轻金属冶金练习题

1、轻金属冶金学习题一 填空： 1预焙阳极炭块一般采取 挤压成型 和 振动成型 法制造。2铝土矿有三种类型，即 三水铝石型 、 一水软铝石型 和 一水硬铝石型 。3生产氧化铝的方法可大致分为 碱 法 、 酸 法 、 酸碱联合法 和 电 热 法 。4现代铝工业上有 自焙电解槽 和 预焙电解槽 两大类电解槽。5按照氧化铝的物理特性，可将其分成 粉 状 、中间状 和 砂 状 。6在拜耳法生产过程中，循环母液的主要成分有 NaOH 、 NaAlO2 、 Na2CO3 和 Na2SO4 7碱法生产氧化铝的有： 拜耳法 、 烧结法 和 拜耳法烧结联合法。8按照所用原料不同，炼镁方法可分为两大类，其中熔盐电解法

2、的基本反应式为 MgCl2=Mg+Cl2 ，碳热还原法炼镁的基本反应式是 MgO+C=Mg+CO 。9当向冰晶石熔体中添加少量氟化钙，可以使熔体的初晶温度 降低 ，密度 增大 ，导电率 降低 。 10镁电解槽有两种型式： 有隔板槽 和 无隔板槽。11按照所用原料不同，炼镁方法可分为两大类： 电解法 和 热还原法。12酸法制造冰晶石有两道工序，包括 制酸 和 制盐 。13铝酸钠溶液添加石灰脱硅的基本原理是3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+xNa2SiO3+aq=3CaO·Al2O3·xSiO2·yH2O+2(1+x)NaOH)+aq ，不添加石灰脱硅的基本原理

3、是 1.7Na2SiO3+2NaAl(OH)4+aq=Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O+3.4NaOH+aq 。14铝电解过程中的阴极反应为： Al3+3e=Al ，阳极反应为 2O2-+C-4e=CO2 ，总反应式为：2Al2O3+3C=4Al+3CO2 。15. 轻金属的主要特点有： 比重小于3.5 、 化学活性很大 、 负电性很强 16拜耳法指用 苛性碱 来溶出铝土矿中的氧化铝，再加 氢氧化铝晶种 于铝酸钠溶液中分解产出氢氧化铝。17 用于电解铝的电解槽有两大类四种形式, 即 连续式 、 不连续式 预焙阳极电解槽和 侧插棒式 、 上插棒式 自焙阳极

4、电解槽。18 摩尔比为3的冰晶石电解质称之为 中性电解质 , 摩尔比大于3的冰晶石电解质称之为 碱性电解质 ，摩尔比小于3的冰晶石电解质称之为 酸性电解质。19 在拜尔法循环的以下工序中，苛性比值k的变化情况是：高压溶出 降低 、稀释 不变 、种分 升高 、蒸发 不变 。20 阳极效应系数AE=0.5, 意指在 48 小时内在1台电解槽上发生1次阳极效应二 名词解释 1 阳极效应：阳极效应是熔盐电解过程中一种独特的现象，铝电解过程中的阳极效应现象是：阳极周围（指与熔体接触的部位）电弧光耀眼夺目，并伴有劈劈拍拍地声响，阳极周围电解质却不沸腾，没有气泡大量析出。电解质好象被气体排开，电解槽的工作处

5、于停顿状态。此时槽电压由原来的4V猛升到3050 V，甚至更高，与电解槽并联的指示灯发亮，表示该槽发生了阳极效应。 2 铝土矿的铝硅比：铝土矿中氧化铝和氧化硅的质量比。3 苛性比： 铝酸钠溶液中氧化钠和氧化铝的摩尔比。4 铝电解质的分子比：铝电解质中氟化钠和氟化铝的摩尔比。5 阳极效应系数：每日分摊到每槽的阳极效应次数。6 电流效率：电流效率的大小是用实际铝产量和理论铝产量之比来表示的， 即：=（P实/P理）×100%7 硅量指数：铝酸钠溶液中氧化铝和二氧化硅的质量之比8 苛性比：铝酸钠溶液中，氧化钠和氧化铝的摩尔比值。三、 简答： 1.简述在烧结法生产氧化铝的工艺中，熟料溶出时原硅

6、酸钙的行为和二次反应。在溶出过程中赤泥中的2CaO·SiO2可以与铝酸钠溶液发生一系列的化学反应，使已经溶出来的Al2O3、Na2O，又有一部分重新转人赤泥而损失。这些反应称为二次反应或副反应，由此造成的氧化铝和氧化钠的损失为二次反应损失或副反应损失。 2CaO·SiO2+2Na2CO3+aq=Na2SiO3+2CaCO3+2NaOH+aq2CaO·SiO2+2NaOH+aq=2Ca(OH)2+Na2SiO3+aq3Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+aq=3CaO·Al2O3·6H2O+2NaOH+aq2Na2SiO3+(2+n)NaAl(

7、OH)4+aq=Na2O·Al2O3·2SiO2·nNaAl(OH)4·xH2O+4NaOH+aq3CaO·Al2O3·6H2O+xNa2SiO3+aq=3CaO·Al2O3·xSiO2·yH2O+2xNaOH+aq3Ca(OH)2+NaAl(OH)4+xNa2SiO3+aq=3CaO·Al2O3·xSiO2·yH2O+2(1+x)NaOH+aq2.什么是铝电解过程的阳极效应，其机理主要有哪几种学说？熄灭的方法主要有哪些？阳极效应是熔盐电解过程中一种独特的现象，铝电解过程中的

8、阳极效应现象是：阳极周围(指与熔体接触的部位)电弧光耀眼夺目，并伴有劈劈拍拍地声响，阳极周围电解质却不沸腾，没有气泡大量析出。电解质好象被气体排开，电解槽的工作处于停顿状态。此时槽电压由原来的4V猛升到3050 V，甚至更高，与电解槽并联的指示灯发亮，表示该槽发生了阳极效应。有关阳极效应发生机理的研究甚多，但观点却不尽一致，主要有四种。即润湿性变差学说、氟离子放电学说、静电引力学说和桥式离子理论。如何熄灭阳极效应：添加氧化铝、搅动铝液冲刷阳极底掌、刮阳极底掌、下降阳极等3.在铝电解过程中，氟化镁作为添加剂对电解质的物理化学性质有何影响？MgF2作为添加剂可使电解质的初晶温度降低，密度增大，导电

9、率降低，黏度增大，对电解质的表面张力影响不大，使电解质与铝液之间的界面张力增大，使电解质对碳素材料的润湿性能变差。4.试论述拜耳法制备氧化铝的基本原理和实质。拜耳法用在处理低硅铝土矿，特别是处理三水铝石型铝土矿时，流程简单、产品质量好，因而得到广泛的应用。拜耳法的基本原理有两条：(1)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，溶液中的氧化铝便呈氢氧化铝析出。(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一批铝土矿。交替使用这两个过程就能够每处理一批矿石，便得到一批氢氧化销，构成所谓的拜耳法循环。 拜耳法的实质就是使下一反应在不同的条件下朝不同的方向交替进

10、行：Al2O3(1或3)H2O+2NaOH+aq<=>2NaAl(OH)4+aq5.影响二次反应的因素及抑制措施有哪些？2CaO·SiO2的分解是熟料溶出时产生二次损失的根本原因，溶出时，必须最大限度地抑制它的分解。影响因素主要有：溶出温度 提高溶出温度使溶出过程中的所有反应都加速进行。进一步提高溶出温度反而加速2CaO·SiO2的分解，增大二次反应损失。溶出的苛性比值 溶出苛性比值的高低是影响二次反应损失的主要因素。在氧化铝浓度一定的条件下，提高溶出液苛性比值也就提高了NaOH浓度，增进二次反应。碳酸钠浓度 溶液中的Na2CO3能分解2CaO·SiO

11、2，从这一方面说它的浓度越高，2CaO·SiO2分解越多。但是当溶液中Na2CO3浓度增高到一定程度后，它又能促使Ca(OH)2转变为CaCO3，从而抑制了水合铝酸钙和水化石榴石的生成，使Al2O3的二次反应损失大幅度降低。 氧化硅浓度 如果溶液中SiO2浓度大于2CaO·SiO2分解反应的SiO2平衡浓度，那么就可以抑制2CaO·SiO2的分解，减少二次损失。溶出时间 随着2CaO·SiO2与溶液接触时间的延长，它的分解数量增加。溶出液固比 熟料质量和粒度 熟料粒度也必须适当，过粗会使有用成分溶出不完全，过细则会由于泥渣比表面的增大加剧2CaO

12、3;SiO2与溶液的反应，并且造成赤泥与溶出液分离的困难，延长赤泥与溶液接触时间。 6.影响晶种分解过程的主要因素有哪些？（1）分解原液的浓度和苛性比值：原液氧化铝浓度越高，分解速度越快，但浓度不宜过高；随着苛性比值降低，溶液过饱和度增加，分解速度加快。（2）温度：降低分解温度，溶液过饱和度降低，可以提高分解率和分解槽单位产能。（3）晶种数量和质量：晶种数量用晶种系数表示，系数越大，分解速度越快；晶种质量指它的活性及强度，质量越好，分解速度越快。（4）分解时间及母液苛性比值：分解时间延长，分解率提高，母液苛性比值增加。（5）搅拌速度：在分解过程中应保持一定的搅拌速度。（6）杂质影响。7 什么是

13、拜耳法的循环效率、Al2O3的理论溶出率、Al2O3的实际溶出率。循环效率：一吨Na2O在一次拜耳法循环中所产出的Al2O3的量（吨），用E表示，E的数值越高说明碱的利用率越好。Al2O3的理论溶出率：理论上矿石中可以溶出的氧化铝量（扣除不可避免的化学损失）与矿石中氧化铝量之比。Al2O3的实际溶出率：在溶出时，实际溶出的氧化铝与矿石中氧化铝之比。8.铝电解的电流效率是如何定义的？影响电流效率的主要因素是什么？（6分）铝电解的电流效率是一个非常重要的技术经济指标，它在一定程度上反映了电解生产的技术和管理水平。电流效率的大小是用实际铝产量和理论铝产量之比来表示的， 即：=（P实/P理）×

14、;100%式中，P理=CI×10-3(kg);C是铝的电化学当量，C=0.3356gA-1h-1；I电解槽系列平均电流，A；为电解时间(h)。影响电流效率的主要因素有：（1）电解温度，（2）电解质组成，（3）极距：极距是铝电解槽中铝液界面至阳极底掌的距离，（4）电流密度：电流效率随阴极电流密度的增加而增大，而随阳极电流密度的增加而减小，（5）铝液高度或铝水平。9铝电解槽正常生产有何特征？ 火焰从火眼强劲有力地喷出，火焰的颜色为淡紫蓝色或稍带黄色； 槽电压稳定，或在一个很窄的范围内波动； 阳极四周边电解质“沸腾”均匀； 炭渣分高良好，电解质清沟透亮；槽面上有完整的结壳，且疏松好打。10

15、在电解炼铝中，为什么对氧化铝的化学纯度有一定的要求？氧化铝纯度是影响原铝质量的主要因素。如氧化铝中含有比铝更正电性的元素的氧化物（Fe2O3、SiO2、TiO2等），在电解过程中，这些元素将首先在阴极上析出，是所得的铝不纯。氧化铝中含有比铝更负电性的元素的氧化物（Na2O、CaO等），则在电解时会与氟化铝反应而破坏电解质的正常成分，破坏电解过程。氧化铝中的水分也是有害成分，将增加电解质中氟化物的水解而产生氟化氢损失。11铝电解电流效率降低的原因有哪些？Ø 铝的物理或化学溶解损失，并被阳极气体氧化Ø 铝的不完全放电所引起的电流空耗损失Ø 其它离子放电所引起的电流效率

16、损失Ø 电解槽漏电，或局部极间短路 12预焙槽炼铝中，对氧化铝的质量有哪些要求？1）、氧化铝纯度；2）、氧化铝物理性质13影响铝土矿溶出过程的因素有哪些？1）、溶出温度；2）、循环母液碱浓度；3）、配料摩尔比；4）、搅拌强度；5）、添加石灰14简述碱石灰烧结法生产氧化铝的基本原理和主要流程。碱石灰烧结法生产氧化铝是将铝土矿与一定数量的苏打、石灰（或石灰石）配成炉料，在回转窑内进行高温烧结，炉料中的Al2O3与NaCO3反应生成可溶性的固体铝酸钠（Na2O·Al2O3）。杂质氧化铁、二氧化硅和二氧化钛分别生成铁酸钠（Na2O·Fe2O3）原硅酸钙（2CaO·

17、;SiO2）和钛酸钙（CaO·TiO2）。用稀碱溶液溶出时，可以将熟料中的Al2O3和Na2O溶出，得到铝酸钠溶液，与进入赤泥中的2CaO·SiO2，CaO·TiO2和Fe2O3·H2O等不溶性残渣分离。熟料的溶出液（粗液）经过专门的脱硅净化过程得到纯净的铝酸钠精液。它在通入CO2气后，析出氢氧化铝并得到碳分（NaCO3）母液。主要工序包括烧结、溶出、脱硅、碳酸化分解、分解母液蒸发、氢氧化铝煅烧。15 写出铝电解生产流程。破碎铝土矿湿磨溶出稀释沉降分离叶滤晶种分解蒸发溶出矿浆晶种氢氧化铝浆液氢氧化铝精液粗液稠浓赤泥浆稀释浆液沉降分离洗涤氢氧化铝煅烧氧化铝

18、赤泥洗涤洗液赤泥堆场热水母液蒸发母液洗液石灰乳石灰分离Na2CO3·H2O结晶溶解苛化补充苛性碱16 写出拜耳法生产氧化铝的原则工艺流程。17. 影响铝酸钠溶液稳定性的因素有哪些？（1）溶液的浓度：当苛性比一定时，氧化铝浓度低于25g/L或高于264g/L的铝酸钠溶液是稳定（2）苛性比值：随苛性比值提高，溶液的过饱和度降低，稳定性提高（3）温度：溶液的稳定性随温度的升高而降低（4）杂质：杂质的存在使铝酸钠溶液的黏度增加，因此稳定性也相应提高（5）晶种：晶种的存在起着氢氧化铝结晶核心的作用，使溶液的稳定性下降。18简述氧化铝的生产方法碱法：用工业烧碱或纯碱处理铝土矿，使矿石中的氧化铝转

19、变为铝酸钠溶液，从中分析析出氢氧化铝。酸法是用硝酸、硫酸、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。然后使这些铝盐成水合物晶体（经过蒸发结晶）或碱式铝盐（水解结晶）从溶液中析出，亦可用减中和这些铝盐的水溶液，使铝成为氢氧化铝析出，煅烧所得的氢氧化铝或者各铝盐的水合晶体或碱式铝盐，便可得到无水氧化铝。酸碱联合法是先用酸法从高硅铝矿中制取含有铁、钛等杂质的氢氧化铝，然后再用碱法（拜耳法）处理。热法是为处理高硅高铁铝矿而提出的，其实质是在电炉或高炉内还原熔炼矿石，同时获得硅铁合金（或生铁）与含铝酸钙炉渣，二者借比重差分离后，再用碱法从炉渣中提取氧化铝。19炭素阳极生产工艺主要包括哪些工序？原料的准备和煅烧，煅烧料的破碎、细磨和筛分，配料和混捏，生块的成型，生块的焙烧。20综述添加剂对冰晶石熔体物理化学性质的影响添加剂氟化钠氟化铝氟化钙氟化镁氟化锂氯化钠氧化铝熔度减小减小减小减小减小减小减小密度减小减小增大增大减小减小减小电导率增大减小减小减小增大增大减小黏度减小减小增大增大减小减小增大表面张力增大减小增大减小减小与铝液的界面张力增大增大增大影响不大减小几乎没有影响润湿角减小增大增大增大几乎没有影响减小减小四、计算题：1. 某种分液Al2O3浓度为13