轻金属冶金学习题

轻金属冶金学习题

1．铝土矿按其含有的氧化铝水合物的类型可以分为：三水铝石型、一水软铝石型、一水硬铝石型、刚玉以及混合型铝土矿。

2．按照氧化铝的物理特性，可将其分成粉状、中间状和砂状三种。

3．生产氧化铝的方法可大致分为碱法、酸法、酸碱联合法和电热法。

4．碱法生产氧化铝又有拜耳法、碱石灰烧结法和拜耳—烧结联合法等多种流程。5．拜耳-烧结联合法根据其工艺流程可分为并联法、串联法和混联法。

1．铝土矿的铝硅比：铝土矿的铝硅比是指铝土矿中的氧化铝和二氧化硅的质量分数比，即A/S=矿石中的氧化铝质量分数/矿石中的二氧化硅质量分数。通常写为：A/S=ω(Al2O3)/ω(SiO2)。

2．拜耳法：拜耳法是直接利用含有大量游离苛性碱的循环木业处理铝土矿，溶出其中氧化铝得到铝酸钠溶液的，往铝酸钠溶液中添加氢氧化铝（晶种）经长时间搅拌便可分解洗出氢氧化铝结晶。分解母液经蒸发后再用于溶出下一批铝土矿。

3．碱石灰烧结法：碱石灰烧结法师在铝土矿中胚乳石灰石（或石灰）、纯碱（含大量碳酸钠的碳分母液），在高温下烧结得到含有固态铝酸钠的熟料，用水或稀碱液溶出熟料得出铝酸钠溶液。铝酸钠溶液脱硅净化后，通入二氧化碳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。

1．我国铝土矿的特点有哪些？（5分）

我国铝土矿的特点是：资源丰富，储量大（1分）；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（3分）。矿石的铝硅比多数在4~7之间，铝硅比在10以上的优质铝土矿相对少些（1分）。6．工业铝酸钠溶液的主要成分是NaAl(OH)4、NaOH、Na2CO3、Na2SO4等。通常把NaAl(OH)4和NaOH形态存在的Na2O叫做苛性碱，以Na2CO3形态存在的Na2O叫做碳酸碱，以Na2SO4形态存在的Na2O叫做硫酸碱。以Na2O K和Na2O C 形态存在的碱的总和称为全碱。

7．在拜耳法生产过程中，循环母液的主要成分有NaOH、NaAlO2、Na2CO3和Na2SO4。

8．铝酸钠溶液的稳定性通常是用从这种过饱和的铝酸钠溶液开始分解析出氢氧

化铝所需时间的长短来衡量的。

9．铝酸钠溶液的密度随溶液中氧化铝浓度的增高而直线地增大，并在所有苛性碱浓度和温度条件下，该比率均相同。

10．铝酸钠溶液的黏度随溶液浓度的增大和苛性比值的降低而急剧升高，随温度的升高而降低。

11．铝酸钠溶液的电导率随溶液中Al2O3浓度的增加、苛性比值的降低而降低，温度升高电导率增加。

12．关于铝酸钠溶液的结构，存在两大观点，即氢键理论和脱水聚合理论。2．影响铝酸钠溶液稳定性的因素有哪些？分别叙述它们对铝酸钠溶液的稳定性将产生什么样的影响。（10分）（每一要点2分）

（1）溶液的浓度：关系复杂，总体而言，中等浓度的铝酸钠溶液稳定性较小，氧化铝浓度低于25g/L或者高于264g/L的铝酸钠溶液都是很稳定的。

（2）苛性比值：苛性比值为1的氯酸钠溶液极不稳定；随着铝酸钠溶液苛性比值的提高，溶液的过饱和度降低，稳定性增高。通常苛性比值大于3以后的铝酸钠溶液可作较长期的保存而不分解。

（3）温度：当铝酸钠溶液的苛性比值不变时，溶液的稳定性随温度的降低而降低。但当铝酸钠溶液低于30℃后继续降低，由于溶液粘度增大，稳定性反而提高。

（4）杂质：杂质使铝酸钠溶液粘度增大，稳定性提高。

（5）晶种：晶种可以起着氢氧化铝结晶核心的作用，使溶液的稳定性下降。13．拜耳法的基本流程包括：铝土矿的溶出、矿浆稀释、晶种分解、氢氧化铝的分离洗涤、氢氧化铝的煅烧以及母液蒸发等。

14．在拜尔法循环的以下工序中，苛性比值αk的变化情况是：高压溶出降低、稀释不变、种分升高、蒸发不变。

15．高压溶出器可以分为：蒸汽直接加热和蒸汽或其他载体间接加热。

16．改善拜耳法赤泥沉降性能的途径有：铝土矿预焙烧、提高溶出温度、添加絮凝剂。

17．一般认为，晶种分解过程分为四步：晶核形成、氢氧化铝破裂、晶体的长大和附聚。

18．晶种分解过程中采用的温度制度是：变温制度或降温制度，即分解初期较快地降温，分解后期则较慢地降温。

19．赤泥分离和洗涤的设备：沉降槽和转鼓真空过滤机，粗液精制设备为叶滤机；晶种分解的冷却设备有：冷却塔、板式热交换器、闪速蒸发换热系统，分解槽则有空气搅拌分解槽和机械搅拌分解槽。

20．氢氧化铝的煅烧在1000~1250℃下进行，氢氧化铝在煅烧过程中发生下列变化，在110~120℃脱除附着水，在200~250℃下Al(OH)3(三水铝石)失去两个结晶水转变为一水软铝石，500℃左右一水软铝石转变为无水γ-Al2O3，850℃以上γ-Al2O3转变为不吸湿的α-Al2O3。

4．苛性比值（αk）：苛性比值是铝酸钠溶液中Na2O与Al2O3的摩尔比。苛性比值（αk）= Na2O分子数/Al2O3的分子数=（Na2O物质的质量/Al2O3的物质的质量）×102/62 = 1.645×（Na2O物质的质量/Al2O3的物质的质量）。

5．铝酸钠溶液的铝硅指数：铝酸钠溶液中的Al2O3与SiO2质量浓度的比值称为硅量指数，也以A/S表示。

6．晶种分解：晶种分解就是在降温、加晶种、搅拌的条件下，使铝酸钠溶液分解，获得具有一定性能的氢氧化铝产品，同时得到苛性比值较高的种分母液，作为溶出铝土矿的循环母液。

7．晶种分解的分解率：分解率是以分解出来的氢氧化铝中的氧化铝占精液中所含氧化铝数量的百分数表示的。

8．晶种分解的分解槽单位产能：分解槽的单位产能是指单位时间内（每小时或每昼夜）从分解槽单位体积中分解出来的Al2O3数量。

3．试论述拜耳法制备氧化铝的基本原理和实质。（8分）

拜耳法用在处理低硅铝土矿，特别是处理三水铝石型铝土矿时，流程简单、产品质量好，因而得到广泛的应用。拜耳法的基本原理有两条：

(1)用NaOH溶液溶出铝土矿所得到的铝酸钠溶液在添加晶种，不断搅拌的条件下，溶液中的氧化铝便呈氢氧化铝析出（2分）。

(2)分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用来溶出新的一批铝土矿（2分）。

交替使用这两个过程就能够每处理一批矿石，便得到一批氢氧化铝，构成所