【正文】 白色 ? 比重小 : ? 導電性好 : 26~35 (104 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 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 。 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 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 。AlCl 3混合鹽也得到金屬鋁，并在法國進行小規(guī)模生產(chǎn)。 但是 ， 鋁的問世應是 1825年。 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 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。 地殼中含量最多的金屬元素是 ； Al 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 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 。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 ? 冶金與資源學院 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。 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 。 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。 至今雖然為時不長 ， 但鋁冶金發(fā)展較快 。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。 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 。 瑞士冶煉公司也在同時采用該法煉鋁 。?–1 鋁的用途 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 鋁的用途 —— 制鋁合金，硬鋁 :含鋁、鎂、銅、錳、硅 廣泛應用于飛機、汽車、船舶等制造業(yè)， 窗門框等建筑業(yè)。 2Al＋ 3S Al2S3 2Al＋ 3Cl2 2AlCl3 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 （ 2）跟酸反應 a. 與非氧化性酸反應 ： 2Al3+ ＋ 6H＋ → 2Al3＋ ＋ 3H2↑ b. 與強氧化性酸反應：常溫鈍化。 2Al＋ 2NaOH＋ 2H2O →2NaAlO2＋ 3H2↑ 鋁制容器不能用來盛放燒堿溶液。 2Al＋ Fe2O3 →2Fe＋ Al2O3 ＋熱 高溫 鋁除了能與氧化鐵反應，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，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。 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。 其分子式為： 三水鋁石： Al（ OH） 3 一水軟鋁石： γ AlOOH 一水硬鋁石： α AlOOH 剛玉： Al2O3 氧化鋁水合物的化學性質(zhì)也由于其結(jié)構(gòu)不同而有很大差別 。 酸法、酸堿聯(lián)合法、熱法 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 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生成鋁酸鈉溶液 。 目前工業(yè)上幾乎全部采用堿法生產(chǎn)氧化鋁 。 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 。 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 。 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 我國鋁土礦除了分布集中外 ， 以大 、 中型礦床居多 。2H2O等硅酸鹽礦物存在，有的含少量石英 (晶質(zhì) SiO2)、蛋白石 (SiO2目前工業(yè)生產(chǎn)中要求鋁土礦的鋁硅比不低于7(用于拜耳法者 )，用燒結(jié)法處理者應不低于 。蘇聯(lián)、美國等都擁有豐富的明礬石礦。 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 單元問題 氧化鋁生產(chǎn)方法 我國鋁土礦特點 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 第三講 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁 回顧： 氧化鋁的主要生產(chǎn)方法： 堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法、熱法 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 堿處理 分解 煅 燒 鋁土礦 鋁酸鈉溶液 Al(OH)3 Al2O3 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 拜耳法原理和基本流程 拜耳法是澳大利亞化學家拜耳 （ Karl Josef Bayer） 在18891892年間所發(fā)明的 。 ? 交替使用這兩個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) 。 氫氧化鋁經(jīng)煅燒后便得到產(chǎn)品氧化鋁 。H 2O結(jié)晶 溶解 苛化 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 氧化鋁水合物在溶出過程中的行為 溶劑：循環(huán)母液中的主要成分有： NaOH、 NaAlO Na2CO Na2SO4等。 不同狀態(tài)的氧化鋁水合物的溶出順序 : 三水鋁石最易溶解 、 一水軟鋁石次之 、 一水硬鋁石難溶 ， 而剛玉在 300度以下實際是不溶的進入赤泥 。Al 2O3TiO 2 溶出溫度 220～ 260℃ 溶出壓力 28～ 34kg/cm2 溶出堿濃度 250～ 280g/L 溶出后液苛性比（ α ） ～ 一水硬鋁石主要溶出條件 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 含硅礦物在溶出過程中的行為 SiO2是鋁土礦中最常見的雜質(zhì) ， 也是堿法生產(chǎn)氧化鋁 最有害 的雜質(zhì) 。2SiO 2 它是在 100℃ 左右將原礦漿長時間攪拌 ，使大部分 SiO2在原礦漿溶出之前的預熱階段成為水合鋁硅酸鈉結(jié)晶析出 。aq 、 針鐵礦 α – FeOOH和水針鐵礦 α – FeOOH 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 鋁土礦中的硫是以黃鐵礦的形態(tài)存在， 黃鐵礦對設(shè)備的危害：硫在鋁酸鈉溶液中的積累對大部分工序產(chǎn)生不利，使鋼質(zhì)設(shè)備加快腐蝕。 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 ? 危害 在拜耳法生產(chǎn)中 ， TiO2是很有害的雜質(zhì) ， 它引起 Na2O的損失和 Al2O3溶出率的降低 。MgCO 3。 溶液中的有機物對鋁土礦的濕磨 ， 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 。在煅燒過程中隨著溫度的提高，濕的氫氧化鋁會發(fā)生脫水和晶型轉(zhuǎn)變等一系列復雜變化，最終由三水鋁石變?yōu)?γ － Al2O3 和 α A12O3。生成的 α － A12O3晶格緊密，密度大，硬度高，但化學活性小，在冰晶石熔體中的溶解度小。 雜質(zhì)氧化鐵 、 二氧化硅和二氧化鈦分別生成鐵酸鈉 （ Na2O 這些化合物都是在熟料中能夠同時保持平衡 。TiO 2不溶于水 ， 與堿溶液的反應也較微弱 。H 2O等不溶性殘渣分離 。 因此在生產(chǎn)過程中 Na2CO3也是 循環(huán) 使用的 。 從母液蒸發(fā)工序送來的蒸發(fā)母液，通過 堿液泵送到管磨與按比例分配下料的鋁 土礦，石灰及干燥的堿粉一道進入磨機 桶體進行濕磨，管磨產(chǎn)出的生料漿通過 輸送系統(tǒng)輸送到料漿槽，生料漿在此進 行料漿調(diào)整和成分分析，料漿在此調(diào)配 合格。 在生產(chǎn)過程中消耗的是比苛性堿便宜的 碳酸鈉 ， 并且更有條件實現(xiàn)原料的綜合利用和制取多品種氧化鋁 。 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 ? 就是要使調(diào)配合格后的生料漿在回轉(zhuǎn)窯中高溫燒結(jié)，使生料各成分互相反應。SiO2。 標準溶出條件： 是為了使熟料中可溶性的 Al2O3和 Na2O能夠全部溶出來，而且不再進入赤泥而制定的溶出條件。 S2%的熟料是黑心多孔，質(zhì)量好； S2%的熟料黃心或粉狀黃料，質(zhì)量差。Al 2O3＋ CO2↑ 副反應：氧化鋁與氧化鈣反應，生成 C3A、 C12A CA、 C3A5（ CA2)四種化合物， 只有 C12A CA可溶于碳酸鈉溶液，是對氧化鋁生產(chǎn)有意義。在 1000℃ 下反應經(jīng)過一小時就完成。 當溫度升高到 900℃， Al2O3能置換 Na2OFe2O3+ Al2O3→Na2O 在熟料溶出時 ， CaO ? 高鈣配方，高堿低鈣配方 ? 我國長期經(jīng)驗，采用低堿高鈣配方，熟料質(zhì)量好： ? 堿比 ，鈣比 ? 由于我國礦石中鐵含量低，熟料中只有部分生成鐵酸鈉。Fe 2O3盡可能完全地分解，以獲得 A12O Na2O高的溶出率。 ? 鐵酸鈉 ：固體鐵酸鈉在水中是極不穩(wěn)定的，在溶出時立即發(fā)生水解 : Na2O7Al 2O3 + 12Na2CO3+aq=14NaAl(OH)4+12CaCO3+10NaOH+aq 3CaOFe2O3兩種鐵酸鈣在堿溶液和鋁酸鈉溶液中都可能分解，反應式如下： 3(CaOFe2O3)+4NaAl(OH)4+aq→ 2(3CaOFe2O3 熟料中的其他組分在溶出時大都直接轉(zhuǎn)入赤泥。 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 溶出過程的二次反應主要有： ① 2CaO6H2O+2NaOH+aq ④ 2Na2SiO3+(2+n)NaAl(OH)4+aq= Na2OxH2O+4NaOH+aq 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 ⑤ 3CaOxSiO2yH2O+2(1+x)NaOH+aq 安徽工業(yè)大學 ? 冶金與資源學院 有色金屬冶金概論 二次反應的影響因素和抑