有色金属冶金PPT课件
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铝土矿是含铝矿物和赤铁矿、针铁矿、高 岭石、锐铁矿、金红石、钛铁矿等矿物 的混合矿，是现代炼铝的原料。
.
15
铝土矿的化学成分质量分数和主要矿物成分
化学成分质量分数
矿物
三水铝石 Al2O3·3H2O
Al2O3 40~60% 一水软铝石Al2O3·H2O 一水硬铝石Al2O3·H2O
SiO2 0.5~10% 高岭石Al4(OH)8·Si4O10
1825 Oersted 丹麦 钾汞还原无水氯化铝 1827 Wohler 德国 钾还原无水氯化铝 1854 Deville 法国 钠还原NaCl-AlCl3 1865 Bektob 俄国 镁还原冰晶石
.
2
• 电解法炼铝
1886年美国Hall法国Heroult申请专利：
方法不同，结果一样
Hall-Heroult法，即冰晶石-氧化铝法
第一篇 轻金属冶金学 1 铝冶金
1.1 概述 1.1.1 铝冶金的历史 •铝在自然界中的分布 地壳中铝8%，仅次于氧和硅， 在金属元素中，铝居首位。
.
1
（1）汉代《本草经》 （2）明代《天工开物》 • Aluminum由来 Pott, Marggraf , Morveau, Davy • 化学法制取铝
.
4
• 用电解法或其它方法直接生产出来的纯 铝称为原铝，现代还生产精铝、高纯铝 及多种铝基合金
• 现代铝工业三个主要生产环节： （1）从铝土矿提取纯氧化铝 （2）用冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产铝 （3）铝加工
• 辅助环节： （1）炭素电极制造 （2）氟盐生产
.
5
• 现代铝工业生产流程简图
.
6
• 铝电解原理：
法国：1889
挪 威：1906
英国：1890
意大利：1907
德国：1898
西班牙：1927
奥地利1899
前苏联：1931
中国：1938
.
3
1.1.2 现代铝工业
• 全世界原铝产量 1890 180t 1900 6990t 1925 18万t 1950 150万t 1970 1025万t 1980 1560万t 2000 2400万t 中国：2001年350万吨，世界第二 美国、中国、加拿大、俄罗斯
石英SiO2
Fe2O33~30% 赤铁矿Fe2O3 针铁矿Fe2O3·H2O
TiO20.5~8% 锐铁矿 金红石TiO2
H2O10~34% 水
微量元素 Mn P V Cr Ni Ga Ca Mg
有机物
.
16
铝土矿类型
三水铝石 一水软铝石
组成 最高Al2O3%
Al2O3·3H2O Al2O3·H2O
• 铝易同稀酸起反应，又易被苛性碱 溶液侵蚀，生成氢气和可溶性盐
• 铝不与碳氢化合物起反应
• 铝的保护剂
.
12
• 1.1.3.3 铝与人体健康的关系
• 人体摄入少量的铝对健康无损害 • 维生素C的损失 • 少量的铝溶解在含有机酸的蔬菜中,如西
红柿 • 要禁忌过量的铝 • 铝制品应用
酸或碱食物，可用来烧煮米饭、稀粥、 面条、土豆，不可存放隔夜食物 • 铝能对抗铅的某些毒性
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℃。电解液的密度约为
65.4
85.0
晶系
单斜
正方
硬度
2.5~3.5 3.5~4.0
密度
2.42
3.01
快速脱水温度 150
/℃
在每升Na2O水 105
溶液中Al2O3溶 解度/g(125 ℃)
350 45
.
一水硬铝石 Al2O3·H2O
85.0
正方
6.5~7.0 3.44 450
基本不溶
17
• 世界铝土矿的主要类型是三水铝石 型，其次是一水软铝石型和一水硬 铝石型。
.
7
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。
.
8
1.1.3 铝的性质和用途
• 铝土矿的储量
全世界为245亿吨，可满足今后150年需 要，80%集中在几内亚、澳大利亚、巴 西、加勒比海地区、印度、印度尼西亚 和东欧等处于热带和亚热带的国家和地 区，多数为三水铝石型。
• 中国的铝土矿资源丰富，分布甚广，主 要在山西、河南、贵州、广西和山东。
.
18
• 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m(Al2O3)/ m(SiO2)（简称铝硅比）在4~7之间。福 建、河南和广西有少量的三水铝石型铝 土矿。
铝是元素周期表上第三周期IIIA族 元素，原子序数13，相对原子量 26.98154。
1.1.3.1 铝的物理性质
• 铝是轻金属，具有银白色的金属光 泽
• 熔点低 99.996%铝熔点为933K (660℃)
.
9
• 沸点高 2467℃
• 密度小 2.6966~2.6988g/cm3
• 电阻率小 ( 2.8~2.85) ×10-8·m
• 铝具有良好的导热能力 在20℃，铝 的热导率为2.1W/(cm· ℃)
• 铝具有良好的反射光的能力， 特别 对于波长为0.2~12µm的光线
• 铝没有磁性，不产生附加的磁场， 在精密仪器中不会起干扰作用
.
10源自文库
• 铝易于加工 • 铝的再生利用率高 • 铝可以同多种金属构成合金
1.1.3.2 铝的化学性质
.
13
• 1.1.3.4 铝合金的种类
• 铸造铝合金 • 加工用铝合金
自学内容: 何为铸造铝合金? 加工用铝合金?
1.1.3.5 铝的用途
• 传统用途 • 铝在交通运输业上的应用 • 铝在航空工业上的应用 • 铝在冶金工业上的应用
.
14
• 铝在农业上的应用 • 铝合金能源
1.1.4 铝矿 （1） 铝土矿（Bauxite)
• 铝同氧反应，生成Al2O3 氧化铝的生成热为-31KJ/g Al
• 铝在高温下能够还原其他金属氧化物 2Al + 3MeO = Al2O3 + 3Me
.
11
• 在800℃以上温度，铝同三价卤化物 （如AlF3）起反应生成一价铝的卤化 物，在冷却时一价铝的卤化物分解 出常价铝的卤化物和铝
2Al + AlF3 = 3AlF
.
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铝土矿的化学成分质量分数和主要矿物成分
化学成分质量分数
矿物
三水铝石 Al2O3·3H2O
Al2O3 40~60% 一水软铝石Al2O3·H2O 一水硬铝石Al2O3·H2O
SiO2 0.5~10% 高岭石Al4(OH)8·Si4O10
1825 Oersted 丹麦 钾汞还原无水氯化铝 1827 Wohler 德国 钾还原无水氯化铝 1854 Deville 法国 钠还原NaCl-AlCl3 1865 Bektob 俄国 镁还原冰晶石
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• 电解法炼铝
1886年美国Hall法国Heroult申请专利：
方法不同，结果一样
Hall-Heroult法，即冰晶石-氧化铝法
第一篇 轻金属冶金学 1 铝冶金
1.1 概述 1.1.1 铝冶金的历史 •铝在自然界中的分布 地壳中铝8%，仅次于氧和硅， 在金属元素中，铝居首位。
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1
（1）汉代《本草经》 （2）明代《天工开物》 • Aluminum由来 Pott, Marggraf , Morveau, Davy • 化学法制取铝
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4
• 用电解法或其它方法直接生产出来的纯 铝称为原铝，现代还生产精铝、高纯铝 及多种铝基合金
• 现代铝工业三个主要生产环节： （1）从铝土矿提取纯氧化铝 （2）用冰晶石-氧化铝熔盐电解法生产铝 （3）铝加工
• 辅助环节： （1）炭素电极制造 （2）氟盐生产
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• 现代铝工业生产流程简图
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• 铝电解原理：
法国：1889
挪 威：1906
英国：1890
意大利：1907
德国：1898
西班牙：1927
奥地利1899
前苏联：1931
中国：1938
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1.1.2 现代铝工业
• 全世界原铝产量 1890 180t 1900 6990t 1925 18万t 1950 150万t 1970 1025万t 1980 1560万t 2000 2400万t 中国：2001年350万吨，世界第二 美国、中国、加拿大、俄罗斯
石英SiO2
Fe2O33~30% 赤铁矿Fe2O3 针铁矿Fe2O3·H2O
TiO20.5~8% 锐铁矿 金红石TiO2
H2O10~34% 水
微量元素 Mn P V Cr Ni Ga Ca Mg
有机物
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铝土矿类型
三水铝石 一水软铝石
组成 最高Al2O3%
Al2O3·3H2O Al2O3·H2O
• 铝易同稀酸起反应，又易被苛性碱 溶液侵蚀，生成氢气和可溶性盐
• 铝不与碳氢化合物起反应
• 铝的保护剂
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12
• 1.1.3.3 铝与人体健康的关系
• 人体摄入少量的铝对健康无损害 • 维生素C的损失 • 少量的铝溶解在含有机酸的蔬菜中,如西
红柿 • 要禁忌过量的铝 • 铝制品应用
酸或碱食物，可用来烧煮米饭、稀粥、 面条、土豆，不可存放隔夜食物 • 铝能对抗铅的某些毒性
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℃。电解液的密度约为
65.4
85.0
晶系
单斜
正方
硬度
2.5~3.5 3.5~4.0
密度
2.42
3.01
快速脱水温度 150
/℃
在每升Na2O水 105
溶液中Al2O3溶 解度/g(125 ℃)
350 45
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一水硬铝石 Al2O3·H2O
85.0
正方
6.5~7.0 3.44 450
基本不溶
17
• 世界铝土矿的主要类型是三水铝石 型，其次是一水软铝石型和一水硬 铝石型。
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7
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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8
1.1.3 铝的性质和用途
• 铝土矿的储量
全世界为245亿吨，可满足今后150年需 要，80%集中在几内亚、澳大利亚、巴 西、加勒比海地区、印度、印度尼西亚 和东欧等处于热带和亚热带的国家和地 区，多数为三水铝石型。
• 中国的铝土矿资源丰富，分布甚广，主 要在山西、河南、贵州、广西和山东。
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• 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m(Al2O3)/ m(SiO2)（简称铝硅比）在4~7之间。福 建、河南和广西有少量的三水铝石型铝 土矿。
铝是元素周期表上第三周期IIIA族 元素，原子序数13，相对原子量 26.98154。
1.1.3.1 铝的物理性质
• 铝是轻金属，具有银白色的金属光 泽
• 熔点低 99.996%铝熔点为933K (660℃)
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• 沸点高 2467℃
• 密度小 2.6966~2.6988g/cm3
• 电阻率小 ( 2.8~2.85) ×10-8·m
• 铝具有良好的导热能力 在20℃，铝 的热导率为2.1W/(cm· ℃)
• 铝具有良好的反射光的能力， 特别 对于波长为0.2~12µm的光线
• 铝没有磁性，不产生附加的磁场， 在精密仪器中不会起干扰作用
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10源自文库
• 铝易于加工 • 铝的再生利用率高 • 铝可以同多种金属构成合金
1.1.3.2 铝的化学性质
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13
• 1.1.3.4 铝合金的种类
• 铸造铝合金 • 加工用铝合金
自学内容: 何为铸造铝合金? 加工用铝合金?
1.1.3.5 铝的用途
• 传统用途 • 铝在交通运输业上的应用 • 铝在航空工业上的应用 • 铝在冶金工业上的应用
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14
• 铝在农业上的应用 • 铝合金能源
1.1.4 铝矿 （1） 铝土矿（Bauxite)
• 铝同氧反应，生成Al2O3 氧化铝的生成热为-31KJ/g Al
• 铝在高温下能够还原其他金属氧化物 2Al + 3MeO = Al2O3 + 3Me
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• 在800℃以上温度，铝同三价卤化物 （如AlF3）起反应生成一价铝的卤化 物，在冷却时一价铝的卤化物分解 出常价铝的卤化物和铝
2Al + AlF3 = 3AlF