工业制铝.doc

工业制铝 　　铝对氧的亲和力很大，氧化铝的生成热 为-400.9±1.5千卡／摩尔,所以铝可以用作炼钢的脱氧剂和一些高熔点金属氧化物 如MnO2、Cr2O3 的金属热还原剂。铝与氮、硫和卤族元素在高温下发生反应，生成如AlN、Al2S3、AlCl3之类的化合物。这些化合物 除AlN外 和铝在真空中加热到1000以上时,生成相应的低价铝化合物。这些低价化合物,在低温下发生歧化分解,生成金属铝及其三价化合物（例如：AlCl3+2Al匊3AlCl）。AlN加热到2000以上温度时，开始分解为单体元素。 铝是两性元素，它与大多数稀酸可缓慢地反应，能迅速溶解于浓盐酸中。但是浓硝酸使铝钝化（见金属腐蚀）。铝与苛性碱溶液发生强烈反应，迅速溶解，生成铝酸根离子:2Al+2OH-+6H2O─→2Al OH 嬄+3H2↑铝在各个工业部门和日常生活中应用广泛。航空工业是传统的用铝部门。在建筑工业中用铝合金作房屋的门窗和板壁。用铝和铝合金制造的各种车辆，由于重量轻，可减少运输能耗，从而可以补偿炼铝时所消耗的能量。在电力输送方面，铝的用量早已居首位，现在90％的高压导线是用铝制的。在食品工业方面,从仓库、储槽到罐头盒,以至饮料容器等都可用铝制造。　　铝的生产包括氧化铝的生产和由氧化铝电解制取金属铝。 其他炼铝方法的研究 世界各国都在研究新的炼铝方法，主要目标为寻求一个大幅度降低能耗的途径，但大多还处于试验研究阶段。　　氯化铝电解法? 原理是把工业氧化铝氯化成三氯化铝，然后在多室电解槽内电解，得到纯铝和氯气，氯气返回利用。但三氯化铝制备中的腐蚀和成本较高等问题还未得到解决。 电热法 用低品位铝矿作原料,用焦炭作还原剂,在电弧炉内还原得含Al60％以上的铝硅粗合金，然后降低温度至580左右，通过离心分离除去析出的固相,制得含Al达80％左右的中间合金。用此法直接生产硅铝合金，有一定经济意义，但如何获得较好的质量和较好的技术经济指标，则仍然是一个技术课题。　　废铝再生 铝及其合金制品的再生日益得到重视。再生铝又称二次铝，现在世界每年从废铝回收的铝量约400万吨,相当于原铝产量的25％左右。由于铝的熔点低，热焓值小，废铝再熔所需的能量仅为从矿石制取原铝的5％左右。此外,原料和投资费也较节省。废铝主要用来生产铝合金。在再熔之前，要先将废铝选拣分类，再加以适当调配和处理，以便达到所需的合金组成。铝的第一次炼制能耗较高，合理回收利用废铝，是节能的一个有力的措施。资源 铝在地壳中的含量仅次于氧和硅。自然界的含铝矿物约 250种，最常见的是铝硅酸盐及其风化产物──粘土（表2）。铝土矿是一种以氧化铝水合物为主要成分的矿石，历来是主要的炼铝原料。自然界的氧化铝水合物有三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石。它们的物理性质和化学性质差别很大。因此铝土矿按其中氧化铝水合物的矿物形态分为三水铝石型、一水软铝石型、一水硬铝石型，以及混合型。全世界已查明的铝土矿的工业储量约250亿吨,加上远景储量共约 350亿吨左右。储量丰富和产量较大的国家有几内亚、澳大利亚、巴西、牙买加、印度等国。这些国家的铝土矿多属于高铁低硅的三水铝石型，适合于用较简单的拜耳法生产氧化铝。 工业制铝之铝电解 　　铝电解的原理是使直流电通过以氧化铝为原料、冰晶石为溶剂组成的电解质，在950～970下使电解质熔液中的氧化铝分解为铝和氧。由于比重的差别在阴极上析出的铝液汇集于电解槽槽底，而在阳极上析出二氧化碳和一氧化碳气体（见熔盐电解）。铝液从电解槽中吸出，经过净化除去氢气、非金属和金属杂质并澄清后，铸成各种铝锭,其流程示意见图3。 铝电解过程的电化学反应 冰晶石-氧化铝熔液具有离子结构,其中阳离子有Na+和少量Al3+,阴离子有AlF咶、AlF嬄和Al-O-F络合离子以及少量O2-和F- 见熔盐 。在温度1000下,钠在析出电位大约比铝负250毫伏。由于阴极上离子的放电不存在很大的过电压，所以阴极反应是： Al3+（络合的）+3e─→Al而阳极反应是： 6O2-（络合的）+3C-12e─→3CO2铝电解过程的总反应式是： 2Al2O3+3C─→4Al+3CO2 由于溶解在电解质熔体中的Al被CO2所氧化,引起电流效率降低，所以铝电解的总反应式实际上应为： 式中N 为阳极气体中的CO2/ CO+CO2 体积百分比。 　　在冰晶石-氧化铝溶液中,Al2O3的含量一般保持3～5％，为了改善电解质的性质,通常添加铝、镁、钙和锂的氟化物。 工业制铝之氧化铝的生产 从矿石提取氧化铝有多种方法，例如:拜耳法、碱石灰烧结法、拜耳-烧结联合法等。拜耳法一直是生产氧化铝的主要方法，其产量约占全世界氧化铝总产量的95％左右。70年代以来，对酸法的研究已有较大进展，但尚未在工业上应用。　　拜耳法　　系奥地