有色习题

1. 有色金属的分类？
金属通常分为黑色金属和有色金属两大类：
1. 黑色金属：是指铁、锰和铬三个元素以及它们的合金。

2. 有色金属：是指除铁、锰和铬以外的所有金属
有色金属又按其密度、价格、在地壳中的储量、分布情况及发现使用的早晚又分为五大类：
1）轻有色金属：一般是指密度在4.5g.cm-3以下的有色金属，包括铝、钾、钠、钙、镁、锶、钡。

2）重有色金属：密度在4.5g.cm-3以上的有色金属，包括铜铅锌镉、镍钴锑锡、汞铋3）贵金属：金银及铂族元素（钌铑钯锇铱铂，RuRhPd OsIrPt）
4）准金属：硼硅锗砷锑硒碲钋(BSiGeAs SbSeTePo)，它们的性质（物理和化学性质）是介于金属与非金属之间。

5）稀有金属：在自然界含量少、分布稀散、发现较晚的金属，包含约50种金属，如：锂铷铯铍、铪、钨钽钼铌、钛钒铼、镓铟铊锗、稀土元素及人造元素等。

2. 铝土矿的类型以及我国铝土矿的特点？
铝土矿是氧化铝生产的主要原材料，国内外95%的氧化铝是用铝土矿生产的，种类有：三水铝石（γ-Al2O3.3H2O），
一水软铝石（γ-Al2O3.H2O）
一水硬铝石（α-Al2O3.H2O）。

国内因铝土矿的特点是铝高、硅高、铁低，铝硅比在4～7之间，一般采用混联法，小部分采用烧结法，极少部分采用拜耳法。

3. 判断铝土矿质量高低的指标是什么？该指标的定义？
氧化硅是主要的有害成分，是氧化铝生产中造成碱和氧化铝损失的主要根源。

在氧化铝生产中评价铝土矿的质量是以铝土矿中氧化铝和氧化硅的重量比（铝硅比）为标准。

1）铝硅比（A / S）
铝土矿中氧化铝和氧化硅的重量比
称为铝硅比，用A/S表示。

铝硅比越大，铝土矿的质量越好。

4. 铝土矿的主要杂质？
主要杂质为：SiO2、Fe2O3、TiO2。

氧化硅是主要的有害成分，是氧化铝生产中造成碱和氧化铝损失的主要根源。

三氧化二铁在矿石处理过程中，只有极少部分以铁酸钠的形式进入溶液，但在以后的稀释工艺中又水解除去，所以对过程的影响比二氧化硅要小得多。

我国的一水硬铝石中三氧化二铁含量在5%以下，属低铁矿，所以我国的铝土矿是属高铝、高硅、低铁矿，不适合拜尔法，而国外的是属低硅高铁矿，很适合拜耳法生产。

氧化钛加石灰，生成钛酸钙除去。

另外，钒、镓在矿石处理过程中有积累，镓以NaGa(OH)4 形态进入溶液，钒以Na3VO4形态进入溶液，二者加石灰可以除去回收。

5. 碱法生产氧化铝有哪些方法？
1. 酸法
用盐酸、硝酸或硫酸将铝矿石处理使氧化铝转化为可溶性铝盐，再将铝盐水解得氢氧化铝，煅烧得氧化铝。

2. 碱法
就是用碱（烧碱或纯碱）处理铝矿石，使氧化铝转变为可溶解的铝酸钠。

1）碱法的种类
可分为烧结法和拜耳法两种基本方法。

烧结法和拜耳法又可以联合起来组成联合法。

联合法又分为并联法、串联法及混联法。

当铝硅比A/S ≥ 7时，该矿石可以采用拜耳法处理，当然也可以采用烧结法处理；
当3.5 ≤A/S < 7时，就不宜用拜耳法处理，但可以采用烧结法处理；
当A/S < 3.5时，可以采用烧结法处理，但这时已无实际意义。

我国的一水硬铝石矿属高硅矿，铝硅比一般在4 ~ 7之间，不适合单独采用拜尔法处理，只能采用烧结法等。

6. 决定碱法生产氧化铝方法的主要因素是什么？请具体指出来。

国外拜耳法和烧结法用得比较多，尤其是拜耳法用得更多（全世界氧化铝大于90%用拜尔法生产），主要是因为国外的铝矿石含硅较低，铝硅比大于7。

生产方法由铝矿石中的铝硅比决定
国内因铝土矿的特点是铝高、硅高、铁低，铝硅比在4～7之间，一般采用混联法，小部分采用烧结法，极少部分采用拜耳法。

7. 铝土矿中二氧化硅有什么危害？
氧化硅是主要的有害成分，是氧化铝生产中造成碱和氧化铝损失的主要根源。

在氧化铝生产中评价铝土矿的质量是以铝土矿中氧化铝和氧化硅的重量比（铝硅比）为标准。

8. 拜尔法和烧结法的优缺点？
烧结法与拜耳法相比较，前者能耗高约6倍以上，而且拜耳法的产品质量明显优于烧结法。

拜耳法虽然具有很多优点，但是其应用有严格的限制条件，主要限制条件是铝硅比，拜耳法要求铝硅比大于7的矿石；而对烧结法来讲，原则上可以处理各种类型的矿石，但从经济角度考虑，一般只处理铝硅比大于3.5以上的矿石。

混联法
在我国是一项十分成熟而又行之有效的方法，它收率高，能耗低，在我国这三种方法中数它经济效益最好。

9. 什么叫苛性比？
苛性比：是指铝酸钠溶液中Na2O与Al2O3的摩尔数之比：
式中Na2O包括NaAlO2（NaAl(OH)4）中的Na2O和溶液中游离NaOH中的Na2O；Al2O3为NaAlO2 中的Al2O3。

αk是铝酸钠溶液的一个重要参数。

10. 分析Na2O—Al2O3—H2O系状态图的特点。

1. 每个温度下的溶解度等温线都包括不同的两部分，左半部分和右半部分。

左半部分的平衡固相在1000C以下是三水铝石，大于1000C是一水硬铝石；右半部分的平衡固相在1300C以下是带结晶水的结晶铝酸钠，大于1300C为无水铝酸钠。

2. 随温度升高，三水铝石在氢氧化钠溶液中溶解能力增加；铝酸钠的溶解度一般也增
加。

3. 在同一温度下，三水铝石的溶解度随氢氧化钠浓度增加而增加；而铝酸钠溶解度随氢氧化钠浓度增加而降低。

4. 铝酸钠溶液中的苛性比（αk）在Na2O-Al2O3-H2O系直角坐标状态图上，可用通过坐标的原点的直线表示。

5. 等温平衡线中都有一个峰值，在峰值的左边，随着碱浓度的降低，平衡图上对应的碱铝比（苛性比）迅速增加，氢氧化铝不断析出，由此可以获得氢氧化铝沉淀和氢氧化钠溶液。

为此，工业上一般将铝土矿的碱浸液即铝酸钠溶液稀释，这也是拜耳法的理论基础
11. 拜尔法的步骤以及各步骤的作用？
拜尔法流程包括三个步骤：铝土矿溶出，铝酸钠溶液种分，氢氧化铝煅烧
氧化铝的溶出
一般采用加温加压溶出，根据矿石的种类不同，压力和温度也不同。

三水铝石：Al2O3.3H2O + 2NaOH 大于1000C 2 NaAl(OH)4
一水软铝石：Al2O3.H2O + 2NaOH + 2H2O 大于2000C 2NaAl(OH)4
一水硬铝石：Al2O3.H2O + 2NaOH + 2H2O 大于2400C 2NaAl(OH)4
种分目的
达到铝与苛性钠分离的目的；得到具有一定强度、粒度和纯度的氢氧化铝。

氢氧化铝煅烧
三水铝石在大约1100oC煅烧得α—Al2O3
12. 指出硅在拜尔法中的危害？（解释为什么硅在拜尔法是最有害的杂质？
硅的溶出
Al2O3.2SiO2.2H2O +NaOH ---- Na2SiO3 + NaAl(OH)4
SiO2 +NaOH ----- Na2SiO3+ H2O
a. 脱硅反应
溶液中硅酸钠又会与铝酸钠反应生成溶解度比较小的水合铝硅酸钠(称霞石)沉淀：
2Na2SiO3 + 2NaAl(OH)4 + 2H2O Na2O.Al2O3.2SiO2.nH2O +2NaOH
这一反应也叫脱硅反应，在脱硅反应中因有氧化铝和氧化钠参与反应，造成碱损和铝的溶出率降低。

说明硅是主要有害杂质。

在处理一水硬铝石时，因温度较高，硅溶出量较多，为减少碱损失，通常加入3～7% CaO，使硅与钙生成水合铝硅酸钙（水合石榴石）3CaO.Al2O3.nSiO2(6-2n)H2O，但不能消除氧化铝的损失。

13. 拜尔法氧化铝的理论浸出率？
根据霞石的分子组成可知，1kg SiO2要结合0.85kg Al2O3损失到赤泥中，氧化铝的理论溶出率：
式中A/S为铝硅比。

多数情况下，铝土矿高压溶出的脱硅产物的组成为Na2O.Al2O3.1.7SiO2.nH2O ，
这时1.0 kg SiO2要结合1.0 kg Al2O3 损失到赤泥中，所以有的则采用这种组成的关系来计算氧化铝的理论溶出率：
14. 拜尔法中加入氧化钙的作用？
钛矿与氢氧化钠生成钛酸钠，以胶态膜形式包裹在铝矿石表面，阻止其分解。

有氧化钙存在时可生成结晶较好的水合钛酸钙或钛酸钙，破坏保护膜。

氧化钙的作用：1）减少碱损（将水合铝硅酸钠转化为水合铝硅酸钙；将钛酸钠转化为钛酸钙）；2）加速铝土矿的溶出过程。

15. 影响氢氧化铝（种分）颗粒大小的因素？
氢氧化铝结晶过程中包括以下过程：
晶体生长，晶粒附聚，次生晶核的生成，晶粒磨损破裂。

影响氢氧化铝粒度的因素：晶种比，晶种的活性、过饱和度，温度，搅拌强度，时间。

16. 影响种分的因素？
有苛性比、净化液（精液）中氧化铝浓度、温度、时间、晶种比及晶种的活性等都影响种分过程。

17. 烧结后的熟料组成？
1、原理
铝土矿在碳酸钠存在下，经焙烧，铝转化为铝酸钠。

反应为：
Al2O3.xH2O + Na2CO3 Na2O.Al2O3 + CO2 + xH2O
烧结熟料水浸得铝酸钠水溶液，然后将净化后的铝酸钠水溶液送去碳分或种分得Al(OH)3。

氧化钙的作用：除硅除钛；减少碱损和铝损。

熟料中除含有铝酸钠以外，还含有其它物质。

A．铁酸钠（Na2O.Fe2O3）
是在高温下氧化铁与纯碱反应的产物。

在高温下，当配碱量不足时，铁酸钠与氧化铝反应生成铝酸钠。

熟料浸出时，铁酸钠在热水中易水解，它是水中游离碱（NaOH）的主要来源。

B．硅酸二钙（2CaO.SiO2）
矿石中的硅与添加的氧化钙生成硅酸二钙，达到除去大部分硅的目的。

C．钛酸钙（CaO.TiO2）
矿石中的氧化钛能与添加的氧化钙生成不溶于水的钛酸钙，达到除钛的目的。

D．在某些条件下，还有少量下列物质生成
铝酸钙（CaO.Al2O3）、铁酸二钙(2CaO.Fe2O3)、铁铝酸四钙(4CaO.Al2O3. Fe2O3)、霞石(Na2O.Al2O3.2SiO2)和游离石灰(CaO)等。

铝酸钙和铁酸二钙的生成主要是生料配碱不足；霞石的生成主要是生料配钙不足。

18. 烧结法中加入CaO的作用？
氧化钙的作用：除硅除钛；减少碱损和铝损。

19. 烧结法中怎样减少或控制二次反应的发生？
2CaO.SiO2在氢氧化钠水溶液中生成Na2SiO3和Ca(OH)2，它们与铝酸钠进一步反应生成水合石榴石，造成铝损，如何阻止硅酸二钙的溶解和石榴石的生成是控制铝损的关键。

方法
有：采用较低的溶出温度78～820C；快速分离赤泥等；用调整液调整溶出液的苛性比为1.25左右，以减少溶液中苛性碱的浓度，使硅酸二钙的分解受到抑制：
2CaO.SiO2 + NaOH Na2SiO3 + Ca(OH)2
增加溶液中碳酸钠的浓度，使Ca(OH)2与之生成碳酸钙；
20. 铝酸钠溶液脱硅的方法？
铝酸钠溶液脱硅的目的
熟料溶出时，由于其中的硅酸钠溶于水以及硅酸二钙等分解产生部分硅酸钠，使溶出液中SiO2含量达4.5～6g/L，铝硅比为30～40，超过该条件下二氧化硅的平衡浓度，这种含大量SiO2的溶出液称粗液。

这种粗液不能直接送去种分或碳分，因种分要求铝硅比大于250～350；碳分90%时，要求铝硅比大于550～600，很明显粗液中二氧化硅含量过高，要进行脱硅。

脱硅方法
方法为常规高压一段脱硅（150～1700C）和加石灰深度二段脱硅，经二段脱硅，铝硅比可达1200以上。

一段脱硅方法只能使铝硅比达到350～450，不能满足碳分工艺要求，有时还需要进行深度脱硅。

石灰脱硅的原理是能使硅生成比水合硅铝酸钠（霞石）溶解度更小的水合铝硅酸钙（水合石榴石），达到深度脱硅的目的。

21. 碳化过程中怎样减少SiO2和碳酸铝钠？
碳分原理
CO2与溶液中的游离NaOH反应生成Na2CO3，随着溶液中氢氧化钠浓度降低，铝酸钠过饱和度增大，引起溶液分解，生成Al(OH)3。

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
NaAl(OH)4 = NaOH + Al(OH)3
在CO2气泡与铝酸钠溶液的边界上，先形成碳酸铝钠（Na2O.Al2O3.2CO2.nH2O），然后分解为Al(OH)3和NaCO3，当溶液中NaOH浓度较大时，Al(OH)3又和NaOH反应生成NaAl(OH)4 ，所以反应初期，只是NaOH变为Na2CO3，Al(OH)3并未析出。

随着碱浓度减小，碳酸铝钠才分解为碳酸钠和氢氧化铝。

碳分末期，因碱浓度很低和碳酸钠浓度大，且温度也较高，水合碳酸铝钠容易从溶液中析出，所以当把溶液彻底碳分时，最后的氢氧化铝中含有大量碳酸钠，就是这个原因。

碳分过程中SiO2的析出
SiO2析出分三段：
一段在A/S比较小时明显，这时SiO2 和Al(OH)3 一起析出，造成这一现象的原因可能是二氧化硅还处于过饱和状态，因析出的氢氧化铝表面积大，破坏了介稳态。

二段是SiO2 不与Al(OH)3 一起析出。

三段是SiO2强烈析出，可能是随Al(OH)3析出和NaOH转化为Na2CO3，SiO2过饱和度增加，达到一定程度时，SiO2即以硅酸钠的形式和氢氧化铝一块析出。

加入氢氧化铝和深度脱硅后，则没有第一段，即开始无二氧化硅析出。

为了控制Al(OH)3的纯度，铝酸钠的碳分率不能太高（85%）
碳分条件
A．碳分时间
快速分解的碳分时间：3小时
慢速分解的碳分时间：6~8小时
两者碳分产物杂质的差别：两者各有利有弊，碳分快时，得到的二氧化硅含量
较碳分慢时显著减少，可能与二氧化硅析出滞后有关。

但碳分过快，易夹带母液，使得到的氢氧化铝中氧化钠含量升高。

另外，碳分过快，二氧化碳利用率下降，氢氧化铝颗粒粒度变小。

B．碳分温度：80~900C
C．碳分Al2O3浓度: 90~110g/L
D．碳分率：85%
22. 混联法原理及优缺点？
并联法：就是以拜耳法处理高品位铝土矿，以烧结法处理低品位铝土矿。

烧结法系统的溶液全部并入拜耳法中的种分系统，以补充拜耳法系统的苛性碱损失。

优点：
1）可以同时处理高低品位的铝土矿，充分利用铝矿资源；
2）可以取消拜尔法的苛化工序（种分获得的碳酸钠可以直接送烧结法），同时因高温烧掉了碳酸钠吸附的有机物，减少了有机物对种分的影响，
缺点：
1）工艺复杂；
2）拜耳法系统的生产受烧结法的影响和制约。

串联法：用于处理中等品位的铝土矿和低品位的三水铝石型铝土矿。

先用拜耳法处理铝土矿，提取大部分铝，然后再用烧结法处理拜耳法的赤泥，进一步提取其中的铝和碱，所得的铝酸钠溶液全部并入拜耳法中的种分系统。

优点：
1）可以克服矿石中碳酸盐和有机物含量高带来的影响；
2）氧化铝回收率高，碱耗低；
3）产品成本较低；
4）适合处理中低品位铝土矿。

缺点：
1）赤泥烧结时，因其中A/S之比小和Fe2O3量较高，在烧结的技术上有困难；
2）如果Fe2O3低，则存在补碱不足的问题；
3）拜耳法中矿石品位和溶出条件的波动，则引起烧结法生产的波动，反过来又影响拜耳法。

如果铝土矿中铁含量低，则串联法中的烧结系统向拜耳法系统提供的碱不足，解决这个问题的办法是混联法。

混联法：就是在拜耳法赤泥中添加一部分低品位矿石一起烧结，这种相当于把并联法和串联法结合在一起的联合法叫混联法，是我国独有的一种方法，在我国只有该法经济效益最好。

优点：
1）可以有效的调节拜耳系统的碱平衡（混联法中的烧结法所得的溶出液一部分并入拜耳法中的种分系统，多余的部分进行碳分）；
2）用于处理低品位矿石时是十分有效的。

缺点：流程长；控制复杂。

在我国只有极少数厂采用拜耳法和烧结法，大部分采用混联法。

混联法的特点：
1. 拜尔法产生的全部赤泥用于烧结法处理。

2. 赤泥外加一部分低品位矿石烧结。

3. 烧结法的部分净化液送往拜尔法种分，补充碱。

4. 烧结法剩余的净化液用于碳分法。

5. 烧结法和拜尔法浓缩结晶获得的碳酸钠用于烧结法。

绪论及第一章思考题:
1 详细列举有色金属的分类。

2 现代铝工业的主要生产环节和辅助环节?画出现代铝工业生产流程简图。

现代铝的生产有三个主要环节：
(1) 从铝土矿提取氧化铝
(2) 金属铝的生产
(3) 铝加工
辅助环节：（1）炭素电极制造（2）氟盐生产
铝电解基本过程：
现代铝工业生产，主要采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法，其中氧化铝是炼铝的原料，冰晶石是熔剂。

直流电通入电解槽，在阴极和阳极上发生电化学反应。

电解产物，阴极上是液体铝，阳极上是气体CO2（75-80%）和CO（20-25%）。

在工业电解槽内，电解质通常由质量分数为95%的冰晶石和5%的氧化铝组成，电解温度为950-970℃。

3 制取氧化铝的主要矿物有哪些?铝土矿的主要类型以及中国铝土矿的特点?
4 画出从铝土矿提取铝的简要生产流程图.
5 从铝土矿中提取氧化铝的主要方法?
6 拜耳法的原理及主要流程
7 拜尔法生产氧化铝过程中，降温和加水稀释的目的？
8 苛性比、铝土矿中氧化铝的理论溶出率的概念.
9 拜耳-烧结联合法的形式？
10 铝电解的原理及电极过程？写出电极反应及总反应。

在铝电解中，电解质温度达950-970℃。

含氧阴离子在阳极上失去电子，生成气体.
视电极材料而异：
1)如果阳极不参与电化学反应，则属于惰性阳极，生成O2；
2)如果阳极参与电化学反应，则属于活性阳极，例如炭阳极，生成气体CO2。

铝离子在阴极上获得电子之后生成铝。

阴极反应主要是析出铝。

Al3+ + 3e = Al（液）
阳极主反应便是铝-氧-氟离子中的O2-在炭阳极上放电，生成CO2的反应：
3 O2- + 1.5C – 6e = 1.5CO2(气)
铝电解总反应式:
Al2O3 + 1.5C = 2Al(液) +1.5CO2(气)
炭阳极的理论消耗量是
1.5 ×12/54×100% =333 kg(C) /t (Al)
铝电解中的两极副反应
阳极效应：阳极效应是熔盐电解中发生在阳极上的一种特殊现象。

当其发生时，槽
电压升高到20~30V，阳极上出现电火花，同时发出咝咝声，阳极和阳极导线振动(频率升高所致)；此时，正常的电解过程受到严重干扰，电能消耗明显增加。

阳极上产生气体而引起对电解液的排斥作用，是发生阳极效应的共同原因。

铝的溶解：铝在冰晶石—氧化铝熔液中会发生一定程度的溶解，其溶解度随温度的
降低、Al2O3浓度的增大、NaF/AlF3摩尔比值的减小而减小
发生化学反应，生成低价铝离子
2Al+Al3+=3Al+
发生化学置换反应，生成钠
Al+3NaF=3Na+AlF3
物理溶解，即铝以分散的金属颗粒(液态)存在于熔液中
12 现代工业铝电解质酸度的概念和表示方法？
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，另外还添加氟化钙、氟化镁和氟化锂。

冰晶石Na3AlF6可写作3NaF·AlF3，为中性。

在现代铝工业上，普遍采用酸性电解质- 含过量氟化铝。

游离AlF3含量越高，电解质酸度越大
酸性电解质的优点：
熔点较低，可降低电解温度；
铝在其中的溶解度较小，有利于提高电流效率（但会降低氧化铝溶解度）；电解质结
壳酥松好打。

电解质酸度有三种表示方式：
（1）K1，即NaF/AlF3摩尔比（量比）；（中国采用，称分子比）
（2）K2，即NaF/AlF3质量比（北美洲采用）；
（3）f, 即过量AlF3%（西欧采用）
13 铝电解质的添加剂有那些？作用是什么？
对添加剂的要求:
不被电解成它的组成元素而影响铝质量.
可改善电解质性质,如降低电解质初晶点,提高其导电率;减少铝的溶解度;减少电解质密度,等。

吸水性和挥发性应小些，对氧化铝的溶解度无较大影响.
来源广泛，价格低廉。

氟化钙：可降低熔点、增大密度、增大电解质在铝液界面上的相间张力，减少铝溶解损失，增大粘度，减少熔液蒸气压. 但减少导电率，稍微减少氧化铝溶解度。

氧化铝中积累：4-6% 氟化镁：可降低熔点、增大密度、增大电解质在铝液界面上的相间张力，减少铝的溶解损失，优良的矿化剂(在侧壁上形成稳定的结壳)；使电解质结壳疏松好打；帮助炭粒与电解质分离，使槽电阻减小，提高电流效率。

但减少导电率.
氟化锂：降低熔点、提高导电率。

氯化钠：降低熔点、提高导电率，但易水解。

目前工业上采用的电解质分为三类：传统电解质、改良电解质和低物质量比电解质。

14 电流效率的概念及计算方法？如何提高铝电解电流效率？
电解槽槽型：
（1）自焙阳极(self-baked)电解槽：上插式、侧插式
（2）预焙阳极(pre-baked)电解槽：不连续、连续式
目前全世界预焙槽占70%，自焙槽占30%。

自焙槽和预焙槽比较：
（1）在电解过程中，阳极大约以0.8-1.0 mm/h速度连续消耗，自焙槽可连续使用，而预焙槽不能连续使用，须定期更换；
（2）自焙槽散发氟化物，沥青烟气；而预焙槽不散发烟气，不污染环境；
阳极电压：预焙槽阳极电压降只有0.3V，而自焙槽阳极电压降为0.4-0.5V，电耗比
预焙槽高1000kW·h/Al。

基建投资：预焙槽简单，但制造费用高，惟有侧插槽投资最省
预焙槽另外主要优点：槽型大型化、操作机械化和自动化、电流效率高、电耗率低、
烟害小
铝电解槽全部生产过程包括三个阶段：焙烧期、启动和启动后期、正常生产期
铝电解槽的焙烧期
目的：焙烧自焙阳极（对预焙槽则是加热阳极）以及加热阴极，达到900-1000℃，以便下一步启动。

焙烧方法：焦粒焙烧法
铝电解槽的启动期
目的：在电解槽内熔化电解质，开始铝电解。

分干式和常规启动两种。

从启动到正常生产之间有一个过渡期，称为启动后期，大约1个月。

铝电解槽的正常生产期
电解槽经过焙烧和启动之后便进入正常生产期，直到停槽为止，正常生产期通常延续5-7年。

铝电解的电流效率指阴极上实际产出的铝量对于理论上按照法拉第定律计算的铝量的
百分数。

式中，I 为电流强度， t 为电解时间， m 为实际铝产量
提高铝电解电流效率的主要措施：
（1）在适当低的过热温度下进行电解;
过热温度指电解温度与电解质的初晶点之间的差值。

每降低过热温度10℃，平均提高电流效率1-1.5%。

目前一般为5-15℃。

（2）建立和保持理想的槽膛内型；
（3）尽可能使槽内铝液保持平静；
（4）选用低熔点的电解质组成，使用惰性的可湿润阴极
15 铝电解能耗的概念及计算方法？降低电耗有哪些方法？
电能效率：理论电耗与实际电耗之比
铝工业中节电的意义和潜力
根据理论计算，生产每吨铝只需要直流电能6320kW·h 。

但是在工业上生产每吨铝需要直流电能13500- 14000kW·h 。

电能效率＝40～60％
每吨铝实际耗电量
式中 V — 电解槽的总平均电压； η— 电流效率
节电途径
（1）提高电流效率
（2）降低平均电压
16 三层液电解法制取精铝的原理？三层液中各层的特征？精炼用电解质的类型及组成？
铝液净化
往铝液中通入惰性气体(如氮气)或活性气体(氯气)，可使铝液中的固态夹杂物吸附在气泡上，并随气泡上升至铝液表面,最后在过滤层中分离。

净化方法：
在低温（刚刚熔点以上）长时间静止或通入氮气加以搅拌，清除氢。

通入氯气，与铝反应生成氯化铝气泡。

比氮气效果好。

铝的纯度分类
(1) 原铝。

指用熔盐电解法在工业电解槽内制取的铝。

（2）精铝。

一般来自三层液精炼电解槽 （3）高纯铝。

主要用区域熔炼法制取。

下层液体：阳极合金，30%铜与70%铝，密度
3.4-3.7g/cm3.
中层液为电解质，纯氟化物和氯氟化物体系，密度
2.7-2.8 g/cm
3.
最上层精铝，用作阴极，密度
2.3 g/cm3
铝的电解精炼原理：
在阳极合金的各种金属元素当中，只有铝在阴极上溶解出来。

阳极合金中，如铜、铁、硅之类比不活泼的金属元素，并不溶解，仍然残留在合金内。

阳极上的电化学溶解反应是：Al
- 3e = Al3+
迁往阴极的各种阳离子中，铝的电极电位比较正，故Al3+优先在阳极上获得电子，%100t I 3356.0m ⨯⋅=电流η铝实h/t kW 103356.0V 3⋅⨯=ηW
析出金属铝：
Al3+ + 3e = Al
而其余的各种阳离子，如Ba2+, Na+之类，并不放电
但是电解质本身所含的电位比铝更正的元素，例如Si和Fe，却会在阴极上析出，使铝的纯度降低
电解精炼的结果是铝从阳极合金中溶解出来，并在阴极上沉积，得到纯度为99.99%的精铝。

生产1t精铝需要电能17000-18000kW·h（直流电）。

偏析法制取精铝
基本原理：
当原铝从熔融状态下徐缓冷却，到达其初晶点时，结晶析出纯度很高的铝粒，然后将此种铝粒跟剩余的铝液分离，便得到所要求的偏析法产物，可从99.8%的原铝中提取到纯度为99.95%的铝, 其提取率为5-10%。

优点：产量大、能耗低、成本低；
缺点：纯度低
区域熔炼法制取高纯铝
基本原理:
在铝的凝固过程中,杂质在固相中的溶解度小于在熔融金属中的溶解度,因此, 当金属凝固时, 大部分杂质将汇聚在熔区内.如果逐渐移动熔区, 则杂质会跟着转移,最后富集在试样的尾部.
第二章镁冶金
1 硅热还原法的应用有几种？
硅热法炼镁用硅还原氧化镁（白云石）的平均温度随压力的减小而降低。

镁的热法
实际上是真空还原法, 采取温度1100 ~ 1250℃和真空度13.3~133.3Pa，可顺利还原出镁。

真空除了能够降低还原的操作温度之外，还能防止还原剂硅和产品镁被空气氧化。

2 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？
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2MgO· SiO2渣时，还原温度降至2060℃，如果炉料中有CaO存在，能造成2CaO·SiO2渣，还原温度降至1750 ℃。

对于反应2Mg + O2 = 2MgO，当其原始Mg分压小于0.1MPa时，曲线位置向上移动,意味着硅还原氧化镁的可能性增大。

用硅还原氧化镁（白云石）的平均温度随压力的减小而降低。

镁的热法实际上是真空还原法, 采取温度1100 ~ 1250℃和真空度13.3~133.3Pa，可顺利还原出镁。

真空除了能够降低还原的操作温度之外，还能防止还原剂硅和产品镁被空气氧化。

3 皮江法的生产流程及主要工艺参数？
特点：还原设备结构简单，容易操作管理；可利用多种能源进行还原生产
不足：热利用率低，产能低，还原罐价格昂贵，成本远高于电解法
原料与工艺参数
白云石（Mg 不低于30%，在回转窑内煅烧(1350 ℃），硅铁（Si 75%), CaF2(萤石)(质量分数2.5%), 熔剂
设备
蒸馏罐用无缝钢管制成, 卧式.操作温度1200 ℃, 外部加热. 罐长3米, 内径28厘米,装料160kg。

生产过程：。