有色金属冶金学铝电解(一)
第九次课拜耳法生产氧化铝课件.
——铝冶金学
2015年11月
铝冶金学
绪
论
1. 铝的特性与用途 2. 炼铝原料 3. 铝的生产方法 1. 拜耳法生产氧化铝 2. 烧结法生产氧化铝 3. 联合法生产氧化铝 1. 2. 3. 4. 铝电解用原材料制备 铝电解过程机理 铝电解生产过程 原铝的精炼
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氧化铝生产
金属铝生产
日常生活中的铝制品
铝合金门窗 饭盒 铝水壶 铝锅 自行车铝圈 铝汤匙 电饭煲内锅 摄影用三脚架 某些洗 衣机的内筒 铝芯电线 铝脸盆 但人类多吃铝，会造成脑中毒。如老年痴呆 铝箔广泛用于包装香烟、糖果等
铝的用途
铝在交通运输工业上的应用
近年来，汽车和铁路车辆的用铝量明显增多，其目的是为减轻车身的质量，以 求节省燃料。全铝汽车正在试制。电动汽车上用Al/空气电池作动力。因此，铝又被 誉为一种节能的材料。
分解母液蒸发的 目的 碳酸钠苛化的目 的 碳酸钠苛化的方 法
拜耳循环
高压溶出 溶出矿浆稀释
晶种分解
分解母液的蒸发
拜耳法循环图 200 ＝ ℃α 1.65
K
稀释矿浆
40
60 ℃
20
Al2O3/ ％ C
B
30 ℃
αK＝ 3.40
A D
10
20
Na2O ％
总结
拜耳法——主要内容
基本原理 工艺流程： 主要工序：原因、方法
高压溶出：各组分行为、添加石灰、苛性碱的原因、结疤现象 溶出矿浆稀释、赤泥洗涤：
晶种分解：机理
氢氧化铝分离、洗涤、焙烧 分解母液的蒸发与碳酸钠的苛化
有色冶金原理
C、镁与氢发生反应生成氢化镁，被用于储氢合金的开发(Mg2Ni) D、与TiCl4反应：金属钛生产的方法
E、腐蚀性：(1)化学腐蚀：耐碱（PH>10.2)、不耐酸（低浓度 和高温的氢氟酸除外）
(2)土壤腐蚀：耐粘土腐蚀，有氯化物时腐蚀厉害
特点：可作为原料的天然矿物资源种类多，分布广，易获得； 可利用电、油、天然气等多种能源进行生产； 工艺过程简单，投资少，建厂速度快； 生产过程不产生有毒废弃物，对环境污染小。
缺点：产能低，机械化程度差，所用还原剂价格贵。
在国外，电解法镁产量占镁的总产量约80%
在国内，则是热法占主导地位，占了97%。
有色冶金原理
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2.1.3 Raw Materials and Production Processes
1、Raw Materials
有色冶金原理
6
2、Production Processes
It is possible to divide the magnesium production technologies into two main types：
有色冶金原理
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热还原法：1913年开始研究，1924年由安吉平等（俄国）完 成。1941年Pidgeom（皮江，加拿大）建立了硅铁还原白云 石的试验厂并获得成功，称为皮江法炼镁。随后，加拿大政府 在安大略白云石矿附近采用皮江法建厂，1942年投产。
1947年 法国开始研究连续生产的硅热法，1959年第一 台熔渣导电半连续还原炉投产，1964年开始工业生产。
金属镁无磁性，有较强的韧性、延展性，有良好的导电、 导热性、阻尼性、减振性、切削加工性 。其减振性能、磁 屏蔽性能远优于铝合金。
有色金属冶炼专业(以初中起点普通高级工班为例)课程设置
实施理论、
仿真与实训
•体化教学
的分类、典型结构及用途；懂得塔、反应器维护保养要求。
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化工安全生产实训
教学内容：聚合、氯化、加氢3种危化工艺共9种典型危化工艺产品的生产开停车原理、关键工艺参数及其控制方案，相关工艺事故的处理与考核；机修钳工基础知识和技能训练。
教学要求：熟悉9种典型危化工艺产品相关工艺事故的处理；掌握聚合、氯化、加氢3种危化工艺共9种典型危化工艺产品的生产开停车原理、关键工艺参数及其控制方案;能完成管工、钳工基本操作。
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第八学期重点课程，应结合广西南宁南南铝的最新技术进
教学要求：掌握当今社会所需求的铝型材类型，掌握最常用铝型材的加工方法，了解铝材在前沿科技中的用途，了解高端铝材的加工方法。
行教学
1()
稀土提
取工艺
（上）
教学内容：稀土开发史略、稀土元素化学、轻稀土的各种分离方法、轻稀土的金属冶炼方法、轻稀土金属生产过程中用到的设备。教学要求：使学生掌握稀土对人类生产生活的重要性以及稀土开发的历史沿革，使学生掌握轻轻稀土元素提取过程中的酸溶工艺、萃取工艺、沉淀工艺、灼烧工艺以及轻、中、重稀土金属的还原熔炼工艺，其中要重点突破流程、原理和操作步骤，同时使学生了解稀土提取过程中所用到的萃取槽、抽滤机和焙烧炉等设备的结构、使用和维护。
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结合多媒体和实训装置进行教学
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碳素与冰晶石生产工艺
教学内容：铝用炭素生产的原料及燃料、煨烧、破碎与筛分、配料、混捏、成型、焙烧、组装和加工、石墨化阴极、碳素生产环境保护、冰晶石的生产工艺流程与设备。
教学要求：能使学生掌握电解铝生产中所用碳素材料与冰晶石的标准、了解它们的生产流程和设备。
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结合电解铝工艺来讲解
有色金属冶金技术作业答题
有色金属冶金技术作业答题汇总第一篇轻金属冶金学第一章氧化铝生产【习题及思考题】1、常见的氧化铝及其水合物有哪些？比较它们的化学活性。
铝土矿按其含有的氧化铝水合物的类型可分为：三水铝石型铝土矿；一水软铝石型铝土矿；一水硬铝石型铝土矿；混合型铝土矿。
我国铝土矿资源丰富，储量大；高铝、高硅、低铁；铝硅比较低，中低品位铝土矿居多；多数铝土矿是一水硬铝石型铝土矿。
2、试比较国内外铝土矿的特点。
中国铝土矿的特点我国铝土矿的特点高硅、高铝和低铁，为一水硬铝石型，矿石中铝硅比在4～7之间[m(Al2O3)/ m(SiO2)]。
福建、河南和广西有少量的三水铝石型铝土矿。
3、砂状氧化铝和面状氧化铝各有什么特点？为什么砂状氧化铝的生产已发展成为主流？4、指出衡量铝土矿的质量的指标铝土矿质量评价标准：A、矿石类型B、矿石中可溶性氧化铝含量可溶性氧化铝含量是由氧化铝总量减去由氧化硅生成羟基方钠石化合物所损失的氧化铝量。
铝土矿的可溶性碱液溶出次序：三水铝石型、一水软铝石型、一水硬铝石型。
5、目前生产氧化铝的最主要的原料有哪些生产氧化铝的原料有铝矿土，明矾石矿和霞石矿。
6、铝酸钠溶液的稳定性对生产过程有什么影响？7、指出拜耳法的原理及实质？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。
流程见下页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。
8、指出碱石灰烧结法的实质和原理。
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。
冶金工程的二级学科和三级学科
冶金工程作为一门重要的工科学科，涉及到广泛的知识领域和专业技术。
在冶金工程领域中，二级学科和三级学科是非常重要的细分学科，对于学科体系的建立和发展有着重要的作用。
本文将围绕冶金工程的二级学科和三级学科展开讨论，探讨其研究内容、学科特点和发展趋势。
一、冶金工程的二级学科1.1 金属材料学金属材料学是冶金工程的一个重要二级学科，主要研究金属材料的组织结构、性能及其加工制备过程。
其研究内容涉及金属材料的晶体结构、力学性能、热处理工艺等方面，是冶金工程中的基础学科之一。
1.2 冶金物理化学冶金物理化学是冶金工程中的另一个重要二级学科，主要研究金属材料的物理化学性质及其在冶金过程中的应用。
其研究内容涉及金属的相变规律、溶质扩散动力学、金属表面化学反应等方面，对于提高金属材料的性能和开发新型金属材料具有重要意义。
1.3 冶金工艺学冶金工艺学是冶金工程中的另一个重要二级学科，主要研究金属材料的提取、精炼、合金化及成形加工等工艺过程。
其研究内容涉及矿石选矿、冶炼炉的设计与运行、金属材料的成形加工工艺等方面，是冶金工程中的应用学科之一。
二、冶金工程的三级学科2.1 有色金属冶金有色金属冶金是冶金工程中的重要三级学科，主要研究有色金属（如铜、铝、镁、锌等）的提取、精炼及其合金化工艺。
其研究内容涉及有色金属矿石的选矿提炼、湿法冶炼、电解精炼等方面，对于推动有色金属工业的发展具有重要意义。
2.2 钢铁冶金钢铁冶金是冶金工程中的另一个重要三级学科，主要研究铁、钢的提炼、精炼及其热处理工艺。
其研究内容涉及高炉冶炼、转炉精炼、钢铁热加工工艺等方面，是冶金工程中的重要应用学科。
2.3 冶金材料工程冶金材料工程是冶金工程中的另一个重要三级学科，主要研究金属材料的性能设计、成形加工及其在工程领域中的应用。
其研究内容涉及金属材料的强化改性、组织控制、材料表面工程等方面，对于提高金属材料的性能和拓展其应用领域具有重要意义。
三、冶金工程学科发展趋势3.1 多学科交叉融合随着科学技术的发展，冶金工程学科与材料科学、化工工程、机械工程等多个学科之间的交叉融合日益增多。
有色金属冶金学
有色金属冶金学前言轻金属：铝、镁、铍、钛、钾、钠、锂、钙、锶、钡等十余种金属重金属：铜、镍、钴、锌、锡、锑、汞等二十余种金属稀有金属：钨、钼、锆、铪、铌、钽、稀土金属等数十种金属贵金属：金、银、铂族金属等几种第一篇轻金属冶金学第一章氧化铝生产1.摩尔比（苛性比）：溶液中Na2O浓度为135g/l，Al2O3为130g/l，则该溶液的摩尔比为MR=(135/130)*(102/62)=1.708。
式中的102和62分别为Na2O和Al2O3的分子量2.拜耳法生产氧化铝的主要工序包括：铝土矿原料准备、熔出、赤泥分离洗涤、分解、氢氧化铝分离洗涤、煅烧、蒸发和苛化3.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。
4.铝土矿的溶出及影响因素：铝土矿的溶出通常是在高于溶液常压沸点的温度下用苛性碱溶液处理的化学反应过程，所以也叫“高压（高温）溶出”。
影响因素：铝土矿的矿物成分及其结构；溶出温度；循环母液碱浓度；配料摩尔比；搅拌强度5.单流法、双流法：在溶出流程上可分将循环母液和矿石一起磨制成原矿浆进行预热溶出的“单流法”及仅将一部分循环母液送去磨制矿浆，大部分母液单独预热到溶出温度，再于溶出器内和浓稠矿浆混合进行溶出的“双流法”6.赤泥分离洗涤过程步骤：赤泥料浆稀释；沉降分离；赤泥反向洗涤；溢流控制过滤7.铝酸钠溶液加种子分解：实际上应包括铝酸根离子的分解和氢氧化铝结晶8.含铝矿物的分子式（刚玉、三水铝石、一水铝石、明矾石、霞石）：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。
铝电解质化学分析方法
铝电解质化学分析方法第2部分：分子比的测定三氯化铝滴定法（行业标准编制说明）送审稿云南云铝润鑫铝业有限公司2019年9月30日一、工作简况1 立项的目的和意义在铝电解生产中，铝电解质的酸度是一项很重要的技术指标，如何测定和控制酸度对铝电解过程至关重要。
电解质酸度有三种表示方式：K1，NaF/AlF3 摩尔比（我国采用并称其为分子比）；K2，NaF/AlF3 重量比（北美洲采用）；F，游离AlF3（%）（西欧采用）。
铝电解质是铝电解时溶解氧化铝并把它还原为金属铝的反应介质。
铝电解质决定着电解过程温度的高低及电解过程是否顺利，并在很大程度上影响着铝电解的消耗、产品质量和电解槽寿命，是成功进行铝电解必不可少的组成部分之一。
铝电解质的物理化学性质，对铝电解生产十分重要，随着生产的发展，为改善铝电解质的物理化学性质，人们在铝电解质中加入各种添加剂，电解质的组成变得越来越复杂，分子比是铝电解操作参数中一项重要的经济指标之一。
传统电解铝工艺采用以高分子比为特征的工艺技术，分子比可在较大的范围内变化，因此对分子比控制没有严格的要求。
然而随着分子比的降低，电解铝过程的工艺参数的变化范围显着变小，对外界的干扰愈来愈敏感，分子比控制的稳定性对电解槽的稳定性起着决定性的作用，因此传统的依赖人工凭经验调整分子比的做法很难保障电解槽在低分子比下稳定运行，对分子比的调整还处于半成熟状态。
为了实现低分子比操作，一方面需不断改进电解槽的设计水平和控制水平，另一方面需探索最适宜的电解质组成和简单、快捷、准确分子比的测定方法。
目前，行业标准YS/T739-2010《铝电解质分子比及主要成分的测定 X射线荧光光谱法》已经发布并实施，此方法需用X射线荧光光谱仪进行测定，但X射线荧光分析仪对非金属和界于金属和非金属之间的元素很难做到精确检测，不能作为仲裁分析方法，检测结果不能作为国家认证根据，不能区分元素价态；对于含有非金属元素的合金，需要代表性样品进行标准曲线绘制，分析结果的精确性是建立在标样化学分析的基础上；标准曲线模型需求不时更新，在仪器发生变化或标准样品发生变化时，标准曲线模型也要变化。
氧化铝生产课件.
Na3AlF6-Al2O3二元系 简单共晶系； 共晶点在摩尔分 数为10～11.5% 或质量分数18.6 ～21.1%处； 962-960 ℃。
3.2 Electrolyte in Industrial Cells 工业铝电解质
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。
3~7 4~5 4~5 2~3 3~5
4~5 3 3
965~97 5 945~95 5 940~95 0
工业电解质发展趋势：
继续降低铝电解质温度，以提高电流效率和 节能。这需要增加电解质中氟化铝的质量分 数，例如达到24-30%，温度降到850-900℃， 约高出铝熔点200-250℃。 采用连续添加氧化铝的装臵,以免产生不溶性 沉淀物。因为氧化铝的溶解度会由于氟化铝 质量分数增大而减小.
阳极反应比较复杂，因为碳阳极是一种 活泼材料，它参与阳极电化学反应。 铝电解中阳极主反应便是铝-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)
两极反应合并起来, 得到铝电解总反应式:
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) 工业铝电解槽的阳极气体组成中CO2，CO的质 量分数分别为70-80%，20-30%。阳极实际消耗 约为400kg。其中存在多量CO主要是由于溶解 在电解质中的铝同一次气体CO2发生逆反应： 3CO2（气）+2Al（溶解的）= Al2O3（溶解的） +3CO（气）
有色冶金学重点复习题
有色冶金学重点复习题一、名词解释（共5小题，每小题4分，共计20分）湿法冶金、火法冶金、电冶金、槽电压、极距、苛性比、铝硅比、分配系数、阳极效应、冰铜、熔池熔炼、漂浮状态熔炼、熔盐氯化、铝酸钠溶液的稳定性（补足：火法冶金----在高温下矿石或精矿经选矿与提炼反应及熔融作业，并使其中的存有色金属与脉石和杂质分开，获得较纯有色金属的过程。
电冶金---利用电能抽取和提炼有色金属的方法极距----所谓极距，就是所指阴、阳两极之间的距离。
铝酸钠溶液的稳定性----铝酸钠溶液的稳定性是指铝土矿溶出液经赤泥分离洗涤后获得的净铝酸钠溶液水解划出al(oh)3所需时间的长短。
）二、简答题（共5小题，每小题6分，共计30分）三、问答题（共3小题，每小题12分，共计36分）四、计算题(共1小题，共计14分)1、某铝厂，电解槽平均值电流（直流）为280ka,平均值电流效率为92％，平均值槽电压4.25v，请分别计算它的年（300天）产铝量和电能消耗各是多少？（铝的电化学当量：0.3356g/(a.h)）p27-282、某湿法炼锌厂，存有生产槽150个，通电电流12000a，平均值电流效率90％，平均值槽电压3.5v，先行排序电锌的电能消耗和日产量各就是多少？（锌的电化学当量：1.2193g/(a.h)）p27-28有色冶金学复习思考题详述1、提取冶金方法是如何分类的？各自定义2、火法、湿法、电化学法三种冶金方法包含哪些基本冶金过程？有色冶金主要单元过程：焙烧、煅烧、烧结和球团、熔炼、火法精炼、浸出、液固分离、溶液净化、水溶液电解、熔盐电解第一章铝冶金1、什么就是铝的歧解反应？p42、现代铝工业有哪些主要生产环节?辅助环节?p23、适宜氧化铝生产的主要矿物存有哪几种?各存有哪些特点？来衡量矿物质量的标准就是什么？p114、简述拜耳法的基本原理和拜耳循环的实质p135、简述拜耳法生产氧化铝的工艺流程p136、什么就是苛性比，它充分反映铝酸钠溶液的什么特性？什么就是铝硅比(a/s)？p14-157、详述铝电解的原理？p191请问：现代铝工业生产，主要实行冰晶石―氧化铝融盐电解法。
有色金属冶金学
第一部分铝1、有色金属的分类：答：轻金属重金属稀有金属贵金属。
轻金属（light metals)：密度小于5.0,很高的化学活性，还原电位小于零用熔盐电解、金属热还原法来提取。
铝、镁、钠、钾、钙、锶、钡。
重金属(heavy metals)：密度大于5.0，化学活性较低用火法冶金或湿法冶金方法来提取铜、镍、钴、铅、锌、锡、锑、汞、镉、铋等10种常用有色金属因产量大，用途广，价格低，称为常用有色金属或贱金属。
Al、Cu、Zn Pb、Ni、Mg、Sn、Sb、Ti、Hg。
贵金属(precious metals)：由于化学活性低，又称惰性金属。
金(Au)、银(Ag)和铂族金属（Pt、Pd、Rh、Ir、Os、Ru )。
稀有金属(rare metals)：是一种习惯称呼，是沿用至今的一个历史名词；或在地壳中丰度小，天然资源少；或虽丰度大，赋存分散，经济提取难；或性质接近难分离成单一金属；或开发较晚，过去使用的较少。
稀有金属按元素物理化学性质、赋存状态，生产工艺以及其他一些特征，分为稀有轻金属、稀有高熔点金属、稀有分散性金属、稀土金属和稀有放射性金属。
2、冶金方法:答：主要的有色金属冶金方法有火法冶金、湿法冶金、电冶金。
火法冶金：在高温下矿石或精矿经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中的有色金属与脉石和杂质分开，获得较纯有色金属的过程。
包括原料准备、熔炼和精炼三个主要工序。
过程所需能源主要靠燃料燃烧供给，也有依靠过程中的化学反应热来提供。
湿法冶金：它是在常温（或低于100℃）常压或高温（100-300 ℃）高压下，用溶剂处理矿石或精矿，使所要提取的有色金属溶解于溶液中，而其它杂质不溶解，然后再从溶液中将有色金属提取和分离出来的过程。
主要包括浸出、分离与富集和提取过程。
电冶金：利用电能提取和精炼有色金属的方法。
A、电热冶金：利用电能转变成热能在高温下提炼有色金属，本质同火法冶金。
B、电化学冶金：用电化学反应使有色金属从所含盐类的水溶液或熔体中析出。
有色金属冶金技术
有色金属冶金技术的发展历程
古代冶金技术
古代人类通过简单的物理方法， 如采矿、破碎和熔炼等，提取有
色金属。
近代冶金技术
随着科技的发展，开始采用更先进 的物理和化学方法提取有色金属， 如电解法、萃取法等。
现代冶金技术
现代冶金技术结合了物理、化学和 材料科学等多学科知识，实现了有 色金属的高效、节能和环保生产。
钛冶金技术的案例分析
总结词
技术原理
工艺流程
应用领域
优缺点
介绍钛冶金技术的案例 分析，包括技术原理、 工艺流程、应用领域和 优缺点等方面的内容。
钛冶金技术主要采用氯 化法和镁热还原法，通 过化学反应将钛元素从 其化合物中提取出来。
氯化法主要包括氯化、 精制、还原等环节，镁 热还原法则主要包括熔 炼、真空电弧凝壳熔炼 等环节。
新材料
研发具有优异性能的有色金属新材料，满足高端制造业、新能源等领域的需求，是未来发展的重要方 向。
新技术
推动有色金属冶金技术的创新发展，开发高效、低成本、环保的冶金新技术，提高生产效率和产品质 量。
智能化与自动化技术的应用
智能化
通过智能化技术的应用，实现生产过程的自动化、智能化控制，提高生产效率和产品质 量。
有色金属冶金技术
目录
• 有色金属冶金技术概述 • 有色金属的提取冶金技术 • 有色金属的精炼与加工技术 • 有色金属冶金技术的挑战与未来发展 • 有色金属冶金技术的典型案例分析
01
有色金有色金属冶金技术是指通过物理或化 学方法从矿石中提取、纯化和制备有 色金属及其合金的工艺技术。
表面处理
采用化学、物理或机械方法对金属材料表面进行处理，以提高其耐腐蚀性、耐磨 性和装饰性。
2024年有色金属冶炼(除铜、铝、铅、锌之外的其他有色金属)模拟试卷及答案
2024年有色金属冶炼（除铜、铝、铅、锌之外的其他有色金属）模拟试卷及答案1、(判断题)依据《安全生产法》规定，生产经营单位的决策机构、主要负责人或者个人经营的投资人不依照本法规定保证安全生产所必需的资金投入，致使生产经营单位不具备安全生产条件的，责令限期改正，提供必需的资金;逾期未改正的，责令生产经营单位停产停业整顿。
（）参考答案：正确2、(判断题)依据《安全生产法》规定，生产经营单位的主要负责人的安全生产工作职责包括及时、如实报告生产安全事故。
（）参考答案：正确3、(判断题)依据《安全生产法》规定，涉及人员死亡的举报事项，应当由县级以上人民政府应急管理部门组织核查处理。
（）参考答案：错误4、(判断题)工贸企业实施有限空间作业前，应当对作业环境进行评估，分析存在的危险有害因素，提出消除、控制危害的措施，制定有限空间作业方案，并经本企业安全生产管理人员审核、批准。
（）参考答案：错误5、(判断题)依据《安全生产法》规定，县级以上地方各级人民政府应急管理部门对本行政区域内安全生产工作实施综合监督管理。
（）参考答案：正确6、(判断题)依据《安全生产法》规定，应急管理部门和对有关行业、领域的安全生产工作实施监督管理的部门，统称负有安全生产监督管理职责的部门。
（）参考答案：正确7、(判断题)依据《生产安全事故报告和调查处理条例》规定，事故调查组有权冻结有关单位和个人的资产。
（）参考答案：错误8、(判断题)依据《安全生产法》规定，生产经营单位接收中等职业学校、高等学校学生实习的，应当由学校对实习学生进行相应的安全生产教育和培训。
（）参考答案：错误9、(判断题)事故隐患排除前或者排除过程中无法保证安全的，应当从危险区域内撤出作业人员，并疏散可能危及的其他人员，设置警戒标志，暂时停产停业或者停止使用。
（）参考答案：正确10、(判断题)某企业组织编制专项预案，因缺少风险分析和应急资源调查资料，编制人员借鉴了其他企业预案的相关情况，制定了具体的应对方案。
铝电解复习题(附答案)
轻金属冶金学电解复习题一、基本概念1、铝电解用的原材料是什么?答：铝电解用的原材料大致分三类：原料——氧化铝；熔剂——氟化盐(包括冰晶石、氟化铝、氟化钠、氟化镁、氟化钙、氟化锂等)；阳极材料——预焙炭块(预焙槽)。
2、目前，在铝工业生产上的电解槽按阳极结构型式可分为多少种?答：电解槽按阳极结构型式可分为两大类四种型式。
1） 自焙阳极电解槽 a、旁插棒式b、上插棒式2）预焙阳极电解槽 a、 连续式b、 不连续式3、什么是阳极效应?答：阳极效应是溶盐电解所固有的一种特征现象。
当其发生时，在阳极与电解质接触的周边上，出现许多细小的电弧，发出轻微的噼啪声，电解质沸腾停止，此时槽电压巳从正常值(例如4.2伏)升高到数十伏，并联在电压表上的指示信号灯也亮了起来。
这就是工厂里所说的阳极效应，阳极效应可以看做是一种“阻塞效应”。
它在很大程度上阻碍阳极与熔体之间的电流传递，实践证明，产生这种现象的主要原因是电解质中缺乏氧化铝。
在其它条件不变时，电解质中氧化铝降低到一定程度，就发生阳极效应。
4、什么叫铝电解的电流效率?它的计算公式是什么?答；所谓电流效率就是在电解过程中实际的铝产量与同样条件下(电流强度和时间)铝的理论产量之比的百分数，其公式是η=M实/M理×100% 式中η一为电流效率(％) M实一铝的实际产量(公斤或吨)M理一铝的理论产量(公斤或吨)上述公式也可以下式表示：η= M实 /(0.3355×I×t) ×100%如果确定了电流效率η，则实际产量可以下式表达M实=0.3356×I×t×η5、什么是铝电解的电能效率？二、主要问题1、目前，在铝工业生产上的电解槽按阳极结构型式可分为多少种? 工业铝电解槽的构造有哪些? 预焙槽的阳极装置有哪些构成?答：电解槽按阳极结构型式可分为两大类四种型式。
1） 自焙阳极电解槽 a、旁插棒式b、上插棒式2）预焙阳极电解槽 a、连续式b、 不连续式工业铝电解槽的构造，主要包括阴极装置、阳极装置、母线装置、绝缘装置和集气装置。
有色金属冶金概论(完整资料).doc
此文档下载后即可编辑课程教学大纲课程名称：有色金属冶金概论课程名称：Introduction to Metallurgy of Non-Ferrous Metals课程号：061899课程类型：专业课学时：36学时适用对象：冶金工程专业本科生先修课程：《冶金化工过程与设备》、《冶金热力学及动力学》、《冶金传输原理》。
一、课程的性质、目的与任务本课程是冶金工程专业本科生的专业课，为限选课；目的是使钢铁冶金专业方向的学生扩大专业面，以适应市场经济的需要。
本课程的讲授完成如下任务：了解常用有色金属的性质和用途；掌握常用有色金属冶金的主要原理、主要生产工艺。
二、课程的内容及学时分配：第一部分：绪论（建议学时数：2学时）本部分的学习目的和要求：本部分首先从课程的性质引入，讲解有色金属的分类及各种金属的所属类别，介绍有色金属提取过程的特点，对有色金属的提取方法进行归纳性总结。
通过本部分的学习，应了解各种有色金属所属的类型，熟悉有色金属的分类依据，掌握有色金属提取过程的特点。
本部分的教学内容：有色金属提取过程的特点；有色金属的提取方法。
本部分的重点和难点：有色金属提取过程的特点。
第二部分：铜冶金（建议学时数：10学时，其中包括讨论课2学时）本部分的学习目的和要求：通过对本部分的学习，学生应了解湿法炼铜的工艺；熟悉连续炼铜的工艺、基本原理；对比钢铁冶金流程，掌握火法炼铜的工艺流程及各主要单元过程的基本原理。
本部分的教学内容：本部分从铜及其主要化合物的性质、用途入手，讲授炼铜的原料，火法炼铜、湿法炼铜工艺流程、基本原理。
在火法炼铜部分，主要讲授硫化铜精矿的硫酸化焙烧和氧化焙烧的工艺、基本原理；讲授造锍熔炼的基本原理；讲授冰铜吹炼、粗铜的火法精炼、电解精炼的工艺、基本原理；讲授连续炼铜的工艺、基本原理。
简单介绍湿法炼铜部分。
本部分的重点和难点：硫化铜精矿的硫酸化焙烧和氧化焙烧的工艺、基本原理；造锍熔炼的基本原理；冰铜吹炼、粗铜的火法精炼、电解精炼的工艺、基本原理。
铝电解课程标准
后续学习领域铝电解工职业技能鉴定，顶岗实习，毕业设计《电解铝》是冶金技术专业的核心学习领域，构建于《应用化学》、《物理化学》等学习领域基础上，该学习领域的实践性很强，是学生就业的主要工作领域，对学生毕业后工作具有重要的作用。
（二）设计思路本学习领域立足于职业能力的培养，从学习领域内容的选择及排序两个方面重构知识和技能。
在学习领域内容的选择上，根据炼铁工岗位及其岗位群“”这一典型工作任务对知识和技能的需要，以从业中实际应用的经验和策略的习得为主、以适度够用的概念和原理的理解为辅。
以行动为导向，基于工作过程的系统化，构建理论与实践一体化的学习领域内容。
以工作任务为载体设计学习情境，每一学习情境都设计为完成一个分部炼钢工作任务，体现一个系统化的完整的工作过程。
在学习领域内容的排序上，遵循认知规律，由易到难地设计学习情境，同时兼顾工作过程的先后顺序。
（三）学习领域（课程）目标1. 方法能力目标：●●培养学生谦虚、好学的能力；●●树立学生勤于思考、做事认真的良好作风和良好的职业道德。
●●培养学生的自学能力与自我发展能力；●●培养学生的创新能力；●●培养学生良好的职业道德。
2. 社会能力目标：●●培养学生的沟通能力及团队协作精神；●●培养学生分析问题、解决问题的能力；●●培养学生勇于创新、敬业乐业的工作作风；●●培养学生的质量意识、安全意识；3. 专业（职业）能力目标：●●职业专门技术能力目标：具有利用专业知识分析冶金过程中各种变化规律的能力；具有正确运用专业知识处理冶金过程实际问题的能力。
●●理论知识目标：掌握金属铝熔盐电解生产的基本理论及生产工艺；学习领域：电解铝教学时间安排：第4 学期课时：44（11实训）熟悉事先各种工艺步骤的冶金设备的构造、原理及其操作与使用方法；掌握单项工程设计、施工和生产管理知识；掌握各种生产工艺的技术条件及控制方法；掌握铝电解的正常生产操作机故障处理；熟悉铝电解物料平衡、能量平衡的计算；掌握铝电解槽结构的设计、选择与操作。
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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
目前，300-500kA，昼夜产量2170-3620kg
电流效率
最初低于80%，现在一般为90%，高的达到 95%以上
能耗
最初高达30-40kW·h/kg Al，现在降低到 12-15 kW·h/kg Al。
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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、Conductivity of Electrolyte 熔融电解质 的导电
➢ Electrodes: cathode and anode are connected to the minus(-) and plus(+) of DC supplier.电极：分为阴极(C)和阳极(A)两种， 它们分别与直流电源的负极(-)和正极(+)连 接。
炭阳极的理论消耗量是
1.5 ×12/54×100% =333 kg(C) /t (Al)
工业铝电解槽的阳极气体组成中CO2，CO的 质量分数分别为70-80%，20-30%。阳极实 际消耗约为400kg。其中存在多量CO主要是 由于溶解在电解质中的铝同一次气体CO2发生 逆反应：
3CO2（气）+2Al（溶解的）= Al2O3（溶解的） +3CO（气）
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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
铝在冰晶石—氧化铝中的溶解形式： 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
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4、铝电解槽 The Cell
铝电解槽是炼铝的主体设备。 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%。
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电解槽容量及昼夜铝产量
1888-1900年 4000-8000A 昼夜产量2428kg
有色金属冶金学
Non-ferrous Metallurgy
Aluminium Electrolysis 铝电解（一）
1
1、概述—Introduction
2
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
3
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℃。
前者对应较高氧化铝浓度，后者对应较低 氧化铝浓度： 2Al2O3 + 2 [AlF6]3- =3 [Al2O2F4]2-
2Al2O3 + 4 [AlF6]3- =3 [Al2O2F6]2- +6F-
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Reactions in Auminium Electrolysis 铝电解电极反应
（1）Cathode reaction阴极反应 在熔融铝电解质中，钠离子的迁移数约为 99%，但它并不在阴极上放电。 在工业电解质组成的温度范围内，生成液体 铝的可逆电势约比生成液体钠（压力为1大 气 压）的低0.24V,所以阴极上Al3+优先放电， 是一种三电子迁移过程。
➢ 采用连续添加氧化铝的装置,以免产生不溶性 沉淀物。因为氧化铝的溶解度会由于氟化铝 质量分数增大而减小.
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3.3 Structures of Na3AlF6-Al2O3 System and Reactions at Electrodes
冰晶石-氧化铝熔液的离子结构与电极过程
熔融冰晶石中的离子: Na3AlF6 = 3Na+ + [AlF6]3[AlF6]3- = [AlF4] - + 2F-
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）
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工业生产中，经常要向电解质当中添加某些 能够改善电解质理化性质以及提高电解生产 指标的盐类，这些盐类称为添加剂
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电解液的密度约为2.1g/cm3，铝液密度为 2.3 g/cm3，两者因密度差而上下
分层。铝液用真空抬包抽出后，经
过净化和过滤，浇铸成商品铝锭，
纯度达99.5 -99.8%。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。经过净化后，废气 排入大气，收回的氟化物返回电解 槽内继续使用。
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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.
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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。
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8
3、Principle of Aluminium Electrolysis 铝电解原理
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。
阳极反应比较复杂，因为碳阳极是一种活 泼材料，它参与阳极电化学反应。 铝电解中阳极主反应便是铝-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)
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两极反应合并起来, 得到铝电解总反应式:
Al2O3 + 1.5C = 2Al(液) +1.5CO2(气)
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由于阴极上离子放电过电压较小，析出 铝的过电压约10 -100mV。所以阴极反 应主要是析出铝。
Al3+ + 3e = Al（液）
在阴极双电层中，铝-氧-氟络合离子中 的Al3+受阴极的吸引，挣脱掉络离子的 束缚，往布满电子的阴极上靠拢，发生 三电子转移的电极反应，生成液体铝.
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（2）阳极反应Anode reaction
➢ Electrolysis system: electrodes, electrolyte and the cell.电解体系的构成：电极、电解质、 盛置电解质的电解槽。
Electrochemical reactions occur at the surface of the electrodes.电极表面是电化学 反应发生的场所.
➢固态冰晶石有三种变体：其相变温度分别为565 ℃和880 ℃ 即单斜晶系 立方晶系 六方晶系
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依冰晶石线为基准，划分两个分系： （1） NaF-AlF3分系。简单共晶系，共晶 点在23% AlF3+77% NaF处，888℃。 （2） Na3AlF6- AlF3分系。 包晶反应，包晶点737 ℃ Na3AlF6 + L → Na5Al3F14亚冰晶石
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。
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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：46%
对该系意见不一致：
※ 是在狭小的温度范围内存在单冰晶石（680710 ℃）；
※ 另一种是根本不存在单冰晶石。
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Na3AlF6-Al2O3二元系
简单共晶系； 共晶点在摩尔分 数为10～ 11.5%或质量分 数18.6～21.1% 处； 962-960 ℃。
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3.2 Electrolyte in Industrial Cells
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铝电解中的两极副反应 Sub-reactions in electrodes
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。
冰晶石是由NaF和AlF3合成的，NaFAlF3二元系、 Na3AlF6-Al2O3二元系和 Na3AlF6- AlF3-Al2O3三元系是铝电解质 的基本体系。
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NaF-AlF3系
➢化合物：冰晶石 （Na3AlF6）、亚冰 晶石（Na5Al3F14）， 还可能有单冰晶石 （NaAlF4）