铝镁课后作业辅导.doc

1、讨论：铝电解与镁电解的异同提示： 电极(材料、反应、阴极析出产物 )电解质(组成、密度、电解温度、参与导电的离子)电解槽(结构 ) 对比项目 铝 电 解 镁 电 解电极材料铝工业上均采用炭素材料作电极——炭阳极和炭阴极 （在电解过程中，炭阴极原则上是不消耗的，炭阳极由于直接参与电化学反应而消耗 ）钢阴极，石墨阳极；电极反应阴极：Al 3+ + 3e = Al（液） ，阳极：3 O 2- + 1.5C – 6e = 1.5CO2(气)总反应式: Al 2O3 + 1.5C = 2Al(液) +1.5CO2(气)阴极：Mg 2+ + 2e =Mg（液） ，阳极：Cl - – e = Cl2(气)总反应式: MgCl 2 = Mg (液) + Cl 2(气)析出产物阴极上是液体铝，阳极上是气体 CO2 和 CO阳极气体中还含有少量有害的氟化物、沥青烟气和二氧化硫阴极： Mg（液） ，阳极： Cl2(气)电解质组成工业铝电解质中冰晶石和氟化铝是熔剂，氧化铝是炼铝原料，另外有的还添加氟化钙、氟化镁和氟化锂等组成:视原料来源而定 A.光卤石（ MgCl2·KCl·6H2O ）为原料 ，电解质成分：MgCl2 、 KCl 、NaCl；B、氧化镁为原料，电解质成分： MgCl2，KCl ， , CaCl2 , NaCl；电解质密度随温度和组分而变化，但电解质的密度小于铝液密度，两者因密度差而上下分层（铝液在熔融电解质的下面） 。

随温度和组分而变化，但液体金属镁的密度比电解质的小，固漂浮在熔融电解质之上电解质温度 电解温度为 950-970℃A、以光卤石（ MgCl2·KCl·6H2O ）为原料，电解温度 680~720 ℃；B、氧化镁为原料，电解温度690~720 ℃参与导电的粒子（1）熔融冰晶石完全解离生成的离子: Na+、[AlF 6]3--Na3AlF6 = 3Na+ + [AlF6]3-（2）[AlF 6]3 进一步解离生成的 [AlF4] -、F -[AlF6]3-= [AlF4] - + 2F-（3）加入氧化铝后生成的铝-氧- 氟络离子: [Al2O2F4]2-和[Al 2O2F6]2-2Al2O3 + 2 [AlF6]3- =3 [Al2O2F4]2-（高氧化铝） ）2Al2O3 + 4 [AlF6]3- =3 [Al2O2F6]2- +6F-（低氧化铝）注：钠离子的迁移数约为 99%，但是它并不在阴极上放电Mg2+，K +，, Ca 2+ , Na+，Cl -为什么不能用电解氯化镁水溶液的方法冶炼镁？（不能，电解氯化镁水溶液实际上是氯离子和氢离子放电，生成氯气和氢气，冶炼镁应该电解熔融氯化镁，生成镁和氯气．）电解槽结构 铝电解中金属铝沉在熔融电解质的下面，阳极气 液体金属镁漂浮在熔融电解质之上。

体向上溢出，故阴阳极间无间隔，电解槽体结构简单；由于氯气也向上飘逸，容易发生逆反 应，故阴阳极间用隔板隔离，镁电解槽比较复杂2、为什么使用 75%硅铁作热法炼镁的还原剂？答：之所以采用 75%硅铁合金作为还原剂，是综合考虑了技术与经济两方面因素硅铁中含硅量不同，其还原能力不同在其它条件相同的情况下，随着硅铁中含硅量增加，还原所得镁的产出率提高，但当含硅量超过 75%以后，镁产出率以及镁的平衡蒸气压增加的幅度很小，考虑到含硅量越高的硅铁其价格越贵，因此选用 75%的硅铁作还原剂比较合理3、菱镁矿与白云石哪个做炼镁原料更好？为什么？答：菱镁矿（MgCO3） 、白云石（MgCO3·CaCO3）热法炼镁的原理是：硅铁合金(含 75%Si）在高温和减压下还原白云石中的 MgO，得到纯镁和二钙硅酸盐渣，其反应是：2(CaO·MgO）(s） + Si(Si –Fe)(s）= 2Mg(g 气） + 2 CaO·SiO2(s）参照艾汉林图可知，常压下用硅还原温度需超过 2373 ℃，当还原后的 SiO2与 MgO 造渣生成 2 MgO· SiO2 渣时，此时起始还原温度降至 2060 ℃，如果炉料中有 CaO 存在，能造成 2 CaO· SiO2 渣，此时起始还原温度进一步降至1750 ℃。

因此，用硅（铁）还原白云石时，生成了稳定的化合物二钙硅酸盐，此时还原起始温度降低约 600 ℃，所以用白云石做原料是有利的；4、根据 CaO·MgO 被 Si 还原的热化学原理，还原过程为什么要在真空下进行？答：（1）对于反应 2Mg + O2 = 2MgO，当其原始 Mg 的分压小于 0.1MPa时，自由能改变值曲线位置向上移动,这就意味着硅还原氧化镁的可能性增大2）用硅还原氧化镁（白云石）的平均温度随压力的减小而降低剩余压力/Pa 平衡温度/ ℃101308 23751333 1700133.3 143013.3 1235因此：用 Si 还原 MgO 的温度可以明显降低，使得还原炼镁有可能在较低温度下进行，真空度为 13.3~133.3Pa13B、、 艾 汉 林 图 上 的 标 准 生 成 自 由 能 是 指 在艾 汉 林 图 上 的 标 准 生 成 自 由 能 是 指 在 标 准标 准状 态状 态 下 ， 即 参 与 反 应 的 气 态 物 质 的 分 压 为下 ， 即 参 与 反 应 的 气 态 物 质 的 分 压 为0.1MPa，， 而 固 态 或 液 态 物 质 的 活 度 均 为而 固 态 或 液 态 物 质 的 活 度 均 为 1时 的 生 成 自 由 能 。

时 的 生 成 自 由 能 C、 如 果 参 与 反 应 的 物 质 不 是 处 于 标 准 状 态 ，则 反 应 的 自 由 能 变 化 值 G应 为G= G0 + RTlnp式 中 ， RTlnp—反 应 自 由 能 变 化 值 的 修 正 值 p –参 与 反 应 物 质 的 原 始 分 压 比14在 aMe+ O2= bMeO(2为 0.1MPa)形 式 的 反 应 中 ， 自 由能 变 化 值 的 修 正 值 为 RTln（ pbeO） /（ paMe·pO2） , 其中 pO2=0.1MPa当 Me为 气 态 时 ， 则 G= G0 -RTlnpaMe由 此 可 见 ， 当 金 属 Me的 原 始 压 力 小 于 0.1Pa时 ，RTlnpaMe为 正 值 , G值 变 负 值 ， 结 果 使 G值 的 负 值减 小 即 自 由 能 改 变 值 曲 线 向 上 移 动 对 于 反 应 2Mg + O2= 2MgO， 当 其 原 始 Mg的 分 压 小 于0.1Pa时 ， 曲 线 位 置 向 上 移 动 ,这 就 意 味 着 硅 还 原 氧 化镁 的 可 能 性 增 大 。

5、简述拜耳法的原理及主要流程(1) 拜耳法原理: 用苛性钠溶液(其质量浓度为 130～350gNa2O/L)在加热的条件下将铝土矿中的各种氧化铝水合物溶解出来，生成铝酸钠溶液，此种溶液经稀释后在冷却的条件下分解出纯的氢氧化铝，同时重新生成苛性钠溶液，供循环使用拜耳法流程包括三个主要步骤：铝土矿溶出；铝酸钠溶液分解；氢氧化铝煅烧1）铝土矿溶出；指把铝土矿中的氧化铝水合物（Al2O3·xH2O)溶解在苛性钠（NaOH)中，生成铝酸钠溶液Al2O3·xH2O + 2 NaOH = 2NaAlO2 + (x+1)H2O （2）铝酸钠溶液分解：析出固体氢氧化铝2NaAlO2 + 4H2O = 2NaOH +Al2O3·xH2O（3）氢氧化铝煅烧：Al2O3·3H2O = Al2O3 + 3H2O（高温 1100℃）6、简述电热还原法熔炼铝硅铁钛合金的基本流程？（1）炉料经粉碎、制团和干燥后在电炉内在还原剂的作用下还原熔炼，得到粗合金；（2）粗合金净化出去所含的炉渣和碳化物；（3）净化后的合金缓慢冷却析出硅，以及钛、铁的金属互化物；（4）离心分离合金和残渣；7、铝生产过程中污染物有哪几种？举例说明其净化方法答：铝生产过程中的污染物气态物质: HF、 SO2、 CF4 电解质蒸气、沥青烟等,是在铝电解过程中和电极生产过程中产生的.固态粉尘: 铝矿粉碎时产生的粉尘 ,如氧化铝粉尘 ,冰晶石和氟化铝粉尘等,是在氧化铝生产过程中和铝电解过程中产生的.固态废弃物: 氧化铝生产过程中排放的赤泥,铝电解生产过程中排放的废旧炭阴极和炭渣等. 干法净化技术：直接利用电解铝的原料做吸附剂,吸附铝电解烟气中的氟化氢等有害成分所进行的过程. 具有吸附作用的物质氧化铝为吸附剂,被吸附的物质氟化氢为吸附质.。