轻金属冶金学期末复习.docx

轻金属冶金学知识点总结重庆科技大学（一）Al2O3生产知识点归纳拜耳法的生产的基础知识1.三水铝石、拜耳石、詻耳石是Al（OH)3Al2O3.3H2O的同素异形体。2.一水软铝石、一水硬铝石是AlOOHAl2O3.3H2O的同素异晶体。3含铝矿石：铝土矿、明矾石、霞石，我国铝土矿的特点：高Al、高Si、低Fe。4，Al2O3按物理性质可以分为三种：面粉状态、中间状、砂状。注意第一和第三者的比较吧。5，常见的比值关系： （1）铝硅比：铝土矿中Al2O3和SiO2的质量比。符号“A/S”。 （2）硅量指数：在NaAl(OH)4溶液中，Al2O3和SiO2的质量比，符号“A/S”。 （3）苛性比：在NaAl(OH)4溶液中，Na2O和Al2O3的物质的量之比，符号“k” (4)碱比：Na2O/【Al2O3+Fe2O3】，是物质的量之比。 （5）钙比：CaO/SiO2的物质的量之比。 （6）铁铝比：Fe2O3/Al2O3的物质的量之比。 6，Na2O，在NaAl(OH)4溶液中的存在形式有四种：（一般会有计算题的考题） （1）以Al2O3和NaOH形式存在的Na2O，叫做苛性碱，符号Na2Ok或Na2O苛 （2）以碳酸钠 形式存在，叫做碳酸碱。符号Na2Oc或Na2O碳 （3）以硫酸钠 形式存在，叫做硫酸碱。符号Na2Os或Na2O硫 （4）最后一种叫做全碱，由苛性碱和碳酸碱组成。符号Na2O全或Na2O总或7，Na2O-Al2O3-H2O体系，了解一二三四各区域的重要的特征。8关于NaAl(OH)4溶液的性质 和 结构，不同浓度有不容的结构。9，拜耳法的原理和流程：原理：（1）用NaOH溶液溶出铝土矿所得到的铝酸钠溶液再添加晶种，在不断搅拌的条件下，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。 流程：铝土矿的溶出；溶出液的蒸发；晶种分解；分解母液的蒸发。10循环效率（E）：一吨Na2O在一次拜耳法中循环所产生的Al2O3的量。11，苛化与反苛化： 苛化过程：Na2CO3+Ca（OH）2=CaCO3+2NaOH，即是生成苛性碱（NaOH）的反应，所以叫做苛化过程。 反苛化过程： 就是上反应的逆反应。12晶种分解是拜耳法的关键工艺过程：主要反应是 Al(OH)4-+xAl(OH)3=x+1AlOH3+OH-13预脱硅作业：在100度左右将原矿浆长时间搅拌，使大部分氧化硅在原矿浆溶出之前的预热阶段成为钠硅渣结晶析出，从而减轻预热器、压煮器的结垢程度和清理程度。14，为什么要进行预脱硅作业：在高温溶出过陈中，由于氧化硅进入溶液后又逐渐成为钠硅渣析出，使热交换器、压煮器结垢，传热系数严重下降。因此，当处理氧化硅含量较高时，且以高岭石或其他易溶矿物存在的铝土矿时，在生产上将对原矿浆进行预脱硅作业。烧结法 的相关重要知识总结：1，简述烧结法生产氧化铝的原理？2，铝酸盐烧结过程中硫的危害与防治？3，孰料溶出过程的主要反应是？4，孰料溶出过程中，二次反应时什么？ 什么是二次损失？5，二次反应的影响因素和抑制措施？6，孰料溶出过程中，一次反应是什么？ 什么是一次损失？7，铝酸钠脱硅过程的实质是？8，烧结法生产中氧化铝过程中铝酸钠溶液为什么要先进行一次压煮脱硅后再进行添加石灰的二次脱硅？9，简述碳酸化分解过程中氧化铝的析出行为？10，分解母液通常进行蒸发的主要目的是？11，烧结法 生产氧化铝 和拜耳法生产氧化铝有什么区别？1，解答：将铝土矿与一定数量的苏打石灰配成炉料，在回转窑内进行高温烧结，炉料中的Al2O3和Na2CO3反应生成可溶性的铝酸钠（Na2O.Al2O3）杂质Fe2O3、SiO2和TiO2分别生成Na2O. Fe2O3、2CaO.SiO2、CaO. TiO2。Na2O. Fe2O3水解成NaOH和Fe2O3.H2O 用Na2CO3溶出得到NaAl(OH)4溶液，2CaO.SiO2和CaO. TiO2、Fe2O3.H2O进入赤泥，进行赤泥分离与洗涤。再经过专门的脱硅，则可得到纯净的NaAl(OH)4溶液，再碳酸化分解 ，析出AlOH3，再经过煅烧后得到Al2O32，（1）解答：NaSO4含量超过70%，烧结过程便遇到严重困难 （2）NaSO4熔点很低（884oC），与Na2CO3形成共晶，熔点826oC，因此在烧结还未反应充分进行之前NaSO4 便已熔化，使孰料中粗液增加，造成孰料窑结圈。 防治措施：限制硫的来源，每种硫含量小于10%，铝土矿中将s含量小于0.1% 从流程中排硫，加入固体还原剂，是的箱单相当量的S转化为二价硫化物,出。3 解答：书上有详细解答。主要知道大致的走向就可以了。4，2CaO.SiO2是不溶于水的，但在溶出过程中赤泥中的2CaO.SiO2可与铝酸钠溶液发生一系列的化学反应，使已溶出的Al2O3.H2O 又有一部分重新转入赤泥而损失，这些反应称为二次反应，由此造成的Al2O3和 Na2O的损失称为二次损失。5， 解答 2CaO.SiO2分解师孰料溶出产生二次损失的根本原因，溶出时必须最大限度的抑制它的分解。影响因素主要有以下几个： （1）溶出温度，选择合适溶出温度 （2）k，采用低k， 可以减少二次损失 （3）Na2CO3浓度，适当提高Na2Oc浓度，可以减少二次损失。 （4）SiO2浓度，如果溶液中SiO2浓度大于2CaO.SiO2分解反应所产生的SiO2的浓度，则可抑制2CaO.SiO2的分解。 （5）溶出时间,尽量缩短溶出时间，有利于减少二次损失。 （6）溶出液固比，溶出时液固比的选择与分离设备相适应，以使赤泥与孰料溶出液有效的分离。 （7）孰料质量和粒度，良好孰料质量是保证达到预期溶出效果的前提，孰料粒度必须适当6，解答：孰料中的氧化铝和氧化钠进入溶液的反应称为一次反应或者主反应，由于Al2O3和Na2O没有完全结合生成铝酸钠和铁酸钠而引起的损失称为一次损失7，解答：脱硅，一类是成为水合铝硅酸钠析出；另一类是加入石灰使SiO2成为水化石榴石析出，他们脱硅的实质都是NaAl(OH)4溶液中的SiO2转变成溶解度很小的化合物析出。8，解答：原因有以下三点： （1）一次脱硅后，硅量指数仅在400左右，满足不了碳分过程生产优质高产的要求，生成钠硅渣（水合铝硅酸钠），故需加入石灰生成溶解度更小的水化石榴石固溶体析出。 （2）若开始加入石灰，生成水化石榴石将会造成Al2O3的严重损失。 （3）为了减少CaO的消耗和Al2O3的损失，通常是在一段脱硅将大部分的SiO2生成水合铝硅酸钠分离后，再添加石灰进行深度脱硅。9，解答：初期，SiO2和AlOH3共同析出， 中期，SiO2几乎不析出 末期，SiO2大部分在此期间析出。10，解答：排出流程中多余水分，保持循环系统的水量平衡。 使母液蒸发到符合铝土矿溶出或配制生料浆的要求。排出生产过程中积累的杂质。11，第一，处理铝土矿的品位不同，拜耳法适用于高品位矿，而烧结法适用于低品位矿。 第二，生产的氧化铝质量不同，拜耳法生产的氧化铝质量好，而烧结法质量没有前者好，且杂质较多，后者工艺复杂。 第三，前者对铝土矿的溶出是在高温条件，后者是在常温情况下溶出。 第四，两者都有两次脱硅的反应。前者是预脱硅和 正常脱硅，后者是一次脱硅和二次脱硅。（二）Al电解生产重要知识点总结1， 综述NaF、AlF3、MgF2、CaF2、LiF等对氟化盐冰晶石-氧化铝熔体物理化学性质影响？2，电导率与那些因素有关？3，试简述熔盐电解的原理，特征及使用范围？4，铝电解槽的类型有哪几种？各有何有点？5，铝电解母线的配置方式有几种？各适用于那些曹性？6，什么叫做经济电流密度？其大小如何确定？7，画出现代电解Al工艺流程？8，碳素阳极生产工艺主要包括那些工序？9，什么是铝电解过程的阳极效应？ 其机理是什么？10，简述铝电解过程的两极效应？11，铝电解槽电能效率表示方法有几种？其定义分别是什么？（计算题考查）12，铝电解槽正常生产的外观特征有哪些？13，铝电解槽的节能途径？14，电流效率影响因素？1，解答：对初晶点影响，MgF2、CaF2、LiF、NaCl使初晶点降低对密度影响，MgF2、CaF2增大其密度，NaCl减小其密度，对电导率影响，MgF2、CaF2降低电导率，LiF、NaCl增大电导率。对粘度的影响，MgF2、CaF2增大粘度，LiF、NaCl降低其粘度。对表面性质的影响，暂时不是很清楚。对蒸汽压的影响，MgF2、CaF2、LiF降低其蒸汽压，但是在酸性电解质熔体中提高AlF3或者降低电解质熔体的分子比，则使得蒸汽压升高。2，解答：碳渣，使电导率降低；Al2O3升高，电导率降低，因为减少了熔体的有效导电面积。冰晶石的分子比（MR）, MR升高，则电导率升高。添加剂，添加LiF，使电导率升高；添加CaF2使电导率降低；添加MgF2使电导率升高。3，解答：原理，利用电能加热并转化为化学能，将某些金属的盐类熔融作为电解质进行电解，以提取和提纯金属的冶金过程。阴极发生的是主体金属的失电子，阳极则分为两种情况，电解沉积时发生氧负离子失电子得到氧气；而电解精炼时则是使用粗金属作为电极，粗金属失去电子成为粗金属离子。 特征：高温无水，适用于大多数难溶于提纯和数量稀少的元素。 试用范围：极为活泼的金属，许多稀有金属。4，解答：电解槽分为两大类，一类为预焙阳极槽，又可分为不连续和连续两种。 另一类是，自焙阳极电解槽，也可以分为侧插槽和上插槽两种。5，解答：其配置方式有两种，一种是纵向配置，一种是横向配置。前者适用于中小型槽，后者适用于大型预焙槽。6，解答：经济电流密度，铝母线在总费用为最低的条件下的电流密度即是经济电流密度（导线截面积影响线路投资和电能消耗，为了节省投资，需要导线界面小些；为了降低电能损耗，要求导线截面积大些。综合考虑，确定一个比较合理地导线截面，称为经济截面积，其对应的电路密度称为经济电流密度。） 大小如何确定，其大小通常根据不同的最大负荷利用小时数，选用不同的材质和每平方毫米通过的安全电流值来综合确定。7，解答：书上有原版的路程图，切记要背下来啊。8, 解答：五个工序，原料准备和煅烧；煅烧料的破碎、细磨、和筛分；配料和混捏；生块成型；生块的煅烧。9，解答：阳极效应是：是熔盐电解过程中一种独特的现象，具体现象：阳极周围（与熔体接触的部位）电弧光耀眼夺目，并伴有噼噼啪啪的声音，阳极周围电解质却不沸腾，没有大量气泡析出。电解质好像被气体排开，电解槽的工作处于停顿状态。此时槽电压由4V猛升到30V50V，甚至更高，与电解槽并联的指示灯发亮，表示该槽发生了阳极效应。 其机理：（主要有4 种理论解释） 润湿性变差学说 氟离子放点学说 静电引力学说 桥式离子理论 阳极效应系数：即是每昼夜发生阳极效应的次数。 晶种系数（拜耳法里面的知识点）：添加AlOH3中所含Al2O3与分解母液中所含Al2O3 的分子比。10，解答：阳极合金中铝失去电子，进行电化学溶解，变成Al3+，进入电解质，在外加电压推动下，Al3+又在阴极上得到电子放电。 阳极反应：Al-3e=Al3+；阴极反应：Al3+-3e=Al11，解答：有两种方法，G（单位电能的产铝量） 和W（电耗率） 在这里只说明一个 W：生产一千克（或者一顿）金属铝的实际电能消耗 W=1/G=W实Q实=2.98*V平T（kW.h/kgAl） Q实，实际产铝量 W实，实际的电能消耗 T，电流效率，% V平，电解槽的平均电压12，解答：火焰从火眼强劲有力的喷出，火焰的颜色为淡紫蓝色或稍带黄线。槽电压稳定，或在一个很窄的范围