轻金属冶金学.doc

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1、氧化铝生产绝大部分采用铝土矿作为原料，氧化铝水合物是铝土矿中主要矿物。Al2O3—H2O系的结晶化合物有三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石、刚玉（折光率、密度、硬度按顺序依次递增）铝的氧化物及水合物为两性化合物，不溶于水，可溶于酸和碱，氢氧化铝略显碱性铝土矿中1、杂质主要是氧化硅、氧化铁、二氧化钛2、质量矿石中所含Al2O3和SiO2的百分比含量之比——铝硅比A/S（愈高愈好）（矿石中所含Al2O3与SiO2的百分比含量之比）我国铝土矿资源特点：高铝、高硅、低铁电解炼铝对氧化铝质量的要求1.氧化铝纯度2.氧化铝的物理性质氧化铝生产方法：碱法、酸法、酸碱联合法、热法碱法

2、基本原理：用碱（工业烧碱NaOH或纯碱Na2CO3）处理铝土矿，使矿石中的氧化铝转变为铝酸钠溶液。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分硅成为不溶性化合物进入残渣（赤泥）。它从溶液分离出来经洗涤后弃去或另行综合利用。从净化后的铝酸钠溶液中即可分解析出氢氧化铝，分解母液则在生产中循环使用。碱法生产氧化铝方法：拜耳法、碱石灰烧结法、拜耳—烧结联合法拜耳法：直接利用含有大量游离苛性碱的循环母液处理铝土矿，溶出其中的氧化铝得到铝酸钠溶液，往铝酸钠溶液中添加氢氧化钠（晶种）经长时间搅拌便可析出氢氧化铝结晶。分解母液经蒸发后再用于溶出下一批铝土矿。Feature：流程比较简单、能耗低、

3、产品质量好、成本低。但只限于处理高品位铝土矿。碱石灰烧结法：在铝土矿中配入石灰石（或石灰）、纯碱（含大量Na2CO3的碳分母液），在高温下烧结得到含有固态铝酸钠的熟料，用水或稀碱溶液溶出熟料得出铝酸钠溶液。铝酸钠溶液脱硅净化后，通入CO2气体便可分解结晶氢氧化铝，分解后的母液经蒸发后循环使用。Feature：过程复杂、能耗高、产品质量和成本不及拜耳法。但可以处理高硅铝土矿苛性碱：以Na[Al(OH)4]和Na2CO3形态存在的Na2O全碱：Na2O+Na2OC形态存在的碱的总和苛性比值表示铝酸钠溶液中氧化铝的饱和程度和稳定性（采用:摩尔比）硅量指数——A/S当Al2

4、O3浓度一定，硅量指数越高，则二氧化硅杂质含量越低，溶液纯度越高。30℃下的Na2O—Al2O3—H2O系平衡状态图Al2O3溶解度随着溶液中的苛性碱浓度增加而急剧增加，但当苛性碱浓度超过某一限度，Al2O3的溶解度急剧降低，Al2O3溶解度出现最大值Na[Al(OH)4]溶液的性质——稳定性稳定性含义：从这种过饱和的偏铝酸钠溶液中开始分解析出氢氧化铝所需的时间长短来衡量。在很短时间内分解析出，不稳定，反之稳定。主要影响因素1、溶液浓度Al2O3溶液浓度<25g/L或者>264g/L的溶液都是很稳定的，中等浓度溶液稳定性最小。2、提高，溶液过饱和度降低，稳定性增高。

5、3、温度，当不变时，稳定性随温度降低而降低，当低于30℃时由于溶液黏度增大。稳定性反而提高。4、杂质使溶液黏度增加，稳定性相应提高拜耳法生产Al2O3处理低硅铝土矿，特别是三水铝石型，流程简单，产品质量好实质：用NaOH溶液溶出铝土矿得到偏铝酸钠溶液，再添加晶种，不断搅拌条件下，溶液中氧化铝便呈氢氧化铝析出分解得到母液，经蒸发浓缩后在高温条件下可以用来溶出新的一批铝土矿主要工艺流程：铝土矿的溶出、溶出浆液的稀释、晶种分解、分解母液蒸发拜耳法循环效率：一吨Na2O在一次拜耳法循环生产中所产出Al2O3的量（吨）E，E数值越高说明碱的利用率愈好铝土矿溶出过程Al2O3水

6、合物：铝土矿溶出时Al2O3水合物在NaOH的作用下溶解Al2O3(1或3)H2O+2NaOH+aq=2NaAlO2+aq含硅矿物：最常见也是最有害的杂质，各种形式的含硅矿物与苛性碱反应，均有硅酸钠进入溶液，然后与溶液中的铝酸钠反应，生成溶解度很小的水合铝硅酸钠沉淀，造成Al2O3和Na2O的损失含铁矿物：铝酸钠溶液中含铁量取决于矿石类型和粒度，其中S主要来源于FeS2，溶液中S的积累对大部分工序均有不利影响。为了减轻Na2S的危害或降低其在溶液中的含量，采用氧化剂使硫化钠和硫代硫酸钠转化为硫酸钠TiO2的行为：在铝土矿中通常以金红石、锐钛矿和板钛矿。在拜耳法生产中

7、是很有害的杂质，它引起Na2O的损失和Al2O3溶出率的降低，生成的钛结疤会增加热能的消耗和清理工作量，溶出时添加石灰可减少和消除其危害Al2O3的理论溶出率：理论上矿石中可以溶出Al2O3量与矿石中Al2O3量之比。Al2O3的实际溶出率：实际上……相对溶出率：实际溶出率对理论溶出率的比值影响铝土矿溶出过程的因素1.溶出温度Al2O3在碱溶液中溶解度增大，溶出反应速度以及碱溶液与反应产物的扩散速度也增加，可以使矿物形态的差别所造成的影响趋于消失2.循环母液碱浓度及苛性比值循环母液的NaO苛浓度愈高，苛性比值愈高，其未饱和程度愈大，氧化铝溶出速度及设备产能越大，