铝冶金与熔炼_1
39页1、第二节 铝冶金与熔炼,一、铝的性质和用途,铝的物理性质和用途,二、炼铝原料和铝冶金特点,1、炼铝原料,铝土矿化学成分,有用成分:氧化铝(Al2O3)(主要有用成分)、镓 杂质:氧化硅(SiO2)、氧化铁(Fe2O3)、氧化钛(TiO2)、碳酸盐,术语解释,铝硅比A/S指矿石(或熟料、生料浆、溶液)中氧化铝与二氧化硅的重量比,是衡量铝土矿质量、混矿质量的重要指标之一。 计算公式: A/S= Al2O3的重量/ SiO2的重量 = Al2O3%/ SiO2%。 我国铝土矿A/S低,多在47。 说明矿石中杂质SiO2含量高。 例如:已知铝土矿成分:SiO2 6.7 %, Al2O3 50.0% , 求铝土矿的铝硅比? 解:A/S= Al2O3 %/ SiO2 %=50.0%/6.7 %=7.5。,(Al2O33H2O)和 Al2O3H2O,2、铝冶金特点,铝的生产流程示意图,铝冶炼的主要过程:,三、氧化铝生产方法,1、拜耳法生产氧化铝 拜耳法原料制备过程包括:铝矿石的破碎、磨矿和配料。 拜耳法生产工艺对原料制备的要求:参与化学反应的物料要有一定的细度;参与化学反应的物料之间要有一定的配比和均
2、匀的混合。 拜尔法高压溶出时的化学反应: Al2O3(1或3)H2O+NaOH=NaAl(OH)4,拜耳法生产氧化铝的关键工艺流程:铝土矿的浸出、晶种分解、分解母液的蒸发与苛化和氢氧化铝的煅烧等四个工序。 (1) 铝土矿的浸出:浸出所用的循环母液中的主要成分为NaOH NaAlO2、Na2CO3等,起作用的主要是NaOH。主要反应如下:,Al2O3nH2O2NaOH2NaAlO2+nH2O SiO22NaOH2Na2SiO3+H2O 2Na2SiO3+2NaAlO2+H2ONa2OAl2O32SiO22H2O+4NaOH Fe2O3 TiO22Ca(OH)22CaOTiO22H2O CaCO32NaOH2Na2CO3+Ca(OH)2 MgCO32NaOH2Na2CO3+Mg(OH)2,由上述反应可见: 铝土矿高压溶出的结果Al2O3进入溶液; 而SiO2、Fe2O3、TiO2 等杂质则留在残渣(赤泥)之中,借助于机械的方法即可使残渣与溶液分开,从而达到把Al2O3与杂质分离的目的。,铝土矿的溶出是将若干个预热器、压煮器和自蒸发器依次串联成为一个压煮器组,(2)铝酸钠溶液的晶种分解:晶种
3、分解是直接影响产品的产量和质量的关键工序。经过滤澄情后的NaAlO2溶液,其稳定性如何对下一步分解至关重要。 NaAlO2+2H2OAl(OH)3NaOH,(3)氢氧化铝的煅烧:使氢氧化铝完全脱水,并制得实际上不吸水的氧化铝。发生的化学反应: Al2O33H2OAl2O3H2O2H2O Al2O3H2O-Al2O32H2O -Al2O3-Al2O3 -Al2O3 但须在1200oC维持足够长的时间,才能完全转变成适合电解要求的-Al2O3。 采用带冷却机的回转窑进行煅烧。,(4)母液的蒸发与苛化 母液的蒸发:在生产过程中,赤泥洗涤和氢氧化铝洗涤以及蒸气直接加热产生的冷凝水。 苛化:在浸出过程中,高浓度的苛性碱溶液与铝土矿中的碳酸盐反应以及与空气中CO2相互作用,致使一部分NaOH转变为Na2CO3: CaCO32NaOH2Na2CO3+Ca(OH)2,拜耳法生产氧化铝的工艺流程,2、碱石灰烧结法生产氧化铝,处理铝硅比在4以下的铝土矿,碱石灰烧结法几乎是唯一得到实际应用的方法。在我国已经查明的炼铝资源中,高硅铝土矿石占有很大数量,因而烧结法对于我国氧化铝工业具有很重要的意义。,烧结法生产
4、氧化铝的实质: 将铝土矿与一定量的苏打Na2CO3、石灰配成炉料,在1200oC的高温下进行烧结,使氧化硅与石灰化合生成不溶于水的原硅酸钙2CaOSiO2,而氧化铝与苏打化合生成可溶子水的铝酸钠Na2OAl2O3。 将烧结产物用稀碱溶液浸出,铝酸钠便进入溶液与2CaOSiO2分离,溶液经脱硅后再通入CO2气体进行碳酸化分解,析出氢氧化铝,同时还得到碳分母液Na2CO3。 碳分母液经蒸发浓缩后再用来配料处理下一批铝土矿。因此与拜耳法一样,Na2CO3在生产过程中也是循环使用的。,(1)生料烧结:由铝土矿、石灰和苏打组成的生料中,主要成分为Al2O3、 Na2CO3 、Fe2O3和SiO2等,主要反应如下: Al2O3Na2CO3Na2OAl2O3+CO2 Fe2O3Na2CO3Na2OFe2O3+CO2 SiO2+2CaO2CaOSiO2 生料的烧结是在回转窑中进行,烧结温度高达1200,温度不够,反应就不完全。,(2)熟料溶出:熟料经破碎后用稀碱溶液溶出,反应是: Na2OAl2O34H2O2NaAl(OH)4(溶解) Na2OFe2O3+2H2OFe2O3H2O+2NaOH(水解),
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