冶金工程概论总复习[1]

1、123有色金属的定义及分类有色金属的定义及分类 有色金属色金属 黑色金属黑色金属 非铁金属非铁金属 Non-ferrous Metal 铁以外的金属铁以外的金属工业上将有色金属大致分为：工业上将有色金属大致分为： 重金属重金属 (Cu、 Ni、Co、Pb、Zn、Cd、Bi、Sn、Sb、Hg等等) 及稀贵金属及稀贵金属 (伴生有稀散元素伴生有稀散元素： Se、Te、In、Ge、Ga 、Re等等) (多为伴生贵金属：多为伴生贵金属：Au、Ag、Pt、Ru、Rh、Pd 等等) 轻金属轻金属 (Al、Mg、Li等等) 稀有金属稀有金属 (Ti、Zr、Hf、W、Mo、Ta、Nb，Th、U等稀士金属等稀士

2、金属)4常用冶金方法常用冶金方法火法冶金火法冶金：在高温下矿石或精矿经熔炼与精炼反应及熔在高温下矿石或精矿经熔炼与精炼反应及熔化作业，使其中金属与脉石和杂质分开，获得纯金属的过化作业，使其中金属与脉石和杂质分开，获得纯金属的过程。包括备料，熔炼，精练三个工序。程。包括备料，熔炼，精练三个工序。无水相参与。无水相参与。湿冶金法湿冶金法：在常温（低于在常温（低于100）常压或高温常压或高温(100300)高压下，用溶剂处理矿石或精矿，使所要提取的金属溶解高压下，用溶剂处理矿石或精矿，使所要提取的金属溶解于溶液中，而其它杂质不溶解，然后再从溶液中将金属提于溶液中，而其它杂质不溶解，然后再从溶液中将金

3、属提取和分离出来的过程。它包括浸出，分离，富集和提取等取和分离出来的过程。它包括浸出，分离，富集和提取等工序。工序。有水相参与。有水相参与。电冶金电冶金：利用电能提取和精练金属的冶金方法利用电能提取和精练金属的冶金方法，又分电热又分电热冶金和电化学冶金（如水溶液电解和熔盐电解等）。冶金和电化学冶金（如水溶液电解和熔盐电解等）。必要时多种方法并用！必要时多种方法并用！5氧化矿氧化矿：氧化物、碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐、磷酸盐、钨酸盐等硫化矿硫化矿：硫化物、砷化物、锑化物、碲化物自然金属矿自然金属矿矿矿物物分分类类金属在地壳中的赋存状态金属在地壳中的赋存状态 67选选矿矿工工艺艺 n选别前准备选别前准

4、备破碎、筛分、磨矿和分级n选别作业选别作业浮选、重选、磁选、浮选、重选、磁选、电选电选n选别后的脱水选别后的脱水浓缩、过滤、干燥基本概念基本概念n精矿n尾矿n中矿选矿的原则工艺流程图选矿的原则工艺流程图8 烧结法烧结法 团矿法团矿法9101112第三章第三章 炼炼 铁铁 p28p28 氧化物分解压温度关系结论氧化物分解压温度关系结论 (1)各种氧化物分解压随温度升高而增大，各种氧化物分解压随温度升高而增大， 只有只有CO除外；除外； (2)图中位置越低的氧化物，分解压愈小，图中位置越低的氧化物，分解压愈小， 氧化物愈稳定；氧化物愈稳定； (3)位置低的元素可还原位置高的氧化物；位置低的元素可还

5、原位置高的氧化物； (4)在一定温度条件下，几乎所有的氧化物在一定温度条件下，几乎所有的氧化物 都可被都可被C还原。还原。 (5) 位置低的酸性氧化物与位置低的酸性氧化物与碱性氧化物碱性氧化物 CaO、MgO结合进入炉渣相结合进入炉渣相13氧化物的标准生成能变化氧化物的标准生成能变化G与温度的关系与温度的关系14非铁氧化物的在高炉炼铁过程中的行为非铁氧化物的在高炉炼铁过程中的行为 p29-Mn的还原的还原-15非铁氧化物的在高炉炼铁过程中的行为非铁氧化物的在高炉炼铁过程中的行为-Si的还原的还原-16非铁氧化物的在高炉炼铁过程中的行为非铁氧化物的在高炉炼铁过程中的行为-P的还原的还原- 磷酸铁

6、磷酸铁(FeO)3P2O58H2O又称蓝铁矿，其结晶水分解后形又称蓝铁矿，其结晶水分解后形成多微结构较易还原成多微结构较易还原。 1100-1300反应进行很完全：反应进行很完全：2Fe3(PO4)2 + 16CO = 3Fe2P + P + 16CO22Fe3(PO4)2 + 16H2 = 3Fe2P + P + 16H2O 磷酸钙（主要存在形式）首先进入炉渣，在磷酸钙（主要存在形式）首先进入炉渣，在1200-1500时时由碳作还愿剂被直接还原由碳作还愿剂被直接还原, ,其还原率能达其还原率能达60%60%；当有当有SiO2存在时存在时可以加速磷的还原可以加速磷的还原：2Ca3(PO4) +

7、 3SiO2 + 16C = 4P + 10CO 在高炉冶炼条件下，被还原的磷以在高炉冶炼条件下，被还原的磷以Fe2P形态全部溶于生铁。形态全部溶于生铁。17非铁氧化物的在高炉炼铁过程中的行为非铁氧化物的在高炉炼铁过程中的行为V、Ti、Ni 和和 Cr 的还原的还原18非铁氧化物的在高炉炼铁过程中的行为非铁氧化物的在高炉炼铁过程中的行为-Pb、Zn 、As的还原的还原-192021第三章 炼 铁-脱硫过程脱硫过程 脱硫过程脱硫过程 高炉内生铁脱硫主要通过炉渣去除高炉内生铁脱硫主要通过炉渣去除 炉渣脱硫反应炉渣脱硫反应 FeS十十(CaO)十十C(CaS)十十Fe十十CO 141.055kJ 提

8、高炉渣脱硫能力措施提高炉渣脱硫能力措施 (1)(1)提高炉渣碱度提高炉渣碱度 (2)(2)提高温度提高温度 (3)(3)还原性炉渣还原性炉渣 22高炉炼铁的产物高炉炼铁的产物23高炉炼铁的产物高炉炼铁的产物高炉渣主要成分高炉渣主要成分 242526炼炼钢的基本任务钢的基本任务 炼钢的炼钢的基本任务基本任务：是从铁水中脱碳、脱硫、脱磷、脱氧，去处有害气体是从铁水中脱碳、脱硫、脱磷、脱氧，去处有害气体和非金属夹杂物，提高温度和非金属夹杂物，提高温度、调整钢液成分。调整钢液成分。 归纳为：归纳为：“四脱四脱”（C、P、S、O）“二去二去”（去气、去夹杂）（去气、去夹杂） “ “一升温一升温”（提高钢

9、液温度，便于连铸）“一合金化一合金化”（调整钢液成分使其合金化）采用的采用的主要技术手段主要技术手段：供氧、造渣、升温，加脱氧剂和合金化操作供氧、造渣、升温，加脱氧剂和合金化操作。272829303132氧化3334氧气转炉炼钢过程的基本化学反应氧气转炉炼钢过程的基本化学反应5 5）主要脱碳反应及其主要作用）主要脱碳反应及其主要作用 p49-50p49-50脱碳反应的作用脱碳反应的作用： 搅动熔池 有利于钢液中气体及非金属夹杂物脱除 有利于钢液温度和化学成分均匀 有利于冶金物化反应的进行脱碳反应脱碳反应：35363738火法炼铜的原则工艺流程火法炼铜的原则工艺流程 铜铜 锍锍39当代主要造锍熔

10、炼工艺当代主要造锍熔炼工艺 落后工艺已淘汰！落后工艺已淘汰！工艺过程工艺过程造锍技术造锍技术造锍熔炼造锍熔炼闪速熔炼闪速熔炼富氧顶吹艾萨熔炼（富氧顶吹艾萨熔炼（ ISASMELTTM Process ）富氧顶吹奥斯迈特熔炼富氧顶吹奥斯迈特熔炼（Ausmelt Process ）富氧底吹熔池熔炼（具有知识产权）富氧底吹熔池熔炼（具有知识产权）富氧侧吹熔池熔炼富氧侧吹熔池熔炼（Vaniukov Furnace） 白银炼铜技术白银炼铜技术鼓风炉熔炼鼓风炉熔炼电炉造锍熔炼电炉造锍熔炼反射炉造锍熔炼反射炉造锍熔炼白银炼铜技术白银炼铜技术诺兰达炼铜技术诺兰达炼铜技术40铜熔炼过程的基本物理化学反应铜熔炼过

11、程的基本物理化学反应 1.高价硫化物的热分解高价硫化物的热分解（吸热反应）（吸热反应） FeS2 = FeS + 1/2 S2 FenSn+1 = nFeS + 1/2 S2) 2CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + 1/2 S2) 2CuS = Cu2S + 1/2 S2 2Cu3FeS3 = 3Cu2S + 2FeS + 1/2 S2 生成的生成的Cu2S 和和FeS在熔炼工艺条件生成互熔体，称为铜锍在熔炼工艺条件生成互熔体，称为铜锍（习惯上称为冰铜），是铜锍的基本组分。（习惯上称为冰铜），是铜锍的基本组分。41熔炼过程的基本物理化学反应熔炼过程的基本物理化学反应FeS与与 Cu2

12、S氧化反应热力学函数的比较氧化反应热力学函数的比较均为放热反应，均为放热反应，FeS 比比Cu2S优先氧化优先氧化!42铜铜熔炼过程的基本物理化学反应熔炼过程的基本物理化学反应 2. 氧化反应和造渣反应氧化反应和造渣反应 在熔炼工艺条件下，发生如下氧化反应和造渣反应在熔炼工艺条件下，发生如下氧化反应和造渣反应 (p72-73)S2(g) + 2O2 (g) = 2SO2(g) + 热量热量2FeS(l)+3O2(g) = 2FeO(g)+2SO2(g) +热量热量2FeO+SiO2 = 2FeO SiO2 + 热量热量3FeO(l) + 1/2O2 (g) = Fe3O4(l,s) + 热量热

13、量3Fe3O4+FeS+5SiO2 = 5(2FeOSiO2) +SO2 （吸热反应，需要高于（吸热反应，需要高于1500k以上）以上） Fe3O4提高炉渣的密度提高炉渣的密度、熔点和黏度，不利于炉渣与铜锍分层。应控熔点和黏度，不利于炉渣与铜锍分层。应控制最佳熔炼工艺条件，以防止过多的磁性氧化铁生成。制最佳熔炼工艺条件，以防止过多的磁性氧化铁生成。 熔炼条件下由于局部过氧化等原因回产生熔炼条件下由于局部过氧化等原因回产生Cu2O。但。但由于由于Cu对对S的亲的亲和力大于和力大于Fe对对S的亲和力，因此还发生如下所示的硫化反应的亲和力，因此还发生如下所示的硫化反应：Cu2O + FeS = Cu

14、2S + FeO + 热量热量43 铜锍的性质铜锍的性质 Cu2S-FeS System 相图相图1135Phase Diagram of Cu2S-FeS System冰铜熔体冰铜熔体实际冰铜组成点实际冰铜组成点位于位于Cu2S与与FeS1.08连线及连线及“舌形区舌形区”之间之间；实际冰铜成分复杂，还含有实际冰铜成分复杂，还含有Fe3O4 , ZnS, PbS, Ni3S2, CoS及少及少量量Au, Ag，As，Sb，Bi，炉渣等，炉渣等。44熔炼炉渣贫化方法熔炼炉渣贫化方法1 1、炉渣热态贫化、炉渣热态贫化需要进一步研究炉渣热态贫化工艺，达到弃渣含需要进一步研究炉渣热态贫化工艺，达到弃

15、渣含Cu0.3%2 2、缓冷、缓冷细磨细磨浮游选矿浮游选矿浪费炉渣显热浪费炉渣显热磨矿、浮选成本问题磨矿、浮选成本问题有价元素回收周期长有价元素回收周期长渣精矿潜热少，会降低熔炼强度渣精矿潜热少，会降低熔炼强度 浮选法包括了缓冷与磨矿工序。炉渣中的铜之所以能够通过浮浮选法包括了缓冷与磨矿工序。炉渣中的铜之所以能够通过浮选富集到精矿中，是因为在熔渣冷却过程中，形成了能够机械分离选富集到精矿中，是因为在熔渣冷却过程中，形成了能够机械分离的硫化亚铜结晶以及金属铜的颗粒。借助于它们在表面物理化学性的硫化亚铜结晶以及金属铜的颗粒。借助于它们在表面物理化学性质上与其它造渣物的差异，而实现分离。质上与其它造

16、渣物的差异，而实现分离。45吹炼的目的吹炼的目的n 铜锍铜锍（Matte ） 粗铜粗铜（Blister copper）n常规方法，分为造渣期，造铜期常规方法，分为造渣期，造铜期冰铜冰铜（Matte ） 白冰铜白冰铜（White matte） 粗铜粗铜（Blister copper）n 连续吹炼（炼铜）连续吹炼（炼铜）:一步吹炼得到粗铜。一步吹炼得到粗铜。铜锍吹炼的目的铜锍吹炼的目的46铜锍吹炼造渣期的主要化学反应铜锍吹炼造渣期的主要化学反应FeS的氧化反应：的氧化反应： FeS + 3/2 O2 = FeO + SO2 FeO + 1/2 O2 = Fe3O4FeO的造渣反应的造渣反应： 2F

17、eO + SiO2= 2FeO.SiO2（加入（加入SiO2熔剂）熔剂）吹炼渣的主要组成变为：吹炼渣的主要组成变为： FeOFe3O4-SiO2随着吹炼造渣过程的不断进行随着吹炼造渣过程的不断进行,氧氧势和铜锍品位不断提高直至变为白冰铜。势和铜锍品位不断提高直至变为白冰铜。47造铜期吹炼交互反应造铜期吹炼交互反应2Cu2S+3O2(g)=2Cu2O+2SO2(g)TdeltaHdeltaGKKkJkJ1000.-806.112-564.9483.253E+0291100.-806.005-540.8344.833E+0251200.-805.516-516.7463.128E+0221300.

18、-804.650-492.7146.297E+0191400.-803.412-468.7633.099E+0171500.-820.791-443.5772.805E+0151600.-685.993-425.7157.931E+013Cu2S+2Cu2O = 6Cu+SO2(g)TdeltaHdeltaGKKkJkJ1000.99.7534.2715.982E-0011100.97.807-5.1811.762E+0001200.96.130 -14.4674.264E+0001300.94.863 -23.6298.902E+0001400.173.285 -35.1782.054E+0

19、011500.161.979 -49.3385.227E+0011600.27.417 -56.1476.810E+00148铜电解体系构成铜电解体系构成n 体系：体系： 阳极阳极：阳极铜；阳极铜； 阴极：阴极：始极片（生产槽）、不锈钢或钛板（种板槽）始极片（生产槽）、不锈钢或钛板（种板槽）； 永久阴极（不锈）；永久阴极（不锈）；电解液：电解液：Cu2+ 4060 g/L、H2SO4 180200 g/Ln阳极反应：阳极反应：Cu 2e = Cu2+（阳极溶解）（阳极溶解） n阴极反应：阴极反应： Cu2+ + 2e = Cu （阴极析出）（阴极析出） n电解中电解中Cu2+升高的原因：升高的

20、原因： Cu2+ + Cu = 2Cu+n电解中阳极杂质的行为：电解中阳极杂质的行为：p 杂质总量杂质总量:0.3%0.8%， 主要为主要为O, S, Au, Ag, Pt, Se, Te, As, Sb, Bi, Ni, Fe, Zn, Pb, Co，分为，分为4类类 49505152 不溶解。不溶解。ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O2FeSO4 + MnO2 + 2H2SO4 = Fe2(SO4)3 + MnSO4 + 2H2OFe2(SO4)3 + 2H2O = 2Fe(OH)3 + 3H2SO44Fe(OH)3+H3AsO3 = Fe4O5(OH)5As+ 5H2OS

21、b、Ge同理同理ZnOFe2O3、ZnS等难溶组分残留于中性浸出底流。等难溶组分残留于中性浸出底流。中性中性上清液成分上清液成分：Zn140-170g/L,Fe0.02g/L,AsZn140-170g/L,Fe0.02g/L,As、SbSb0.0007g/L0.0007g/L锌焙砂的中性浸出锌焙砂的中性浸出53高温高酸浸出液沉铁工艺的选择高温高酸浸出液沉铁工艺的选择黄钾铁矾法沉铁工艺黄钾铁矾法沉铁工艺：pH 1.5、温度为、温度为90以上以上3Fe2(SO4)3+2(A)OH+10H2O= 2(A)Fe3(SO4)2(OH)6+5H2SO4式中式中A为为K+、Na+、NH4+、Ag+、Rb+、

22、H3O+和和1/2Pb2+。针铁矿法沉铁工艺针铁矿法沉铁工艺： 1) 溶液中溶液中Fe3+浓度要浓度要 2g/l；2) 溶液溶液pH控制在控制在34；3) 溶液温度高于溶液温度高于90。Fe2(SO4)3+ZnS+1/2O2+3H2O= ZnSO4+2FeOOH+2H2SO4+S0 PSO2 = 2.5 Kg/cm2， T= 110 ：ZnOFe2O3+2H2SO4+SO2=ZnSO4+2FeSO4+2H2O赤铁矿法沉铁工艺赤铁矿法沉铁工艺：PSO2 = 2.5 Kg/cm2， T= 110 ZnOFe2O3+2H2SO4+SO2=ZnSO4+2FeSO4+2H2OFe2(SO4)3 + 3H

23、2O = Fe2O3+ 3H2SO454 净化得到的净液，通过不溶阳极电解的方法从中提取锌。净化得到的净液，通过不溶阳极电解的方法从中提取锌。所用的阳极板为铅银合金板，阴极板为铝板。其总反应为：所用的阳极板为铅银合金板，阴极板为铝板。其总反应为： 可见，随着电解的进行，电解液中可见，随着电解的进行，电解液中Zn2+含量不断减少，含量不断减少，硫酸浓度不断增大。硫酸浓度不断增大。因此必须连续地抽出一部分电解液送到因此必须连续地抽出一部分电解液送到浸出工序，同时要不断地补充已净化的中性浸出液。浸出工序，同时要不断地补充已净化的中性浸出液。阴极上阴极上析出的锌每隔一个周期析出的锌每隔一个周期(一般为

24、一般为24小时小时)取出，将锌片剥下来送取出，将锌片剥下来送溶铸车间铸成锭。阴极铝板清洗后返回电解槽继续电解。溶铸车间铸成锭。阴极铝板清洗后返回电解槽继续电解。242241/2OSOHZn直流电OHZnSO硫酸锌溶液的电沉积硫酸锌溶液的电沉积55阳极过程：阳极过程： 正常电解时阳极反应为：正常电解时阳极反应为： 2H2O 4e = O2 + 4H+ E=1.229V 而而 Pb 2e = Pb2+ E=-0.126V电位更负，更易溶解电位更负，更易溶解。溶解的溶解的Pb2+与与SO42-反应，在阳极表面形成致密的保护膜，阻止反应，在阳极表面形成致密的保护膜，阻止铅板继续溶解铅板继续溶解,而且会

25、升高阳极电位。当阳极电位接近而且会升高阳极电位。当阳极电位接近0.65V时，时，会有下列反应发生：会有下列反应发生： Pb + 2H2O 4e = PbO2 + 4H+ E=0.655V这样为被覆盖的铅会直接生成这样为被覆盖的铅会直接生成PbO2，形成更致密的保护层。，形成更致密的保护层。当电位超过当电位超过1.45V时，溶液中的时，溶液中的Pb2+和和PbSO4也会氧化成也会氧化成PbO2。 Pb2 + + 2H2O 2e = PbO2 + 4H+ E=1.45V PbSO4 + 2H2O 2e = PbO2 + H2SO4 + 2H+ E=1.68V锌电沉积基本原理锌电沉积基本原理- 阳极

26、过程阳极过程-1不溶阳极电解！56阴极过程：阴极过程： (1) 锌和氢在阴极上的析出锌和氢在阴极上的析出 电解液中杂质元素的含量很低时，阴极放电的离子只能是电解液中杂质元素的含量很低时，阴极放电的离子只能是Zn2+和和H+。当电解液含。当电解液含Zn50g/l，H2SO4115g/l，40条件下条件下(正常电解时正常电解时电解液成分范围内电解液成分范围内)， 从理论上看，氢离子优先于锌离子放电。但实际上由于氢离子从理论上看，氢离子优先于锌离子放电。但实际上由于氢离子在金属电极上有很高的超电位，而锌离子的产电位很小，在金属电极上有很高的超电位，而锌离子的产电位很小，所以锌电所以锌电解的阴极过程主

27、要是解的阴极过程主要是Zn2+的放电。的放电。 H+的超电位在不同金属阴极上是不同的，它服从塔菲尔定律：的超电位在不同金属阴极上是不同的，它服从塔菲尔定律： a为常数，主要取决于阴极材料及表面状态；为常数，主要取决于阴极材料及表面状态；b为随温度变化的参数，通常为随温度变化的参数，通常0.110.12范围内。范围内。 VEZnZn7656.02VEHH0233.0KHDbalg锌电沉积基本原理锌电沉积基本原理- 阴极过程阴极过程-257铅锌密闭古风炉冶炼法铅锌密闭古风炉冶炼法- ISP烧结焙烧58ISP过程中铅锌合金熔体的冷却与分离过程中铅锌合金熔体的冷却与分离59606162636465铝冶

28、金原料铝冶金原料 铝土矿铝土矿（Bauxite)是含铝矿物和赤铁矿、针铁矿、高岭石、是含铝矿物和赤铁矿、针铁矿、高岭石、锐铁矿、金红石、钛铁矿等矿物的混合矿。锐铁矿、金红石、钛铁矿等矿物的混合矿。 铝土矿实际上是指工业上能利用的，以三水铝石、一水铝土矿实际上是指工业上能利用的，以三水铝石、一水软铝石或一水硬铝石为软铝石或一水硬铝石为主要矿物主要矿物所组成的矿石的统称，所组成的矿石的统称，是现是现代电解法炼铝的代电解法炼铝的原料原料。铝土矿类型铝土矿类型三水铝石三水铝石一水软铝石一水软铝石一水硬铝石一水硬铝石组成组成Al2O33H2OAl2O3H2OAl2O3H2O最高最高Al2O3%65.48

29、5.085.0晶系晶系单斜单斜正方正方正方正方硬度硬度2.53.53.54.06.57.0密度密度(g/cm3)2.423.013.44快速脱水温度快速脱水温度/150350450在每升在每升Na2O水溶液中水溶液中Al2O3溶解度溶解度/g(125 )10545基本不溶基本不溶66拜耳法生产氧化铝流程拜耳法生产氧化铝流程67拜耳法生产氧化铝的基本原理拜耳法生产氧化铝的基本原理拜耳法生产氧化铝的基本原理是：拜耳法生产氧化铝的基本原理是： （l）用）用NaOH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

30、化铝呈氢氧化铝析出，即种分过程。溶液中的氧化铝呈氢氧化铝析出，即种分过程。 （2）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，即溶出过程。）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，即溶出过程。交替使用这两个过程，就能够每处理一批矿石便得到一批氢氧化铝，构成所谓的拜耳法交替使用这两个过程，就能够每处理一批矿石便得到一批氢氧化铝，构成所谓的拜耳法循环。循环。用反应方程式表示如下用反应方程式表示如下：Al2O3（1或或3）H2O2NaOHaq2NaAl(OH)4aq68铝酸钠溶液铝酸钠溶液特特性性参参数数 l苛性比值苛性比值(k)：苛性氧化钠与氧化铝苛性氧化钠与氧化铝

31、摩尔数值比，衡量氧化铝的饱和程度摩尔数值比，衡量氧化铝的饱和程度l硅量指数：硅量指数：氧化铝的重量与氧化铝的重量与SiO2重量重量之比，之比，A/S,其值越高，表示纯度越高其值越高，表示纯度越高l氧化铝在氢氧化钠溶液中溶解度氧化铝在氢氧化钠溶液中溶解度稳稳定定性性 其稳定性是指过饱和铝酸钠溶液从制成到开始分解析出氢氧化铝所需时间的长短。短时就发生显著分解者表示该溶液不稳定，短时就发生显著分解者表示该溶液不稳定，长时放置也不分解这者表示该溶液是稳定长时放置也不分解这者表示该溶液是稳定的。的。其影响因素有：其影响因素有：l溶液苛性比值：高则过饱和程度减小其稳定性增加l温度：提高温度稳定性增加l溶液

32、浓度：高或低稳定性好，中则差l加入结晶核心稳定性显著降低l搅拌会使稳定性下降69稀稀释释 高压溶出后高压溶出后料浆中料浆中Al2O3浓度达浓度达250g/L，对于如此之，对于如此之高的料浆浓度，不稀释不利于赤泥分离和晶种分解高的料浆浓度，不稀释不利于赤泥分离和晶种分解。溶液溶液稀释到中等浓度后（稀释到中等浓度后（降低降低Al2O3浓度到浓度到130-150g/L）才能获得较快的才能获得较快的晶种分解速度晶种分解速度。 用赤泥洗液进行稀释，既满足晶种分解要求，又回用赤泥洗液进行稀释，既满足晶种分解要求，又回收了洗液中收了洗液中Al2O3和和Na2O 进一步脱硅，进一步脱硅， Al2O3浓度由浓度

33、由260g/L稀释到稀释到140g/L，SiO2由由1.6g/L降到降到0.4g/l，溶液纯度大大提高，溶液纯度大大提高 降低粘度，便于赤泥沉降分离降低粘度，便于赤泥沉降分离溶出料浆稀释和赤泥分离洗涤溶出料浆稀释和赤泥分离洗涤70铝酸钠溶液晶种分解铝酸钠溶液晶种分解71分解母液蒸发分解母液蒸发72电解质体系电解质体系电解质体系电解质体系 溶质溶质： 氧化铝氧化铝 Al2O3，是电解原料是电解原料。 溶剂溶剂： 冰晶石冰晶石 Na3AlF6可写作可写作3NaFAlF3。冰晶石是冰晶石是由由NaF和和AlF3合成的，合成的，NaF-AlF3二元系、二元系、Na3AlF6-Al2O3二元二元系和系和

34、Na3AlF6-AlF3-Al2O3三元系是铝电解质的基本体系三元系是铝电解质的基本体系。 添加剂添加剂： 氟化盐氟化盐 AlF3、CaF2 、MgF2 、LiF 工业铝电解质组成（）：工业铝电解质组成（）： Na3AlF6 AlF3 MgF2 LiF Al2O3 80-89 5-7 3-5 3-5 3-773 1 阴极过程机理阴极过程机理 阴极过程总表达式阴极过程总表达式：Al3+(配离子配离子) - 3e Al Na3AlF6-Al2O3熔体主要由熔体主要由Na+、AlF63-、AlF4-、F-、AlxOyF(2+2y-3x)-等等构成，其中构成，其中Na+传输的电流占传输的电流占99%以

35、上，但电解条件下，以上，但电解条件下，Na+的析出电的析出电位比位比Al3+的负的负0.25V,一般认为含铝配离子阴极放电，一般认为含铝配离子阴极放电，Al是一次阴极产物；是一次阴极产物； 分子比增大、温度升高、分子比增大、温度升高、Al2O3浓度减小及阴极电流密度提高，浓度减小及阴极电流密度提高，Na+和和Al3+放电电位差值缩小，加上阴极区的放电电位差值缩小，加上阴极区的Na+积累，积累，Na+也可能也可能阴极放电，目前存在两种阴极放电理论：阴极放电，目前存在两种阴极放电理论：“钠置换铝钠置换铝”和和“铝离子直接放电铝离子直接放电”理论理论铝电解机理铝电解机理74 2 阴极过程机理阴极过程

36、机理铝离子直接放电理论铝离子直接放电理论熔体反应熔体反应：Na3AlF63Na+AlF63- AlF63-AlF4- + 2F- Al2O3+4AlF4- +4F-3Al2OF62-阴极放电阴极放电：AlF4-+3e Al+4F-（低（低MR) AlF63-+3e Al+6F-(高高MR)阳极放电阳极放电：2Al2OF62-+6F-+C 4AlF4- +CO2+4e总总 反反 应应： Al2O3+1.5C 2Al+1.5CO2钠置换铝理论钠置换铝理论熔体反应熔体反应：Na3AlF63Na+AlF63- Al2O3+AlF63- 3AlOF2-阴极放电阴极放电：Na+e Na置换反应置换反应：3

37、Na+2AlF3 Al+Na3AlF6 3Na+2AlF3+6e Al+ Na3AlF6阳极反应阳极反应： 3AlOF2-+4AlF63- 1.5O2+4AlF3+6eAl2O3+1.5C 2Al+1.5CO2铝电解机理铝电解机理75阳极效应现象阳极效应现象1 1）阳极周围发生明亮的小火花，）阳极周围发生明亮的小火花，伴劈啪声；伴劈啪声；2 2）阳极周围的电解质如被气体拨）阳极周围的电解质如被气体拨开，阳极与电解质界面上的气开，阳极与电解质界面上的气泡不再大量析出；泡不再大量析出；3 3）电解质不再沸腾；）电解质不再沸腾；4 4）电压急剧上升）电压急剧上升（4V3050，甚至甚至100V），），灯亮；灯亮；阳极效应原因阳极效应原因1 1）电