现代有色冶金导论

1、现代有色冶金现代有色冶金导论导论 铝冶金铝冶金 铝冶金之 、概述 、铝的性质 、铝合金的种类 、铝的用途 、生产工艺 现代铝工业三个主要生产环节： 从铝土矿中提取纯氧化铝； 用冰晶石-氧化铝融盐电解法生产铝； 铝加工。 两个重要的辅助环节：炭素电极制造；氟盐的生产。 1） 山东铝厂 设计能力50万吨，烧结法，中国第一个 三氧化二铝厂； 2 ) 郑州铝厂 设计能力约80万吨，混联法，适合于处 理河南 难溶低铁的铝土矿； 3 ) 贵州铝厂 40万吨，混联法； 4) 山西铝厂 120万吨，最大三氧化二铝厂，联合法； 5 ) 河南中州铝厂 120万吨，混联法； 6) 广西平果铝厂 30万吨，拜耳法，国

2、内技术最先进。 我国铝厂与世界先进水平相比，在技术设备水平、技 术经济指标和上还很落后，能耗高，劳动生产率低，自动 化程度还很低。 铝加工，用塑性加工方法将铝坯锭加工成材，主要方法 有轧制、挤压、拉伸和锻造等。铝加工在20世纪初开 始以工业方式进行生产，30年代以前，基本上沿用铜 加工的生产设备，产品主要用于飞机制造。60年代后， 铝材生产发展很快，每年大约增长48%，产品广泛应 用于航空、建筑、运输、电气、化工、包装和日用品工 业等部门。产量仅次于钢铁，居金属材料第二位。中国 于50年代中期建成较大型的铝加工厂，形成了生产体 系，产品已系列化，品种有七个合金系，可生产板材、 带材、箔材、管材

3、、棒材、型材、线材和锻件（自由锻 件、模锻件）八类产品。 密度小, =2.69g/cm3 熔点低，沸点高 电阻率小，仅次于银和铜 良好的导热性，延展性 无磁性 脱氧剂：钢液中作为脱氧剂 还原剂：焊接钢轨 两性性能：与酸碱都可以反应 1、铸造用铝合金 加入一些合金元素，提高铸造性能。 硅：增进合金流动性，提高抗热震性，增进紧压能力 钛，磷（硼）：细化晶粒 2、加工用铝合金 编号1000系列：纯铝 编号3000系列：良好的加工性能和焊接性能（Mn） 编号7000系列：可热处理、高强度（Zn） 1.传统用途 日常用包装材料、结构材料 导电材料 防腐蚀材料 2.交通用材料 汽车、铁路用铝 航空用铝 3

4、.冶金工业用铝 脱氧剂 高温还原剂 4.铝合金能源 铝合金燃料 三氧化二铝的生产原料 1.概念 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物。 2.矿石主要成分 三水铝石Al3O23H2O 一水软铝石Al3O2H2O 一水硬铝石Al3O2H2O 3.铝土矿分布 世界范围：主要分布在几内亚、澳大利亚、巴 西、加勒比海地区、印度、印度尼西亚、东欧 等热带、亚热带的国家和地区 中国范围：主要分布在山西、河南、贵州、广 西、山东等省 碱法碱法：即用NaOH或Na2CO3处理铝矿石，矿石中三 氧化二铝转变为铝酸钠溶液，矿石中铁、钛等杂 质和绝大部分硅则成为不溶解的化合

5、物，经分离、 净化NaALO2溶液可分解析出Al(OH)3,经分离、洗 涤后煅烧，获得三氧化二铝，分解母液循环使用。 酸法酸法：原则上用H2SO4、HNO3、HCl处理含铝土矿 石得到相应盐的水溶液，酸法问题较多，至今还 不能工业化。 电热法电热法：可用来处理高硅高铁的铝矿。 拜耳法（Al/Si7） 原理：用苛性钠溶液在加热的条件下将铝土矿中的 各种氧化铝水合物溶解出来，生成铝酸钠溶液， 此种溶液经稀释后在冷却的条件下分解出纯的氢 氧化铝，同时重新生成苛性钠溶液，供循环使用。 流程：铝土矿的溶出；铝酸钠溶液的分解；氢氧化 铝煅烧。 晶种分解 堆场 氢氧化铝浆液 沉降分离 晶种氢氧化铝 母液 蒸

6、发 洗涤 氢氧化铝 煅烧 氧化铝 洗 液 蒸发母液 分离 NaCO3H2O 结晶 溶解 苛化 石灰乳 破碎 铝土矿 湿磨 溶出 溶出矿浆 稀释 沉降分离 粗液稠浓赤泥浆 叶滤 赤泥洗涤 热水 净液 赤泥 洗液 石灰 补充苛性碱 图 拜耳法生产三氧化二铝的原则流程 由法国人萨特里1858年提出并被后人改进（称碱石灰烧 结法）。 基本过程基本过程：将铝土矿、纯碱和石灰等经高温烧结转变为 NaOAl2O3，Na2OFe2O3，2CaOSiO2（原硅酸钙）和 CaOTiO2，用水或稀碱液溶出时，NaOAl2O3溶解， Na2OFe2O3水解为NaOH和Fe2O3H2O沉淀，2CaOSiO2和 CaOT

7、iO2不溶，分离后溶液经通入CO2进行碳酸化分解， 析出Al(OH)3，碳分母液（主要为Na2CO3）经蒸发浓缩后可 返回配料烧结，循环使用。 特点：特点：1）适合低A/S矿（A/S56）； 2）流程复杂、能耗高、成本高； 3）产品质量比拜耳法差。 铝土矿品位： m（氧化铝）/m（氧化硅）=5-7 优点：烧结法系统所得的铝酸钠溶液可以补充拜耳法 系统中的碱损失。 常用方法：（1）并联法 （2）串联法 （3）混联法 1 1）并联法）并联法 包括拜耳法和烧结法两个平行的生产系统，以拜耳 法处理高品位铝土矿，而烧结法处理低品位矿，后者得 铝酸钠溶液并入拜耳法系统，以补偿拜耳法系统的苛性 碱损失，经种

8、分得Al(OH)3，母液蒸发分离出一水Na2CO3， 返回烧结法系统，二次母液返回拜耳法溶出系统。 2 2）串联法）串联法 适合处理中等品位铝土矿和低品位的三水铝石铝 土矿。先用拜耳法处理矿石，提取大部分三氧化二铝， 然后再用烧结法处理拜耳法的赤泥，以进一步提取其中 的三氧化二铝和碱，所得铝酸钠溶液并入拜耳法系统， 之后同上。 3）混联法）混联法 类似串连法，但赤泥用烧结处理时，需加低品位铝 土矿。 原料：Al2O3； 熔剂：冰晶石（Na3AlF6）、AlF3、NaF、MgF2、 CaF2、LiF等 阳极材料：阳极糊或预焙阳极碳块。 1 自焙阳极自焙阳极 自焙阳极是由阳极糊制备的。 阳极糊就是

9、一种具有一定粒度分布的石油焦或沥青焦，或两种 焦的混合物与一定比例的熔融沥青油混合而成一种混合糊料， 然后按照要求制成团球状或块状。凡是自焙阳极电解槽，所用 阳极材料都是这种阳极糊，当阳极通电时，利用电阻热和熔融 电解质的高温把阳极糊逐步焙烧而成导电性能好、机械强度高、 孔隙度小的阳极。 2 预焙阳极碳块预焙阳极碳块 利用石油焦、石油焦和沥青焦混合物及沥青油，以一定的粒度 配比作成阳极糊生料，再经混捏压制成型，焙烧而成阳极块。 预焙阳极因为是预先就焙烧好的阳极，可避免电解中沥青烟气， 劳动条件好，但阳极成本大为提高。 阳极随电解进行不断消耗，一般预焙阳极单耗为450kg/t （Al），碳耗指数

10、为1.181.2（实际消耗/理论消耗） 电解槽反应： 阳极：惰性电极（Pt阳极）、活性阳极（炭阳极） 电解液：冰晶石溶液 阴极：炭阴极（液态铝） 阳极反应：3O2-+1.5C-6e=1.5CO2(g) 阴极反应：2Al3+6e=2Al(l) 总反应：Al3O2+1.5C=2Al(l)+ 1.5CO2(g) 铝电解生产过程： 铝电解的生产过程：焙烧期、启动和启动后期、正 常生产期 电流效率：1法拉第电量理论上应析出1/3mol的铝， 也就是8.99g 1F=96485As=26.8Ah 电解槽的平均电流（直流）为300kA 年产铝量P=8.99（300 24 36526.3） 10-3=882t/年 按纯度分类： 原铝：熔融电解法生产的铝，纯度99.5%-99.85%； 精铝：一般来自三层液精炼电解槽，纯度在99.99%以 上； 高纯铝：区域熔炼法制取，杂质含量分数不超过 110-6 铝中杂质来源：原料（氧化铝、冰晶石、氟化铝、 炭阳极等）和电解槽的内衬结构材料 铝液中主要杂质：伴生金属杂质：铁、硅等； 非金属固态夹杂物：氧化铝、炭、碳化铝等； 气体夹杂物：氢气、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、 氮气等。 铝液的净化：往铝液中通入惰性气体（N2）或活性气 体（Cl