炼铝治金行业管理知识分析原料58658.pptx

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1、炼铝原料 铝最主要的矿石资源只有铝土矿，世界上95以上的氧化铝是用铝土矿生产的。n n 铝土矿是含铝矿物和其它矿物的混合矿，其中Al2O3的含量变化很大，低的在40%以下，高者可达到70%以上。n n 铝土矿中的Al2O3主要以三水铝石 Al(OH)3、一水软铝石(-AlOOH)及一水硬铝石-AlOOH 状态赋存。炼铝原料n n 铝土矿的质量主要取决于其中氧化铝的矿物形态和有害杂质含量（铝硅比）。n n 衡量铝土矿质量标准：n n铝土矿类型：决定氧化铝生产的方法。决定氧化铝生产的方法。n n铝硅比：工业上要求铝硅比不低于 工业上要求铝硅比不低于3 3 3.5 3.5铝土矿生产氧化铝纯氧化铝电解

2、制铝原铝精炼精铝1.拜耳法2.烧结法3.拜耳烧结联合法铝的生产方法氧化铝的生产n n 酸法：腐蚀设备、酸的回收麻烦、铝盐溶液除杂难n n 碱法：n n拜耳法：7A/Sn n烧结法：33.5A/S5n n联合法：以拜耳法为主，以烧结法补其不足，处理中间品位的铝土矿拜耳法生产氧化铝的基本原理n n基本原理：基本原理：（ll）用）用NaOHNaOH溶液溶出铝土矿所得到的铝酸钠溶液溶液溶出铝土矿所得到的铝酸钠溶液在添加晶种、不断搅拌的条件下，溶液中的氧化铝在添加晶种、不断搅拌的条件下，溶液中的氧化铝呈氢氧化铝析出，即呈氢氧化铝析出，即种分过程种分过程。（22）分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用）

3、分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用来溶出新的铝土矿，即来溶出新的铝土矿，即溶出过程溶出过程。n nAl2O3(1Al2O3(1或或3)H2O+2NaOH+aq3)H2O+2NaOH+aq2NaAl(OH)4+aq2NaAl(OH)4+aqAl2O3/30 60 200 ADCB1020Na2O拜耳法：1.溶出过程中SiO2发生的发应及其危害2.氧化钛水合物在溶出过程中的反应及解决措施3.溶出矿浆稀释的主要作用，稀释液的来源。4.晶种分解的机理5.种分母液的用途？需做何处理，为什么？6.一水碳酸钠的苛化方法NaOH 溶液NaOH 溶液回收钠和铝NaOH 和CaCO3的混合溶液3214氧化硅

4、水合物在溶出过程中的行为氧化硅水合物在溶出过程中的行为n n铝土矿中部分氧化硅溶于铝土矿中部分氧化硅溶于NaOHNaOH溶液，生成硅酸钠；溶液，生成硅酸钠；n n 溶液中铝酸钠和硅酸钠又反应生成水合硅铝酸钠，在溶液中沉淀下来。n nSiOSiO22造成的危害造成的危害n n造成氧化铝和苛性碱的损失造成氧化铝和苛性碱的损失n n结疤结疤n n影响产品质量影响产品质量氧化钛水合物在溶出过程中的行为n n氧化钛与苛性钠溶液作用生成钛酸钠。氧化钛与苛性钠溶液作用生成钛酸钠。2NaOH+TiO2+aq=Na2OTiO22H2O+aq2NaOH+TiO2+aq=Na2OTiO22H2O+aqn n 在溶出

5、一水硬铝石时，氧化钛能引起 在溶出一水硬铝石时，氧化钛能引起氧化铝溶出率降低 氧化铝溶出率降低和 和氧化 氧化钠损失 钠损失，还在加热设备表面，还在加热设备表面形成钛结疤 形成钛结疤。n n 生产中为了消除氧化钛在溶出过程中的危害，一般采用添加石 生产中为了消除氧化钛在溶出过程中的危害，一般采用添加石灰的办法，使 灰的办法，使TiO2 TiO2与 与CaO CaO作用生成不溶解的钛酸钙：作用生成不溶解的钛酸钙：2CaO 2CaOTiO2TiO2十十2H2O=2CaOTiO22H2O2H2O=2CaOTiO22H2O 由于钛酸钙结晶粗大松脆，易脱落，所以氧化铝溶出不 由于钛酸钙结晶粗大松脆，易脱

6、落，所以氧化铝溶出不受影响，并且消除了生成钛酸钠所造成的碱损失。受影响，并且消除了生成钛酸钠所造成的碱损失。溶出矿浆稀释 溶出矿浆在分离之前用赤泥洗液稀释，其作用主要是：n n（11）降低铝酸钠溶液的浓度，便于晶种分解）降低铝酸钠溶液的浓度，便于晶种分解n n（22）使铝酸钠溶液进一步脱硅）使铝酸钠溶液进一步脱硅n n（33）有利于赤泥分离）有利于赤泥分离 晶种分解n n晶种分解是将铝酸钠溶液中的氧化铝以氢氧化铝结晶晶种分解是将铝酸钠溶液中的氧化铝以氢氧化铝结晶析出的过程：析出的过程：Al(OH)Al(OH)44-+xAl(OH)+xAl(OH)33(x+1)Al(OH)x+1)Al(OH)3

7、3+OH+OH-n n在分解过程中在分解过程中Al(OH)3Al(OH)3晶核是难于自发生成的，必须晶核是难于自发生成的，必须从外面加入现成的晶种，才能促使从外面加入现成的晶种，才能促使Al(OH)3Al(OH)3结晶析出。结晶析出。铝酸钠溶液的种分过程不只是单纯的晶种长大，同时铝酸钠溶液的种分过程不只是单纯的晶种长大，同时还有一些其它极为复杂的物理化学变化，其中包括：还有一些其它极为复杂的物理化学变化，其中包括：次生成核、晶粒破裂、晶体长大和附聚。次生成核、晶粒破裂、晶体长大和附聚。分解母液的蒸发与一水碳酸钠的苛化n n 种分母液的蒸发：排出多余水分，保持水量平衡。排出多余水分，保持水量平衡

8、。使浓度符合拜耳法溶出的要求。使浓度符合拜耳法溶出的要求。n n 一水碳酸钠的苛化：蒸发过程中析出的一水碳酸蒸发过程中析出的一水碳酸钠经过苛化后，回收苛性钠返回到循环中。钠经过苛化后，回收苛性钠返回到循环中。n n石灰法Na2CO3+Ca(OH)2+aq=2NaOH+CaCO3+aq碱石灰烧结法的原理n n 烧结是使原料中的烧结是使原料中的Al2O3Al2O3转变为易溶于水或转变为易溶于水或稀碱液的化合物稀碱液的化合物(Na2OAl2O3)(Na2OAl2O3)从而使二氧化硅和从而使二氧化硅和氧化铁、氧化钛等杂质转变为不溶于水或稀碱液氧化铁、氧化钛等杂质转变为不溶于水或稀碱液的铁酸钠、原硅酸钙

9、、钛酸钙等化合物，以便在的铁酸钠、原硅酸钙、钛酸钙等化合物，以便在下一步溶出过程中将有用成分和有害杂质分离出下一步溶出过程中将有用成分和有害杂质分离出来。来。Al2O3+Na2O NaAlO2 NaAlO2焙烧 溶解Na2CO3溶液Na2CO3和NaOH 溶液Na2CO3和NaOH 溶液Na2CO3和NaOH 溶液Na2CO3溶液NaOH 溶液防止脱硅过程中分解回收硅渣中的Al2O3和Na2O水合铝硅酸钠和水化石榴石烧结法生产氧化铝需掌握的几个问题：1.给出烧结过程中发生的主要反应。2.简述熟料溶出过程中的二次反应及二次反应损失。3.溶出液中SiO2的来源及脱硅方法。4.碳酸化分解机理，过程分

10、为哪三个阶段？5.碳分母液的用途？需做何处理，为什么？烧结法熟料烧结发生的主要反应是：n n(1)A12O3与Na2CO3反应，生成铝酸钠；n n(2)SiO2与CaO反应，生成2CaOSiO2；n n(3)Fe2O3和Na2CO3反应，生成铁酸钠。n n(4)TiO2和CaO烧结反应的生成物是CaOTiO2(钙钛矿)。2 熟料烧结烧结法3 熟料溶出nn溶出过程的二次反应和二次反应损失n n溶出过程中赤泥中的溶出过程中赤泥中的2CaO2CaOSiO2SiO2与铝酸钠溶液发生与铝酸钠溶液发生一系列的化学反应，使已经溶出来的一系列的化学反应，使已经溶出来的Na2ONa2O和和Al2O3Al2O3又

11、重新生成溶液度很小的又重新生成溶液度很小的水化石榴石水化石榴石与与 水合水合铝硅酸钠铝硅酸钠进入赤泥中而损失。进入赤泥中而损失。烧结法4 铝酸钠溶液脱硅 在熟料溶出过程中，由于二次反应使得SiO2进入溶液，所以得到的铝酸钠溶液中含有较多SiO2(810g/L)。脱硅方法：脱硅程度用硅量指数(A/S)表示 一段脱硅：使SiO2成为水合铝硅酸钠析出(为了加快脱硅反应 为了加快脱硅反应速度，一次脱硅是在 速度，一次脱硅是在高温、高压 高温、高压和 和添加晶种 添加晶种的条件下进行的，的条件下进行的，称为 称为压煮脱硅 压煮脱硅。)二段脱硅：添加石灰使SiO2成为水化石榴石析出 实质：使铝酸钠溶液中的

12、SiO2转变为溶解度很小的化合物析出。烧结法5 铝酸钠溶液碳酸化分解 n n铝酸盐的碳酸化分解包括铝酸盐的碳酸化分解包括CO2CO2与铝酸钠溶液与铝酸钠溶液的反应和的反应和Al(OH)3Al(OH)3的结晶析出等物理化学过程。的结晶析出等物理化学过程。一般认为：一般认为：OH-+CO2=HCO3-OH-+HCO3-=H2O+CO32-NaAl(OH)4+aq=Al(OH)3+NaOH+aq 烧结法5 铝酸钠溶液的碳酸化分解 碳分分解率溶液中 SiO2 浓度00.120.2450100初期 初期中期 中期末期n n 分解初期：析出 分解初期：析出SiO2 SiO2较 较多（吸附）多（吸附）n n

13、 分解中期：析出 分解中期：析出SiO2 SiO2较 较少 少n n 分解末期：析出 分解末期：析出SiO2 SiO2较 较多（生成化合物）多（生成化合物）烧结法8 母液蒸发 烧结法的碳分母液和拜耳法的种分母液都需要烧结法的碳分母液和拜耳法的种分母液都需要蒸发。然后返回到循环中，蒸发的目的主要是：蒸发。然后返回到循环中，蒸发的目的主要是：n n（11）排除流程中的多余水份，保持循环系统的水）排除流程中的多余水份，保持循环系统的水量平衡；量平衡；n n（22）使母液蒸浓到符合铝土矿脱硅（种分母液）使母液蒸浓到符合铝土矿脱硅（种分母液）或配制生料浆（碳分母液）的浓度要求。或配制生料浆（碳分母液）的

14、浓度要求。5.1 并联法生产氧化铝n n 当矿区有大量低硅铝土矿同时又有一部分高硅铝土矿时。n n 采用拜耳法处理低硅优质铝土矿，烧结法处理高硅铝土矿。烧结法的精液汇入拜耳法，补充拜耳法系统的苛性碱损失。5.2 串联法生产氧化铝n n对于中等品位的铝土矿（例铝硅比为对于中等品位的铝土矿（例铝硅比为5577一水铝一水铝石矿）或品位虽然较低但为易溶的三水铝石型矿。石矿）或品位虽然较低但为易溶的三水铝石型矿。采用串联法往往比烧结法更为有利。采用串联法往往比烧结法更为有利。n n该法是先以较简单的拜耳法处理矿石，提取其中该法是先以较简单的拜耳法处理矿石，提取其中大部分大部分Al2O3Al2O3。然后再

15、用烧结法回收拜耳法赤泥。然后再用烧结法回收拜耳法赤泥中的中的Al2O3Al2O3和碱，所得到的铝酸钠溶液补入拜耳和碱，所得到的铝酸钠溶液补入拜耳法系统。法系统。5.3 混联法生产氧化铝n n如果串联法的烧结法系统除处理如果串联法的烧结法系统除处理拜耳法赤泥拜耳法赤泥外，外，还同时处理一部分还同时处理一部分低品位矿石低品位矿石，使烧结法系统的，使烧结法系统的产量扩大到超过补碱产量扩大到超过补碱的需要，将多余部分的烧结的需要，将多余部分的烧结法溶液用碳酸化分解析出法溶液用碳酸化分解析出Al(OH)3Al(OH)3，这种，这种工艺流工艺流程称为混联，即相当于一个串联法厂与一个烧结程称为混联，即相当于

16、一个串联法厂与一个烧结法厂同时在生产。法厂同时在生产。铝电解n n电极：炭素材料电极：炭素材料n n电解质：冰晶石氧化铝溶液电解质：冰晶石氧化铝溶液n n氧化铝：氧化铝：溶质，分子式 溶质，分子式Al2O3 Al2O3n n冰晶石：冰晶石：冰晶石是溶剂的主要成分，分子式为 冰晶石是溶剂的主要成分，分子式为Na3AlF6 Na3AlF6n n氟化铝及其它氟化盐：氟化铝及其它氟化盐：调整和改善电解质性质的添加剂 调整和改善电解质性质的添加剂n n电解槽电解槽n n自焙阳极电解槽自焙阳极电解槽n n预焙阳极电解槽：预焙阳极电解槽：阳极装置：阳极升降机构、阳极母 阳极装置：阳极升降机构、阳极母线大梁、

17、阳极碳块组 线大梁、阳极碳块组电极、电解质、电解槽第三章 铝电解过程机理n n 两极反应n n 阳极效应n n 阳极效应是铝电解过程中发生在阳极上的一种特殊现象。阳极效应是铝电解过程中发生在阳极上的一种特殊现象。n n 由于电解槽中氧化铝浓度减小所致，因此当阳极效应发 由于电解槽中氧化铝浓度减小所致，因此当阳极效应发生时，要及时补加氧化铝 生时，要及时补加氧化铝阳极:2O2-+C 4e CO2阴极:Al3+3e Al总反应：2Al2O3+3C 4Al+3CO2铝电解生产工艺nn 焙烧nn 启动nn 正常生产n n加料加料n n阳极作业阳极作业n n出铝出铝加热阳极、阴极和炉膛，以利于启动。加热

18、阳极、阴极和炉膛，以利于启动。是指在电解槽内熔化电解质和铝，开始电解，然 是指在电解槽内熔化电解质和铝，开始电解，然后逐步纳入正常生产。后逐步纳入正常生产。定期更换阳极块电解出的铝定期、定量地从电解槽中取出 定时定量地向电解槽中补充氧化铝 原铝的精炼nn原铝的质量：Na3AlF6-Al2O3 熔盐电解所得原铝液含有杂质，主要是Fe、Si。nn精炼方法n n三层液精炼法n n凝固提纯法三层液精炼法n n 原理：阳极材料阳极材料:原铝原铝 Al(l)-3e Al Al(l)-3e Al3+3+阴极材料阴极材料:精铝精铝 Al Al3+3+3e Al(l)+3e Al(l)电解质：氟化物或氯氟化物体

19、系电解质：氟化物或氯氟化物体系n n 阳极合金中：比铝更正电性的杂质，如 阳极合金中：比铝更正电性的杂质，如Fe Fe、Si Si、Cu Cu等不发生电 等不发生电化学溶解，而留在阳极合金中；化学溶解，而留在阳极合金中；n n 在电解质中：比铝更负电性的杂质，如 在电解质中：比铝更负电性的杂质，如Na+Na+、Ca2+Ca2+、Mg2+Mg2+等不 等不能在阴极放电析出，而残留于电解质中。能在阴极放电析出，而残留于电解质中。凝固提纯法 完全互溶的固溶体在冷凝（或熔化）时，固相和液相的组 完全互溶的固溶体在冷凝（或熔化）时，固相和液相的组成是不同的，即各种组分在固相和液相中的浓度是不同的。因 成

20、是不同的，即各种组分在固相和液相中的浓度是不同的。因此，只要将这种固体溶体逐步冷却凝固，便可以将某种组分富 此，只要将这种固体溶体逐步冷却凝固，便可以将某种组分富集在固相或液相之中，达到分离或提纯的目的。集在固相或液相之中，达到分离或提纯的目的。n n定向提纯法定向提纯法 n n分布提纯分布提纯n n区域熔炼区域熔炼 在铝的凝固过程中，杂质在固相中的溶解度小于在熔融金 在铝的凝固过程中，杂质在固相中的溶解度小于在熔融金属中的溶解度，因此，当金属凝固时，大部分杂质将汇集在熔 属中的溶解度，因此，当金属凝固时，大部分杂质将汇集在熔区内，如果逐渐移动熔区，则杂质会跟着转移，最后富集在试 区内，如果逐渐移动熔区，则杂质会跟着转移，最后富集在试样的尾部。样的尾部。