【正文】 x Na2OSiO2=3CaOAl2O3x SiO2y H2O+xNaOH ? 反應(yīng)生成的水化石榴石系固相的溶解度比含水鋁硅酸鈉的溶解度更小，可以進(jìn)一步脫硅，從而提高精液的脫硅指數(shù)。 ? 3CaOAl2O3x SiO2y H2O中的 SiO2含量，即分子式中的 x值的大小，取決于其生成條件。溫度高，可使 x值增大。石灰添加量、 Al2O3和 Na2O濃度也對(duì) x值有影響。 碳酸化分解的簡(jiǎn)單工藝流程 影響碳酸化分解過程的主要因素 ? （ 1）分解原液的純度和碳酸化深度 ? （ 2） CO2氣體的純度、濃度和通氣速度 ? （ 3）分解溫度 ? （ 4）晶種 ? （ 5）攪拌 碳酸化分解方法 ? 碳酸化分解主要有以下幾種： ? 1）完全碳酸化：是將鋁酸鈉溶液碳酸化至氧化鋁全部析出。該方法到目前為止，工業(yè)上還沒有采用過。 ? 2）分段碳酸化：是使鋁酸鈉溶液中的氫氧化鋁分段析出。 ? 3）混合分解法：是將精液先部分地進(jìn)行碳酸化，當(dāng)溶液中 Al2O3的含量還遠(yuǎn)高于一般碳分母液中的 Al2O3含量，就停止碳酸化，并將溶液繼續(xù)進(jìn)行種子分解。 碳分設(shè)備 ? 碳酸化分解是在碳分槽內(nèi)進(jìn)行的。 ? 碳分槽是用鋼板焊接而成的圓筒形槽體，內(nèi)裝有掛鏈?zhǔn)降臋C(jī)械攪拌器，槽壁裝有四根從槽的下部通入 CO2氣體的支管。 母液蒸發(fā) ? 分解母液蒸發(fā)的目的 ? 氧化鋁廠蒸發(fā)系統(tǒng)特點(diǎn) ? 影響蒸發(fā)產(chǎn)能的主要因素 分解母液蒸發(fā)的目的 ? 燒結(jié)法的碳分母液和拜耳法的種分母液都需要蒸發(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）使母液蒸濃到符合鋁土礦溶出（種分母液）或配制生料漿（碳分母液）的濃度要求； ? （ 3）排除生產(chǎn)過程積累的雜質(zhì)。 氧化鋁廠蒸發(fā)系統(tǒng)特點(diǎn) ? 蒸發(fā)器的類型多采用自然循環(huán)式的蒸發(fā)器和標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器。 ? 國(guó)外多采用升膜式蒸發(fā)器，目前又趨向于降膜式蒸發(fā)器。國(guó)內(nèi)新上的蒸發(fā)設(shè)備目前也均采用效率高、能耗低的降膜蒸發(fā)器。 ? 蒸發(fā)器的效數(shù)，已由過去的三效增至五效、六效、以降低氧化鋁生產(chǎn)汽耗。蒸發(fā)器的加熱面積，已從平均每效 100～200米 2增至 1200米 2。 ? 蒸發(fā)母液的另一種近代蒸發(fā)系統(tǒng)是多級(jí)閃急蒸發(fā)，這種系統(tǒng)所根據(jù)的原理和鋁土礦高壓溶出的逆流式熱回收以及和鋁酸鈉溶液的自蒸發(fā)冷卻相同。即母液在一系列的多級(jí)預(yù)熱器中加熱到接近各效沸點(diǎn)進(jìn)入蒸發(fā)器，出料后一般經(jīng)過三級(jí)到四級(jí)閃蒸，達(dá)到最后所需濃度，閃蒸出的乏汽再加以利用。 ? 我國(guó)氧化鋁廠已成功地將五效管式降膜蒸發(fā)器應(yīng)用于碳分母液的蒸發(fā)，種分母液的蒸發(fā)已采用六效管式降膜、四級(jí)閃蒸的蒸發(fā)工藝配置。 影響蒸發(fā)產(chǎn)能的主要因素 ? 影響蒸發(fā)產(chǎn)能的主要因素有以下幾個(gè)方面： ? （ l）加熱蒸汽的流速及性質(zhì)； ? （ 2）空氣及不凝性氣體的及時(shí)排除； ? （ 3）凝結(jié)水的及時(shí)排除； ? （ 4）加熱管的材質(zhì)及光滑程度； ? （ 5）溶液的粘度、濃度及循環(huán)速度； ? （ 6）加熱管（板）的結(jié)疤程度及清除效果； ? （ 7）蒸發(fā)器操作條件的優(yōu)化控制。 石灰拜耳法技術(shù) ? 石灰拜耳法技術(shù)可利用原有拜耳法系統(tǒng) ,將石灰添加量提高 ,直接用拜耳法處理中低品位鋁土礦的技術(shù)該技術(shù)可以大大降低堿耗和成本。 ? 石灰拜耳法是指在拜耳法工藝基礎(chǔ)上加大石灰添加量 ,使硅主要以水合鋁硅酸鈣形式脫除 ,以經(jīng)濟(jì)地處理較低品位的一水硬鋁石礦生產(chǎn)氧化鋁的方法。 ? 在石灰拜耳法中 ,通過在鋁土礦的溶出過程中配入過量的石灰 ,使所配入的石灰量除滿足與 TiO2 反應(yīng)所需的常規(guī)石灰添加量外 ,還需要部分或全部滿足與 SiO2 反應(yīng)所需的石灰量 ,使溶出過程中的脫硅產(chǎn)物部分或全部地由水合鋁硅酸鈉變?yōu)樗箱X硅酸鈣。 石灰拜耳法主要技術(shù)特點(diǎn) ? （ 1）通過在溶出過程中添加過量石灰，大幅度降低溶出赤泥的鈉硅比，使中低品位鋁土礦 SiO2含量與生產(chǎn)堿耗無直接關(guān)系而適宜拜耳法生產(chǎn)。 ? （ 2）工藝流程簡(jiǎn)單，除適當(dāng)加大石灰燒制和赤泥分離洗滌過程的生產(chǎn)能力外，工藝流程與拜耳法完全相同 ? （ 3）與混聯(lián)法流程比較，取消了能耗高的燒結(jié)法生產(chǎn)系統(tǒng)。 ? （ 4）與混聯(lián)法流程比較，鋁礦單耗相對(duì)較大。 ? （ 5）赤泥不需要采用單獨(dú)的火法處理工藝進(jìn)行堿的回收，從而大大的降低了氧化鋁的生產(chǎn)成本。 選礦拜耳法生產(chǎn)工藝 ? 選礦拜耳法是根據(jù)拜耳法生產(chǎn)工藝要求和含硅礦物的特點(diǎn)，有針對(duì)性的調(diào)整選、冶工藝，實(shí)現(xiàn)選、冶聯(lián)合，以經(jīng)濟(jì)地處理中低品位一水硬鋁石型鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁的新生產(chǎn)工藝。 第二講 鋁電解 1. 緒論 2. 鋁電解用原材料 3. 鋁電解生產(chǎn)基本理論知識(shí) 4. 鋁電解生產(chǎn)工藝及設(shè)備 鋁的性質(zhì)及用途 鋁是元素周期表上第 3周期 IIIA族元素。原子序數(shù) 13，相對(duì)原子質(zhì)量 （以 12C為基準(zhǔn)）。主要同位素是 27Al（穩(wěn)定的），豐度接近 100%。鋁的實(shí)際密度為~，密度相當(dāng)于鋼鐵的 1/3，鋁具有很大的強(qiáng)度質(zhì)量比。 ? 鋁的強(qiáng)度隨溫度降低而增大。 ? 鋁具有良好的防腐蝕性能。在空氣中，鋁表面生成一層厚度約 2 105cm，光滑的硬氧化鋁薄膜，緊緊粘附在鋁表面。 ? 鋁是優(yōu)良的導(dǎo)電材料。 ? 鋁具有良好的導(dǎo)熱性能。鋁的另一個(gè)重要特性是能夠和多種金屬構(gòu)成有用的合金。 鋁的主要物理性質(zhì) ? (1) 熔點(diǎn) ? %的純鋁熔點(diǎn)為 933K（ 660℃ ）。 ? 工業(yè)純鋁的最終凝固點(diǎn) 575℃ 。 ? (2) 沸點(diǎn) ? 鋁的沸點(diǎn)是 2467℃ 。 ? (3) 熔化熱和熔化熵 ? 鋁的熔化熱在 933K時(shí)為 107? KJ/mol。 ? 熔化熵為 （ molk）。 ? (4) 熱容 ? 鋁的熱容在 298~933K之間 ? (5) 導(dǎo)熱系數(shù)（或?qū)崧剩? ? 固體鋁在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)為（ ~） 102W/（ mk）。 ? (6) 熱膨脹系數(shù) ? %精鋁凝固時(shí)的體積收縮率為 %。 ? (7) 密度 ? 鋁的實(shí)際密度值為 ~。 ? (8) 導(dǎo)電性 ? 高純鋁（ %）的電阻率在 293K時(shí)為（ ~） 108Ωm1。 鋁的主要化學(xué)性質(zhì) (1) 鋁同氧的反應(yīng)，生成 Al2O3即 : 2Al+=Al2O3 (2) 鋁在高溫下能夠還原金屬氧化物，即 : 2Al+Me=Al2O3+3Me (3) 鋁易被堿溶液侵蝕，生成鋁酸鹽。 鋁電解用原材料 ? 氧化鋁 ? 冰晶石 ? 氟化鋁 ? 鋁電解用其它氟化鹽 ? 鋁電解用炭素材料 氧化鋁 ? 氧化鋁是鋁電解生產(chǎn)中的主原料。 ? 它是一種白色粉狀物，熔點(diǎn)為 2050℃ ，沸點(diǎn)為 3000℃ ，真密度為 。它不溶于水，能溶于冰晶石熔體中。鋁電解對(duì)于氧化鋁的要求，一是它的化學(xué)純度，再就是其物理性能。 返回 冰晶石 ? 冰晶石的分子式為 Na3AlF3，它是溶劑的主要成分。 ? 鋁電解生產(chǎn)中所用的冰晶石分天然和人造兩種。天然冰晶石（ 3NaFAlF3）屬于單斜晶系，是一種無色或雪白色晶體，比重 ，硬度，熔點(diǎn) 1010℃ 。 ? 天然冰晶石的儲(chǔ)量很少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足鋁工業(yè)的需要，所以現(xiàn)代鋁工業(yè)采用人造冰晶石。 氟化鋁 ? 在鋁電解生產(chǎn)中，它是冰晶石 — 氧化鋁熔體的一種添加劑。 ? 氟化鋁是一種白色粉末，粒度比氧化鋁稍大，不粘手，在常壓下加熱不熔化，但在高溫下升華。 ? 它的作用是可以彌補(bǔ)電解質(zhì)中氟化鋁的損失，又可以調(diào)整電解質(zhì)的分子比，主要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。 鋁電解用其它氟化鹽 ? 鋁電解生產(chǎn)中所用的氟化鹽主要是冰晶石和氟化鋁，其次有一些用來調(diào)整和改善電解質(zhì)性質(zhì)的添加劑，如氟化鈣、氟化鎂、氟化鈉和碳酸鈉等。 鋁電解用炭素材料 ? 鋁工業(yè)上均采用炭素材料作電極 —— 炭陽(yáng)極和炭陰極。 ? 在電解過程中，炭陰極原則上是不消耗的，炭陽(yáng)極由于直接參與電化學(xué)反應(yīng)而消耗。 陽(yáng)極的作用主要有兩種：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)。 電解對(duì)陽(yáng)極的基本要求 ? (a) 導(dǎo)電率高，以降低陽(yáng)極電阻； ? (b) 導(dǎo)熱率低以降低糟的熱損失，降低陽(yáng)極上部的氧化速度和防止電解質(zhì)界面凝固； ? (c) 熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性良好，使陽(yáng)極能夠在高溫和腐蝕性的環(huán)境下工作； ? (d) 雜質(zhì)含量低，防止對(duì)金屬鋁的污染； ? (e) 適宜的機(jī)械性能，以便經(jīng)受粗糙的搬運(yùn)； ? (f) 合適的密度和空隙率，減少金屬鋁的侵入； ? (g) 氣體滲透率低，減少陽(yáng)極內(nèi)部氧化； ? (h) 應(yīng)有適宜的抗熱震性。 生產(chǎn)陽(yáng)極的主要原料 ? 生產(chǎn)陽(yáng)極的主要原料 : ? 石油焦； ? 煤瀝青； ? 改質(zhì)瀝青。 陽(yáng)極生產(chǎn)工藝 ? 石油焦粉碎后入回轉(zhuǎn)器中煅燒，除去水份和揮發(fā)份，再與殘極、生碎等回收料經(jīng)破碎、磨粉、配料后加入液體瀝青進(jìn)行混捏。混捏好的糊料經(jīng)振動(dòng)成型，機(jī)制成生陽(yáng)極塊，冷卻后送至陽(yáng)極焙燒爐，1200℃ 溫度下進(jìn)行焙燒，制得符合電解生產(chǎn)要求的陽(yáng)極碳?jí)K，陽(yáng)極碳?jí)K在陽(yáng)極組裝工段與導(dǎo)桿組成陽(yáng)極組，送至電解車間。 陰極碳?jí)K生產(chǎn) ? 無煙煤經(jīng)過 1500~2100℃ 電煅燒處理，使得后料部分石墨化，并配入部分人造石墨，制成陰極碳?jí)K，經(jīng)過焙燒后進(jìn)行機(jī)械加工，即可得到半石墨質(zhì)陰極碳?jí)K。 ? 在電解過程中，陽(yáng)極是消耗的，其理論消耗是 334kg/tAl，而實(shí)際消耗一般為380~450kg/tAl，這與陽(yáng)極質(zhì)量、電解技術(shù)條件有關(guān)。降低陽(yáng)極消耗可以提高鋁廠的電流效率、降低電耗和增加鋁產(chǎn)量，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。 鋁電解生產(chǎn)基本理論知識(shí) ? 鋁電解質(zhì)的性質(zhì) ? 鋁電解過程中的兩極反應(yīng) ? 兩極副反應(yīng) ? 添加劑對(duì)電解質(zhì)性質(zhì)的影響 ? 陽(yáng)極效應(yīng) 電解質(zhì)的組成 ? 工業(yè)生產(chǎn)上的電解質(zhì)是由多種成分構(gòu)成 ? 在鋁電解生產(chǎn)中，連接陽(yáng)極和陰極之間不可缺少的熔鹽體叫電解質(zhì)，它主要是以 冰晶石 為熔劑， 氧化鋁 為熔質(zhì)而組成。 ? 但在現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)中使用的電解質(zhì)并非單純的冰晶石和氧化鋁。因?yàn)楸脱趸X含有一定數(shù)量的 雜質(zhì) 成分，如：氧化鈉 ,氧化鐵 ,氧化矽和氧化鈣等 。 ? 另外，在電解生產(chǎn)中 ,為了改善電解質(zhì)的物理化學(xué)性能，有利于提高電解生產(chǎn)指標(biāo)，還向電解質(zhì)中加入某些 添加劑 ，如，氟化鋁、氟化鎂、氟化鋰、氯化鈉等。 冰晶石溶劑的特性 1. 熔融的冰晶石能夠較好的熔解氧化鋁，而且所構(gòu)成的電解質(zhì)可在冰晶石的熔點(diǎn) 1008℃以下進(jìn)行電解，從而也降低了氧化鋁的還原溫度。 2. 在電解溫度下，熔體狀態(tài)的冰晶石或冰晶石 氧化鋁熔液的比重比鋁液的比重還小約 10%，它能更好地漂在電解出來的鋁液上面。 3. 冰晶石 — 氧化鋁熔體具有較好的流動(dòng)性 4. 具有相當(dāng)良好的導(dǎo)電性。 電解質(zhì)的性質(zhì) ? 電解質(zhì)的比重 ? 電解質(zhì)的熔點(diǎn) ? 電解質(zhì)的粘度 ? 電解質(zhì)的表面張力與濕潤(rùn)性 ? 氧化鋁在電解質(zhì)中的溶解度 ? 電解質(zhì)的揮發(fā)性 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。由于它們之間的比重差異所致。在電解溫度（ 950℃ ）下鋁的比重（ ），大于含有 5%氧化鋁的冰晶石（即電解質(zhì)）的比重（ ）。 電解質(zhì)的熔點(diǎn) 電解過程中的電解溫度與電解質(zhì)的熔點(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 15~20℃ 。 電解質(zhì)是由多種成份組成，而它的熔點(diǎn)隨其份變化而變化，影響電解質(zhì)熔點(diǎn)變化比較大的成份，有分子比、氧化鋁和氟化鈣等。 電解質(zhì)粘度 ? 電解質(zhì)粘度主要取決于電解質(zhì)的成份和溫度。 ? 電解質(zhì)粘度隨溫度升高而降低。 ? 氧化鋁增大電解質(zhì)的粘度，但在電解質(zhì)中氧化鋁含量在 10%以內(nèi)時(shí)影響其粘度變化較小，超過 10%時(shí)，則電解質(zhì)的粘度開始顯著上升。 ? 另外，電解質(zhì)的分子比也能降低電解質(zhì)的粘度，添加氟化鈣能使其粘度增大，氯化鈉和氟化鋰使電解質(zhì)粘度減小。 鋁電解過程中的兩極反應(yīng) ? 陰極反應(yīng) Al3++3e→ Al ? 陽(yáng)極反應(yīng) 2O2+C－ 4e→ CO2 ? 總反應(yīng) 2Al2O3+3C → 4Al+3CO2 陰極副反應(yīng) ? （ 1）鋁的溶解和損失： ? 金屬鋁部分地溶解在冰晶石熔體中。一般認(rèn)為，陰極鋁液在電解質(zhì)里的溶解有以下幾種情況： ? (a) 溶解在熔融冰晶石