【正文】 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 輕有色金屬 鋁冶金學(xué) 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 在有色金屬之中，輕金屬發(fā)展較晚，十八世紀末被陸續(xù)發(fā)展后，十九世紀初才得以分離為單獨的金屬本世紀才開始工業(yè)生產(chǎn)。然而輕金屬的生產(chǎn)迅速，鋁的產(chǎn)量在 1956年超過了銅，躍居有色金屬之首，成為產(chǎn)量僅次于鋼鐵的金屬。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 輕金屬元素的性質(zhì) 比重小，還與它們的物理化學(xué)性質(zhì)和冶煉技術(shù)有許多共同的特點有關(guān)： ①與氧、鹵族元素、硫和碳的化合物都非常穩(wěn)定， ②在電化次序表上，都是負電性很強的元素。 不能用碳直接還原其氧化物來制取金屬。 輕金屬的冶煉方法： 熔鹽電解法 金屬熱還原法 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 在輕金屬中最重要和最有代表性的是鋁和鎂。 地殼中含量最多的金屬元素是 ； Al 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 第一節(jié) 緒 論 鋁冶金的歷史 19世紀初 ， 法國皇帝拿破侖三世 ， 為顯示自己的富有和尊貴 ，命令官員給自己制造一頂比黃金更名貴的王冠 —— 鋁王冠 。 在舉行宴會時 ， 只有他使用一套 鋁質(zhì)餐具 ， 其他人只能用銀制餐具 。 即使在化學(xué)界，鋁也被看成最貴重的。英國皇家學(xué)會為了表彰門捷列夫?qū)瘜W(xué)的杰出貢獻，不惜重金制作了一只 鋁杯 ，贈送給門捷列夫。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 3Na+AlCl3（熔融） 3NaCl +Al 一定條件 1886年，美國霍爾和法國埃魯用電解法冶煉得到鋁 2Al2O3（熔融） 4Al +3O2 ↑ 通電 法國的德維爾于 1854年制得鋁 氧化鋁的熔點（ 2054℃ ）很高，直接加熱使其溶化需要消耗很大的能量。 霍爾和埃魯最重要的突破是找到了助熔劑冰晶石 (Na3AlF6)，使氧化鋁熔融溫度降低，減低了能耗，大大降低了生產(chǎn)鋁的成本。 電解鋁方法的發(fā)明 德國的沃勒于 1827年發(fā)現(xiàn)鋁 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 鋁冶金發(fā)展概況 有關(guān)鋁的文字記錄最早出現(xiàn)于公元一世紀羅馬作家蓋斯 普利紐斯 （ Gaius Plinius） 的論文集 。 但是 ， 鋁的問世應(yīng)是 1825年。 至今雖然為時不長 ， 但鋁冶金發(fā)展較快 。 1746年 Pott從明礬制取了純的氧化鋁 （ Alumina） 1825年丹麥化學(xué)家 奧斯特 (Orested)用鉀汞還原無水氯化鋁 ， 得到一種灰色的金屬粉末 ， 在研磨時呈現(xiàn)金屬光澤 ， 但當時未能加以鑒定 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 1827年德國化學(xué)家韋勒（ ）先用鉀汞齊，后來用鉀還原無水氯化鋁制得少量細微的金屬顆粒， 1845年，他把氯化鋁氣體通過熔融的金屬鉀表面，得到金屬鋁珠，并測定了鋁的密度和部分性質(zhì) 1854年法國的一位小學(xué)教師戴維爾 ()用鈉還原NaClAlCl 3混合鹽也得到金屬鋁，并在法國進行小規(guī)模生產(chǎn)。隨后羅西和別凱托夫分別用鈉和鎂還原冰晶石煉鋁成功，并用此方法建廠煉鋁。應(yīng)用化學(xué)法煉出的金屬鋁總共約 200噸。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 1854年法國的德維爾 Deville和德國人本生 Bunsen各自獨立使用炭電極在陶瓷容器內(nèi)電解 NaAlCl4制得了少量鋁 ， 直到 1876年 ， 這種方法才得以實現(xiàn) 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 1886年美國霍爾 （ Hall） 和法國埃魯特 （ Heroult） 不約而同地提出了利用冰晶石 氧化鋁熔鹽電解法煉鋁的專利 ， 開創(chuàng)了電解法煉鋁階段 。 Hall認為氧化鋁是煉鋁的適當原料 ， 唯一的問題是要尋找一種適宜的熔劑 ， 因為氧化鋁的熔點很高 。 所以他系統(tǒng)地研究了各種熔劑 ， 進行試驗 ， 一直到冰晶石為止 。 而埃魯特則相反 ， 自從電解純冰晶石熔液得到鋁之后 ， 為了尋找煉鋁原料他先添加了 NaClAlCl3絡(luò)合鹽 ， 但由于 NaClAlCl3易水解 ， 故改用氧化鋁 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 1888年美國匹茲堡電解廠開始用冰晶石 氧化鋁熔鹽電解法煉鋁 。 瑞士冶煉公司也在同時采用該法煉鋁 。 以后 ， 其他各國也相續(xù)采用電解法煉鋁 ， 法國于 1889年 ， 英國 1890年 ， 德國1898年 ， 奧地利 1899年 ， 挪威 1906年 ， 意大利 1907年 ， 西班牙 1927年 ， 前蘇聯(lián) 1931年 ， 中國 1938年 。 與化學(xué)法煉鋁相比， 電解法成本較低 ， 而且產(chǎn)品質(zhì)量好 。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 現(xiàn)代鋁工業(yè) 輔助環(huán)節(jié)： 炭素電極制造 氟鹽生產(chǎn) 從鋁土礦提取純氧化鋁 用冰晶石 氧化鋁熔鹽電解法生產(chǎn)金屬鋁 鋁加工 三個主要生產(chǎn)環(huán)節(jié) 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 鋁土礦 生產(chǎn)氧化鋁 純氧化鋁 電解制鋁 原鋁 精煉 1. 拜耳法 2. 燒結(jié)法 3. 拜耳－燒結(jié)聯(lián)合法 鋁的生產(chǎn)方法 精鋁 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 鋁的性質(zhì)和用途 物理性質(zhì) ? 銀白色 ? 比重小 : ? 導(dǎo)電性好 : 26~35 (104 ?–1 cm1) ? 導(dǎo)熱性好 : ~ (cal/cm S K) ? 良好的延展性和其合金的高比強度 ? 抗腐蝕性 ? 易著色 ? ......................... 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 導(dǎo)電性很好 ，僅次于銀、銅； 可以做電線、電纜 鋁的用途 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 鋁的用途 —— 延展性很好，做成鋁箔可以用在食品工業(yè) 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 —— 熱的良導(dǎo)體 : 導(dǎo)熱能力比鐵大三倍， 可以做炊具以及各種熱交換器。 鋁的用途 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 鋁的用途 —— 制鋁合金，硬鋁 :含鋁、鎂、銅、錳、硅 廣泛應(yīng)用于飛機、汽車、船舶等制造業(yè)， 窗門框等建筑業(yè)。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 鋁的用途 京廣鐵路的焊接現(xiàn)場 —— 焊接鐵軌（鋁熱劑） 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 化學(xué)性質(zhì) 鋁的原子結(jié)構(gòu) 8 +13 2 3 鋁容易失去最外層 3個電子，成為帶 3個單位正電荷的 鋁離子。因此鋁的還原性很強。 （ 1）跟非金屬反應(yīng) 跟氧氣反應(yīng) 在空氣中 ,生成致密而堅固的氧化鋁薄膜 在純氧中加熱或在空氣里高溫下能與 氧氣激烈反應(yīng) ,發(fā)生燃燒 4Al＋ 3O2 == 2Al2O3 ? 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 鋁也能與硫、鹵素等起反應(yīng)。 2Al＋ 3S Al2S3 2Al＋ 3Cl2 2AlCl3 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 （ 2）跟酸反應(yīng) a. 與非氧化性酸反應(yīng) ： 2Al3+ ＋ 6H＋ → 2Al3＋ ＋ 3H2↑ b. 與強氧化性酸反應(yīng)：常溫鈍化。因此，可以用鋁制 的容器來裝運濃硫酸或濃硝酸。 2Al＋ 6H2SO4(濃 ) Al2(SO4)3＋ 3SO2↑＋ 6H2O Al＋ 6HNO3(濃 ) Al(NO3)3＋ 3NO2↑＋ 3H2O ?? ?? 加熱 ??? 加熱 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 （ 3）與水反應(yīng) 鋁能與沸水反應(yīng)，帶膜的鋁不與水反應(yīng)。 2Al＋ 6H2O 2Al(OH)3＋ 3H2↑ ? 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 （ 4）跟強堿溶 液反應(yīng)生成氫氣和偏鋁酸鹽。 2Al＋ 2NaOH＋ 2H2O →2NaAlO2＋ 3H2↑ 鋁制容器不能用來盛放燒堿溶液。 （ 5）跟某些金屬氧化物反應(yīng) 此反應(yīng)叫鋁熱反應(yīng)，可產(chǎn) 生 2023℃ 以上的高溫。工業(yè) 上應(yīng)用這個反應(yīng)焊接鋼軌。 與氧化鐵反應(yīng) 鋁熱劑：鋁粉與金屬氧化物的混合物 （鋁和氧化鐵的混合物是最常用的鋁熱劑） 鋁熱劑法：用加熱鋁粉和金屬氧化物的混合物還原金 屬的方法。 2Al＋ Fe2O3 →2Fe＋ Al2O3 ＋熱 高溫 鋁除了能與氧化鐵反應(yīng)，還原出鐵外， 還能與五氧化二釩、氧化鉻、二氧化錳等 金屬氧化物發(fā)生類似反應(yīng)，如： 2Al＋ Cr2O3 == 2Cr＋ Al2O3 ＋熱， 并放出大量的熱，使被還原的金屬在較高 的溫度下，呈熔融狀態(tài)并跟形成的爐 渣分離，從而獲得較純的金屬。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 單元問題 現(xiàn)代鋁工業(yè)的三個主要生產(chǎn)環(huán)節(jié) 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 第二講 氧化鋁的生產(chǎn)概述 氧化鋁是鋁冶煉的主要原料，每生產(chǎn) 1噸原鋁需要消耗近 2噸氧化鋁。此外，各種特殊性能的氧化鋁也廣泛應(yīng)用于電子、石油、化工、耐火材料、陶瓷、造紙、制藥等行業(yè)，因此，氧化鋁生產(chǎn)在我國經(jīng)濟建設(shè)中占有十分重要的地位。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與資源學(xué)院 有色金屬冶金概論 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 。 氧化鋁是典型的 兩性氧化物 ，不溶于水，可溶于無機酸和堿性溶液，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。 安徽工業(yè)大學(xué) ? 冶金與