斷提高,航空航天領(lǐng)域使用的比例開始工材的硬度和強(qiáng)度不斷提高,航空航天領(lǐng)域使用的比例開始逐年增加。逐年增加。在包裝業(yè)上,各類軟包裝用鋁箔、全鋁易拉罐、各類瓶蓋及在包裝業(yè)上,各類軟包裝用鋁箔、全鋁易拉罐、各類瓶蓋及易拉蓋、藥用包裝等用鋁范圍也在擴(kuò)大。易拉蓋、藥用包裝等用鋁范圍也在擴(kuò)大。冶金工業(yè)中,常用鋁熱劑來熔煉難熔金屬。如鋁粉和氧化鐵冶金工業(yè)中,常用鋁熱劑來熔煉難熔金屬。如鋁粉和氧化鐵粉混合,引發(fā)后即發(fā)生劇烈反應(yīng),交通

9、上常用此來焊接鋼軌;粉混合,引發(fā)后即發(fā)生劇烈反應(yīng),交通上常用此來焊接鋼軌;滲鋁,是鋼鐵化學(xué)熱處理方法的一種,使普通碳鋼或鑄鐵表滲鋁,是鋼鐵化學(xué)熱處理方法的一種,使普通碳鋼或鑄鐵表面上形成耐高溫的氧化鋁膜以保護(hù)內(nèi)部的鐵。面上形成耐高溫的氧化鋁膜以保護(hù)內(nèi)部的鐵。 鋁是輕金屬,號(hào)稱鋁是輕金屬,號(hào)稱“會(huì)飛的金屬會(huì)飛的金屬”藍(lán)寶石是色美、透明的寶石級(jí)剛玉,是美國國石。實(shí)際上自 然界中的寶石級(jí)剛玉除紅色的稱紅寶石外,其余各種顏色如 藍(lán)色、淡藍(lán)色、綠色、黃色、灰色、無色等,均稱為藍(lán)寶石藍(lán)寶石的化學(xué)成分(Al2O3),主要以Fe、Ti、致色 紅寶石的英文名為紅寶石的英文名為Ruby,在圣經(jīng)中紅寶石是所有寶石中

10、最,在圣經(jīng)中紅寶石是所有寶石中最珍貴的。紅寶石炙熱的紅色使人們總把它和熱情、愛情聯(lián)珍貴的。紅寶石炙熱的紅色使人們總把它和熱情、愛情聯(lián)系在一起,被譽(yù)為系在一起,被譽(yù)為“愛情之石愛情之石”,象征著熱情似火,愛情,象征著熱情似火,愛情的美好、永恒和堅(jiān)貞。紅寶石是七月的生辰石。的美好、永恒和堅(jiān)貞。紅寶石是七月的生辰石。 第一章 氧化鋁生產(chǎn)概況v氧化鋁: 氧化鋁外觀為白色粉末,結(jié)晶狀態(tài)為六方晶體結(jié)構(gòu),分子式通常寫為Al2O3,分子量為101.96。 氧化鋁是典型的兩性氧化物,不溶于水,可溶于無機(jī)酸和堿性溶液,由于其結(jié)晶形式不同,在酸、堿溶液中的溶解度及溶解速度也不同。 氧化鋁有多種同素異構(gòu)體,如:-Al

11、2O3、-Al2O3、-Al2O3、-Al2O3、-Al2O3、K-Al2O3、-Al2O3。而常見穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的氧化鋁主要是-Al2O3、-Al2O3。 -Al2O3性質(zhì)穩(wěn)定,熔點(diǎn)2050,沸點(diǎn)2900,比重3.9-4.0g/cm3。 -Al2O3是將各種Al(OH)3加熱脫水獲得的,-Al2O3呈立方晶系。晶格常數(shù)=7.91。 氧化鋁水合物是由OH-、O2-、Al3+構(gòu)成的化合物,其中并不含水分子,是人們對(duì)該種化合物的俗稱。 氧化鋁水合物是鋁土礦中的主要礦物。自然界中OH-、O2-、Al3+構(gòu)成的化合物主要有: 三水鋁石、一水軟鋁石、一水硬鋁石和剛玉。 其分子式分別為: 三水鋁石:Al(OH)

12、3、一水軟鋁石:-AlOOH、一水硬鋁石:-AlOOH、剛玉:Al2O3。 氧化鋁水合物的化學(xué)性質(zhì)也由于其結(jié)構(gòu)不同而有很大差別?;瘜W(xué)活性按下列次序遞減: 三水鋁石化學(xué)活性最大、一水軟鋁石次之、一水硬鋁石較弱、剛玉則是非常穩(wěn)定的氧化鋁。1.1煉鋁原料:煉鋁原料: 煉鋁最主要的礦石資源為鋁土礦煉鋁最主要的礦石資源為鋁土礦。鋁土礦。鋁土礦主要含鋁礦物為主要含鋁礦物為三水鋁石三水鋁石(Al2O3 3H2O),),一水硬鋁石一水硬鋁石(-Al2O3 H2O),),一水一水軟軟鋁石鋁石(-Al2O3 H2O)。)。其他礦石其他礦石主要有霞石主要有霞石、紅、紅柱石、柱石、藍(lán)藍(lán)晶石、晶石、明礬石明礬石 、高嶺

13、石。、高嶺石。1.1.5 鋁土礦:鋁土礦:1.1.5.1 鋁土礦的類型鋁土礦的類型鋁土礦按其含有的鋁礦物的類型可分為:三水鋁石型、一水鋁土礦按其含有的鋁礦物的類型可分為:三水鋁石型、一水軟鋁石型和一水硬鋁石型。國外鋁土礦主要是三水鋁石型,軟鋁石型和一水硬鋁石型。國外鋁土礦主要是三水鋁石型,具高鋁、低硅、高鐵的特點(diǎn)。具高鋁、低硅、高鐵的特點(diǎn)。我國主要是一水硬鋁石型鋁土我國主要是一水硬鋁石型鋁土礦礦,總體特征是高鋁、高硅、低鐵。,總體特征是高鋁、高硅、低鐵。1.1.5.2 鋁土礦的化學(xué)成分鋁土礦的化學(xué)成分鋁土礦的化學(xué)成分主要為鋁土礦的化學(xué)成分主要為Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、H2O

14、,五者總量占五者總量占成分的成分的95%以以上上. . 1.1.5.3 鋁硅比(鋁硅比(A/S):):鋁硅比是指鋁土礦中的鋁硅比是指鋁土礦中的Al2O3和和SiO2的質(zhì)量比。是衡量鋁土礦質(zhì)的質(zhì)量比。是衡量鋁土礦質(zhì)量的主要指標(biāo)。鋁土礦中的硅是堿法處理鋁土礦制取氧化鋁過量的主要指標(biāo)。鋁土礦中的硅是堿法處理鋁土礦制取氧化鋁過程中最有害的雜質(zhì)。程中最有害的雜質(zhì)。我國鋁土礦資源的特點(diǎn)我國鋁土礦資源的特點(diǎn) 我國鋁土礦資源豐富。根據(jù)目前已探明的具有工業(yè)價(jià)值的鋁我國鋁土礦資源豐富。根據(jù)目前已探明的具有工業(yè)價(jià)值的鋁土礦床,主要分布在河南、山西、廣西、貴州及山東等省。土礦床,主要分布在河南、山西、廣西、貴州及山東

15、等省。 我國鋁土礦的一般特點(diǎn)是高鋁、高硅、低鐵我國鋁土礦的一般特點(diǎn)是高鋁、高硅、低鐵(只有廣西礦為只有廣西礦為高鐵高鐵)。因含氧化硅較高,故鋁硅比較低,多數(shù)在。因含氧化硅較高,故鋁硅比較低,多數(shù)在47之間,之間,鋁硅比在鋁硅比在10以上的優(yōu)質(zhì)鋁土礦較少,而中低品位鋁土礦居多;以上的優(yōu)質(zhì)鋁土礦較少,而中低品位鋁土礦居多;多數(shù)鋁土礦是一水硬鋁石型鋁土礦。多數(shù)鋁土礦是一水硬鋁石型鋁土礦。 鋁土礦的礦物類型對(duì)氧化鋁的可溶出性有很大影響。三水鋁鋁土礦的礦物類型對(duì)氧化鋁的可溶出性有很大影響。三水鋁石易為苛性堿溶解,一水軟鋁次之,一水硬鋁石則較難溶解。石易為苛性堿溶解,一水軟鋁次之,一水硬鋁石則較難溶解。鋁

16、土礦的質(zhì)量指標(biāo)v礦石中氧化鋁的含量v鋁硅比(A/S),其他雜質(zhì)含量v鋁土礦的類型鋁土礦中的雜質(zhì)鋁土礦中的雜質(zhì)主要有:1二氧化硅2氧化鐵3二氧化鈦以及少量其他雜質(zhì)(1) SiO2 SiO2主要以高嶺石主要以高嶺石A12O32SiO22H2O等硅酸鹽礦物存在,等硅酸鹽礦物存在,有的含少量石英有的含少量石英(晶質(zhì)晶質(zhì)SiO2)、蛋白石、蛋白石(SiO2nH2O)及其他粘及其他粘土礦物。氧化硅是鋁土礦的主要有害成分,它是氧化鋁生產(chǎn)土礦物。氧化硅是鋁土礦的主要有害成分,它是氧化鋁生產(chǎn)中引起堿和氧化鋁損失的主要來源。中引起堿和氧化鋁損失的主要來源。(2) Fe2O3Fe2O3主要是赤鐵礦主要是赤鐵礦Fe2

17、O3,有的含針鐵礦,有的含針鐵礦FeOOH等。等。(3) TiO2鋁土礦中鋁土礦中TiO2多以銳鈦礦多以銳鈦礦(TiO2)和金紅石和金紅石(TiO2)存在。存在。(4) CaO和和MgO鋁土礦中往往含有少量以方解石和菱鎂礦或白云石存在的鋁土礦中往往含有少量以方解石和菱鎂礦或白云石存在的CaO和和MgO。(5)硫硫硫主要以黃鐵礦硫主要以黃鐵礦FeS2存在。存在。電解煉鋁對(duì)氧化鋁質(zhì)量的要求電解煉鋁對(duì)氧化鋁質(zhì)量的要求v氧化鋁作為電解煉鋁的原料,對(duì)它的化學(xué)純度和物氧化鋁作為電解煉鋁的原料,對(duì)它的化學(xué)純度和物理性質(zhì)須有一定要求理性質(zhì)須有一定要求:v1、氧化鋁的純度、氧化鋁的純度 氧化鋁純度是影響原鋁質(zhì)量

18、的主要因素。氧化鋁純度是影響原鋁質(zhì)量的主要因素。(1)(1)如氧化鋁中含有比鋁更正電性的元素的氧化物如氧化鋁中含有比鋁更正電性的元素的氧化物(Fe(Fe2 2O O3 3、SiOSiO2 2、TiOTiO2 2等等) ),在電解過程中,這些元素將首先在陰極上析出,使,在電解過程中,這些元素將首先在陰極上析出,使所得的鋁不純。所得的鋁不純。(2)(2)氧化鋁中含有比鋁更負(fù)電性的元素的氧化物氧化鋁中含有比鋁更負(fù)電性的元素的氧化物(Na(Na2 2O O、CaOCaO等等) ),則在電解時(shí)會(huì)與氟化鋁反應(yīng)而破壞電解質(zhì)的正常成分,破壞則在電解時(shí)會(huì)與氟化鋁反應(yīng)而破壞電解質(zhì)的正常成分,破壞電解過程。電解過程

19、。(3)氧化鋁中的水也是有害成分,將增加電解質(zhì)氧化鋁中的水也是有害成分,將增加電解質(zhì)中氟化物的分解而產(chǎn)生氟化氫損失。目前煙中氟化物的分解而產(chǎn)生氟化氫損失。目前煙氣凈化系統(tǒng)已可解決這一問題。對(duì)氧化鋁中氣凈化系統(tǒng)已可解決這一問題。對(duì)氧化鋁中的灼減量可適當(dāng)放寬。的灼減量可適當(dāng)放寬。v我國現(xiàn)行氧化鋁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:我國現(xiàn)行氧化鋁質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:v例如:例如: 一級(jí)氧化鋁的雜質(zhì)含一級(jí)氧化鋁的雜質(zhì)含(不大于不大于): SiO2 0.02%; Fe2O3 0.03%;Na2O 0.50%;灼減;灼減 0.8%。v2、氧化鋁物理性質(zhì)、氧化鋁物理性質(zhì) 氧化鋁物理性質(zhì)主要指氧化鋁物理性質(zhì)主要指Al2O3含量、真比重、

20、容含量、真比重、容重、粒度、比表面、安息角及磨損系數(shù)等。重、粒度、比表面、安息角及磨損系數(shù)等。 電解過程對(duì)氧化鋁提出的下列要求:在電解質(zhì)中溶電解過程對(duì)氧化鋁提出的下列要求:在電解質(zhì)中溶解速度快;流動(dòng)性好;粉塵量?。槐匦阅芎?;吸解速度快;流動(dòng)性好;粉塵量?。槐匦阅芎?;吸附附HF能力強(qiáng),這些都與上述諸性質(zhì)有關(guān)。能力強(qiáng),這些都與上述諸性質(zhì)有關(guān)。 按照氧化鋁的物理特性,可將其分成砂狀、中間狀按照氧化鋁的物理特性,可將其分成砂狀、中間狀和面粉狀三種。見表和面粉狀三種。見表1-10 對(duì)鋁電解過程來說,砂狀氧化鋁和粉狀氧化對(duì)鋁電解過程來說,砂狀氧化鋁和粉狀氧化鋁都各有利弊。但當(dāng)前由于各國廣泛采用中鋁都各

21、有利弊。但當(dāng)前由于各國廣泛采用中間下料的大型預(yù)焙陽極電解槽和干法煙氣凈間下料的大型預(yù)焙陽極電解槽和干法煙氣凈化系統(tǒng),以控制環(huán)境污染,于是要求使用流化系統(tǒng),以控制環(huán)境污染,于是要求使用流動(dòng)性好、溶解決、吸附動(dòng)性好、溶解決、吸附HF能力強(qiáng)和粉塵量小能力強(qiáng)和粉塵量小的的砂狀氧化鋁砂狀氧化鋁、這已成為一種發(fā)展趨勢(shì)。、這已成為一種發(fā)展趨勢(shì)。1.2 鋁的生產(chǎn)方法:鋁的生產(chǎn)方法:工業(yè)上生產(chǎn)鋁的唯一方法為冰晶石工業(yè)上生產(chǎn)鋁的唯一方法為冰晶石氧化鋁熔鹽電解法。它氧化鋁熔鹽電解法。它包括從鋁土礦中生產(chǎn)氧化鋁以及氧化鋁電解兩個(gè)主要過程。包括從鋁土礦中生產(chǎn)氧化鋁以及氧化鋁電解兩個(gè)主要過程。 鋁冶金流程示意圖1.2.1

22、 氧化鋁生產(chǎn)方法 迄今為止,已經(jīng)提出了很多從鋁礦石或其它迄今為止,已經(jīng)提出了很多從鋁礦石或其它含鋁原料中提取氧化鋁的力法。由于技術(shù)和含鋁原料中提取氧化鋁的力法。由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的原因,有些方法巳被淘汰,有些經(jīng)濟(jì)方面的原因,有些方法巳被淘汰,有些還處于試驗(yàn)研究階段,目前用于工業(yè)生產(chǎn)的還處于試驗(yàn)研究階段,目前用于工業(yè)生產(chǎn)的只有少數(shù)幾種方法。提出的氧化鋁生產(chǎn)方法只有少數(shù)幾種方法。提出的氧化鋁生產(chǎn)方法可歸納為四類,可歸納為四類, 即堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法與熱法。即堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法與熱法。1 堿法生產(chǎn)氧化鋁堿法生產(chǎn)氧化鋁用堿用堿(NaOH或或Na2CO3)處理鋁土礦,使礦石中的含鋁礦物和堿處理鋁

23、土礦,使礦石中的含鋁礦物和堿反應(yīng)生成鋁酸鈉溶液。礦石中的鐵、鈦和二氧化硅等雜質(zhì)成為反應(yīng)生成鋁酸鈉溶液。礦石中的鐵、鈦和二氧化硅等雜質(zhì)成為不溶性的化合物進(jìn)入固體殘?jiān)?。渣液分離后,溶液可分解析不溶性的化合物進(jìn)入固體殘?jiān)?。渣液分離后,溶液可分解析出出A1(OH)3,煅燒,煅燒A1(OH)3即獲得氧化鋁。即獲得氧化鋁。堿法是工業(yè)上生產(chǎn)氧化鋁的主要方法,包括拜耳法、燒結(jié)堿法是工業(yè)上生產(chǎn)氧化鋁的主要方法,包括拜耳法、燒結(jié)法和聯(lián)合法。法和聯(lián)合法。燒結(jié)法:適于處理高硅的低品位礦石,要求燒結(jié)法:適于處理高硅的低品位礦石,要求A/S為為35。拜耳法:適于處理高鋁、低硅礦石,一般要求拜耳法:適于處理高鋁、低硅礦

24、石,一般要求A/S7。聯(lián)合法:適于處理中等品位的鋁土礦,一般要求聯(lián)合法:適于處理中等品位的鋁土礦,一般要求A/S為為57。1堿法生產(chǎn)氧化鋁v堿法生產(chǎn)氧化鋁,就是用堿(NaOH或Na2CO3)處理鋁土礦,使礦石中的氧化鋁水合物和堿反應(yīng)生成鋁酸鈉溶液。鋁土礦中的鐵、鈦等雜質(zhì)和絕大部分的二氧化硅則成為不溶性的化合物進(jìn)入固體殘?jiān)?。這種殘?jiān)环Q為赤泥。鋁酸鈉溶液與赤泥分離后,經(jīng)凈化處理,分解析出Al(OH)3,將Al(OH)3與堿液分離并經(jīng)過洗滌和焙燒后,即獲得產(chǎn)品氧化鋁。v目前工業(yè)上幾乎全部采用堿法生產(chǎn)氧化鋁。拜耳法拜耳法原則流程圖堿石灰燒結(jié)法鋁土礦石灰、純堿(NaCO3)燒結(jié)熟料溶出脫硅凈化分解結(jié)

25、晶AL()煅燒AL配料蒸發(fā)母液2酸法生產(chǎn)氧化鋁v酸法生產(chǎn)氧化鋁就是用硫酸、鹽酸、硝酸等無機(jī)酸處理鋁礦石,得到含鋁鹽溶液,然后用堿中和這些鹽溶液,使鋁成氫氧化鋁析出,焙燒氫氧化鋁或各種鋁鹽的水合物晶體,便得到氧化鋁。v用酸法處理鋁礦石時(shí),存在于礦石中的鐵、鈦、釩、鉻等雜質(zhì)與酸作用進(jìn)入溶液中,這不但引起酸的消耗,而且它們與鋁鹽分離比較困難。氧化硅絕大部分成為不溶物進(jìn)入殘?jiān)c鋁鹽分離,但有少量成為硅膠進(jìn)入溶液,所以鋁鹽溶液還需要脫硅,而且需要昂貴的耐酸設(shè)備。v用酸法處理分布很廣的高硅低鋁礦(如粘土、高嶺土、煤矸石和煤灰)在原則上是合理的,在鋁土礦資源缺乏的情況下可以采用此法。 3 酸堿聯(lián)合法生產(chǎn)氧化

26、鋁酸堿聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁: 酸堿聯(lián)合法是先用酸法從高硅鋁礦石中制酸堿聯(lián)合法是先用酸法從高硅鋁礦石中制取含鐵、鈦等雜質(zhì)的不純氫氧化鋁,然后取含鐵、鈦等雜質(zhì)的不純氫氧化鋁,然后再用堿法處理。這一流程的實(shí)質(zhì)是用酸法再用堿法處理。這一流程的實(shí)質(zhì)是用酸法除硅,堿法除鐵。除硅,堿法除鐵。 4 熱法生產(chǎn)氧化鋁熱法生產(chǎn)氧化鋁: 熱法實(shí)質(zhì)是在電爐中熔煉鋁礦石和碳的混熱法實(shí)質(zhì)是在電爐中熔煉鋁礦石和碳的混合物,使礦石中的氧化鐵、氧化硅、氧化合物,使礦石中的氧化鐵、氧化硅、氧化鈦等雜質(zhì)還原,形成硅鐵合金。而氧化鋁鈦等雜質(zhì)還原,形成硅鐵合金。而氧化鋁則呈熔融狀態(tài)的爐渣而上浮,由于密度不則呈熔融狀態(tài)的爐渣而上浮,由于密度不

27、同而分離,所得氧化鋁渣再用堿法處理從同而分離,所得氧化鋁渣再用堿法處理從中提取氧化鋁。中提取氧化鋁。第二章 鋁酸鈉溶液v鋁酸鈉溶液特性參數(shù)v鋁酸鈉溶液分子比vNa2O-Al2O3-H2O系v鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性及其影響因素v鋁酸鈉溶液誘導(dǎo)期v鋁酸鈉溶液結(jié)構(gòu)鋁酸鈉溶液是堿法生產(chǎn)氧化鋁的重要中間產(chǎn)物。鋁酸鈉溶液是堿法生產(chǎn)氧化鋁的重要中間產(chǎn)物。鋁酸鈉溶液的基本成分是鋁酸鈉溶液的基本成分是Al2O3和和Na2O。v鋁酸鈉的分子式有: NaAl(OH)4 ,Na2O.Al2O3(固體), NaAlO2 ,NaAlO2 .2H2Ov工業(yè)鋁酸鈉的主要成分是:vNaAl(OH)4、NaOH、Na2CO3、 Na2

28、SO4 、 Na2SiO3等。 通常把NaAl(OH)4中的Na2O叫做化合堿;把NaOH中的Na2O叫做游離堿,并將兩者統(tǒng)稱為苛性堿;把Na2CO3中的Na2O叫做碳酸堿,把Na2SO4中的Na2O叫做硫酸堿, 并把碳酸堿和苛性堿統(tǒng)稱為全堿。v鋁酸鈉溶液的組成是以溶液中鋁酸鈉溶液的組成是以溶液中Al2O3和和Na2O (苛苛性堿性堿)的絕對(duì)濃度表示的。的絕對(duì)濃度表示的。v其中苛性堿包括化合為鋁酸鈉的其中苛性堿包括化合為鋁酸鈉的Na2O和以氫氧和以氫氧化鈉形式存在的游離化鈉形式存在的游離Na2O,濃度以,濃度以g/l表示。表示。v工業(yè)鋁酸鈉溶液中工業(yè)鋁酸鈉溶液中Al2O3濃度和濃度和Na2O

29、濃度變化范濃度變化范圍很大,圍很大,Al2O3為為60250 g/l,Na2Ok為為100280 g/l,Na2Oc約為約為1030 g/l。鋁酸鈉溶液的特性參數(shù)鋁酸鈉溶液的特性參數(shù)1 苛性比苛性比 鋁酸鈉溶液的鋁酸鈉溶液的苛性比苛性比是指溶液中的苛性堿與氧化是指溶液中的苛性堿與氧化鋁的摩爾比,用鋁的摩爾比,用k k表示:(也稱鋁酸鈉溶液的分表示:(也稱鋁酸鈉溶液的分子比用子比用MRMR表示)表示),其可以用來表示鋁酸鈉溶液中,其可以用來表示鋁酸鈉溶液中氧化鋁的飽和程度和穩(wěn)定性,是鋁酸鈉溶液的一氧化鋁的飽和程度和穩(wěn)定性,是鋁酸鈉溶液的一個(gè)重要特性參數(shù),也是一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)。個(gè)重要特性參數(shù),也

30、是一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)。 對(duì)于這個(gè)比值,有不同的習(xí)慣表示方法。較為普遍的是采對(duì)于這個(gè)比值,有不同的習(xí)慣表示方法。較為普遍的是采用鋁酸鈉溶液中的用鋁酸鈉溶液中的Na2O與與Al2O3的摩爾數(shù)之比,寫作的摩爾數(shù)之比,寫作Na2O/ Al2O3摩爾比,或簡稱摩爾比,或簡稱“摩爾比摩爾比”,以符號(hào),以符號(hào)“MR”(或或K)示。示。 例如:鋁酸鈉溶液的成分為例如:鋁酸鈉溶液的成分為Na2O135克克/升、升、A12O3130克克/升,則該溶液的升,則該溶液的Na2O:A12O3分子比為:分子比為:708.1645.113013562102130135K式中的式中的102和和62分別為分別為Al2O3和和N

31、a2O的分子量。的分子量。322322322645. 162102OAlONaOAlONaOAlONaK即苛性比k =苛性堿(Na2O)(mol)/氧化鋁(Al2O3)(mol)=苛性堿(g)/氧化鋁(g)1.645v工業(yè)鋁酸鈉溶液的工業(yè)鋁酸鈉溶液的Na2O/ Al2O3摩爾比變化摩爾比變化范圍也很大,大致為范圍也很大,大致為1.254.0。v 特別注意:特別注意:不存在摩爾比不存在摩爾比MR1的鋁酸鈉溶的鋁酸鈉溶液。(不能穩(wěn)定存在)液。(不能穩(wěn)定存在)2 硅量指數(shù) 鋁酸鈉溶液的硅量指數(shù)是指鋁酸鈉溶液中所含氧化鋁的質(zhì)量與二氧化硅的質(zhì)量之比值。(也用A /S表示) 其值越大表示鋁酸鈉溶液中含Si

32、O2越少,純度越高,反之亦然。鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性及其影響因素v定義:v鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性是指從過飽和鋁酸鈉溶液開始分解析出氫氧化鋁所需時(shí)間的長短。v若形成鋁酸鈉溶液后立刻開始分解或經(jīng)過短時(shí)間后即開始分解的溶液,稱為不穩(wěn)定的溶液。如果能夠存放很久仍不發(fā)生明顯分解的溶液,稱為穩(wěn)定的溶液。1、鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性、鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性 鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性指的是從過飽和的鋁酸鈉溶液開始鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性指的是從過飽和的鋁酸鈉溶液開始分解析出氫氧化鋁所需時(shí)間的長短。分解析出氫氧化鋁所需時(shí)間的長短。 而研究鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性,對(duì)生產(chǎn)過程有重要意義。而研究鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性,對(duì)生產(chǎn)過程有重要意義。在氧化鋁生產(chǎn)中的

33、鋁酸鈉溶液,絕大部分處于過飽和狀態(tài),在氧化鋁生產(chǎn)中的鋁酸鈉溶液,絕大部分處于過飽和狀態(tài),如果生產(chǎn)過程控制不好,則溶液將自發(fā)結(jié)晶析出氫氧化鋁如果生產(chǎn)過程控制不好,則溶液將自發(fā)結(jié)晶析出氫氧化鋁而造成氧化鋁的損失。而造成氧化鋁的損失。 例如,拜耳法溶出后的鋁酸鈉溶液在其與赤泥分離洗例如,拜耳法溶出后的鋁酸鈉溶液在其與赤泥分離洗滌的過程中,必須保持有足夠的穩(wěn)定性以避免溶液的自發(fā)分滌的過程中,必須保持有足夠的穩(wěn)定性以避免溶液的自發(fā)分解所造成的解所造成的Al2O3損失,并減輕氫氧化鋁在槽壁和管道上的損失,并減輕氫氧化鋁在槽壁和管道上的結(jié)疤。結(jié)疤。 在鋁酸鈉溶液晶種分解工序則需要破壞鋁酸鈉溶液的穩(wěn)在鋁酸鈉溶

34、液晶種分解工序則需要破壞鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性,以加速和加深溶液的分解,提高單位體積鋁酸鈉溶液定性,以加速和加深溶液的分解,提高單位體積鋁酸鈉溶液中中Al2O3的產(chǎn)出率,增進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益。因此生產(chǎn)具有適當(dāng)穩(wěn)定的產(chǎn)出率,增進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益。因此生產(chǎn)具有適當(dāng)穩(wěn)定性的鋁酸鈉溶液對(duì)堿法生產(chǎn)氧化鋁具有十分重要的意義。性的鋁酸鈉溶液對(duì)堿法生產(chǎn)氧化鋁具有十分重要的意義。2、影響鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性的因素、影響鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性的因素 影響鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性的主要因素如下:鋁酸鈉溶液的苛影響鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性的主要因素如下:鋁酸鈉溶液的苛性比值性比值 K、鋁酸鈉溶液的濃度、鋁酸鈉溶液的濃度、溶液溫度溶液溫度以及溶液中所含的雜以及溶液中所含的雜質(zhì)等。質(zhì)等。 (1)鋁酸鈉溶液的分子比鋁酸鈉溶液的分子比K: 在其他條件相同時(shí),溶液的分子比越低,其過飽和度越大,在其他條件相同時(shí),溶液的分子比越低,其過飽和度越大,溶液的穩(wěn)定性越低。溶液的穩(wěn)定性越低。(2)(2)鋁酸鈉溶液的濃度鋁酸鈉溶液的濃度 當(dāng)溶液分子比一定時(shí),中等濃度當(dāng)溶液分子比一定時(shí),中等濃度(Na(Na2 2O50-60g/L)O50-60g/L)鋁酸鈉溶液鋁酸鈉溶液的過飽和度大于更稀或更濃的溶液,即中等濃度的鋁酸鈉溶液的過飽和度大于更稀或更濃的溶液,即中等濃度的鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性最小。穩(wěn)定性最小。(3)(3)溫度溫度 當(dāng)溶液分子比

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