铝镁课后作业辅导

1、1、讨论：铝电解与镁电解的异同 提示： 电极(材料、反应、阴极析出产物) 电解质(组成、密度、电解温度、参与导电的离子) 电解槽(结构) 对比项目铝 电 解镁 电 解电极材料铝工业上均采用炭素材料作电极炭阳极和炭阴极。（在电解过程中，炭阴极原则上是不消耗的，炭阳极由于直接参与电化学反应而消耗。）钢阴极，石墨阳极；电极反应阴极：Al3+ + 3e = Al（液），阳极：3 O2- + 1.5C 6e = 1.5CO2(气)总反应式: Al2O3 + 1.5C = 2Al(液) +1.5CO2(气)阴极：Mg2+ + 2e =Mg（液），阳极：Cl- e = Cl2(气)总反应式: MgCl2 =

2、 Mg (液) + Cl2(气)析出产物阴极上是液体铝，阳极上是气体CO2和CO。阳极气体中还含有少量有害的氟化物、沥青烟气和二氧化硫。阴极： Mg（液），阳极： Cl2(气)电解质组成工业铝电解质中冰晶石和氟化铝是熔剂，氧化铝是炼铝原料，另外有的还添加氟化钙、氟化镁和氟化锂等。组成:视原料来源而定 A.光卤石（ MgCl2·KCl·6H2O ）为原料 ，电解质成分：MgCl2 、 KCl 、NaCl；B、氧化镁为原料，电解质成分： MgCl2，KCl，, CaCl2 , NaCl；电解质密度随温度和组分而变化，但电解质的密度小于铝液密度，两者因密度差而上下分层（铝液在熔融

3、电解质的下面）。随温度和组分而变化，但液体金属镁的密度比电解质的小，固漂浮在熔融电解质之上。电解质温度电解温度为950-970A、以光卤石（ MgCl2·KCl·6H2O ）为原料，电解温度680720 ；B、氧化镁为原料，电解温度690720 参与导电的粒子（1）熔融冰晶石完全解离生成的离子: Na+、AlF63- Na3AlF6 = 3Na+ + AlF63-（2）AlF63进一步解离生成的AlF4 -、F-AlF63-= AlF4 - + 2F-（3）加入氧化铝后生成的铝-氧-氟络离子: Al2O2F42-和Al2O2F62-2Al2O3 + 2 AlF63- =3

4、Al2O2F42-（高氧化铝）2Al2O3 + 4 AlF63- =3 Al2O2F62- +6F-（低氧化铝）注：钠离子的迁移数约为99%，但是它并不在阴极上放电。Mg2+，K+，, Ca2+ , Na+，Cl-为什么不能用电解氯化镁水溶液的方法冶炼镁？（不能，电解氯化镁水溶液实际上是氯离子和氢离子放电，生成氯气和氢气，冶炼镁应该电解熔融氯化镁，生成镁和氯气）电解槽结构铝电解中金属铝沉在熔融电解质的下面，阳极气体向上溢出，故阴阳极间无间隔，电解槽体结构简单；液体金属镁漂浮在熔融电解质之上。由于氯气也向上飘逸，容易发生逆反 应，故阴阳极间用隔板隔离，镁电解槽比较复杂。2、为什么使用75%硅铁作

5、热法炼镁的还原剂？答：之所以采用75%硅铁合金作为还原剂，是综合考虑了技术与经济两方面因素。硅铁中含硅量不同，其还原能力不同。在其它条件相同的情况下，随着硅铁中含硅量增加，还原所得镁的产出率提高，但当含硅量超过75%以后，镁产出率以及镁的平衡蒸气压增加的幅度很小，考虑到含硅量越高的硅铁其价格越贵，因此选用75%的硅铁作还原剂比较合理3、菱镁矿与白云石哪个做炼镁原料更好？为什么？答：菱镁矿（MgCO3）、白云石（MgCO3·CaCO3）热法炼镁的原理是：硅铁合金(含75%Si）在高温和减压下还原白云石中的MgO，得到纯镁和二钙硅酸盐渣，其反应是： 2(CaO·MgO）(s）

6、+ Si(Si Fe)(s）= 2Mg(g气） + 2 CaO·SiO2(s）参照艾汉林图可知，常压下用硅还原温度需超过2373 ，当还原后的SiO2与MgO造渣生成2 MgO· SiO2渣时，此时起始还原温度降至2060 ，如果炉料中有CaO存在，能造成2 CaO· SiO2渣，此时起始还原温度进一步降至1750 。 因此，用硅（铁）还原白云石时，生成了稳定的化合物二钙硅酸盐，此时还原起始温度降低约600 ，所以用白云石做原料是有利的；4、根据CaO·MgO被Si还原的热化学原理，还原过程为什么要在真空下进行？答：（1）对于反应2Mg + O2 = 2

7、MgO，当其原始Mg的分压小于0.1MPa时，自由能改变值曲线位置向上移动,这就意味着硅还原氧化镁的可能性增大。（2）用硅还原氧化镁（白云石）的平均温度随压力的减小而降低。 剩余压力/Pa 平衡温度/ 101308 2375 1333 1700 133.3 1430 13.3 1235因此：用Si还原MgO的温度可以明显降低，使得还原炼镁有可能在较低温度下进行，真空度为13.3133.3Pa5、简述拜耳法的原理及主要流程(1) 拜耳法原理: 用苛性钠溶液(其质量浓度为130350gNa2O/L)在加热的条件下将铝土矿中的各种氧化铝水合物溶解出来，生成铝酸钠溶液，此种溶液经稀释后在冷却的条件下分

8、解出纯的氢氧化铝，同时重新生成苛性钠溶液，供循环使用。拜耳法流程包括三个主要步骤：铝土矿溶出；铝酸钠溶液分解；氢氧化铝煅烧。（1）铝土矿溶出；指把铝土矿中的氧化铝水合物（Al2O3·xH2O)溶解在苛性钠（NaOH)中，生成铝酸钠溶液。 Al2O3·xH2O + 2 NaOH = 2NaAlO2 + (x+1)H2O （2）铝酸钠溶液分解：析出固体氢氧化铝 2NaAlO2 + 4H2O = 2NaOH +Al2O3·xH2O（3）氢氧化铝煅烧：Al2O3·3H2O = Al2O3 + 3H2O（高温1100）6、简述电热还原法熔炼铝硅铁钛合金的基本流程？（1）炉料经粉碎、制团和干燥后在电炉内在还原剂的作用下还原熔炼，得到粗合金；（2）粗合金净化出去所含的炉渣和碳化物；（3）净化后的合金缓慢冷却析出硅，以及钛、铁的金属互化物；（4）离心分离合金和残渣；7、铝生产过程中污染物有哪几种？举例说明其净化方法答：铝生产过程中的污染物· 气态物质: HF、 SO2、 CF4 电解质蒸气、沥青烟等,是在铝电解过程中和电极生产过程中产生的.· 固态粉尘: 铝矿粉碎时产生的粉尘,如氧化铝粉尘,冰晶石和氟化铝粉尘等,是在氧化铝生产过程中和铝电解过程中