有色金属冶金学
——铝冶金学
2015年11月
铝冶金学

绪
论
1. 铝的特性与用途 2. 炼铝原料 3. 铝的生产方法 1. 拜耳法生产氧化铝 2. 烧结法生产氧化铝 3. 联合法生产氧化铝 1. 2. 3. 4. 铝电解用原材料制备 铝电解过程机理 铝电解生产过程 原铝的精炼
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氧化铝生产

金属铝生产
日常生活中的铝制品



铝合金门窗 饭盒 铝水壶 铝锅 自行车铝圈 铝汤匙 电饭煲内锅 摄影用三脚架 某些洗 衣机的内筒 铝芯电线 铝脸盆 但人类多吃铝，会造成脑中毒。如老年痴呆 铝箔广泛用于包装香烟、糖果等
铝的用途
铝在交通运输工业上的应用
近年来，汽车和铁路车辆的用铝量明显增多，其目的是为减轻车身的质量，以 求节省燃料。全铝汽车正在试制。电动汽车上用Al/空气电池作动力。因此，铝又被 誉为一种节能的材料。

分解母液蒸发的 目的 碳酸钠苛化的目 的 碳酸钠苛化的方 法


拜耳循环

高压溶出 溶出矿浆稀释


晶种分解
分解母液的蒸发
拜耳法循环图 200 ＝ ℃α 1.65
K
稀释矿浆
40
60 ℃
20
Al2O3/ ％ C
B
30 ℃
αK＝ 3.40
A D
10
20
Na2O ％
总结
拜耳法——主要内容

基本原理 工艺流程： 主要工序：原因、方法

高压溶出：各组分行为、添加石灰、苛性碱的原因、结疤现象 溶出矿浆稀释、赤泥洗涤：
晶种分解：机理
氢氧化铝分离、洗涤、焙烧 分解母液的蒸发与碳酸钠的苛化
铝的主要物理性质
铝是银白色的金属，具有良好的延展性 (1) 熔点 99.996%的纯铝熔点为933K（660℃）。 工业纯铝的最终凝固点575℃。 (2) 沸点 铝的沸点是2467℃。 (3) 熔化热和熔化熵 铝的熔化热在933K时为1070.21 KJ/mol。 熔化熵为11.5J/（mol· k）。
氢氧化铝分离、 洗涤、焙烧 分解母液的蒸发 与碳酸钠的苛化
提取



高压溶出

为什么补充苛 性碱

为什么添加石 灰
稀释矿浆

各组分的行为

氧化铝水合物
氧化硅
氧化铁 氧化钛 氧化钙、氧化 镁
影响铝土矿溶出过程的主要因素
主要的影响因素如下：

（1）溶出温度 （2）循环母液碱浓度和苛性比 （3）矿石粒度 （4）搅拌强度 （5）石灰添加量
1.
炼铝原料
3. 铝 的 生 产 方 法
铝矿石
生产氧化铝 纯氧化铝 电解制铝 原铝 精炼 铝锭 1. 拜耳法 2. 烧结法 3. 拜耳－烧结联合法
铝冶金学

绪
论
1. 铝的性质和用途 2. 炼铝原料 3. 铝的生产方法

氧化铝生产
1. 拜耳法 2. 烧结法 3. 拜耳－烧结联合法

金属铝生产
第二章 拜耳法生产氧化铝

拜耳法生产氧化铝基本原理 拜耳法生产氧化铝工艺流程 拜耳法生产氧化铝工序
拜耳法循环图
40
200℃
αK＝1.65
60℃
20
B
30℃
αK＝3.40
Al2O3/ ％
C A D 10 20
Na2O％
拜耳法工艺流程图
主要工序

预处理
浸出
高压溶出
稀释矿浆

溶出矿浆稀释和 赤泥分离洗涤 晶种分解
1. 2. 3. 4. 5. 6.
分解原液浓度和苛性比值 分解温度 晶种数量和品质 分解时间和母液苛性比 搅拌速度 杂质的影响
空气搅拌分解槽示意图
MIG型种分槽结构示意图

高压溶出
溶出矿浆稀释和赤 泥分离洗涤


晶种分解
氢氧化铝洗涤、焙 烧
稀释矿浆

分解母液的蒸发与 碳酸钠的苛化

铝的主要化学性质

(1) 化学活性很强，与氧猛烈反应的倾 向，在空气中铝的表明生成一层连续而 致密的氧化铝薄膜，使其不再继续氧化。 （良好的抗腐蚀能力） (2) 能与酸、碱溶液反应。

铝的用途
铝的传统用途
由于铝具有质轻（其密度相当于钢铁的1/3）、良好的导热性和导电性、 可加工性以及构成高强度、耐腐蚀性的合金等优良的性能，因而铝成为有色 金属当中应用最广泛的金属。铝工业现在是世界上最大的电化学工业，铝的 产量仅次于钢，居各种有色金属的首位。 铝在低温下的强度特性引人瞩目，它的强度随温度降低而增大。温度降 低到75K，铝也不变脆。 铝具有良好的防腐性能。在空气中铝表面生成一层光滑的、如金刚石一 样硬的氧化铝薄膜。 铝是一种优良的导电材料。 铝具有良好的导热性能。铝导热系数差不多是不锈钢的10倍。 铝还具有良好的光和热的反射能力 铝没有毒性，它不会影响它所包装的饮料和食品的味道和质量。 铝没有磁性，它不会产生附加磁场，所以在精密仪器中不会起干扰作用。 铝还易于加工。
一、绪论
1）Al：轻、强、美、可再生利用；
1 铝 的 特 性 与 用 途
2）产量：第二大金属，仅次于钢。2014年，全球
5390万吨/年，我国达2810万吨， 全球第一，
成为世界生产能力最大的铝工业大国；
3）用途广泛：包装、建筑、交通运输、国防、电子
电ห้องสมุดไป่ตู้、日用品及耐用消费品等。
2. 炼铝原料
铝土矿的化学成分和主要矿物成分

(4) 导热系数（或导热率） 固体铝在室温下的导热系数为（2.35~2.37） ×10-2W/（m· k）。 (5) 热膨胀系数 99.99%精铝凝固时的体积收缩率为6.5%。 (6) 密度 铝的实际密度值为2.6966~2.6988g/cm3。 (7) 导电性 高纯铝（99.995%）的电阻率在293K时为 （2.62~2.65）×10-8Ω·m-1。
结疤现象

结疤的形成 结疤的危害

结疤的清除
蒸气直接加热的高压溶出器组

高压溶出

各元素的溶出行为

溶出矿浆稀释

为什么要稀释？ 为什么用洗液稀释？
稀释矿浆

赤泥洗涤
叶滤
铝酸钠溶液的晶种分解

晶种分解的机理


晶种分解影响因素
晶种分解设备
晶种分解的主要影响因素

晶种分解的主要影响因素有：
铝在航空工业上的应用
铝材是飞机的主要结构材料，一般占 50％～80％。民用飞机铝材用量均在70％ 以上，在可以预见的将来，铝合金仍然会是飞机的主要结构材料 。 在军用飞机上，铝材同样是重要的结构材料，例如俄罗斯的CY－27飞机，铝合 金占60％；美国F－16，铝材占64％。 导弹与火箭的结构材料，也以铝合金为主。