【精品PPT课件】氧化铝生产培训手册.ppt

1，氧化铝生产，山东工业学院冶金学院，2，铝土矿，拜耳-烧结法，拜耳法，烧结法，氧化铝，熔融盐铝电解，原铝， 氧化铝及其化工产品的用途、铝电解制造铝：电子、石油、化学、耐火材料、陶瓷、磨料、防火剂、造纸、制药等国内外许多氧化铝厂中，活性氧化铝、低钠氧化铝、喷雾氧化铝、-Al2O3、超细-alal ，7，工业规模：世界3 制造商：6个氧化铝厂、130多个电解铝厂、1100多个铝加工厂2002年年产量：541万吨氧化铝、435万吨原铝、275万6800吨铝、中国铝工业概况；2)铝电解：平均能耗比外国高20%，污染严重。中国铝工业技术现状，9，国际现货氧化铝价格趋势图，10，国内铝生产，11，1996-2001中国铝工业生产状况单位：万吨，12，世界氧化铝工业技术发展趋势，目的3360投资和降低运营成本；提高能效环保、安全和健康满足用户要求。13、世界氧化铝产业优先研发需求1，14、世界氧化铝产业优先研发需求2，15、世界氧化铝产业优先研发需求3，16、世界氧化铝产业优先研发需求4，17、氧化铝产业优先研发需求5，18、世界氧化铝产业优先研发需求6，19，1.1概述生产氧化铝的矿物原料是铝土矿。大多数生产方法使用拜耳法，个别工厂使用烧结法或联合法。20，随着科学技术的进步，氧化铝厂的设备水平不断提高，工艺过程也不断加强，氧化铝生产的技术经济指标大大提高。氧化铝厂工艺和设备的集中控制和自动化得到了很大发展，计划建设的大部分氧化铝厂年生产能力在50万吨以上。工厂大型化可以提高劳动生产率，减少单位产品投资和成本。实现单一设备的大型化和效率。设备布置泄漏；重视原料的综合利用及环境保护也标志着氧化铝生产技术的现代化。21、与世界先进水平相比，我国氧化铝产业在技术装备水平和部分技术经济指标方面仍然落后。特别是生产工艺的能耗高，自动化和劳动生产率低，氧化铝产量还不能满足国民经济发展的需要，这也是我国铝冶金工人的努力方向。22，氧化铝及其水合物，氧化铝：氧化铝的外观为白色粉末，结晶状态为六角形晶体结构，粉末一般为Al2O3，分子量为101.96。氧化铝是不溶于水，溶于无机酸和碱性溶液的典型两性氧化物，其结晶形态不同，在酸、碱溶液中的溶解度和溶解速度也不同。氧化铝具有多种异构体，例如-Al2O3、-Al2O3、-Al2O3、-Al2O3、-Al2O3、k-Al2O3、-Al2O3。氧化铝的一般稳定结构主要为-Al2O3，-Al2O3。23，-al2o 3特性稳定，熔点为2050，沸点为2900，比重为3.94.0g/cm3。-Al2O3是通过各种Al(OH)3加热脱水获得的，-Al2O3是立方晶系。晶格常数=7.91。，24，氧化铝水合物氧化铝水合物一般称为由o-，O2-，Al3组成的化合物，不是水分子。氧化铝水合物是铝土矿的主要矿物。在自然界中，由OH-、O2-、Al3组成的化合物主要是3水合铝al(OH)3，1水合软铝石-AlOOH、1水合铝-AlOOH和刚玉Al2O3。氧化铝水合物的化学性质也因结构不同而有很大差异。化学活性是三水合石的化学活性最大，氧化铝为一水合二次，硬铝石为一水合弱，刚玉为非常稳定的氧化铝的化学活性。25，第一，铝土矿的化学成分和矿物成分，铝土矿是基于氢氧化铝矿物的复杂成分岩石。铝土矿的主要化学成分为Al2O3，SiO2，Fe2O3，TiO 2；少量Cao、MgO、硫化物；微量镓、钒、磷、铬等十几个至二十多个元素的化合物。目前世界上90%以上的镓是在生产氧化铝的过程中提取的。1，铝土矿的化学成分，1.2铝土矿，26，铝土矿的Al2O3含量约为5070%，其矿物成分为3水合物铝a1(oh)3，1水软铝石-alooh铝土矿的种类可以按上述矿物成分分为3水合铝型、1水合铝型、1水合铝石型和各种混合矿石。混合矿石-水-软铝石类型，水-软铝石-水-轻铝石类型等。我国铝土矿主要是一个轻质铝铝土矿，也有少量三水化石型铝土矿。2，铝土矿的矿物成分，27，3，铝土矿的其他成分，(1)SiO2，SiO2主要以硅酸盐矿物(如高岭石A12O32SiO22H2O)存在，少量石英(结晶SiO2)，蛋白石(SiO 2 NH 2 o 2 o)铝土矿的主要有害成分二氧化硅是氧化铝生产中引起碱和氧化铝损失的主要来源。28，铝土矿中的硅是碱处理铝土矿以制造氧化铝过程中最有害的杂质，铝土矿的al-si比是测定铝土矿质量的主要指标之一。Al-si比表示铝土矿中氧化铝和二氧化硅的质量比。A/S=矿石的氧化铝质量/矿石的二氧化硅质量。通常，A/S=Al2O3/SiO2，拜耳生产的当前工业生产要求，铝土矿的al-si比例不低于7，烧结法必须大于3。29，(2)Fe2O3，Fe2O3主要是赤铁矿-Fe2O3，有时还包括针铁矿-Fe ooh等。铝土矿外观颜色反映铁含量，铁含量少，白色，灰色白色；许多含有铁的人是红褐色和墨水绿色。我国大部分轻质铝铝土矿在含氧化铁的5%以下(广西铝土矿除外)，具有铁含量低的特点。30，(3)TiO2，铝土矿的TiO2主要以锐钛矿(TiO2)和金红石(TiO2)存在。(4)铝土矿通常包含少量方解石、菱镁矿或白云石存在的Cao和MgO。31，在铝土矿的化学成分分析中，小作包括多种矿物的结构水及碳酸盐的二氧化碳。(6)小作减少，硫主要存在于硫铁矿FeS2。(5)硫，32，二，铝土矿矿石结构特征，铝土矿是上述矿物组成的岩石，其组成和生成地质条件不同，颜色和结构也不同。1，粗糙(土)铝土矿：表面粗糙，通常为灰色、灰色、浅黄色等常见颜色。2，致密铝土矿：表面光滑致密，破坏呈壳状。颜色大部分是灰色，蓝色。这种铝土矿含有高岭石，A/S大部分低于工业要求。33，3，大豆鲕粒铝土矿：表面为鱼或大豆，水泥主要为粗铝土矿或致密铝土矿。颜色主要是深灰色、灰色绿色、红色棕色或灰色白色。这种矿石一般品位低。第三，铝土矿地质原因，铝是地壳分布最广的元素之一，地壳平均含量为8.8%，仅次于氧(49.1%)和硅(26%)；在金属元素中，铝占第一位。铝是自然界中完全以氧化铝或铝硅酸盐矿物存在的典型亲氧元素。34、表面含铝的岩石在风化作用下，尤其是在水的作用下，岩石分解，其中k、Na、Ca、Mg等化合物容易溶解，随水丢失，而Fe、A1、Si等化合物则形成溶胶残留或不远处的搬运，即中和沉淀。有些可以长距离运输，在适当的条件下沉积矿物。1，海洋沉积铝土矿2，陆地沉积铝土矿3，玄武岩风化壳铝土矿35，4，中国铝土矿资源的特点，中国铝土矿资源丰富。据目前已查明的具有产业价值的铝土矿床透露，主要分布在河南、山西、广西、贵州、山东等地。我国铝土矿的一般特征是高铝、高硅、低铁(只有广西矿高速铁路)。由于硅更高，铝更低，大部分在4-7之间，铝少于10个以上高质量铝土矿，中低档铝土矿更多；大部分铝土矿都是diaspore铝土矿。铝土矿的矿物类型对氧化铝的溶解度有很大影响。铝石3水容易溶解成烧碱，软铝1水次之，轻铝石1水难溶解。36，5，5，海外铝土矿，世界铝土矿储量245亿吨，包括潜在储量，350-400亿吨。世界原铝产量每年增加6%，铝土矿原料可以满足未来150年左右的需求。国外铝土矿的一般特征是3-铝土矿、匈牙利、法国等欧洲1-水铝土矿、希腊1-水硬铝石铝土矿、苏联各种铝土矿等。化学成分，大部分国外铝土矿SiO2含量较低，而Fe2O3含量一般较高。37，除铝土矿外，可用于氧化铝生产的其他原料主要为，(1)铝土矿：铝土矿的主要成分为铝土矿(Na，K)2SO4A12(SO4)34Al(OH)3，此外还有很多石英等矸石铝土矿中含有氧化铝、钾、硫酸根等宝贵成分，因此可以综合加工氧化铝、钾、硫酸。(2)霞石矿，霞石(Na，K)2OA12O32SiO2常与长石、磷灰石等矿物相关，选矿的霞石精矿可用于生产氧化铝、碱、水泥。VI、其他铝资源，38，1.3氧化铝生产方法，一、电解铝对氧化铝质量的要求，氧化铝作为铝电解冶炼的原料，其化学纯度和物理性能的具体要求3360，1、氧化铝纯度氧化铝纯度是影响原铝质量的主要因素。39，(3)氧化铝的水也作为有害成分，增加电解质的氟化物水解，引起氟化氢损失。现代烟气净化系统可以解决这个问题。氧化铝的男爵减少可以适当地缓解。(2)氧化铝中含有负电比铝强的元素的氧化物(Na2O、CaO等)，在电解时与氟化铝反应，破坏电解质的正常成分，破坏电解过程。(1)氧化铝中含有比铝更能导电的元素的氧化物(Fe2O3、SiO2、TiO2等)，在电解过程中，这些元素首先在阴极上析出，结果铝变得不纯。40，我国现行氧化铝质量标准：一级氧化铝中的杂质含有： SiO2 0.02%。fe2o 30.03%；Na2O0.50%；减去了0.8%。41，2，氧化铝物理特性，氧化铝物理特性主要指-Al2O3含量，实际比，容重，粒度，非表面，安息角和磨损系数等。电解工艺对氧化铝的以下要求：电解速度对电解质；流动性好。灰尘量小。保暖性好。HF吸附能力与上述特性有关。根据氧化铝的物理特性，可分为沙、中、粉。42，表1-1工业氧化铝分类和特性，43，砂氧化铝和粉末氧化铝对电解过程各有优缺点。目前各国广泛采用用于中间废弃的大型预焙阳极电解槽和干式烟气净化系统，有流动性强、溶解、吸附HF、能力强、粉尘少的砂型氧化铝的趋势。44，2，氧化铝生产方法分类，氧化铝生产方法大体可分为盐基法、产程法、电热法。但是在工业上应用的只有盐基法。，1，用碱法、碱法生产氧化铝，以碱(工业烧碱NaOH或纯碱Na2CO3)处理铝土矿，使矿石中的氧化铝变成可溶性铝酸钠；矿石中铁、钛等杂质和大部分硅成为不溶的化合物。未融化的残渣(称为赤泥)从溶液中分离出来洗涤后丢弃或综合利用。分解精制的铝酸钠溶液(称为精液)，析出氢氧化铝后，进行分离清洗和煅烧，得到产品氧化铝。分解母液后，铝土矿处理会回收利用。45，氧化铝的碱生产有拜耳、烧结和拜耳-烧结法等多种工艺。a，viel方法是利用含有大量玻璃假碱的循环母液直接处理铝土矿，在其中溶解氧化铝，获得铝酸钠溶液，添加氢氧化铝种子(晶种)进行分解，分解铝酸钠溶液，使氢氧化铝结晶。种子母液被蒸发，返回铝土矿溶出。46，b，烧结法是在铝土矿中包含石灰石(或石灰)、纯碱(含Na2CO3的碳粉母液)，在高温下烧结，得到含有固体铝酸钠的熟料，将熟料溶成水或稀碱溶液，得到铝酸钠溶液。硅净化后的铝酸钠溶液通过碳酸化分解(将二氧化碳通过溶液)，将溶液中的氧化铝结晶成氢氧化铝，然后析出。蒸发后，碳母液返回制造原料。47，viel方法比较简单，能耗高，产品质量高，成本低，但仅限于高等级铝土矿(A/S必须大于7)。碱-石灰烧结工艺比较复杂，能耗高，产品质量和成本低于拜耳法，但可以处理低级铝土矿(A/S必须大于3.5)。c，对于中等级别的铝土矿(例如，A/S的67)，用拜耳-烧结法处理可以通过单拜耳或烧结法获得更好的经济效果。48，2，用酸法生产氧化铝是用硝酸、硫酸或盐酸等无机酸处理铝原料，得到相应铝盐的酸性水溶液。然后，这些铝盐可以通过水合物(蒸发结晶)或碱性铝盐(水解结晶)晶体从溶液中析出，也可以中和碱及其铝盐水溶液，将铝析出为氢氧化铝。塑性产生的氢氧化铝能得到氧化铝。49，以酸的方式处理铝矿石时，矿石中存在的铁、钛、钒、铬等杂质和酸作用进入了溶液中，这不仅引起了酸的消耗，而且更难从铝盐中分离。绝大多数硅成为不溶性进入残渣，与铝盐分离，但也有少量硅胶进入溶液，因此铝盐溶液还需要脱硅，还需要昂贵的耐酸设备。以购买方式处理广泛分布的高硅低铝矿山，如粘土、高岭土、煤矸石、煤灰，原则上合理，在铝土矿资源不足的情况下可以使用此方法。50，热法适于处理高硅高铁的铝矿石，其实质是在电炉中冶炼铝矿石和碳，从矿石中还原氧化铁、硅、氧化钛等杂质，形成硅合金。氧化铝是从熔化状态的渣中浮上来的，密度不同，因此通过碱处理提取氧化铝渣。电热法只适用于有廉价电力供应的个别情况。3 .电热法，51，4。用酸碱结合法生产氧化铝。酸碱联合法从高硅铝矿石中制造铁、钛等杂质的不纯氢氧化铝开始，以碱方式处理。该工艺的本质是用酸法去除硅，用碱法去除铁。52，1.4铝酸钠溶液，1，铝酸钠溶液