有色金属冶金学重点内容

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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:
2Na2SiO 3 2NaAl(OH) 4 2H2O aq Na2O Al2O3 2SiO2 nH2O 2 NaOH aq
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
15电解槽的电极为什么选择炭质材料?
在铝电解过程中,高温的具有很大侵蚀性的 冰晶石熔液直接同电极接触。在各种电极 材料当中,只有炭素材料能够抵抗这种侵 蚀性并且能良好地导电而又价格低廉。
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 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 (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。
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
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。 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。
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?
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
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 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· (62x)H2O+2xNaOH+aq 溶液中Na2OK浓度和Al2O3浓度;溶液的Na2OC浓度;石灰添 加量和质量;溶液中SiO2含量;温度;
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 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。
观点⑵:石灰对一水硬铝石本身的活化作用
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。 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。
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
>240C
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:
Al2O3 2SiO 2 2H2O 6NaOH aq 2Na2SiO 3 2NaAl(OH) 4 aq SiO 2 2NaOH Na 2SiO 3 H 2O
2NaOH CO 2 Na 2 CO 3 H 2 O
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? (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
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; 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?
第一章氧化铝的生产
25 简述二段脱硅的工艺流程?
粗液 一段常压脱硅 底流
合成含钙添加剂
分 离 溢流 二段常压脱硅 底流 分 离 溢流 去叶滤
去烧结法配料 或处理后弃之
返回晶种或去拜耳 法溶出系统
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?
答: 1)苛性碱中和: 2)氢氧化铝结晶过程:
第一章氧化铝的生产
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。 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。 3.
(1) 对三水铝石ห้องสมุดไป่ตู้铝土矿
Al(OH) 3 NaOH NaAl(OH) 4
>100 C
(2) 对一水软铝石型铝土矿
AlOOH NaOH H 2 O NaAl(OH) 4
>200C
(3) 对一水硬铝石型铝土矿
AlOOH NaOH Ca(OH) 2 H 2 O NaAl(OH) 4 Ca(OH) 2
Na 2 O Fe2 O3 2H2 O 2NaOH Fe2 O3 H 2 O
2CaO SiO 2
2CaO SiO 2 2NaOH aq Na 2SiO 3 2Ca(OH)2 aq
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 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
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,
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;
第一章氧化铝的生产
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 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。 1.
拜尔法生产氧化铝小结
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
Al(OH)3 NaOH NaAl(OH)4
<100 C >100 C
9.
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。
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 • 预热带 • 分解带 生料浆水分蒸发; 生料中氢氧化物或水合物脱水; 主要为石灰石热分解和开始部分固相反应;
• 烧成带
• 冷却带
最后完成熟料矿物组成的反应;
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。
Na2O Al2O3(固) 4H2O 2Na 2Al(OH) 4
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。
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 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。 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的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 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。
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