有色金属冶金学重点内容

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8. 简述拜耳法生产氧化铝的基本工艺原理? 答:Ⅰ用氢氧化钠溶液直接溶出铝土矿中的氧化铝生成铝酸钠溶液 ;Ⅱ铝酸钠
溶液中加入氢氧化铝作为种子,使铝酸钠溶液分解 。即反应
> 1 C 0 0
Al(O 3HN)aO < H 1 C 0 0NaAl4(OH)
9. 拜耳法生产工艺流程的各主要工序是什么? 答:铝土矿原料准备;溶出;赤泥分离洗涤;加晶种分解;氢氧化铝分离洗涤;
答:高岭石Al2O3·2SiO2·2H2O、刚玉 Al2O3 、三 水铝石 Al(OH)3 、一水铝石 AlOOH 、明矾 石 (K, Na)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3、霞石(K, Na)2O·Al2O3·2SiO2 。
第一章氧化铝的生产
6. 我国氧化铝工业的特点? 答:铝土矿资源差;综合能耗高;成本高;多采用联
15电解槽的电极为什么选择炭质材料?
在料层表面的二价硫化物与空气接触又会被氧化而成 Na2SO4,只有约半数的硫以二价硫化物形式存在于熟料 中。熟料溶出时排入赤泥。
铝土矿中部分氧化铁还原成FeO和FeS,可以减少配料中碱的配比 ,无必要使Fe2O3全部与Na2O结合,故可降低碱耗。 加入还原剂能强化烧结过程,因为生料加入的煤在窑内燃烧带以前 燃烧,等于增加了窑的燃烧空间,提高窑的发热能力。
型铝土矿、一水硬铝石型铝土矿、混合矿;按铝土矿矿石 结构特点分:粗糙状铝土矿、致密状铝土矿、豆鲕状铝土 矿;按铝土矿地质成因分:海相沉积型铝土矿、陆相沉积 型铝土矿、玄武岩风化壳型铝土矿。
第一章氧化铝的生产
3. 衡量铝土矿的质量标准? 答:衡量铝土矿的质量标准是铝硅比,即铝土矿中的氧化 铝与氧化硅的重量比。
碱法:是用碱(工业烧碱NaOH或纯碱Na2CO3)处理铝土矿,使矿石中的氧化铝 变为可溶的铝酸钠。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的硅则成为不溶解的 化合物。将不溶解的残渣(称作赤泥)与溶液分离,经洗涤后弃去或综合处 理利用。将净化的铝酸钠溶液(称为精液)进行分解以析出氢氧化铝,经分 离洗涤和煅烧后,得到产品氧化铝。分解母液则循环使用处理铝土矿。
(2) 对一水软铝石型铝土矿 AlO N Oa H O H 2O H > 2 0 C 0NaA 4l(OH)
(3) 对一水硬铝石型铝土矿 Al N O a C O O a 2 H H H (2 O O > 2 H C 4 N 0 ) a 4 A Cl a 2 (( O O
烧结法是在铝土矿中配入石灰石(或灰石)、纯碱(含大量Na2CO3的碳分母液),在高温下 烧结而得到含有固态铝酸钠的熟料,用水或稀碱溶液溶出熟料,得铝酸钠溶液。经脱硅 净化的铝酸钠溶液用碳酸化分解法(向溶液中通入二氧化碳气)使溶液中的氧化铝成氢 氧化铝结晶析出。碳分母液经蒸发后返回用于配制生料浆。
拜尔法生产氧化铝小结
入石灰后将发生如下反应: 3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+aq=3CaO•Al2O3•6H2O+2NaOH+aq CaO·Al2O3·6H2O+xNaSiO3+aq =3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-
2x)H2O+2xNaOH+aq 溶液中Na2OK浓度和Al2O3浓度;溶液的Na2OC浓度;石灰添
溶液中的硅酸钠又与铝酸钠反应,生成溶解度很小的水合铝硅酸钠沉淀,进入赤泥 :
2 2 S N 3 2 iO a N 4 2 2 O a H a A N q 2 O • A l 2 a O 3 ( • 2 S l O 2 • n i 2 O O H H 2 N ) a aq O
含硅矿物的危害 ⑴ 造成Na2O和Al2O3损失 ⑵ 水合铝硅酸钠在溶出设备上结垢
N 2 O • a A 2 O 3 固 l) ( 42 O H 2 N 2( a O A ) 4H l
N 2 O • a F 2 O 3 e 22 O H 2N F 2 a O 3 e • O H 2 O H 2Ca•OSiO 2
2C • Sa 2 i 2 ON a a q N O 2 Sa H 3 i 2 OC2a a(q OH)
精液的硅量指数)p35 10 碳酸化分解过程中,SiO2的析出分几个阶
段?并指出各个阶段的名称以及对这种析 出规律的原因进行解释?p35
铝冶金小结
12电解铝生产对原料氧化铝有哪些要求? 13砂状氧化铝的特性基本概念。
安息角:是指物料在光滑平面上自然堆积的倾角。θ↗流动性越差 灼减: 是指残存在氧化铝中的结晶水含量。 比表面积: 是指单位质量物料的外表面积与内孔表面积之和的总表面积,是表示氧化铝化学活性的指标
三水铝石最易溶出、其次是一水软铝石、最难溶出是一水硬铝石
12.铝土矿含硅矿物在溶出过程中的行为和危害? 答:各种形式的硅矿物与苛性碱反应,均以硅酸钠形式进入溶液:
A 2 O 3 l • 2S 2 • 2 i2 O O H 6N aa q 2 O 2 N S H 3 i a 2 O N4 a a A q S2 i 2 ON N a2 S O a 3 i H H O 2 O
答: 1)苛性碱中和: 2)氢氧化铝结晶过程:
2NaOH CO2 Na2CO3 H2O
NaAl(OH) 4 Al(OH) 3 NaOH
由于连续通入CO2,使溶液始终维持较大的过饱和度
,所以,在碳酸化分解时,即使不加晶种,溶液也
具有较大的分解速度。
烧结法生产氧化铝小结
9 影响碳分过程的主要因素有哪些? 答 9 确定碳酸化分解率大小的依据是什么?(
加量和质量;溶液中SiO2含量;温度;
第一章氧化铝的生产
25 简述二段脱硅的工艺流程?
粗液
合成含钙添加剂
一段常压脱硅
分离 溢流
底流
去烧结法配料 或处理后弃之
二段常压脱硅
分离
底流
溢流
返回晶种或去拜耳 法溶出系统
去叶滤
第一章氧化铝的生产
26铝酸钠溶液的碳酸化分解与加晶种分解有何区别? 其特点是什么?
量。
16. 谈谈拜耳法晶种分解的的机理 答:铝酸钠溶液的加种子分解实际上包括两个方面:铝酸根离子的分解和
氢氧化铝结晶。
(1) 铝酸根离子分解 :当铝酸钠溶液中有可作为晶核的固体杂质微粒或外 加的氢氧化铝种子时,铝酸根离子Al(OH)4-被吸附于晶种表面而发生分 解,生成的氢氧化铝分子在晶种表面经过重新排列,形成氢氧化铝结晶 。
第一章氧化铝的生产
21 熟料溶出过程中的二次反应指的是什么?其 对生产的影响如何?
答:由于硅酸二钙的分解又引起其他反应,使 已溶出的Al2O3和Na2O又转为固相而造成 损失,这种造成Al2O3和Na2O损失的反应
叫做溶出二次反应。
第一章氧化铝的生产
22 影响二次反应的因素有哪些? 答:溶出用调整液的组成、温度、时间 23 铝酸钠溶液不添加石灰脱硅的基本原理是什么?有
变的百分数。 14酸法冰晶石的制取工序:制酸和制盐 什么是氧化铝冰晶石熔盐电解法?
直流电流通入电解槽,在阴极和阳极上起电化学反应。电解产物,阴极上是铝液,阳极上是CO2 和CO气体。铝液用真空抬包抽出,经过净化和澄清之后,浇铸成商品铝锭,其质量达到99.5~ 99.8%Al。阳极气体中还含有少量有害的氟化物和沥青烟气,经过净化之后,废气排放入大气, 收回的氟化物返回电解槽。
第一章氧化铝的生产
19 熟料回转窑内一般分几个带?各带的主要作 用是什么?
• 烘干带 生料浆水分蒸发; • 预热带 生料中氢氧化物或水合物脱水; • 分解带 主要为石灰石热分解和开始部分固相反应; • 烧成带 最后完成熟料矿物组成的反应; • 冷却带 熟料冷却。
第一章氧化铝的生产
20 熟料溶出的目的是什么?试写出熟料溶出过 程中的主要化学反应式。
合法和烧结法工艺;生产规模偏小,技术装备水 平低;产品质量低品种少;污染环境排放大量有 害物质。 7. 概述氧化铝的生产方法?
第一章氧化铝的生产
答:酸法、碱法和电热法 酸法生产氧化铝是用硝酸、硫酸或盐酸等无机酸处理含铝原料而得到相应的
铝盐的酸性水溶液。然后使这些铝盐成为水合物(经蒸发结晶)或碱式铝盐 (水解结晶)结晶从溶液中析出,亦可用碱(NH4OH)中和这些铝盐水溶液 ,使铝成氢氧化铝析出。煅烧所得到的氢氧化铝即可得到氧化铝。
4. 单流法 双流法 答:单流法是指将循环母液和铝土矿一起磨制成原矿浆进行预
热溶出的方法。 双流法是指仅将一部分循环母液送去磨制原矿浆,大部分 循环母液单独预热到溶出温度,然后再于溶出器内与浓稠 原矿浆进行混合溶出的方法。
第一章氧化铝的生产
5. 写出下列含铝矿物的分子式:刚玉、三水铝石、 一水铝石、明矾石、霞石?
第一章氧化铝的生产
电热法可用于处理高硅高铁的铝矿。在电炉内还原熔炼矿石,同时获得硅铁合金与含氧化铝 的炉渣,二者借比重不同而分开,用碱法从炉渣中提取氧化铝。电热法仅适用于有廉价 电能供应的个别情况。
拜耳法是直接利用含有大量游离苛性钠的循环母液处理铝土矿,溶出其中氧化铝得到铝酸钠溶 液,并用加氢氧化铝种子(晶种)分解的方法,使铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝结晶。 种分母液经蒸发后返回用于溶出铝土矿。
。比表面积↗氧化铝的化学活性↗,越易溶解 堆积密度(体积密度):是指在自然状态下单位体积物料的质量。堆密度↘越有利于氧化铝在电解质中
的溶解 真密度:是指不包括内外气孔体积的单位体积物料的质量(内气孔是指物料中不与大气相通的气孔,外
气孔是指物料中与大气相通的气孔) 假密度:是指不包括外气孔体积单位体积物料的质量。 破损系数:是氧化铝的强度指标。是指氧化铝在载流流化床中循环15min后,试样中-44μm粒子含量改
(2) (2) 氢氧化铝结晶 在铝酸钠溶液加种子分解过程中,析出的氢氧化铝 多晶体可有如下的形成机理:次生成核;结晶生长;晶粒附聚;晶粒 破裂磨损。
17. 影响晶种分解过程的因素有哪些? 答:分解原液的浓度和分子比;分解温度;
种子数量和质量;杂质影响
第一章氧化铝的生产
18. 烧结法生料加煤对生产过程有哪些作用? 答:当烧结物料进入到窑的高温带后,处于氧化气氛下,暴露
煅烧;种分母液蒸发和苛化。 10. 拜耳法铝土矿溶出的目的? 答:为了使铝土矿中的三氧化铝变成可溶于水的铝酸钠,把铝和其他的杂质分离
11. 写出三种类型氧化铝水合物溶出反应和主要溶出条件,并比较它们溶出的难 易程度?
(1) 对三水铝石型铝土矿 Al(3 O N Ha)O > H 1 C 00 NaA4 l(OH)
哪些影响因素? 答:铝酸钠溶液的脱硅过程即为使溶液中SiO2由介稳
状态过渡到平衡状态的过程,过饱和部分的SiO2 自溶液中析出。
2Na2SiO3 +2NaAl(OH)4+aq=Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O↓ + 4NaOH+aq
温度 添加晶种
第一章氧化铝的生产
24 粗液添加石灰脱硅的基本原理是什么?影响因素有哪些? 答:石灰是以石灰乳Ca(OH)2浆的形式加入铝酸钠溶液的,加
第一章氧化铝的生产
1. 什么是铝土矿?铝土矿的主要化学成分有哪些?其中有害 的杂质有哪些?
答:铝土矿是一种以氢氧化铝矿物为主的成分复杂的岩石,主 要化学成分有Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2 ,其中有害 的杂质有SiO2、Fe2O3、TiO2 。
2. 含铝矿物主要有哪些种类? 答:按铝土矿的矿物成分分:三水铝石型铝土矿、一水软铝石
观点⑵:石灰对一水硬铝石本身的活化作用
14. 谈谈影响溶出过程的主要因素。
答:⑴. 铝土矿的矿物成分及其结构
⑵溶出温度 、
⑶循环母液碱浓度 、 ⑷配料摩尔比 、 ⑸搅拌强度
15. 赤泥浆液稀释的目的有哪些?
答:①溶出料浆在分离赤泥之前须用赤泥洗液予以稀 释,以降低料浆溶液的粘度,提高分离效率;
②降低溶液的浓度,使之适合加种子分解的要求; ③随溶液浓度降低可促进溶液的继续脱硅,减少氧化硅含
⑶ 水合铝硅酸钠进入产品造成产品质量降低
13. 溶出一水硬铝石时添加石灰的作用和原理
答:观点⑴:一水硬铝石本身较难溶解,而矿石中锐钛矿和金 红石等钛矿物则先于一水硬铝石而与碱液反应生成钛酸钠 ,钛酸钠呈胶态膜状包围矿粒表面,阻止一水硬铝石与碱 液接触,致使氧化铝不能溶出。如有石灰存在,破坏钛酸 钠的保护膜,消除TiO2的有害作用。
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