有色金属冶金复习题

氧化铝生产复习题

1. 铝土矿的类型以及我国铝土矿的特点？

铝土矿的类型：三水铝石（g-Al2O3.3H2O）；一水软铝石（g-Al2O3.H2O）；一水硬铝石（a-Al2O3.H2O）。其中铝土矿中的三水铝石和一水软铝石处理较容易，一水硬铝石处理较难。

我国铝土矿的特点：我国的铝土矿是属高铝、高硅、低铁矿，铝硅比一般在4 ~ 7之间，不适合拜尔法。主要为一水硬铝石，三水铝石在福建、河南和广西等地有少量发现，储量很少。

2. 判断铝土矿质量高低的指标是什么？该指标的定义？；

指标是铝硅比（A / S），定义是在氧化铝生产中评价铝土矿的质量是以铝土矿中氧化铝和氧化硅的重量比（铝硅比）为标准。 3. 铝土矿的主要杂质？

主要杂质为：SiO2、Fe2O3、TiO2。

氧化硅（SiO2）是主要的有害成分，是氧化铝生产中造成碱和氧化铝损失的主要根源。

三氧化二铁(Fe2O3)，极少部分以铁酸钠的形式进入溶液，在以后的稀释工艺中又水解除去，所以对过程的影响较小。

氧化钛(TiO2)是杂质，加石灰，生成钛酸钙除去。 4. 碱法生产氧化铝有哪些方法？

方法：烧结法和拜耳法两种基本方法。烧结法和拜耳法又可以联合起来组成联合法。联合法又分为并联法、串联法及混联法。

5. 决定碱法生产氧化铝方法的主要因素是什么？请具体指出来。

生产方法由铝矿石中的铝硅比决定。如用拜尔法生产），因为国外的铝矿石含硅较低，铝硅比大于7。国内因铝土矿的特点是铝高、硅高、铁低，铝硅比在4～7之间，一般采用混联法，小部分采用烧结法，极少部分采用拜耳法。 6. 拜尔法和烧结法的优缺点？

拜耳法：能耗低于烧结法；产品质量好；有严格的限制条件，主要限制条件是铝硅比，拜耳法要求铝硅比大于7的矿石。

烧结法：能耗高于拜耳法6倍以上；产品质量也没拜耳法好；但限制条件小，原则上可以处理各种类型的矿石，但从经济角度考虑，一般只处理铝硅比大于3.5以上的矿石。 7. 什么叫苛性比？，

苛性比：是指铝酸钠溶液中Na2O与Al2O3的摩尔数之比。

式中Na2O包括NaAlO2（NaAl(OH)4）中的Na2O和溶液中游离NaOH中的Na2O；Al2O3为NaAlO2中的Al2O3。ak是铝酸钠溶液的一个重要参数。

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8. 拜尔法的步骤以及各步骤的作用？

拜尔法生产氧化铝的流程包括三个步骤：铝土矿溶出，铝酸钠溶液种分，氢氧化铝煅烧。

9. 指出硅在拜尔法中的危害？（解释为什么硅在拜尔法是最有害的杂质？

这一反应也叫脱硅反应，在脱硅反应中因有氧化铝和氧化钠参与反应，造成碱损和铝的溶出率降低。说明硅是主要有害杂质。 10. 拜尔法氧化铝的理论浸出率？

氧化铝的理论溶出率：1kg SiO2要结合0.85kg Al2O3损失到赤泥中，

式中A/S为铝硅比。

多数情况下，铝土矿高压溶出的脱硅产物的组成为Na2O.Al2O3.1.7SiO2.nH2O，这时1.0 kg SiO2要结合1.0 kg Al2O3损失到赤泥中，所以有的则采用这种组成的关系来计算氧化铝的理论溶出率：

11. 拜尔法中加入氧化钙的作用？

氧化钙的作用：1）减少碱损（将水合铝硅酸钠转化为水合铝硅酸钙；将钛酸钠转化为钛酸钙)；2）加速铝土矿的溶出过程。 12. 烧结后的熟料组成？

组成：铝酸钠（Na2O.Al2O3）；．铁酸钠（Na2O.Fe2O3）；硅酸二钙（2CaO.SiO2）；钛酸钙（CaO.TiO2）。 13. 烧结法中加入CaO的作用？

氧化钙的作用：消除硅和钛的影响；减少碱损和铝损。 14. 烧结法中怎样减少或控制二次反应的发生？

熟料溶出过程中的脱硅反应，也叫二次反应，主要是硅酸二钙在碱中分解后的产物引起的。造成部分铝损。

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·采用较低的溶出温度78～82oC； ·快速分离赤泥等；

·用调整液调整溶出液的苛性比为1.25左右，以减少溶液中苛性碱的浓度，使硅酸二钙的分解受到抑制；

·增加溶液中碳酸钠的浓度，使Ca(OH)2与之生成碳酸钙。

15. 铝酸钠溶液脱硅的方法？

脱硅方法：方法为常规高压一段脱硅（150～170oC）和加石灰深度二段脱硅，经二段脱硅，铝硅比可达1200以上。 16. 碳化过程中怎样减少SiO2和碳酸铝钠沉淀？

在碳分末期，适当增加碱浓度和减少碳酸钠浓度，降低温度等措施来控制碳酸铝钠沉淀。

减少SiO2沉淀，为了控制Al(OH)3的纯度，铝酸钠的碳分率不能太高（85%）。 17. 为什么要控制铝酸钠溶液的碳分率不能太高？

铝酸钠溶液的碳分率太高会加重SiO2沉淀，影响Al(OH)3的纯度。 18. 混联法原理及优缺点？

混联法：就是在拜耳法赤泥中添加一部分低品位矿石一起烧结，这种相当于把并联法和串联法结合在一起的联合法叫混联法。

优点：1）可以有效的调节拜耳系统的碱平衡（混联法中的烧结法所得的溶出液一部分并入拜耳法中的种分系统，多余的部分进行碳分）；

2）用于处理低品位矿石时是十分有效的。 缺点：流程长；控制复杂。

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铝电解复习题 1. 现代铝工业有哪些主要生产环节? 铝电解的原材料有哪些？

炼铝的原料有氧化铝、熔剂（冰晶石和添加剂）和阴阳极炭块。 2. 指出铝电解质的主要成分。

工业铝电解质通常含有冰晶石（82~90%），氟化铝（8~10%）和氧化铝(约4%)，添加剂3-5%(CaF2、MgF2和LiF)。冰晶石和氟化铝是熔剂，氧化铝是炼铝原料。

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3. 指出铝电解质对铝电解的影响。

·电流效率；·能耗；·生产效率；·金属铝产品质量；·生产成本；·环保。

4. 指出铝电解质添加剂的作用。

·降低电解质的熔点；·减少铝在电解质中的溶解度；·提高电解质的导电率；·减小电解质熔体的密度；·控制电解质熔体具有适当的粘度；·改善电解质熔体的表面性质；·降低电解质的蒸气压。

5. 现代工业铝电解质的分类及其特征？什么是电解质分子比（摩尔比）？指出酸性、碱性电解质与分子比的关系。

摩尔比：NaF/AlF3之比

电解质的酸度用NaF / AlF3（摩尔比）衡量：

·NaF / AlF3= 3，为纯冰晶石(Na3AlF6或NaF.AlF3)； ·NaF / AlF3> 3，为碱性电解质； ·NaF / AlF3< 3，为酸性电解质。

6. 铝电解质的物理化学性质包括那些指标？

包括：·熔点(T)·密度(d)·导电率(c)·粘度(h)·蒸气压·表面性质（湿润角q、表面张力s）

7. 分别指出电解质熔点、电解质密度、电解质粘度和电解质导电率对铝电解的影响。 熔点对铝电解的影响：·电流效率·电能消耗·原材料的消耗·设备的使用寿命。

电导率对铝电解的影响：电解质的导电率大，熔体的导电性就好，电解槽的电阻和电压降就低，电能消耗就小，所以凡能提高电解质导电率的物质，将有利于降低电能消耗。

密度对铝电解的影响：密度是铝电解质一个重要指标，工业上熔体的密度小，

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有利于电解质与铝液的分层，改善电解过程。

粘度对铝电解的影响：电解质的粘度影响铝电解过程中的有关动力学过程，电解过程的动力学过程有：·氧化铝的溶解过程；·Al3+配离子向阴极的扩散过程；·铝在电解熔体中的溶解和扩散过程；·铝液与熔体的分离过程；·氧化铝粒子的沉降过程；·炭粒的分层过程； 阳极气体如CO2的排出过程等。 8. 写出铝熔盐电解的阴、阳极反应和总反应。 阴极反应：Al3++3e = Al

阳极反应：2O2-+ C -4e = CO2

总反应为：2Al3++ 3O2-+1.5 C = 1.5CO2+ 2Al

9. 指出阳极效应对铝电解的影响。

当电解质熔液中Al2O3含量较小，如小于1%时，阳极周围易出现细小而明亮的电弧，并伴有噼啪声音，这种现象称为阳极效应。阳极效应发生时槽电压会突然升高（从约4伏猛升至30-50伏），电耗增加。并有CF4等物生成。 10. 指出影响阳极过电压的因素。

A． 阳极反应过电压V反应；影响因素：温度、电流密度、阳极表面性质等。 B． 阳极电阻过电压（气膜电阻）V气膜；影响因素：温度、电流密度、熔体

对炭极湿润情况、熔体粘度、熔体对流强度等。

C． 浓差过电压V浓差；影响因素：温度、电流密度、熔体粘度、熔体对流强

度、Al2O3浓度等。

D． 势垒过电压V势垒；影响因素：温度、电流密度、Al2O3浓度等、摩尔比、

熔体对流强度等。

11. 什么是电流效率？怎样计算？指出影响电流效率的因素。

电流效率是铝电解过程中的一项非常重要的技术经济指标，它反映能源消耗（W=I.V）和生产效率的高低。 电流效率：?=

（P实际/P理论）′100%

式中P实际——铝的实际产量，P理论——铝的理论产量

P理论= m′I′t′10-3(kg)

式中m——铝的电化当量

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