第三章 鋁冶金

1、.,第三章 鋁冶金,.,3.2 鋁的生產(chǎn)方法 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 包括從中生產(chǎn)氧化鋁以及氧化鋁電解兩個(gè)主要過程。,鋁 的 生 產(chǎn) 流 程,.,3.3 鋁礦石 煉鋁最主要的礦石資源為鋁土礦。鋁土礦主要含鋁礦物為 三水鋁石，一水硬鋁石，一水軟鋁石。 其他礦石主要有霞石、紅柱石、藍(lán)晶石、明礬石 、高嶺石。,一水硬鋁石 高鋁，高硅，低鐵,三水鋁石 低鋁，低硅，高鐵,一水軟鋁石,.,紅柱石,藍(lán)晶石,明礬石,高嶺石,霞石,.,3.3.1鋁土礦 3.3.1.1 鋁土礦類型 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、一水硬鋁石型和各種混合型。 （三水鋁 石一水

2、軟鋁石型、一水軟鋁石一水硬鋁石型）。 3.1.5.2 鋁土礦的化學(xué)成分 鋁土礦的化學(xué)成分主要為Al2O3、 主要雜質(zhì)為SiO2、Fe2O3、TiO2等，還含有大量結(jié)晶水。 微量雜質(zhì)為：鈣和鎂的碳酸鹽、鉀、鈉、釩、鉻、鋅、 磷、鎵、鈧、硫等元素的化合物及有機(jī)物等。,.,3.4 氧化鋁生產(chǎn)方法,提出的氧化鋁生產(chǎn)方法可歸納為四類，即堿法、酸 法、酸堿聯(lián)合法與熱法。 3.4.1 堿法生產(chǎn)氧化鋁（主要工業(yè)生產(chǎn)方法） 使礦石中的氧化鋁與堿在一定條件下生成鋁酸鈉， 進(jìn)入溶液而與二氧化硅和氧化鐵等雜質(zhì)分離，然后 再使純凈的鋁酸鈉溶液分解析出氫氧化鋁，氫氧化 鋁經(jīng)高溫鍛燒制得成品氧化鋁。 堿法生產(chǎn)氧化鋁分為拜耳

3、法、燒結(jié)法、聯(lián)合法。,.,3.4.2 酸法生產(chǎn)氧化鋁（小規(guī)模應(yīng)用） 用硫酸、鹽酸、硝酸等無機(jī)酸處理含鋁原料而得到 相應(yīng)鋁鹽的酸性水溶液，然后使這些鋁鹽或水合物 晶體(通過蒸發(fā)結(jié)晶)或堿式鋁鹽(水解結(jié)晶)從溶液 中析出，也可用堿中和這些鹽溶液，使鋁成氫氧化 鋁析出，焙燒氫氧化鋁、各種鋁鹽的水合物或堿式 鋁鹽，便得到氧化鋁。 優(yōu)點(diǎn)：適合處理高硅低鐵鋁礦 缺點(diǎn)：需要昂貴的耐酸設(shè)備，酸的回收比較復(fù)雜， 從鋁鹽溶液中除鐵也較困難等。,.,3.4.3 酸堿聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁: （已淘汰） 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，然后再用堿法（拜耳法）處理 。這一流程的實(shí)質(zhì)是用酸法除硅，堿法

4、除鐵。 缺點(diǎn)：流程復(fù)雜，未獲工業(yè)應(yīng)用。 3.4.4 熱法生產(chǎn)氧化鋁: （已淘汰） 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，由于密度不同而分離，所得氧化鋁渣 再用堿法處理從中提取氧化鋁。,.,3.5 拜耳法生產(chǎn)工藝,直接以苛性鈉溶液處理鋁土礦，使 礦石中 氧化鋁生成鋁酸鈉，而礦石中的二氧化硅 則成為赤泥與鋁酸鈉溶液分離，將凈化后 的鋁酸鈉溶液進(jìn)行分解，再經(jīng)過濾得到氫 氧化鋁，經(jīng)洗滌后焙燒成氧化鋁，分離所 得的大量苛性堿溶液稱為母液，母液經(jīng)蒸 發(fā)再用于處理下一批礦石。,.,赤泥： 溶出鋁土礦得到的泥

5、渣，由于其中常常合有大量 氧化鐵，呈紅色，習(xí)慣上稱為赤泥。氧化鋁生產(chǎn) 規(guī)模龐大，赤泥的產(chǎn)出量很大，它的分離、汲滌、 地放和利用很值得重視。 鋁酸鈉溶液： NaAlO2的水溶液，氫氧化鋁溶于氫氧化鈉溶液 生成 ，可寫成Na2O-Al2O3-H2O系。,.,3.5.1 拜耳法原理 （1）鋁酸鈉溶液的晶種分解過程 Na2O與Al2O3摩爾比為1.8的鋁酸鈉在常溫下，只要添加 氫氧化鋁作為晶種，不斷攪拌，溶液中的Al2O3就可以呈 氫氧化鋁析出，直到其中Na2O與Al2O3的摩爾比提高到6 為止。 （2）溶出過程 已經(jīng)析出了大部分氫氧化鋁的溶液。在加熱時(shí)，又可以 溶出鋁土礦中的氧化鋁水合物。,.,3.

6、5.2 拜耳法基本過程 拜耳法的生產(chǎn)工藝主要 由溶出、分解和煅燒三 個(gè)主要階段組成。全流 程主要加工工序?yàn)椋旱V 石的破碎及濕磨、高溫 高壓溶出、赤泥分離洗 滌、種子分解、母液蒸 發(fā)和氫氧化鋁煅燒。,.,3.6 溶出過程,3.6.1 工藝目的 （1）獲得高的氧化鋁溶出率。 （2）得到苛性比值盡可能低的溶出液和具有良 好沉降性能的赤泥。 這樣才能提高拜耳法的循環(huán)效率，為后續(xù)工序創(chuàng) 造良好的作業(yè)條件。,.,苛性比值是指鋁酸鈉溶液中Na2Ok與Al2O3的分子比。 Na2Ok：鋁酸鈉溶液中游離的Na2O和與Al2O3反應(yīng)的Na2O .,苛性比值(k),.,3.6.2 不同類型礦石的溶出條件,.,3.6

7、.3 鋁土礦中各組分在溶出過程中的行為： 3.6.3.1 鋁礦物： Al2O3水合物與苛性鈉發(fā)生的反應(yīng)是溶出過程的主反應(yīng)。 三水鋁石型鋁土礦中的Al(OH)3與NaOH在常壓下即可反應(yīng)， 反應(yīng)方程式如下： Al(OH)3NaOH+aqNaAl(OH)4aq 一水軟鋁石型或一水硬鋁石型鋁土礦中的AlOOH在相應(yīng)的高 溫（高壓）及高堿濃度下發(fā)生下列反應(yīng)： ()-A1OOHNaOHaqNaAl(OH)4aq,.,3.6.3.2 硅礦物： 含硅礦物主要為高嶺石、伊利石、葉臘石等。鋁土礦中最有害雜 質(zhì)。與苛性堿反應(yīng)，以硅酸鈉的形式進(jìn)入溶液： SiO2.nH2O+2NaOH+aq=Na2SiO3+aq 硅

8、酸鈉在溶液中與鋁酸鈉相互作用，生成鋁硅酸鈉（鈉硅渣）： 2NaAlO2+2Na2SiO3+aq = 3 Na2O.Al2O3.2SiO2.2H2O +4NaOH 危害(1)引起A12O3和Na20的損失； (2)鈉硅渣進(jìn)入氫氧化鋁后， 降低成品質(zhì)量； (3)鈉硅渣在生產(chǎn)設(shè)備和管道的換熱表面結(jié)疤， 使傳熱系數(shù)嚴(yán)重降低，增加能耗和清理工作量， (4)大量鈉硅渣 的生成增大赤泥量，并且可能成為極分散的細(xì)懸浮體，極不利于 赤泥的分離和洗滌。,.,礦石質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)： （1）三水鋁石型礦 主要是其中的有效氧化鋁AAl2O3(Available alumina)和活性氧 化硅RSi02(Reactive s

9、ilica）的含量。 AAl2O3：是指在一定的溶出條件下能夠從礦石中溶出到溶液 中的氧化鋁量()， RSiO2則是此時(shí)礦石中與堿溶液反應(yīng)造成A12O3和Na2O損失的 氧化硅含量()。 （2）一水鋁石 礦石中的氧化鋁含量和鋁硅比 鋁硅比：鋁礦石中的氧化鋁和二氧化硅的質(zhì)量比。 鋁酸鈉溶液評(píng)定指標(biāo) 硅量指數(shù)：鋁酸鈉溶液中氧化鋁和二氧化硅的質(zhì)量比。,.,3.6.3.3 鐵礦物： 主要含鐵礦物為赤鐵礦和針鐵礦。鐵礦物不與堿溶 液反應(yīng)，以固相進(jìn)入殘?jiān)?危害（1）主要是針鐵礦生成難以濾除的微小氧化鐵 水合物顆粒，送入氫氧化鋁后降低成品質(zhì)量；生成 大量沉降性能很差的赤泥，使生產(chǎn)難以進(jìn)行并增大 洗水用量；

10、 （2）以類質(zhì)同品形態(tài)進(jìn)入針鐵礦中的A13+，在通常 處理一水軟鋁石曠的條件下很難提取，使礦石中 Al203的提取率降低。,.,3.6.3.4 鈦礦物： 通常以銳鐵礦、金紅石和板鈦礦形態(tài)存在 。溶出時(shí)，與NaOH作用生成鈦酸鈉： 造成Na2O損失；生成的鈦酸鈉成膜狀覆蓋 在礦石表面，阻礙溶出反應(yīng)進(jìn)行。并且在 換熱表面生成鈦結(jié)疤，極難清洗。,.,3.6.4 CaO在溶出過程中的作用 處理一水硬鋁石型礦石時(shí)，在原礦漿中往往必須配入 干礦石量35的石灰。作用為： （1）消除TiO2的危害 2CaO+TiO2+2H2O=2CaOTiO22H2O 避免了鈦酸鈉的生成，從而消除了TiO2的危害.,.,（2

11、）促進(jìn)針鐵礦（FeOOH）轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F 礦（ Fe2O3 ）。 （3）使 礦石的Al2O3充分溶出 往鋁酸鈉溶液中添加石灰將生成鋁鈣酸鈉（水化石榴 石）： 3 Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+aq=3CaOAl2O36 H2O+2H2O+aq 鋁鈣酸鈉（水化石榴石）比鋁硅酸鈉（鈉硅渣）更易脫離 礦粒表面，從而破壞礦石表面的致密結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了Al2O3的 溶解。,.,3.6.5 溶出過程評(píng)價(jià)指標(biāo) 根據(jù)鈉硅渣分子式： Na2O.Al2O3.1.7SiO2.nH2O (n=2) 在一水硬鋁石溶出過程中，如果礦石中A1203和SiO2含量 分別為A及S。 理論溶出率： 在處理難溶礦石時(shí)，其中的氧化鋁

12、常常不能充分 溶出，為了避免礦石品位（A/S）不同造成的影 響，通常采用相對(duì)溶出率作為比較各種溶出制度 效果的指標(biāo)。,.,3.6.6 鋁土礦的溶出形式：,（1）管道化溶出； （2）管道-停留罐溶出； （3）單管預(yù)熱-高壓釜溶出,.,3.7 赤泥漿液的分離、洗滌,赤泥漿液是赤泥與鋁酸鈉溶液組成的懸浮液。 3.7.1 目的： （1)赤泥分離是為了將礦漿中的鋁酸鈉溶液和赤泥分 離開來，獲得符合晶種分解要求的純凈鋁酸鈉溶液； (2)赤泥洗滌是為了回收赤泥中帶有的氧化鈉和氧化 鋁，以減少損失。,.,3.7.2 分離、洗滌設(shè)備,3.7.2.1 赤泥漿液連續(xù)分離沉降設(shè)備 主要采用分離沉降槽，有單層沉降槽和多

13、層沉降槽, 高效沉降 槽。普遍采用平底深錐高效沉降槽。,多層沉降槽,多層沉降槽,單層沉降槽,高效沉降槽,.,3.7.2.1赤泥洗滌設(shè)備 分離沉降槽的底流（赤泥）要經(jīng)過4-7次反向洗 滌以減少附液損失。主要設(shè)備為洗滌沉降槽。,赤泥洗滌,.,3.7.3 赤泥分離、洗滌工藝步驟：,（1） 赤泥漿液的稀釋 溶出后的漿液在赤泥分離之前用赤泥洗液稀 釋，其作用如下： 1）降低溶液濃度，便于晶種分解 2）使鋁酸鈉溶液進(jìn)步脫硅 3）便于赤泥分離 4）. 有利于穩(wěn)定沉降槽的操作,.,（2）沉降分離 稀釋后的赤泥漿液送入沉降槽，分離出浮游物含 量小于0.2g/L的沉降槽溢流(粗液) 。 （3）赤泥反向洗滌： 將分

14、離沉降槽底流進(jìn)行多次反向洗滌回收A12O3 和Na2O。 （4）粗液控制過濾： 經(jīng)控制過濾浮游物含量低于0.02g/L的精 液。控制過濾一段采用葉濾機(jī)。,.,赤泥分離、洗滌工藝流程圖,.,3.7.4 拜耳法赤泥漿液的物理化學(xué)性質(zhì),（1）沉降性能 經(jīng)過一定時(shí)間(如10min)沉降后所出現(xiàn)的清液層 高度作為衡量沉降速度和沉降性能的依據(jù)。 （2）壓縮液固比 是指赤泥漿液長(zhǎng)期沉降后所能達(dá)到的最低液固比。 拜耳法赤泥沉降槽的底流液固比一般是按照高于其壓縮 液固比0.5左右來掌握。降低沉降槽的底流液固比，是提 高赤泥洗滌效率、減少赤泥附液損失的根本途徑。,.,3.7.5 影響赤泥沉降壓縮性能的因素,鋁土礦

15、的礦物組成和化學(xué)成分是影響赤泥漿液沉降、壓縮 性能的主要因素。 利于沉降的礦物：赤鐵礦、菱鐵礦、磁鐵礦等。 不利于沉降的礦物：針鐵礦、黃鐵礦、高嶺石、金紅石等。 有害礦物容易吸附Al(OH)4-，OH-、Na+和水分子，使赤泥 離子表面生成液膜并帶有電荷，赤泥表面上的液膜阻礙粒 子互相接近。赤泥粒于都帶同種電荷，使它們之間發(fā)生互 相排斥的作用。這些作用都阻礙赤泥粒子聚結(jié)成大的顆 粒，使赤泥難于沉降和壓縮。,.,3.7.6 絮凝劑的使用,添加絮凝劑是加速赤泥沉降的有效方法。在絮凝劑的作用 下，赤泥漿液中處于分散狀態(tài)的細(xì)小赤泥顆?；ハ嗦?lián)合成 較大的絮團(tuán)，使沉降速度大大增加。 分類: (1)淀粉類天

16、然高分子絮凝劑，如面粉，土豆淀粉與木薯粉。 (2)人工合成高分子絮凝劑,如聚丙烯酰胺胺類。 (CH2CHCONH2)n，用量為干赤泥量的萬分之幾到十萬分之 幾。 絮凝作用可劃分為吸附(即絮凝劑吸附于懸浮液中固體粒子 表面)和絮凝(單個(gè)粒子互相聯(lián)合成絮團(tuán))兩個(gè)階段。,.,針鐵礦的危害： 針鐵礦在高壓溶出時(shí)完全脫水，生成高度 分散的氧化鐵，而在赤泥漿液稀釋及沉降 過程中。又重新水化，變成幾乎是膠態(tài)的 親水性很強(qiáng)的氫氧化鐵，這就是針鐵礦使 赤泥沉降、壓縮性能惡化的原因。,.,赤泥堆放,.,3.7.3 鋁酸鈉溶液的晶種分解,晶種分解（簡(jiǎn)稱種分）是向鋁酸鈉溶液中加入晶種，充分?jǐn)嚢瑁刂品纸鈼l件，使鋁酸鈉

17、溶液分解析出氫氧化鋁。 目的：獲得質(zhì)量良好的氫氧化鋁產(chǎn)品，同時(shí)得 到苛性比值較高的種分母液。 3.7.3.1 種分過程的主要指標(biāo) （1）氫氧化鋁的質(zhì)量 包括純度和物理性質(zhì)兩個(gè)方面，它們都首先決定于種 分過程。,.,（2）分解率 鋁酸鈉溶液中Al2O3分解析出的百分?jǐn)?shù).,式中種分分解率 0分解原液的苛性比值 m分解母液的苛住比值,.,P分解槽單位產(chǎn)能，kgm3.h A0分解原液的Al2O3濃度，kgm3分解率，%。分解時(shí)間，h。,（3）分解槽單位產(chǎn)能 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 分解榴單位體積中分解出來的A12O3數(shù)量。,.,(4)產(chǎn)出率 它的意義是從單位體積溶液中分解

18、出來的A1203質(zhì)量。它只 與原液Al2O3濃度和分解率有關(guān)。 晶種分解工序應(yīng)做到，溶液產(chǎn)出率7080g/LA12O3；產(chǎn)品粒 度-44m的粒子10)，磨損指數(shù)10；堿含量(折合 成氧化鋁含量的百分?jǐn)?shù)）低于0.45%。,.,鋁酸鈉溶液分解析出Al(OH)3結(jié)晶包括兩個(gè)過程， 即鋁酸離子分解過程和氫氧化鋁結(jié)晶形成過程。 （1）鋁酸離子分解的機(jī)理,3.7.3.2 鋁酸鈉晶種分解過程,.,（2）氫氧化鋁結(jié)晶形成的機(jī)理 包括： （1）氫氧化鋁晶體的長(zhǎng)大 在整個(gè)種分作業(yè)中，均存在著晶種的直接長(zhǎng)大過 程。晶種長(zhǎng)大是氧化鋁直接從溶液中析出的唯一 途徑，因而也是直接影響產(chǎn)出率的唯一過程。 （2）次生晶核的形成

19、 晶種分解時(shí)，在一定條件下會(huì)產(chǎn)生大量新的晶核。 這種產(chǎn)生于晶種表面而后脫落進(jìn)入溶液的很細(xì)小 的晶核稱為“次生晶核”，這種現(xiàn)象稱為“次生成 核”或“繁殖成核”。,.,(3) 晶種的附聚 附聚是指若干個(gè)顆粒粘結(jié)在一起形成穩(wěn)定的附聚 體的現(xiàn)象。在種分過程中，附聚作用也使氫氧化 鋁粒度增大。 （4）晶體的破裂與磨蝕 氫氧化鋁晶體在攪拌強(qiáng)烈的情況下與攪拌器、器 壁及其它晶體碰撞而破裂成小晶體，這是破裂。 晶體的棱角在結(jié)晶器內(nèi)因碰撞而被磨蝕下來成為 小晶體，此時(shí)原晶體變得圓滑，但顆粒大小實(shí)際 上無甚變化，這便是磨蝕。,.,3.7.3.4 影響晶種分解過程的主要因素,1）分解原液的濃度和苛性比值（分子比）

20、2）分解溫度 3）晶種數(shù)量和品質(zhì) 4）分解時(shí)間與母液苛性比值 5） 攪拌速度 6。雜質(zhì),.,3.7.3.4影響晶種分解過程的主要因素,一、分解原液濃度和分子比的影響 其它條件相同，中等濃度的鋁酸鈉溶液穩(wěn)定性最 小，分解速度快。稍微提高濃度，有利于增加種 分槽單位產(chǎn)能，減少物料流量，降低蒸發(fā)水量和 熱耗。 濃度過高，過飽和度下降，不利于附聚和結(jié)晶長(zhǎng) 大，造成產(chǎn)品強(qiáng)度小。 隨著原液分子比降低，分解速度、分解率和分解 槽單位產(chǎn)能顯著提高。,.,二、溫度制度的影響 溫度制度的影響,不同分解初溫對(duì)分解過程分解率的影響,第五章 鋁酸鈉溶液的晶種分解,.,分解溫度對(duì)分解產(chǎn)品粒度的影響,分解初溫對(duì)種分產(chǎn)品粒度

21、的影響,第五章 鋁酸鈉溶液的晶種分解,.,分解末溫對(duì)種分產(chǎn)品粒度的影響,第五章 鋁酸鈉溶液的晶種分解,.,分解溫度對(duì)分解產(chǎn)品強(qiáng)度的影響,第五章 鋁酸鈉溶液的晶種分解,.,高溫下產(chǎn)品SEM照片,第五章 鋁酸鈉溶液的晶種分解,.,第五章 鋁酸鈉溶液的晶種分解,.,第五章 鋁酸鈉溶液的晶種分解,.,三、晶種數(shù)量和質(zhì)量的影響 晶種數(shù)量習(xí)慣用晶種系數(shù)（種子比）來表示。種子比是指添加晶種含量與溶液中Al2O3含量的比值。 一般說來，在種子粒度組成相同時(shí)，增加種子比可以增加種子的表面積，從而提高溶液的分解率。種子比大，可縮短誘導(dǎo)期。對(duì)長(zhǎng)大過程而言，增加種子比還可促進(jìn)晶體生長(zhǎng)，有助于獲得粒度粗、強(qiáng)度好的產(chǎn)品氫

22、氧化鋁。,第五章 鋁酸鈉溶液的晶種分解,.,四、攪拌速度的影響 分解速度隨攪拌速度的增加而顯著提高，這表明分解速度取決于擴(kuò)散速度。當(dāng)溶液濃度更高時(shí)，即使增加攪拌強(qiáng)度，分解率仍然比較低。 攪拌速度過高，會(huì)產(chǎn)生很多的細(xì)粒子，因而，般是根據(jù)具體情況，確定最適宜的攪拌強(qiáng)度和攪拌方式。,第五章 鋁酸鈉溶液的晶種分解,.,五、分解時(shí)間與母液分子比的影響 當(dāng)其它條件相同時(shí)，隨著分解時(shí)間延長(zhǎng)，分解率提高，母液的分子比增加。因此將分解時(shí)間和母液分子比的影響一并討論。,第五章 鋁酸鈉溶液的晶種分解,.,不論分解條件如何，分解前期析出的氫氧化鋁最多，隨著分解的時(shí)間延長(zhǎng)，在相同時(shí)間內(nèi)分解出來的氫氧化鋁數(shù)量越來越少，溶

23、液分子比的增長(zhǎng)也相應(yīng)地越來越少，分解槽的單位產(chǎn)能也越來越低，因此過分延長(zhǎng)分解時(shí)間是不適宜的。,第五章 鋁酸鈉溶液的晶種分解,.,過早地停止分解，分解率低，氧化鋁返回的多，母液分子比過低，不利于溶出，并增加了整個(gè)流程的物料流量。所以要根據(jù)具休情況確定分解時(shí)間，以保證分解槽有較高的產(chǎn)能，并達(dá)到一定的分解率。,第五章 鋁酸鈉溶液的晶種分解,.,六、雜質(zhì)的影響 無機(jī)物類雜質(zhì)對(duì)分解過程的毒害主要是增加Al2O3在鋁 酸鈉溶液中的平衡溶解度，從而降低了溶液的產(chǎn)出 率，其中有些雜質(zhì)還會(huì)造成產(chǎn)品細(xì)化。,第五章 鋁酸鈉溶液的晶種分解,.,有機(jī)物類雜質(zhì)種類繁多，作用也比較復(fù)雜。溶液中有機(jī)物雜質(zhì)的存在，不僅影響了鋁

24、酸鈉溶液的物理性質(zhì)，增加了Al2O3在鋁酸鈉溶液中的平衡溶解度，造成溶液分解率的降低，而且吸附在晶種表面的活性點(diǎn)上，抑制了晶體的生長(zhǎng)，并產(chǎn)生過細(xì)Al(OH)3顆粒，使溶液和產(chǎn)品帶色等。草酸鈉是危害最大的有機(jī)物雜質(zhì)。,第五章 鋁酸鈉溶液的晶種分解,.,3.7.3.5 晶種分解設(shè)備,采用的設(shè)備主要為空氣攪拌分解槽或機(jī)械攪拌分解 槽，連續(xù)分解，每組分解槽由7-20個(gè)單槽組成。(工藝模擬）,MIG型機(jī)械攪拌分解槽,空氣攪拌分解槽,.,氫氧化鋁分離、洗滌,經(jīng)種分得到的氫氧化鋁漿液，用過濾設(shè)備將氫氧化鋁和母液 分離，分離得到的氫氧化鋁一部分直接返回生產(chǎn)流程，作種 子分解的晶種，其余部分經(jīng)進(jìn)一步洗滌生產(chǎn)氫氧

25、化鋁成品。 目的： 氫氧化鋁漿液經(jīng)分離所得的氫氧化鋁濾餅仍含有一定量的分 解母液，必須加以洗滌，以回收Na2O，并保證氫氧化鋁產(chǎn)品 中Na2O含量符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。 過濾主要設(shè)備： 轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機(jī) 平盤過濾機(jī),.,3.7.4 氫氧化鋁焙燒,目的： （1）把氫氧化鋁的附著水和結(jié)合水脫除，形成氧化鋁。 （2）使氧化鋁的晶型轉(zhuǎn)變，得到適合電解鋁要求的氧化鋁。 焙燒過程中的主要反應(yīng)： （1）100-120時(shí)，附著水蒸發(fā)。 （2）200-250時(shí)，失去兩個(gè)結(jié)晶水轉(zhuǎn)變?yōu)橐凰涗X石： Al2O33H2OAl2O3H2O+2H2O 500左右，一水軟鋁石轉(zhuǎn)變?yōu)闊o水-A12O3； Al2O3H2O-A12O3

26、+ H2O 900以上轉(zhuǎn)變?yōu)?A12O3： -A12O3-A12O3,.,氫氧化鋁焙燒的主要設(shè)備： 早期采用回轉(zhuǎn)窯煅燒氧化鋁，如今主要采用流態(tài)化技術(shù)焙燒氧 化鋁，目前主要用于氧化鋁生產(chǎn)的焙燒技術(shù)有美國(guó)的閃速焙 燒，德國(guó)的循環(huán)焙燒，丹麥的氣態(tài)懸浮焙燒，其中氣態(tài)懸浮焙 燒技術(shù)代表著最新流態(tài)化焙燒水平，是氧化鋁生產(chǎn)的最佳選擇。,.,3.7.5 分解母液的蒸發(fā)及碳酸鈉的苛化,3.7.5.1 工藝目的 拜耳法種分母液需經(jīng)過蒸發(fā)。蒸發(fā)的主要 目的是排除流程中多余的水分，保持循環(huán) 系統(tǒng)中的水量平衡，使母液蒸濃到符合鋁 土礦溶出的濃度要求以保證溶出效果。,.,3.7.5.3 水分來源 進(jìn)入生產(chǎn)流程中的水分主要

27、有： （1）赤泥洗水，約3-5m3t-干赤泥； （2）氫氧化鋁洗水，約0.5-1.5m3t-A12O3； （3）原料帶入； （4）蒸汽直接加熱的冷凝水； （5）泵的軸封水及其它非生產(chǎn)用水。,.,3.7.6 碳酸鈉的苛化,拜耳法種分母液中由于循環(huán)積累，通常含有約 10-20g/LNa2Oc，這些碳酸鈉大部分是鋁土礦和 石灰中的碳酸鹽在溶出過程中發(fā)生反苛化作用生 成的，少量是鋁酸鈉溶液吸收空氣中二氧化碳生 成的。,.,3.7.6.1 苛化方法 (1)混合燒結(jié) 將一水碳酸鈉與Fe2O3、Al2O3混合燒結(jié)， 使之生成Na2O. Fe2O3 ：和Na2O.Al2O3 ，然后用水溶出， Na2O. Fe

28、2O3 分解，NaOH轉(zhuǎn)入溶液，Na2O.Al2O3則直接溶于水中。 （2）石灰苛化法， 將一水碳酸鈉溶解，然后加入石灰乳，使之發(fā)生如下的 苛化反應(yīng)： 拜耳法廠使用這種苛化方法。,.,隨著礦石鋁硅比的降低，拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的經(jīng) 濟(jì)效果明顯惡化。對(duì)于鋁硅比低于7的礦石，單 純的拜耳法就不適用了。處理鋁硅比在4以下的 礦石，堿石灰燒結(jié)法幾乎是唯一得到實(shí)際應(yīng)用的 方法。 處理的原料有 （1）鋁土礦爐料，A/S=3 （2）霞石爐料, A/S=0.7 （3）赤泥爐料。A/S=1.4，含有大量的氧化鐵,3.8 燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝,.,3.8.1 堿石灰燒結(jié)法 將鋁土礦與一定量的純堿、石灰（或石灰石）配成

29、爐料在高溫下 進(jìn)行燒結(jié)，使氧化硅與石灰化合成不溶于水的原硅酸鈣 （2CaOSiO2），氧化鋁與純堿化合成可溶于水的固體鋁酸鈉 （Na2OAl2O3），而氧化鐵與純堿化合成可以水解的鐵酸鈉 （Na2OFe2O3），將燒結(jié)產(chǎn)物（熟料）用稀堿溶液溶出時(shí) Na2OAl2O3便進(jìn)入溶液，Na2OFe2O3水解放出堿（NaOH），氧 化鐵一水合物（Fe2O3.H2O)與2CaOSiO2一道進(jìn)入赤泥。再用二 氧化碳分解鋁酸鈉溶液便可以析出氫氧化鋁。經(jīng)過焙燒后產(chǎn)出氧 化鋁。分離氫氧化鋁后的母液稱為碳分母液（主要成分為 Na2CO3），經(jīng)蒸發(fā)后返回配料。,.,3.8.2 燒結(jié)法工藝流程,生料漿的制備 熟料燒結(jié)

30、熟料溶出 鋁酸鈉溶液脫硅 分解：種分+碳分 氫氧化鋁分離、洗滌 氫氧化鋁焙燒 碳分母液蒸發(fā),.,3.8.2.1 生料漿的制備,配料： 為了保證爐料中各組分在燒結(jié)時(shí)能生成預(yù)期的化合物， 因此各組分間必須嚴(yán)格地保持一定的配合比例，即配料。 配方選擇原則 （1）保證燒結(jié)過程的順利進(jìn)行。燒結(jié)過程順利進(jìn)行的關(guān) 鍵在于爐料具有比較寬闊的燒結(jié)溫度范圍。 （2）制得高質(zhì)量熟料。熟料的質(zhì)量表現(xiàn)在A1203和和SiO2 等氧化物結(jié)合成預(yù)期的化合物，氣孔度合適，保證有用 成分的充分溶出。,.,爐料配方指標(biāo) 堿比和鈣比是配方中最重要的兩項(xiàng)指標(biāo)。 堿比是指生料漿中氧化鈉與氧化鋁和氧化鐵的分子比。 鈣比是指生料漿中氧化鈣

31、與氧化硅的分子比。 （1）飽和配方 爐料的組分符合生成NA、NF和C2S的要求，即： N/A+F 1， C/S 2。 當(dāng)爐料中合TiO2時(shí)，還應(yīng)配入生成CaO.TiO2的CaO。,.,（2）高堿配方 堿比大于1的配方。燒結(jié)溫度范圍寬闊。堿耗大。 （3）低堿配方 堿比低于1的配方。A12O3溶出率降低，堿耗低。 （4）高鈣配方 在熟料中有游離的CaO存在，脫硅效果好。 A12O3溶出率降低。,.,3.8.2.2 熟料燒結(jié),工藝目的： 使調(diào)配合格后的生料漿在熟料燒結(jié)窯中高溫?zé)?結(jié)，使生料各成分互相反應(yīng)。并形成具有一定容 積密度和孔隙率、可磨性好的熟料，以便在溶出 過程中將有用成份與有害雜質(zhì)較好的進(jìn)

32、行分離， 最大限度提取氧化鋁和回收堿。,.,爐料中各組分燒結(jié)過程中的行為 （1）Al2O3 （2）SiO2 SiO2轉(zhuǎn)變成在高溫下不與NA互相作用，在溶出時(shí)也不與鋁 酸鈉溶液顯著反應(yīng)的化合物2CaO.SiO2 。 （3）Fe2O3 （4）TiO2 鈦礦物最后轉(zhuǎn)變?yōu)殁}鐵礦（ CaO.TiO2 ），而且不會(huì)參于 熟料溶出時(shí)的反應(yīng)。,.,3.8.2.3 熟料溶出,工藝目的： 熟料溶出的目的就是將熟料中的A12O3和Na2O最大 限度溶解于溶液中，制取鋁酸鈉溶液（粗液）， 而熟料中的原硅酸鈣轉(zhuǎn)入固相赤泥中。實(shí)現(xiàn)有用 成份氧化鈉和氧化鋁與雜質(zhì)進(jìn)行分離，并為赤泥 分離洗滌創(chuàng)造良好的條件。,.,溶出率： 根

33、據(jù)洗凈后的赤泥組成計(jì)算出的Al2O3和Na2O 的溶 出率(A凈和N凈)，是衡量熟料溶出過程好壞標(biāo)志。,A12O3熟 熟料中A12O3含量 A12O3泥 赤泥中A12O3含量 Na2O熟 熟料中Na2O含量 Na2O泥 赤泥中Na2O含量 CaO泥 赤泥中Na2O含量 CaO熟 熟料中Na2O含量,.,熟料溶出的主反應(yīng) 溶出用的原液：赤泥洗液、氫氧化鋁洗液、一定數(shù)量的碳分母 液調(diào)配而成的調(diào)整液。 1. 鋁酸鈉（Na2OAl2O3） 2. 鐵酸鈉（Na2OFe2O3）,Na2OA12O3+4H2O+aq=2NaAl(OH)4+aq,Na2OFe2O3+2H2O+aq=2NaOH+Fe2O33H2

34、O+aq,.,溶出過程中的二次反應(yīng) 2CaOSiO2+2NaOH=Na2SiO3+2Ca(OH)2 2CaOSiO2+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+2NaOH+2CaCO3+aq 3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+aq=3CaOAl2O36H2O+2NaOH+aq 3CaOAl2O36H2O+xNa2SiO3+aq=3CaOAl2O3x SiO2yH2O+2xNaOH+aq 3Ca(OH)2+NaAl(OH)4+xNa2SiO3+aq=3CaOAl2O3xSiO2yH2O+2(x+1)NaOH+aq,.,溶出過程中的二次反應(yīng)結(jié)果： 使已經(jīng)進(jìn)入到溶液中的氧化鋁、氧化鈉又重新生成溶解

35、度很小的水化石榴石和水合鋁硅酸鈉進(jìn)入赤泥而損失； 使溶液中的SiO2濃度達(dá)到810g/L，必須采取脫硅工序；,.,3.8.2.4 鋁酸鈉溶液脫硅,在熟料溶出的溶出液(粗液)中含有4.5-6g/LSiO2，硅量指 數(shù)約20-30。這些SiO2是不穩(wěn)定的，分解時(shí)大部分析入氫 氧化鋁。為了保證成品質(zhì)良，必須設(shè)置專門的脫硅過程。 使得溶液中的SiO2盡可能轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔?，并分離出來。 經(jīng)過脫硅凈化處理的鋁酸鈉溶液，在生產(chǎn)中叫做精液。 精液硅量指數(shù)越高，表示溶液中SiO2含量越低，脫硅越 徹底。碳分時(shí)得到符合質(zhì)量要求的氫氧化鋁才能越多。 整個(gè)生產(chǎn)流程中的物料流量和機(jī)械損失才越低。燒結(jié)法 精液的硅量指數(shù)應(yīng)為5

36、50-600，精液硅量指教提高到1000 以上，產(chǎn)品質(zhì)良可以不再遜于拜耳法。,.,脫硅工藝 （1）使SiO2成為水合鋁硅酸鈉析出 是使鋁酸鈉溶液中過飽和溶解的SiO2經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的攪拌后成為 水合鋁硅酸鈉析出。硅量指數(shù)一般只能達(dá)到350450 。 用化學(xué)方程式表示為： 1 .7Na2SiO3+2NaOAl2O34H2O+aq= Na2OA12O31.7SiO2H2O+3.4NaOH+aq 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(jìn)行的，稱為壓煮脫硅。,.,（2）添加石灰使SiO2成為水化石榴石析出（深度脫硅） 大部分SiO2成為水合鋁硅酸鈉出后，向溶液中加入一定 數(shù)量的石

37、灰，再使其余SiO2成為水化石榴石進(jìn)一步析出, 這種化合物在鋁酸鈉溶液中的溶解度更低，所以能提高 硅量指數(shù)至1000-2200，實(shí)現(xiàn)深度脫硅。 用化學(xué)方程式表示為： 3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+xNa2SiO3+aq= 3CaOAl2O3xSiO2yH2O+2(1+x)NaOH+aq,.,水化石榴石渣處理,二段脫硅得到的水化石榴石渣中含Al2O3量約為26。采用碳酸鈉溶液來提取其中的Al2O3較為合適。 3CaOAl2O3xSiO2yH2O+3Na2CO3+aq=3CaCO3+X/2(NaOAl2O3SiO22H2O)+(2-x)NaAl(OH)4+NaOH+aq 回收過程同時(shí)發(fā)生

38、蘇打的苛化，所得鋁酸鈉堿溶液的 苛性比在3.4左右。,.,3.8.2.5 鋁酸鈉溶液的碳酸化分解,在燒結(jié)法生產(chǎn)中，從脫硅精液中析出氫氧化鋁 是采用向其中通入二氧化碳?xì)怏w即碳酸化分解的 方法。碳分母液的主要成分為碳酸鈉，經(jīng)蒸發(fā)后 返回配制生料漿。,.,基本原理: 二氧化碳的作用在于中和鋁酸鈉溶液中的苛性堿， NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 在氫氧化鈉變?yōu)樘妓徕c的過程中，溶液的苛性比逐漸下 降，因此,鋁酸鈉溶液的穩(wěn)定性降低，隨后鋁酸鈉溶液按 照種分的機(jī)理分解,析出氫氧化鋁。 NaAl(OH)4+aqAl(OH)3+NaOH+aq 反應(yīng)產(chǎn)生的NaOH不斷為通入的CO2所中和,從而使上述 反應(yīng)

39、的平衡向右移動(dòng)。,.,3.8.2.6 碳分母液蒸發(fā) 燒結(jié)法的碳分母液需要蒸發(fā)。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）使母液蒸濃配制生料漿的濃度要求； （3）排除生產(chǎn)過程積累的雜質(zhì)。,.,3.9 聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁,根據(jù)鋁土礦化學(xué)與礦物組成以及其它條件的不同，拜耳 法與燒結(jié)法可以組成并聯(lián)、串聯(lián)和混聯(lián)三種基本流程， 都已用于工業(yè)生產(chǎn)。 3.9.1 并聯(lián)法 當(dāng)?shù)V區(qū)有大量低硅鋁土礦同時(shí)又有一部分高硅鋁土礦時(shí)。 采用拜耳法處理高品位鋁土礦，燒結(jié)法處理低品位鋁土 礦或霞石。燒結(jié)法的精液匯入拜耳法，補(bǔ)充拜耳法系統(tǒng) 的茍性堿損失。,.,并聯(lián)法工藝流程,.,并聯(lián)法工藝特

40、點(diǎn) （1）可以在處理優(yōu)質(zhì)鋁土礦的同時(shí)處理一些高硅鋁礦，充 分利用當(dāng)?shù)氐V石資源。 （2）拜耳法析出的一水碳酸鈉直接送往燒結(jié)法系統(tǒng)配料， 從而取消了一水碳酸鈉的苛化及蒸發(fā)過程。 （3）生產(chǎn)過程中的堿損失可用比苛性鈉便宜的碳酸鈉補(bǔ)充。 （4）燒結(jié)法溶液分子比低，匯入拜耳法溶液后有利于制取 砂狀氯化鋁。 并聯(lián)法的缺點(diǎn)： 工藝流程比較復(fù)雜；用鋁酸鈉溶液代替苛性堿補(bǔ)償堿損 失，使拜耳法系統(tǒng)的循環(huán)堿量有所增加。,.,3.9.2 串聯(lián)法 對(duì)于中等品位的鋁土礦（鋁硅比為57一水鋁石 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。 該法先以較簡(jiǎn)單的拜耳法處理礦石，提取其中大 部分氧化

41、鋁，然后再用燒結(jié)法回收拜耳法赤泥中 的Al2O3和堿,所得鋁酸鈉溶液補(bǔ)入拜耳法系統(tǒng)。,.,串聯(lián)法工藝流程,.,串聯(lián)法工藝特點(diǎn) (1)礦石經(jīng)過拜耳法與燒結(jié)法兩次處理， Al2O3的總回收 率高和堿耗降低。而礦石中大部分Al2O3是由加工費(fèi)和投 資都較低的拜耳法提取的，每噸產(chǎn)品的熟料量比單純的 燒結(jié)法大為減少，總成本降低。 (2)對(duì)于拜耳法的溶出條件和要求也可以適當(dāng)放寬， (3)產(chǎn)品質(zhì)量高于燒結(jié)法。 串聯(lián)法的工藝缺點(diǎn)： (1)拜耳法赤泥爐科的烷結(jié)往往比較困難 (2)拜耳法和燒結(jié)法兩個(gè)系統(tǒng)的平衡和整個(gè)生產(chǎn)的均衡穩(wěn) 定受兩系統(tǒng)互相影響的程度比并聯(lián)法大，給生產(chǎn)控制帶 來一定困難。,.,3.9.3 混聯(lián)法

42、,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(shí)處理一部分低品位礦石，使燒結(jié)法系 統(tǒng)的產(chǎn)能擴(kuò)大到超過補(bǔ)堿的需要，將多余部分的 燒結(jié)法溶液用碳酸化分解析出氫氧化鋁，這種工 藝流程稱為混聯(lián)，即相當(dāng)于一個(gè)串聯(lián)法廠與一個(gè) 燒結(jié)法廠同時(shí)在生產(chǎn)。,.,混聯(lián)法工藝流程,.,混聯(lián)法工藝特點(diǎn) （1）解決了用純串聯(lián)法處理低鐵鋁土礦時(shí)爐料苛化能力不夠補(bǔ)堿不足的問題。 （2）提高了爐料鋁硅比，使熟料燒成溫度范圍變寬，有利于熟料窯的操作控制。 （3）由于增加了碳酸化分解工序作為調(diào)節(jié)過?？列詨A液的平衡措施，有利于整個(gè)流程的協(xié)調(diào)配合。 工藝缺陷 （1）燒結(jié)法系統(tǒng)的產(chǎn)能較之串聯(lián)法提高了。單位產(chǎn)品的投資，能耗和成本均隨之增

43、加，產(chǎn)品質(zhì)量也受到影響。 （2）混聯(lián)法中包括完整的拜耳法和燒結(jié)法系統(tǒng)。流程很長(zhǎng)，設(shè)備繁多，控制復(fù)雜。,.,.,3.10 氧化鋁生產(chǎn)工藝比較,.,3.10 金屬鋁生產(chǎn),采用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法，電解過程在電解槽內(nèi)進(jìn) 行，直流電經(jīng)過電解質(zhì)使氧化鋁分解。依靠電流的焦耳熱 維持電解溫度950970。電解產(chǎn)物在陰極上是液體鋁。在 陽極上是氧，它使碳陽極氧化而析出氣體CO2和CO，鋁液 用真空罐法抽出，經(jīng)凈化澄清之后，澆注成商品鋁錠，其 質(zhì)量為99.5%99.7%Al，以供給用戶重新熔化后進(jìn)行深加 工，以制成各種鋁制品。 (工藝路線圖）,.,氧化鋁產(chǎn)品,3.10.1 鋁電解用原料 3.10.1 .1

44、氧化鋁 （1）氧化鋁是鋁電解生產(chǎn)的中的主要原料。 （2）氧化鋁是一種白色粉狀物，俗稱礬土，屬離子化合物，熔點(diǎn)為2050，沸點(diǎn)為3000，真密度為3.6g/cm3。 不溶于水，能溶解在冰晶石熔體中， （3）鋁電解對(duì)于氧化鋁的要求， 一是其化學(xué)純度，二是其物理性能。,.,化學(xué)純度： （1）如果氧化鋁中含有Fe2O3、SiO2、TiO2等，這些元素在電解過程中 首先在陰極上析出而使鋁的質(zhì)量降低。SiO2還會(huì)與氟鹽反應(yīng)，生成SiF4 逸出，污染環(huán)境，并造成氟的損失。 （2）如果氧化鋁含有Na2O等氧化物，在電解時(shí)將與氟化鋁反應(yīng)造、成 氟化鋁損失，在電解過程中需定時(shí)補(bǔ)充氟化鋁而造成生產(chǎn)成本增加。,氧化鋁

45、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),.,物理性質(zhì)： 粒度，比表面積、磨損指數(shù)、堆積密度、安息角、-Al2O3含量、密 度等。鋁工業(yè)按氧化鋁的物理性質(zhì)將其分為砂狀與面粉狀兩種類型。 砂狀氧化鋁的特點(diǎn)是：平均粒度較租，粒度組成比較均勻，細(xì)粒子 和過粗顆粒都少；比表面積大，強(qiáng)度高，流動(dòng)性好。成為國(guó)內(nèi)外電 解鋁廠節(jié)能降耗的首選原料。面粉狀氧化鋁與之相反，但煅燒程度高。,不同類型氧化鋁的物理性質(zhì),.,冰晶石,3.10.1. 2 冰晶石 分子式Na3AlF6（3NaF.AlF3)，主要用作鋁電解的熔劑，冰晶石 常溫下呈白色固體，其熔點(diǎn)約為1010，鋁電解用冰晶石分天然和人造兩種，天然冰晶石的儲(chǔ)量少，遠(yuǎn)不能滿足鋁工業(yè)需求，現(xiàn)代鋁工業(yè)

46、采用人造冰晶石.,.,冰晶石溶劑特性 （1）熔融的冰晶石能夠較好的熔解氧化鋁，所構(gòu) 成的電解質(zhì)可在冰晶石的熔點(diǎn)1008以下進(jìn)行電 解，降低了氧化鋁的電解溫度。 （2）冰晶石-氧化鋁熔體有較好的流動(dòng)性和 導(dǎo)電性。 （3）冰晶石-氧化鋁熔液的比重比鋁液小約10%， 能漂在電解出來的鋁液上面，防止鋁液氧化，同時(shí) 使電解質(zhì)和鋁易分離。,.,冰晶石比 表示電解質(zhì)中NaF和AlF3的相對(duì)含量。 NaF/AlF3=3 純冰晶石 NaF/AlF33 堿性電解質(zhì) 鋁電解一般采用冰晶石比2.62.8的酸性電解質(zhì)。 過酸電解質(zhì)溶解Al2O3能力低，易揮發(fā)。堿性電 解質(zhì)含Na+高，容易在陰極析出Na，均不采用。,.,

47、3.10.1.3 氟化鋁,氟化鋁是白色粉末，粒度比氧化鋁大，它添加氟化鋁的 作用是可以彌補(bǔ)電解質(zhì)中氟化鋁的損失，又可以用于降 低熔體的分子比，降低電解溫度。以保證生產(chǎn)技術(shù)條件 的穩(wěn)定。 3.10.1.4 鋁電解用其他氟化鹽 鋁電解生產(chǎn)中所用氟鹽主要是冰晶石和氟化鋁，其次有 一些用來改善和調(diào)整電解質(zhì)性質(zhì)的添加劑，如氟化鈣、 氟化鎂、氟化鈉和碳酸鈉等,.,3.10.1.5 鋁電解用碳素材料,鋁電解上均采用炭素材料做電極炭陽極和炭陰 極。在電解過程中，炭陰極原則上不消耗，炭陽 極由于參加電化學(xué)反應(yīng)而消耗。陽極的主要作用 有兩種：導(dǎo)電和參加電解時(shí)的化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué) 反應(yīng)。陽極實(shí)際消耗為380-450k

48、g/t-Al2O3,.,3.10.6鋁電解原理3.10.6.1 電解質(zhì)的離解,包括熔融冰晶石的離解和溶解于其中的氧化鋁的離解。,Al2O3由于和AlF63-以及F-發(fā)生反應(yīng)結(jié)合為Al-O-F絡(luò)合離子而溶 解在冰晶石中，反應(yīng)式為：,冰晶石的離解可表示為：,.,3.10.6.2 電解質(zhì)的性質(zhì),（1）電解質(zhì)的比重 在電解槽正常生產(chǎn)過程中，上層是電解質(zhì)，下層是鋁 液，這由于他們之間的密度差所致。在電解溫度下，鋁 的比重為2.302，大于含有5%氧化鋁的冰晶石的比重 （2.102）。 （2）電解質(zhì)的熔點(diǎn) 電解溫度與電解質(zhì)熔點(diǎn)有關(guān)。電解生產(chǎn)中的電解溫度一 般比電解質(zhì)的熔點(diǎn)高出1520 （3）電解質(zhì)黏度 隨溫度升高而降低，隨熔體中Al2O3含量增大而增大。,.,3.10.6.3 鋁電解過程中的兩極反應(yīng),2O2- + C 4e CO2,Al3+ + 3e Al,2Al2O3 + 3C 4Al + 3CO2,Na+ , AlF63-AlF4- , F- Al-O-Fx-,.,3.10.6.5 陰極副反應(yīng),金屬鈉的析出 隨著電解溫度升高，電解質(zhì)分子比增大，氧化鋁濃度較 少，以及陰極電流密度提高，鈉與鋁的析出電位差越來 越小，很可能Na+和Al3+在陰極上一起放電析出。 Na+ + e = Na 防止措施為采用酸性電解質(zhì)，使AlF3過量。避免電解質(zhì) 過熱。 陰極金