有色金属冶金学重点内容

前言1有色金属是指除Fe、Cr、Mn之外的金属2有色金属分轻金属、重金属、稀有金属、贵金属3什么是轻金属、重金属、稀有金属、贵金属，代表性金属分别是？第一章氧化铝的生产1.什么是铝土矿?铝土矿的主要化学成分有哪些？其中有害的杂质有哪些？答：铝土矿是一种以氢氧化铝矿物为主的成分复杂的岩石，主要化学成分有Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2，其中有害的杂质有SiO2、Fe2O3、TiO2。2.含铝矿物主要有哪些种类？答：按铝土矿的矿物成分分：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、混合矿；按铝土矿矿石结构特点分：粗糙状铝土矿、致密状铝土矿、豆鲕状铝土矿；按铝土矿地质成因分：海相沉积型铝土矿、陆相沉积型铝土矿、玄武岩风化壳型铝土矿。第一章氧化铝的生产3.衡量铝土矿的质量标准？答：衡量铝土矿的质量标准是铝硅比，即铝土矿中的氧化铝与氧化硅的重量比。4.单流法双流法答：单流法是指将循环母液和铝土矿一起磨制成原矿浆进行预热溶出的方法。双流法是指仅将一部分循环母液送去磨制原矿浆，大部分循环母液单独预热到溶出温度，然后再于溶出器内与浓稠原矿浆进行混合溶出的方法。第一章氧化铝的生产5.写出下列含铝矿物的分子式：刚玉、三水铝石、一水铝石、明矾石、霞石？答：高岭石Al2O3·2SiO2·2H2O、刚玉Al2O3、三水铝石Al(OH)3、一水铝石AlOOH、明矾石(K,Na)2SO4·Al2(SO4)3·4Al(OH)3、霞石(K,Na)2O·Al2O3·2SiO2。第一章氧化铝的生产6.我国氧化铝工业的特点？答：铝土矿资源差；综合能耗高；成本高；多采用联合法和烧结法工艺；生产规模偏小，技术装备水平低；产品质量低品种少；污染环境排放大量有害物质。7.概述氧化铝的生产方法？第一章氧化铝的生产答：酸法、碱法和电热法酸法生产氧化铝是用硝酸、硫酸或盐酸等无机酸处理含铝原料而得到相应的铝盐的酸性水溶液。然后使这些铝盐成为水合物（经蒸发结晶）或碱式铝盐（水解结晶）结晶从溶液中析出，亦可用碱（NH4OH）中和这些铝盐水溶液，使铝成氢氧化铝析出。煅烧所得到的氢氧化铝即可得到氧化铝。碱法：是用碱（工业烧碱NaOH或纯碱Na2CO3）处理铝土矿，使矿石中的氧化铝变为可溶的铝酸钠。矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的硅则成为不溶解的化合物。将不溶解的残渣（称作赤泥）与溶液分离，经洗涤后弃去或综合处理利用。将净化的铝酸钠溶液（称为精液）进行分解以析出氢氧化铝，经分离洗涤和煅烧后，得到产品氧化铝。分解母液则循环使用处理铝土矿。第一章氧化铝的生产电热法可用于处理高硅高铁的铝矿。在电炉内还原熔炼矿石，同时获得硅铁合金与含氧化铝的炉渣，二者借比重不同而分开，用碱法从炉渣中提取氧化铝。电热法仅适用于有廉价电能供应的个别情况。拜耳法是直接利用含有大量游离苛性钠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（晶种）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溶出铝土矿。烧结法是在铝土矿中配入石灰石（或灰石）、纯碱（含大量Na2CO3的碳分母液），在高温下烧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，得铝酸钠溶液。经脱硅净化的铝酸钠溶液用碳酸化分解法（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。拜尔法生产氧化铝小结8.简述拜耳法生产氧化铝的基本工艺原理？答：Ⅰ用氢氧化钠溶液直接溶出铝土矿中的氧化铝生成铝酸钠溶液；Ⅱ铝酸钠溶液中加入氢氧化铝作为种子，使铝酸钠溶液分解。即反应9.拜耳法生产工艺流程的各主要工序是什么？答：铝土矿原料准备；溶出；赤泥分离洗涤；加晶种分解；氢氧化铝分离洗涤；煅烧；种分母液蒸发和苛化。10.拜耳法铝土矿溶出的目的？答：为了使铝土矿中的三氧化铝变成可溶于水的铝酸钠，把铝和其他的杂质分离4C＞100C＜1003NaAl(OH)NaOHAl(OH)4C＞1003NaAl(OH)NaOHAl(OH)4C200＞2NaAl(OH)OHNaOHAlOOH24C240＞22Ca(OH)NaAl(OH)OHCa(OH)NaOHAlOOH(1)对三水铝石型铝土矿(2)对一水软铝石型铝土矿(3)对一水硬铝石型铝土矿11.写出三种类型氧化铝水合物溶出反应和主要溶出条件，并比较它们溶出的难易程度?三水铝石最易溶出、其次是一水软铝石、最难溶出是一水硬铝石12.铝土矿含硅矿物在溶出过程中的行为和危害？答：各种形式的硅矿物与苛性碱反应，均以硅酸钠形式进入溶液：溶液中的硅酸钠又与铝酸钠反应，生成溶解度很小的水合铝硅酸钠沉淀，进入赤泥：含硅矿物的危害⑴造成Na2O和Al2O3损失⑵水合铝硅酸钠在溶出设备上结垢⑶水合铝硅酸钠进入产品造成产品质量降低aq2NaAl(OH)SiO2Naaq6NaOHO2H2SiOOAl4322232OHSiONa2NaOHSiO2322aqNaOHOnHSiOOAlONa22aqO2H2NaAl(OH)SiO2Na22322243213.溶出一水硬铝石时添加石灰的作用和原理答：观点⑴：一水硬铝石本身较难溶解，而矿石中锐钛矿和金红石等钛矿物则先于一水硬铝石而与碱液反应生成钛酸钠，钛酸钠呈胶态膜状包围矿粒表面，阻止一水硬铝石与碱液接触，致使氧化铝不能溶出。如有石灰存在，破坏钛酸钠的保护膜，消除TiO2的有害作用。观点⑵：石灰对一水硬铝石本身的活化作用14.谈谈影响溶出过程的主要因素。答：⑴.铝土矿的矿物成分及其结构⑵溶出温度、⑶循环母液碱浓度、⑷配料摩尔比、⑸搅拌强度15.赤泥浆液稀释的目的有哪些？答：①溶出料浆在分离赤泥之前须用赤泥洗液予以稀释，以降低料浆溶液的粘度，提高分离效率；②降低溶液的浓度，使之适合加种子分解的要求；③随溶液浓度降低可促进溶液的继续脱硅，减少氧化硅含量。16.谈谈拜耳法晶种分解的的机理答：铝酸钠溶液的加种子分解实际上包括两个方面：铝酸根离子的分解和氢氧化铝结晶。(1)铝酸根离子分解：当铝酸钠溶液中有可作为晶核的固体杂质微粒或外加的氢氧化铝种子时，铝酸根离子Al(OH)4-被吸附于晶种表面而发生分解，生成的氢氧化铝分子在晶种表面经过重新排列，形成氢氧化铝结晶。(2)(2)氢氧化铝结晶在铝酸钠溶液加种子分解过程中，析出的氢氧化铝多晶体可有如下的形成机理：次生成核；结晶生长；晶粒附聚；晶粒破裂磨损。17.影响晶种分解过程的因素有哪些？答：分解原液的浓度和分子比；分解温度；种子数量和质量；杂质影响第一章氧化铝的生产18.烧结法生料加煤对生产过程有哪些作用？答：当烧结物料进入到窑的高温带后，处于氧化气氛下，暴露在料层表面的二价硫化物与空气接触又会被氧化而成Na2SO4，只有约半数的硫以二价硫化物形式存在于熟料中。熟料溶出时排入赤泥。铝土矿中部分氧化铁还原成FeO和FeS，可以减少配料中碱的配比，无必要使Fe2O3全部与Na2O结合，故可降低碱耗。加入还原剂能强化烧结过程，因为生料加入的煤在窑内燃烧带以前燃烧，等于增加了窑的燃烧空间，提高窑的发热能力。第一章氧化铝的生产19熟料回转窑内一般分几个带？各带的主要作用是什么？•烘干带生料浆水分蒸发；•预热带生料中氢氧化物或水合物脱水；•分解带主要为石灰石热分解和开始部分固相反应；•烧成带最后完成熟料矿物组成的反应；•冷却带熟料冷却。第一章氧化铝的生产20熟料溶出的目的是什么?试写出熟料溶出过程中的主要化学反应式。42)固3(22)OH(2Al2NaO4HOAlONaOHOFe2NaOHO2HOFeONa23223222SiO2CaOaq2Ca(OH)SiONaaq2NaOHSiO2CaO2322第一章氧化铝的生产21熟料溶出过程中的二次反应指的是什么？其对生产的影响如何？答：由于硅酸二钙的分解又引起其他反应，使已溶出的Al2O3和Na2O又转为固相而造成损失，这种造成Al2O3和Na2O损失的反应叫做溶出二次反应。第一章氧化铝的生产22影响二次反应的因素有哪些？答：溶出用调整液的组成、温度、时间23铝酸钠溶液不添加石灰脱硅的基本原理是什么？有哪些影响因素？答：铝酸钠溶液的脱硅过程即为使溶液中SiO2由介稳状态过渡到平衡状态的过程，过饱和部分的SiO2自溶液中析出。2Na2SiO3+2NaAl(OH)4+aq=Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O↓+4NaOH+aq温度添加晶种第一章氧化铝的生产24粗液添加石灰脱硅的基本原理是什么？影响因素有哪些？答：石灰是以石灰乳Ca(OH)2浆的形式加入铝酸钠溶液的，加入石灰后将发生如下反应：3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+aq=3CaO•Al2O3•6H2O+2NaOH+aqCaO·Al2O3·6H2O+xNaSiO3+aq=3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O+2xNaOH+aq溶液中Na2OK浓度和Al2O3浓度；溶液的Na2OC浓度；石灰添加量和质量；溶液中SiO2含量；温度；第一章氧化铝的生产25简述二段脱硅的工艺流程？溢流溢流底流底流粗液一段常压脱硅分离二段常压脱硅分离合成含钙添加剂去烧结法配料或处理后弃之返回晶种或去拜耳法溶出系统去叶滤第一章氧化铝的生产26铝酸钠溶液的碳酸化分解与加晶种分解有何区别？其特点是什么？答：1）苛性碱中和：2）氢氧化铝结晶过程：由于连续通入CO2，使溶液始终维持较大的过饱和度，所以，在碳酸化分解时，即使不加晶种，溶液也具有较大的分解速度。OHCONaCO2NaOH2322NaOHAl(OH)NaAl(OH)34烧结法生产氧化铝小结9影响碳分过程的主要因素有哪些？答9确定碳酸化分解率大小的依据是什么？（精液的硅量指数）p3510碳酸化分解过程中，SiO2的析出分几个阶段？并指出各个阶段的名称以及对这种析出规律的原因进行解释？p35铝冶金小结12电解铝生产对原料氧化铝有哪些要求？13砂状氧化铝的特性基本概念。安息角：是指物料在光滑平面上自然堆积的倾角。θ↗流动性越差灼减:是指残存在氧化铝中的结晶水含量。比表面积:是指单位质量物料的外表面积与内孔表面积之和的总表面积，是表示氧化铝化学活性的指标。比表面积↗氧化铝的化学活性↗，越易溶解堆积密度（体积密度）：是指在自然状态下单位体积物料的质量。堆密度↘越有利于氧化铝在电解质中的溶解真密度：是指不包括内外气孔体积的单位体积物料的质量（内气孔是指物料中不与大气相通的气孔，外气孔是指物料中与大气相通的气孔）假密度：是指不包括外气孔体积的单位体积物料的质量。破损系数：是氧化铝的强度指标。是指氧化铝在载流流化床中循环15min后，试样中-44μm粒子含量改变的百分数。14酸法冰晶石的制取工序：制酸和制盐什么是氧化铝冰晶石熔盐电解法？直流电流通入电解槽，在阴极和阳极上起电化学反应。电解产物，阴极上是铝液，阳极上是CO2和CO气体。铝液用真空抬包抽出，经过净化和澄清之后，浇铸成商品铝锭，其质量达到99.5～99.8%Al。阳极气体中还含有少量有害的氟化物和沥青烟气，经过净化之后，废气排放入大气，收回的氟化物返回电解槽。15电解槽的电极为什么选择炭质材料？在铝电解过程中，高温的具有很大侵蚀性的冰晶石熔液直接同电极接触。在各种电极材料当中，只有炭素材料能够抵抗这种侵蚀性并且能良好地导电而又价格低廉。16阳极糊为什么要有一定的流动性？在上插棒电解槽上，拔棒之后遗留下来的孔洞，宜由上面的阳极糊来填满，因此阳极糊应该具有足够的流动性。但是，在任何情形下，阳极糊软化时的流动性不应引起糊中焦粒偏析，也不应使上插棒阳极拔棒后遗留下来的孔洞被富集着沥青的炭糊所填充，以免由此而造成危害。17沥青的作用和分类？沥青的作用：沥青制造阳极的粘结剂。它在电极制造过程中粘结固体炭粒（骨料），组成具有一定塑性的炭糊，并且在炭糊焦化过程中，焦结固体炭粒，使电极具有足够的机械强度。沥青分为软沥青、中硬沥青、硬沥青18什