《有色金属材料制备与应用》课件 1-纯铝的制备

《合金熔炼与制备》纯铝的制备2铝从哪里来？纯铝是如何制备的？纯铝的性能与分类？一题录二三3一、铝从哪里来？铝在地壳中含量为7.73%，列全部化学元素含量的第三位(仅次于氧48.60%和硅26.30%)，列全部金属元素含量的第一位，比铁还多，Fe:4.75%；Mg:2.0%；Ti:0.46%。图地壳中元素的含量情况一、铝从哪里来？我国矿产资源十分丰富。有色金属的化学性质较为活泼，在自然界中以化合物的形式存在，造成冶炼困难，生产成本较高，所以要注意使用节约。对于铝而言，铝以化合态存在于各种岩石或矿石里，如铝土矿、高岭石、霞石等。Bauxite铝土矿霞石粉Kaoliniteclay高岭土二、纯铝是如何制备的？5第一阶段：1807年：英国维达用电化学法分离明矾（KAl(SO4)2·12H2O，十二水硫酸铝钾）时发现铝的存在。1825年：丹麦化学家奥斯德用电化学法分离出铝。1827年：德国武勒重复奥斯德实验，并加以改进。第二阶段：1854年：德国化学家德维尔用钠代替钾还原氯化铝，制得铝锭，并于1855年在巴黎世博会展出。1855年：法国圣·克莱尔·德维尔用钠从氯化铝中还原出铝，于1859年生产出1.9吨铝。第三阶段：1886年：霍尔[美]及埃鲁[法]用电解法生产金属铝（霍尔－埃鲁工艺：用碳质阳极电解熔于熔融Na3AlF6中的Al2O3来制取铝）。1888年：澳大利亚卡尔·约瑟夫·拜耳发明了拜耳工艺Bayerprocess：用240℃的氢氧化钠溶液溶解破碎的铝土矿。|1、发展历史二、纯铝是如何制备的？铝化学活性强，容易和氧、卤素结合成稳定化合物，须将含铝矿物通过化学处理得到纯净化合物，然后再将这些化合物用电解的方法得到纯金属。即：（1）纯净氧化铝制备；（2）电解氧化铝得到纯铝。铝的生产流程|2、纯铝的冶炼工艺方法二、纯铝是如何制备的？|3、纯净氧化铝的制备1、拜耳法：氧化铝生产总量的95％；2、拜耳－烧结联合法；3、碱石灰烧结法。二、纯铝是如何制备的？不同制取方法所用矿石原料不同，如：拜耳法→高品位铝土矿。碱石灰烧结法

和拜耳－烧结联合法→中低品位铝土矿。霞石（Nepheline）铝土矿Bauxite高岭石kaolinite矿石种类|3、纯净氧化铝的制备衡量铝土矿的质量标准是：铝硅比(铝土矿中Al2O3与SiO2的重量比)。目前，工业生产上要求铝土矿的铝硅比不低于3～3.5。我国铝土矿的一般特点是高铝、高硅、低铁，铝硅比多数在4～7之间。第一步：将粉碎的铝土矿放入240℃的强NaOH溶液中经过充分反应，再过滤Fe和Si氧化物组成的不溶解于水的残留物或红土（碳酸盐类或含其他富铁铝氧化物）。第三步：

调整煅烧温度、压力，除去Al2O3

·3H2O中的水。可获得不同形态的α、β或γAl2O3。如：400～600℃煅烧，得到γ－

Al2O3

。1200℃煅烧，得到α－Al2O3。*1拜耳法第二步：在50℃左右，NaAlO2偏铝酸钠分解得到Al2O3·3H2O

。通过加入促结晶剂，促进(Al2O3

·3H2O)沉淀。二、纯铝是如何制备的？|3、氧化铝的制备

将粉碎的铝土矿放入240℃的强NaOH溶液中经过充分反应并过滤得到Al(OH)3溶液，再高温煅烧提取出Al2O3。*1拜耳法拜耳工艺流程图煅烧Si、Fe和其他杂质二、纯铝是如何制备的？

若直接采用拜耳法时，NaOH与硅杂质反应生成Na2SiO3（硅铝酸钠），Na2SiO3与NaAlO2反应生成不溶于水的Na2Al2Si2O8，将降低Al2O3的收得率。

故先用石灰石CaCO3代替NaOH，与铝土矿反应生成Ca2SiO4，滤除后得到高含量Al2O3。*2拜耳－烧结联合法二、纯铝是如何制备的？|3、氧化铝的制备

用Na2CO3代替NaOH。在800-1200℃下，磨碎的铝土矿与Na2CO3反应，生成偏铝酸钠和CO2。

偏铝酸钠经进一步磨碎后溶解于90-95℃水中，Al(OH)3以沉淀物析出，浸出液体后通过加热脱水得到Al2O3粉末。*3碱石灰烧结法二、纯铝是如何制备的？|3、氧化铝的制备

制取原理：直流电通过由氧化铝、冰晶石（六氟铝酸钠，Na3AlF6）组成的电解质溶剂，在950～970℃下使电解质溶液中的氧化铝分解为铝和氧。阴极上析出的铝液汇集于电解槽槽底，阳极上析出二氧化碳或一氧化碳气体；铝液从电解槽中吸出，经过净化去除氢气、非金属和金属杂质并澄清后，铸成铝锭。霍尔－埃鲁工艺:Hall-HéroultprocessHall-Héroult电解槽

电解质主要是80-90%Na3AlF6+2-8%Al2O3，添加剂AlF3、CaF3，可改善电解质性质，提高电流效率。

二、纯铝是如何制备的？|4、电解氧化铝得到纯铝二、纯铝是如何制备的？年份非洲北美拉丁美洲亚洲西欧中东大洋洲波斯湾总计中国20171679395013783917375939991817516325662322552016168040281361343737783981197251732541031641201516854462131529823735381319745086250522897020141746458515302430351437652035483224437239402013181049091921243635253995210538832454219362012163948512052253536054323218636622485319754|5、国内外纯铝的生产情况播放视频15三、纯铝的性能与分类？|1、力学性能与铸造性能16三、纯铝的性能与分类？|2、杂质元素的影响通常，杂质能提高纯铝的力学性能，主要是强度、硬度；但塑性韧性下降。除Mg、Mn外，多数杂质会降低铝的抗蚀性。

铝中主要杂质是铁和硅，其次是铜、锌、镁、锰、镍、钛等。17三、纯铝的性能与分类？|2、杂质元素的影响所有杂质均降低铝的导电率，其中Mn、Mg、Zr、Cr、Li、V、Si、Cu影响最为显著。18三、纯铝的性能与分类？|2、Fe、Si的影响（1）Fe、Si很少时，在铝中以FeAl3和β(Si)出现，呈针状或片状，硬而脆，塑性变差；（2）还可能出现

-Fe3SiAl12(初生相时为枝条状，共晶相时为骨骼状)和β-Fe2Si2Al9(针状)三元化合物，对塑性影响更严重；（3）如右图：Fe+Si总量小于0.65%时，应使Fe%>Si%，Fe/Si=1.0~1.5时以减少铸锭开裂；超过0.65%，铁硅比影响减少。当Mn存在时，Fe熔入Al6Mn中，减少Fe的有害作用。Fe和Si是纯铝的主要杂质。三、纯铝的性能与分类？|3、分类与牌号牌号：L+数字分类：（1）L1～L7为工业纯铝；纯度：99.00℅～99.85℅；用于熔制铝合金、制作电线、电缆和日用器皿等。（2）LO和LOO为工业高纯铝；纯度：99.95℅～99.996℅；用于科学研究、化工工业以及一些特殊用途的领域。（3）LO1～LO5为高纯铝，通常纯度≥99.999℅强化方式：（1）冷变形是提高强度的唯一手段。