煉鋁治金行業(yè)管理知識分析原料

煉鋁治金行業(yè)管理知識分析原料煉鋁原料鋁最主要的礦石資源只有鋁土礦，世界上95％以上的氧化鋁是用鋁土礦生產(chǎn)的。鋁土礦是含鋁礦物和其它礦物的混合礦，其中Al2O3的含量變化很大，低的在40%以下，高者可達到70%以上。鋁土礦中的Al2O3主要以三水鋁石[Al(OH)3]、一水軟鋁石(γ-AlOOH)及一水硬鋁石[α-AlOOH]狀態(tài)賦存。煉鋁原料鋁土礦的質(zhì)量主要取決于其中氧化鋁的礦物形態(tài)和有害雜質(zhì)含量（鋁硅比）。衡量鋁土礦質(zhì)量標準：鋁土礦類型：決定氧化鋁生產(chǎn)的方法。鋁硅比：工業(yè)上要求鋁硅比不低于3～3.5鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁純氧化鋁電解制鋁原鋁精煉精鋁拜耳法燒結(jié)法拜耳－燒結(jié)聯(lián)合法鋁的生產(chǎn)方法氧化鋁的生產(chǎn)酸法：腐蝕設(shè)備、酸的回收麻煩、鋁鹽溶液除雜難堿法：拜耳法：7<A/S燒結(jié)法：3~3.5<A/S<5聯(lián)合法：以拜耳法為主，以燒結(jié)法補其不足，處理中間品位的鋁土礦拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理基本原理：

（l）用NaOH溶液溶出鋁土礦所得到的鋁酸鈉溶液在添加晶種、不斷攪拌的條件下，溶液中的氧化鋁呈氫氧化鋁析出，即種分過程。（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鋁土礦，即溶出過程。Al2O3(1或3)H2O+2NaOH+aq＝2NaAl(OH)4+aqAl2O3/％30℃60℃200℃ADCB1020Na2O％拜耳法：溶出過程中SiO2發(fā)生的發(fā)應(yīng)及其危害氧化鈦水合物在溶出過程中的反應(yīng)及解決措施溶出礦漿稀釋的主要作用，稀釋液的來源。晶種分解的機理種分母液的用途？需做何處理，為什么？一水碳酸鈉的苛化方法NaOH溶液NaOH溶液回收鈉和鋁NaOH和CaCO3的混合溶液3214氧化硅水合物在溶出過程中的行為鋁土礦中部分氧化硅溶于NaOH溶液，生成硅酸鈉；溶液中鋁酸鈉和硅酸鈉又反應(yīng)生成水合硅鋁酸鈉，在溶液中沉淀下來。SiO2造成的危害造成氧化鋁和苛性堿的損失結(jié)疤影響產(chǎn)品質(zhì)量氧化鈦水合物在溶出過程中的行為氧化鈦與苛性鈉溶液作用生成鈦酸鈉。2NaOH+TiO2+aq=Na2O·TiO2·2H2O+aq在溶出一水硬鋁石時，氧化鈦能引起氧化鋁溶出率降低和氧化鈉損失，還在加熱設(shè)備表面形成鈦結(jié)疤。生產(chǎn)中為了消除氧化鈦在溶出過程中的危害，一般采用添加石灰的辦法，使TiO2與CaO作用生成不溶解的鈦酸鈣：2CaO＋TiO2十2H2O=2CaO·TiO2·2H2O由于鈦酸鈣結(jié)晶粗大松脆，易脫落，所以氧化鋁溶出不受影響，并且消除了生成鈦酸鈉所造成的堿損失。溶出礦漿稀釋溶出礦漿在分離之前用赤泥洗液稀釋，其作用主要是：（1）降低鋁酸鈉溶液的濃度，便于晶種分解（2）使鋁酸鈉溶液進一步脫硅（3）有利于赤泥分離

晶種分解晶種分解是將鋁酸鈉溶液中的氧化鋁以氫氧化鋁結(jié)晶析出的過程：Al(OH)4-+xAl(OH)3→(x+1)Al(OH)3

+OH-在分解過程中Al(OH)3晶核是難于自發(fā)生成的，必須從外面加入現(xiàn)成的晶種，才能促使Al(OH)3結(jié)晶析出。鋁酸鈉溶液的種分過程不只是單純的晶種長大，同時還有一些其它極為復(fù)雜的物理化學(xué)變化，其中包括：次生成核、晶粒破裂、晶體長大和附聚。分解母液的蒸發(fā)與一水碳酸鈉的苛化種分母液的蒸發(fā)：排出多余水分，保持水量平衡。使?jié)舛确习荻ㄈ艹龅囊?。一水碳酸鈉的苛化：蒸發(fā)過程中析出的一水碳酸鈉經(jīng)過苛化后，回收苛性鈉返回到循環(huán)中。石灰法Na2CO3+Ca(OH)2+aq=2NaOH+CaCO3+aq堿石灰燒結(jié)法的原理

燒結(jié)是使原料中的Al2O3轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹苡谒蛳A液的化合物(Na2O·Al2O3)從而使二氧化硅和氧化鐵、氧化鈦等雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒蛳A液的鐵酸鈉、原硅酸鈣、鈦酸鈣等化合物，以便在下一步溶出過程中將有用成分和有害雜質(zhì)分離出來。

Al2O3+Na2O→NaAlO2

→NaAlO2焙燒溶解Na2CO3溶液Na2CO3和NaOH溶液Na2CO3和NaOH溶液Na2CO3和NaOH溶液Na2CO3溶液NaOH溶液防止脫硅過程中分解回收硅渣中的Al2O3和Na2O水合鋁硅酸鈉和水化石榴石燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁需掌握的幾個問題：給出燒結(jié)過程中發(fā)生的主要反應(yīng)。簡述熟料溶出過程中的二次反應(yīng)及二次反應(yīng)損失。溶出液中SiO2的來源及脫硅方法。碳酸化分解機理，過程分為哪三個階段？碳分母液的用途？需做何處理，為什么？燒結(jié)法熟料燒結(jié)發(fā)生的主要反應(yīng)是：(1)A12O3與Na2CO3反應(yīng)，生成鋁酸鈉；(2)SiO2與CaO反應(yīng)，生成2CaO·SiO2；(3)Fe2O3和Na2CO3反應(yīng)，生成鐵酸鈉。(4)TiO2和CaO燒結(jié)反應(yīng)的生成物是CaO·TiO2(鈣鈦礦)。2熟料燒結(jié)燒結(jié)法3熟料溶出溶出過程的二次反應(yīng)和二次反應(yīng)損失溶出過程中赤泥中的2CaO·SiO2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Na2O和Al2O3又重新生成溶液度很小的水化石榴石與水合鋁硅酸鈉進入赤泥中而損失。燒結(jié)法4鋁酸鈉溶液脫硅在熟料溶出過程中，由于二次反應(yīng)使得SiO2進入溶液，所以得到的鋁酸鈉溶液中含有較多SiO2(8～10g/L)。脫硅方法：脫硅程度用硅量指數(shù)(A/S)表示一段脫硅：使SiO2成為水合鋁硅酸鈉析出(為了加快脫硅反應(yīng)速度，一次脫硅是在高溫、高壓和添加晶種的條件下進行的，稱為壓煮脫硅。)二段脫硅：添加石灰使SiO2成為水化石榴石析出實質(zhì)：使鋁酸鈉溶液中的SiO2轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙舛群苄〉幕衔镂龀觥?/p>

燒結(jié)法5鋁酸鈉溶液碳酸化分解鋁酸鹽的碳酸化分解包括CO2與鋁酸鈉溶液的反應(yīng)和Al(OH)3的結(jié)晶析出等物理化學(xué)過程。一般認為：OH-+CO2=HCO3-OH-+HCO3-=H2O+CO32-

NaAl(OH)4+aq=Al(OH)3+NaOH+aq

燒結(jié)法5鋁酸鈉溶液的碳酸化分解碳分分解率溶液中SiO2濃度00.120.2450％100％初期中期末期分解初期：析出SiO2較多（吸附）分解中期：析出SiO2較少分解末期：析出SiO2較多（生成化合物）燒結(jié)法8母液蒸發(fā)燒結(jié)法的碳分母液和拜耳法的種分母液都需要蒸發(fā)。然后返回到循環(huán)中，蒸發(fā)的目的主要是：（1）排除流程中的多余水份，保持循環(huán)系統(tǒng)的水量平衡；（2）使母液蒸濃到符合鋁土礦脫硅（種分母液）或配制生料漿（碳分母液）的濃度要求。5.1并聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁當?shù)V區(qū)有大量低硅鋁土礦同時又有一部分高硅鋁土礦時。采用拜耳法處理低硅優(yōu)質(zhì)鋁土礦，燒結(jié)法處理高硅鋁土礦。燒結(jié)法的精液匯入拜耳法，補充拜耳法系統(tǒng)的苛性堿損失。5.2串聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁對于中等品位的鋁土礦（例鋁硅比為5～7一水鋁石礦）或品位雖然較低但為易溶的三水鋁石型礦。采用串聯(lián)法往往比燒結(jié)法更為有利。該法是先以較簡單的拜耳法處理礦石，提取其中大部分Al2O3。然后再用燒結(jié)法回收拜耳法赤泥中的Al2O3和堿，所得到的鋁酸鈉溶液補入拜耳法系統(tǒng)。5.3混聯(lián)法生產(chǎn)氧化鋁如果串聯(lián)法的燒結(jié)法系統(tǒng)除處理拜耳法赤泥外，還同時處理一部分低品位礦石，使燒結(jié)法系統(tǒng)的產(chǎn)量擴大到超過補堿的需要，將多余部分的燒結(jié)法溶液用碳酸化分解析出Al(OH)3，這種工藝流程稱為混聯(lián)，即相當于一個串聯(lián)法廠與一個燒結(jié)法廠同時在生產(chǎn)。鋁電解電極：炭素材料電解質(zhì)：冰晶石－氧化鋁溶液氧化鋁：溶質(zhì)，分子式Al2O3冰晶石：冰晶石是溶劑的主要成分，分子式為Na3AlF6氟化鋁及其它氟化鹽：調(diào)整和改善電解質(zhì)性質(zhì)的添加劑電解槽自焙陽極電解槽預(yù)焙陽極電解槽：陽極裝置：陽極升降機構(gòu)、陽極母線大梁、陽極碳塊組電極、電解質(zhì)、電解槽第三章鋁電解過程機理兩極反應(yīng)陽極效應(yīng)陽極效應(yīng)是鋁電解過程中發(fā)生在陽極上的一種特殊現(xiàn)象。由于電解槽中氧化鋁濃度減小所致，因此當陽極效應(yīng)發(fā)生時，要及時補加氧化鋁陽極:2O2-+C－4e＝CO2陰極:Al3++3e＝Al總反應(yīng)：2Al2O3

+3C＝4Al+3CO2鋁電解生產(chǎn)工藝焙燒啟動正常生產(chǎn)加料陽極作業(yè)出鋁加熱陽極、陰極和爐膛，以利于啟動。是指在電解槽內(nèi)熔化電解質(zhì)和鋁，開始電解，然后逐步納入正常生產(chǎn)。定期更換陽極塊電解出的鋁定期、定量地從電解槽中取出

定時定量地向電解槽中補充氧化鋁

原鋁的精煉原鋁的質(zhì)量：Na3AlF6-Al2O3熔鹽電解所得原鋁液含有雜質(zhì)，主要是Fe、Si。精煉方法三層液精煉法凝固提純法三層液精煉法原理：

陽極材料:原鋁Al(l)-3e→Al3+

陰極材料:精鋁Al3++3e→Al(l)電解質(zhì)：氟化物或氯氟化物體系陽極合金中：比鋁更正電性的雜質(zhì)，如Fe、Si、Cu等不發(fā)生電化學(xué)溶解，而留在陽極合金中；在電解質(zhì)中：比鋁更負電性的雜質(zhì)，如Na+、Ca2+、Mg2+等不能在陰極放電析出，而殘留于電解質(zhì)中。凝固提純法完全互溶的固溶