轻金属冶金学

1、轻金属冶金学期末复习绪论1：轻金属：比重小于3.5的金属，其中包括铝，镁，铍和碱金属及 碱土金属，有时也将比重为4.5的钛，和通常称为半金属的硼和硅列 为轻金属【名词解释】2：轻金属的特点：比重小；：与氧、卤族元素、硫和碳的化合物都非常稳定：电负性很强。【解答题】第一章氧化铝生产概况1：三水铝石与拜耳石活性最大，最容易，一水软铝石次之，一水硬铝石最难溶2：最重要的含铝矿石有铝土矿，明矶石，霞石等3：铝土矿中的杂质：主要是氧化硅，氧化铁，其次是二氧化碳，少量的钙和镁 的碳酸盐以及钠，钾，铬，矶，镓，磷，氟，锌和其他一些元素的化合物，有机 物。4：衡量铝土矿质量的最主要标准是矿石中氧化铝含量及铝硅

2、比A -名词解释S5:铝硅比：氧化铝与二氧化硅的百分含量之比。名词解释6：我国铝土矿的特点：高硅，高铝，低铁。大量是一水硬铝石型。7：拜耳法生产氧化铝的工艺流程及特点？ 【解答题】答:直接利用含有大量游离苛性碱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 返回用于熔出铝土矿。特点：拜耳法比较简单，能耗低，产品质量高，成本低，但只限于处理较高品味的铝土矿（A/S 应大于7）8：烧结发生产氧化铝的工艺流程及特点？【解答题】答：烧结发是在铝土矿中配入石灰石（或石灰），纯碱（含大量碳酸钠的碳分母液），在高温 下烧

3、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，得到铝酸钠溶液。经脱硅 净化的铝酸钠溶液用碳酸化分解（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。特点：烧结发工艺较复杂，能耗高，产品质量和成本不及拜耳法，但它可以处理低品位的铝 土矿（A/S比应大于3.5）9:酸法，碱法的特点？ P7第二章铝酸钠溶液1：苛性比值（【名词解释】a)_ Na 2O分子数 _ 1 645 x Na?O质量 k Al O分子数 A1：苛性比值（【名词解释】23232：硅量指数：铝酸钠溶液中Al2O3与SiO 2含量的比例【名词解释】4：铝酸钠溶液的稳定性通常是

4、用从这种过饱和的铝酸钠溶液开始分解析出氢氧化铝所需时 间的长短来衡量。第三章拜耳法生产氧化铝1： DACBD 循环AB-溶出线BC-稀释线CD-分解线DA-蒸发线2：添加石灰的作用？【解答题】答：消除含钛矿物的有害作用，显著提高Al 2气的溶出速度和溶出率；促进针铁矿转变为赤铁矿，使其中的氧化铝充分溶出，并使赤泥的沉降性能得到改善;活化一水硬铝石的溶出反应；生成水化石榴石，减少Na O损失，降低能耗。3：影响铝土矿溶出过程的因素？-【填空题/选择题】）答：（1）溶出温度-温度?；溶出率h（2）循环母液碱浓度及苛性比值一氧化钠浓度f，苛性比值；（3）矿石磨细的程度-磨的越细，溶出速度越快；（4）

5、搅拌强度一强烈搅拌；（5）石灰添加量增大石灰添加量。4：用赤泥洗液将其稀释的作用？ 【解答题】答：（1）降低铝酸钠溶液的浓度，便于晶种分解（2）使铝酸钠溶液进一步脱硅（3）有利于赤泥分离（4）便于沉降槽的操作5：在铝酸钠溶液添加晶种分解过程中，同时发生以下一些物理化学作用：次生成核；结晶长大；晶粒附聚，晶粒破裂与磨蚀。影响晶种分解过程的主要因素-【知道】答：分解液的浓度和苛性比值；温度制度；晶种数量和种量；分解时 间及母液苛性比值；搅拌速度；杂质的影响第四章碱石灰烧结法生产氧化铝1、烧结法生产氧化铝的基本原理是什么？答：烧结法生产氧化铝的基本原理是将铝土矿与一定量的纯碱、石灰（或石灰石） 配成

6、炉料在高温（回转窑）下进行烧结，氧化铝与纯碱化合成可溶于水的固体铝 酸钠Na2O - A12O3、使氧化硅与石灰化合成不溶于水的原硅酸钙2CaO - SiO2, 而氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠Na2O Fe2O3，氧化钛生成不溶于水 的钛酸钙。2、烧结过程的目的是什么？答：烧结过程的目的就是要使调配合格后的生料浆在回转窑中高温烧结，使生 料各成分互相反应。使其中的A12O3尽可能转变成易溶于水或稀碱溶液的 Na2O - A12O3,而使Fe2O3转变成易水解的Na2O - Fe2O3, SiO2、TiO2等杂质 转变为不溶于水或稀碱溶液的2CaO SiO2和钛酸钙，并形成具有一定容积密度

7、 和孔隙率、可磨性好的熟料，以便在溶出过程中将有用成份与有害杂质较好的进 行分离，最大限度提取氧化铝和回收碱。3、碱比、钙比、铁铝比指的是什么？-【名词解释】答：碱比是指生料浆中氧化钠与氧化铝和氧化铁的分子比。钙比是指生料浆中氧化钙与氧化硅的分子比。铁铝比是指生料浆中氧化铁和氧化铝的分子比。4、硫对氧化铝生产造成的危害有什么？-【解答题】答：(1)生料中含有的硫能使碱耗增加。熟料中的Na2SO4升高对大窑操作带来困难。母液中Na2SO4含量升高给蒸发操作带来困难，并且增加汽耗。拜耳精液中Na2SO4含量的增加，将使分解率有所下降。5、烧结过程脱硫措施是什么？-混联法和烧结法，主要采取生料加煤技

8、术进行 排硫。6、影响熟料质量的主要因素有些什么？7、答：生料成分及配比；烧结温度：烧结时间；煤粉质量：炉料 粒度和混合程度：熟料窑的操作等因素。8、溶出时原硅酸钙的行为和二次反应？答：在碱石灰烧结法中，熟料中的原硅酸钙是以6 2CaOSiO2形态存在，它 在熟料中的含量占30%以上。在熟料溶出时，原硅酸钙与溶液之间会发生一系 列的反应，使已进入溶液中的有用成分A12O3和Na2O又进入赤泥而损失掉。 由原硅酸钙所引起的这些反应称为熟料溶出时的副反应或二次反应。由二次反应 造成的A12O3和Na2O的损失称为二次反应损失。二次反应的主要产物是水化 石榴石和水合铝硅酸钠。9、二次反应的影响因素有

9、哪些？答：1.溶出温度；2.溶出的苛性比值；3.碳酸钠浓度；4.二氧化硅浓度；5.溶出 时间；6.溶出液固比；7.熟料质量和粒。10、烧结法粗液脱硅的目的？答：熟料溶出过程中，由于6 -2CaOSiO2被碱液分解，部分SiO2进入溶液， 使得铝酸钠溶液中含有一定的SiO2，部分SiO2呈介稳状态存在于溶液中。碳 酸化分解时，溶液中的SiO2会随同氢氧化铝一起析出进入成品氧化铝中，降低 了产品质量。11、什么是二次脱硅？答:在一次脱硅浆液从脱硅机经自蒸发器进入缓冲槽时，再加入石灰乳进行脱硅， 使残存的SiO2以水化石榴石析出(钙硅渣)，该工艺称为二次脱硅，二次脱硅 所得精液硅量指数可提高到450

10、以上。12、碳酸化分解的目的？答：碳酸化分解的主要目的是在保证产品A1(OH)3质量的前提下，最大限度地 提高Al(OH)3产量，同时获得循环使用的碳分母液。13、分解母液蒸发的目的？答：（1）排除流程中的多余水份，保持循环系统的水量平衡；（2）使母液蒸浓到符合铝土矿溶出（种分母液）或配制生料浆（碳分母液） 的浓度要求；（3）排除生产过程积累的杂质。第十章铝电解过程的机理1:铝电解机理1阳极过程： Al 3 + （配离子）+ 3e = 1:铝电解机理2阴极过程：2O 2- （配离子）+ C - 4e = CO22.阳极效应现象：阳极周围（指与熔体接触的部位）电弧光耀眼夺目，并伴有噼噼啪啪的声响

11、，阳极周围电解质却不沸腾，没有气泡大量析出。第十一章铝电解生产中的电流效率 铝的电化当量计算：电化当量=-=0.3356 g/（ A.h）96487360024.305镁的电化当量计算：电化当量=】一2 = 0.453 g /（A.h）9648736003电流效率降低的原因？-【解答题】铝的溶解（1）铝的溶解和再氧化损失铝在熔体中的溶解度铝的二次反应机理（2）铝的不完全放电答：（3）其他离子放电答：（3）其他离子放电钠离子放电杂质离子放电水的电解（4）其他损失J碳化铝的生成熔体中的电子导电4,电流效率与电解参数的关系电解温度7,电流效率I氧化铝浓度 熔体中氧化铝浓度的变化，电流效率存在一个极小

12、值；添加剂对电流效率的影响 氟化钙和氟化镁可使电流效率提高；5：极距：铝电解槽中铝液界面至阳极底掌的距离。-【名词解释】第十三章铝电解的正常生产工艺1：正常生产状态的电解槽的外观特征：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内波动；、阳极四周边电解质“沸腾”均匀；、炭渣分离良好，电解质清澈透亮；、槽面上有完整的结壳，且疏松好打；、槽堂内形规整；、槽底干净，无氧化铝沉淀，或只有少量的沉淀。2：铝电解槽的常规作业，包括加料，出铝和阳极工作三个部分。3：湿法净化：是用水或碱溶液作为h F和粉尘的吸收剂，来净化烟气。4：十法净化：就是用铝电解槽的

13、原料氧化铝作吸收剂，吸附烟气中的HF，并截 留烟气中的粉尘，吸附了 HF的氧化铝仍为电解的原料。第十四章原铝的精炼1：原铝精炼方法很多，主要有三层精炼法，凝固提纯法，区域熔炼以及有机溶 液电解精炼法。2：三层电解液下层液体：阳极合金，30%铜与70%铝，密度3.4-3.7g/cm3.中层液为电解质，纯氟化物和氯氟化物体系，密度2.7-2.8g/cm3.最上层精铝，用作阴极，密度2.3 g/cm33：三层液电解精炼的原理J在阳极： Al3：三层液电解精炼的原理J在阳极： Al -3 e T Al 3+（液）Al 3 + + 3 e T Al（液）4,分配系数：K 1 时 1 时K = 1时i在阴

14、极：指杂质元素在固相中和在液相中的质量分配比率。杂质元素在液相中富集；杂质元素在固相中富集；杂质元素在区域熔炼中难以分离。第十五章新法炼铝1：铝硅盟的制取，其组成为Al（87.6%）,Si（11.8%）,FeO（0.6%）共晶温度576度。 第十七章镁概论物，分子式为 MgCO酸钙的复盐，分子式为化钾的含水复盐，分子1：生产金属镁的主要原料有：海水，盐湖水，地下盐卤，光卤石和菱，白 云石及天然资源。物，分子式为 MgCO酸钙的复盐，分子式为化钾的含水复盐，分子菱镁矿属于碳酸盐矿MgCO CaCO MgCO CaCO ;式为 KCl MgCl 6H O、光卤石是氯化镁和氯3:金属镁的生产方法分为

15、氯化镁熔盐电解法和热还原法两类。熔盐电解法用硅做还原剂，热还原法用硅，铝，碳及碳化钙做还原剂。4：热还原法炼镁的方法：横罐硅热还原法，半连续法。5：镁电解与铝电解的比较？-【论述题】答：（1）铝电解阴极反应：Al 3 + （络合）+ 3e = Al （配离子）；阳极反应： 2 O 2 -（络合）-4 e + C = CO2总反应： Al O + 1.5C = 2Al + 1.5CO阳极材料：碳素阳极；阴极材料：炭块;电解质：冰品石，氟化铝(溶剂)；氧化料(原料)；氟化钙，氟化镁，氟化 锂(添加剂)。电解温度：970975度；电解槽特点：工业铝电解中，液体金属铝沉淀在熔融电解质的下面，阳极气 体

16、向上逸出，所在阴阳极之间母线隔离，电解槽结构简单。(2)镁电解阴极反应： Mg 2+ + 2e = Mg ;阳极反应：2Cl - - 2e = Cl2个总反应： M g Cl = Mg + Cl个阳极材料：石墨；阴极材料：钢。电解质：光卤石为原料：MgCl 2,5% - 15%; KCl ,70% - 85%; NaCl ,5% 15%电解温度：680720度；电解特点：液体金属漂浮在熔融电解质之上，氯气向上逸出，容易发生逆反 应，所以在阴极和阳极之间需用隔板来隔离。相结合，降低气相中氧的分压。49。800 1000 1200 1400 1S00 1800 2000 2200 2400flat

17、, c21-1某些物质的株准生成自由能与温度的美系相结合，降低气相中氧的分压。49。800 1000 1200 1400 1S00 1800 2000 2200 2400flat, c21-1某些物质的株准生成自由能与温度的美系.02智涅云皿仲 90n润湿。8：从右图看出，反应：Si+02=Si02的标准生 成自由能负值比反应:2Mg+02=2MgO的标准 生成自由能负值小得多。到2375时，二者相 等，这时候有可能用Si还原MgO。抽真空；9：可以用两种方法来降低反应区的镁蒸气分压通入氢气或其它惰性气体。10：皮江法的工艺流程包括：白云石江烧，炉料流准备，真空热还原和粗镁精炼等主要工 序。11：镁的不同生产工艺的比较？