铝冶金.ppt

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第一讲第一讲氧化铝的生产氧化铝的生产1.绪论2.氧化铝生产工艺3.氧化铝生产新技术和综合利用绪论绪论nn氧化铝及其水合物nn氧化铝生产方法nn铝土矿氧化铝氧化铝nn氧化铝：

氧化铝：

氧化铝外观为白色粉末，结晶状态为六方晶体结构，分氧化铝外观为白色粉末，结晶状态为六方晶体结构，分子式通常写为子式通常写为Al2O3Al2O3，分子量为，分子量为101.96101.96。

氧化铝是典型的两性氧化物，不溶于水，可溶于无机酸氧化铝是典型的两性氧化物，不溶于水，可溶于无机酸和碱性溶液，由于其结晶形式不同，在酸、碱溶液和碱性溶液，由于其结晶形式不同，在酸、碱溶液中的溶解度及溶解速度也不同。

中的溶解度及溶解速度也不同。

氧化铝有多种同素异构体，如：

氧化铝有多种同素异构体，如：

-Al2O3-Al2O3、-Al2O3-Al2O3、-Al2O3Al2O3、-Al2O3-Al2O3、-Al2O3-Al2O3、K-Al2O3K-Al2O3、-Al2O3-Al2O3。

而常见稳定结构的氧化铝主要是而常见稳定结构的氧化铝主要是-Al2O3-Al2O3、-Al2O3-Al2O3。

-Al2O3-Al2O3性质稳定，熔点性质稳定，熔点20502050，沸点，沸点29002900，比重，比重3.9-4.0g/cm33.9-4.0g/cm3。

-Al2O3-Al2O3是将各种是将各种AlAl（OHOH）33加热脱水获得的，加热脱水获得的，-Al2O3Al2O3呈立方晶系。

晶格常数呈立方晶系。

晶格常数=7.91=7.91。

nn氧化铝外观为白色粉末，结晶状态为六方晶体结氧化铝外观为白色粉末，结晶状态为六方晶体结构，分子式通常写为构，分子式通常写为Al2O3Al2O3，分子量为，分子量为101.96101.96。

nn氧化铝是典型的两性氧化物，不溶于水，可溶于氧化铝是典型的两性氧化物，不溶于水，可溶于无机酸和碱性溶液，由于其结晶形式不同，在酸、无机酸和碱性溶液，由于其结晶形式不同，在酸、碱溶液中的溶解度及溶解速度也不同。

碱溶液中的溶解度及溶解速度也不同。

nn氧化铝有多种同素异构体，如：

氧化铝有多种同素异构体，如：

-Al2O3-Al2O3、-Al2O3Al2O3、-Al2O3-Al2O3、-Al2O3-Al2O3、-Al2O3-Al2O3、K-Al2O3K-Al2O3、-Al2O3-Al2O3。

而常见稳定结构的氧化铝主要是。

而常见稳定结构的氧化铝主要是-Al2O3Al2O3、-Al2O3-Al2O3。

nn-Al2O3-Al2O3性质稳定，熔点性质稳定，熔点20502050，沸点，沸点29002900，比重比重3.9-4.0g/cm33.9-4.0g/cm3。

nn-Al2O3-Al2O3是将各种是将各种AlAl（OHOH）33加热脱水获得的，加热脱水获得的，-Al2O3-Al2O3呈立方晶系。

晶格常数呈立方晶系。

晶格常数=7.91=7.91。

氧化铝水合物氧化铝水合物氧化铝水合物是由氧化铝水合物是由OH-OH-、O2-O2-、Al3+Al3+构成的化合构成的化合物，其中并不含水分子，是人们对该种化合物的俗称。

物，其中并不含水分子，是人们对该种化合物的俗称。

氧化铝水合物是铝土矿中的主要矿物。

自然界中氧化铝水合物是铝土矿中的主要矿物。

自然界中OH-OH-、O2-O2-、Al3+Al3+构成的化合物主要有三水铝石、一水软铝构成的化合物主要有三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石和刚玉。

其分子式为：

石、一水硬铝石和刚玉。

其分子式为：

三水铝石：

三水铝石：

AlAl（OHOH）33、一水软铝石：

、一水软铝石：

-AlOOH-AlOOH、一水硬铝石：

一水硬铝石：

-AlOOH-AlOOH、刚玉：

、刚玉：

Al2O3Al2O3。

氧化铝水合。

氧化铝水合物的化学性质也由于其结构不同而有很大差别。

化学物的化学性质也由于其结构不同而有很大差别。

化学活性按下列次序递减：

活性按下列次序递减：

三水铝石化学活性最大、一水软铝石次之、一水三水铝石化学活性最大、一水软铝石次之、一水硬铝石较弱、刚玉则是非常稳定的氧化铝。

硬铝石较弱、刚玉则是非常稳定的氧化铝。

氧化铝生产方法氧化铝生产方法nn碱法nn酸法nn酸碱联合法nn热法碱法生产氧化铝碱法生产氧化铝nn碱法生产氧化铝，就是用碱碱法生产氧化铝，就是用碱（NaOHNaOH或或Na2CO3）Na2CO3）处理铝土矿，使矿石中的氧化铝水合物和碱处理铝土矿，使矿石中的氧化铝水合物和碱反应生成铝酸钠溶液。

铝土矿中的铁、钛等反应生成铝酸钠溶液。

铝土矿中的铁、钛等杂质和绝大部分的二氧化硅则成为不溶性的杂质和绝大部分的二氧化硅则成为不溶性的化合物进入固体残渣中。

这种残渣被称为赤化合物进入固体残渣中。

这种残渣被称为赤泥。

铝酸钠溶液与赤泥分离后，经净化处理，泥。

铝酸钠溶液与赤泥分离后，经净化处理，分解析出分解析出A1（OH）3A1（OH）3，将，将A1（OH）3A1（OH）3与碱液分离并与碱液分离并经过洗涤和焙烧后，即获得产品氧化铝。

经过洗涤和焙烧后，即获得产品氧化铝。

nn目前工业上几乎全部采用碱法生产氧化铝。

目前工业上几乎全部采用碱法生产氧化铝。

酸法生产氧化铝酸法生产氧化铝nn酸法生产氧化铝就是用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸处酸法生产氧化铝就是用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸处理铝矿石，得到含铝盐溶液，然后用碱中和这些盐溶理铝矿石，得到含铝盐溶液，然后用碱中和这些盐溶液，使铝成氢氧化铝析出，焙烧氢氧化铝或各种铝盐液，使铝成氢氧化铝析出，焙烧氢氧化铝或各种铝盐的水合物晶体，便得到氧化铝。

的水合物晶体，便得到氧化铝。

nn用酸法处理铝矿石时，存在于矿石中的铁、钛、钒、用酸法处理铝矿石时，存在于矿石中的铁、钛、钒、铬等杂质与酸作用进入溶液中，这不但引起酸的消耗，铬等杂质与酸作用进入溶液中，这不但引起酸的消耗，而且它们与铝盐分离比较困难。

氧化硅绝大部分成为而且它们与铝盐分离比较困难。

氧化硅绝大部分成为不溶物进入残渣与铝盐分离，但有少量成为硅胶进入不溶物进入残渣与铝盐分离，但有少量成为硅胶进入溶液，所以铝盐溶液还需要脱硅，而且需要昂贵的耐溶液，所以铝盐溶液还需要脱硅，而且需要昂贵的耐酸设备。

酸设备。

nn用酸法处理分布很广的高硅低铝矿用酸法处理分布很广的高硅低铝矿（如粘土、高岭土、如粘土、高岭土、煤矸石和煤灰煤矸石和煤灰）在原则上是合理的，在铝土矿资源缺在原则上是合理的，在铝土矿资源缺乏的情况下可以采用此法。

乏的情况下可以采用此法。

酸碱联合法生产氧化铝酸碱联合法生产氧化铝酸碱联合法是先用酸法从高硅铝矿石中制取含铁、钛等杂质的不纯氢氧化铝，然后再用碱法处理。

这一流程的实质是用酸法除硅，碱法除铁。

热法生产氧化铝热法生产氧化铝热法适合于处理高硅高铁的铝矿，其实质是在电炉中熔炼铝矿石和碳的混合物，使矿石中的氧化铁、氧化硅、氧化钛等杂质还原，形成硅合金。

而氧化铝则呈熔融状态的炉渣而上浮，由于密度不同而分离，所得氧化铝渣再用碱法处理从中提取氧化铝。

铝土矿铝土矿nn铝土矿组成nn铝土矿分类nn铝土矿的铝硅比nn我国铝土矿特点铝土矿组成铝土矿组成nn铝土矿是一种以氧化铝水合物为主要成分的复杂铝硅酸盐矿石，铝土矿的主要化学成分有：

Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2，少量的CaO、MgO硫化物、微量的镓、钒、磷、铬等元素的化合物。

铝土矿分类铝土矿分类nn铝土矿按其含有的氧化铝水合物的类型可分为：

三水铝石型铝土矿；一水软铝石型铝土矿；一水硬铝石型铝土矿和混合型铝土矿。

铝土矿铝硅比铝土矿铝硅比铝土矿中的硅是碱法处理铝土矿制取氧化铝过程中最有害的杂质，铝土矿的铝硅比是衡量铝土矿质量的主要指标之一。

铝硅比是指铝土矿中的氧化铝和二氧化硅的质量比：

即A/S=矿石中的氧化铝质量/矿石中的二氧化硅质量。

通常写为：

A/S=Al2O3/SiO2我国铝土矿特点我国铝土矿特点nn我国铝土矿资源丰富，储量大；高铝、高硅、低铁；铝硅比较低，中低品位铝土矿居多；多数铝土矿是一水硬铝石型铝土矿。

铝酸钠溶液铝酸钠溶液nn铝酸钠溶液成分nn铝酸钠溶液分子比nn铝酸钠溶液结构nn铝酸钠溶液诱导期nn铝酸钠溶液稳定性及其影响因素铝酸钠溶液铝酸钠溶液nn工业铝酸钠的主要成分是NaAl（OH）4、NaOH、Na2CO3、Na2SiO4等。

通常把NaAl（OH）4中的Na2O叫做化合碱；把NaOH中的Na2O叫做游离碱，把Na2CO3中的Na2O叫做碳酸碱，并把碳酸碱和苛性碱统称为全碱。

铝酸钠溶液分子比铝酸钠溶液分子比铝酸钠溶液的分子是指溶液中的苛性碱与氧化铝的摩尔比，用MR表示：

分子比（MR）=苛性碱（Na2O）（mol）/氧化铝（Al2O3）（mol）=苛性碱（g）/氧化铝（g）1.645铝酸钠溶液结构铝酸钠溶液结构通过对铝酸钠溶液进行的大量的研究揭示，铝酸钠溶液是通过对铝酸钠溶液进行的大量的研究揭示，铝酸钠溶液是离子真溶液，铝酸钠溶液能够完全解离为钠离子和铝酸离子真溶液，铝酸钠溶液能够完全解离为钠离子和铝酸根离子。

根离子。

关于铝酸钠溶液的结构问题，实质是指铝酸根离子的组成关于铝酸钠溶液的结构问题，实质是指铝酸根离子的组成及结构。

及结构。

根据近年来的研究结果，可归纳为以下几点：

根据近年来的研究结果，可归纳为以下几点：

（11）在一定温度下，中等浓度的铝酸钠溶液中，铝酸根）在一定温度下，中等浓度的铝酸钠溶液中，铝酸根离子是以离子是以Al（OH）4-Al（OH）4-为主。

据此，从铝或氢氧化铝转入溶为主。

据此，从铝或氢氧化铝转入溶液的阳离子液的阳离子A13+A13+与与44个个OH-OH-化合时形成化合时形成Al（OH）4-Al（OH）4-。

33个个OH-OH-离子与阳离子离子与阳离子A13+A13+以正常的价键结合，而第以正常的价键结合，而第44个个OH-OH-离子则以配价键结合离子则以配价键结合Al（OH）4-Al（OH）4-离子有正规的四面结离子有正规的四面结体构。

体构。

（22）在稀溶液中且温度较低时，铝酸根离子以水化离子）在稀溶液中且温度较低时，铝酸根离子以水化离子Al（OH）4-（H2Al（OH）4-（H2）x）x形式存在；形式存在；（33）在较浓的溶液中或温度较高时，发生）在较浓的溶液中或温度较高时，发生Al（OH）4-Al（OH）4-离子离子脱水，并能形成脱水，并能形成A12A12（OH）62-（OH）62-聚离子。

聚离子。

nn一般生产条件下都用一般生产条件下都用Al（OH）4-Al（OH）4-表示铝酸根离子。

表示铝酸根离子。

铝酸钠溶液诱导期铝酸钠溶液诱导期铝酸钠溶液的诱导期即过饱和铝酸钠溶液自发铝酸钠溶液的诱导期即过饱和铝酸钠溶液自发分解析出氢氧化铝的时间长短。

诱导期即是分解析出氢氧化铝的时间长短。

诱导期即是在开头一段时间内溶液不发生明显的分解，在开头一段时间内溶液不发生明显的分解，在此期间溶液主要是发生内部变化在此期间溶液主要是发生内部变化离子聚离子聚合或晶核开始形成。

合或晶核开始形成。

诱导期的长短取决于溶液的组成（浓度、诱导期的长短取决于溶液的组成（浓度、KK杂杂质和温度）等因素。

质和温度）等因素。

KK和浓度高以及有机物和浓度高以及有机物等存在时，诱导期长。

添加晶种时也有诱导等存在时，诱导期长。

添加晶种时也有诱导期，但诱导期的延续时间比不添加种子时短期，但诱导期的延续时间比不添加种子时短得多。

以至在晶种量较多时延续时间只有几得多。

以至在晶种量较多时延续时间只有几分钟甚至完全消失。

分钟甚至完全消失。

铝酸钠溶液稳定性及其影响因素铝酸钠溶液稳定性及其影响因素nn铝酸钠溶液的稳定性是指从过饱和铝酸钠溶液开始铝酸钠溶液的稳定性是指从过饱和铝酸钠溶液开始分解析出氢氧化铝所需时间的长短。

分解析出氢氧化铝所需时间的长短。

nn形成铝酸钠溶液后立刻开始分解或经过短时间后即形成铝酸钠溶液后立刻开始分解或经过短时间后即开始分解的溶液，称为不稳定的溶液。

能够存放很开始分解的溶液，称为不稳定的溶液。

能够存放很久仍不发生明显分解的溶液，称为稳定的溶液。

久仍不发生明显分解的溶液，称