轻金属冶金学习题

轻金属冶金学习题轻金属冶金学习题 1．铝土矿按其含有的氧化铝水合物的类型可以分为三水铝石型、一水软铝石 型、一水硬铝石型、刚玉以及混合型铝土矿。 2．按照氧化铝的物理特性，可将其分成粉状、中间状和砂状三种。 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． 碱法生产氧化铝又有拜耳法、碱石灰烧结法和拜耳烧结联合法等多种流程。 5．拜耳-烧结联合法根据其工艺流程可分为并联法、串联法和混联法。 1．铝土矿的铝硅比铝土矿的铝硅比是指铝土矿中的氧化铝和二氧化硅的质量 分数比，即 A/S矿石中的氧化铝质量分数/矿石中的二氧化硅质量分数。通 常写为A/SωAl2O3/ωSiO2。 2．拜耳法拜耳法是直接利用含有大量游离苛性碱的循环木业处理铝土矿，溶 出其中氧化铝得到铝酸钠溶液的，往铝酸钠溶液中添加氢氧化铝（晶种）经 长时间搅拌便可分解洗出氢氧化铝结晶。分解母液经蒸发后再用于溶出下一 批铝土矿。 3．碱石灰烧结法碱石灰烧结法师在铝土矿中胚乳石灰石（或石灰） 、纯碱（含 大量碳酸钠的碳分母液） ， 在高温下烧结得到含有固态铝酸钠的熟料，用水或 稀碱液溶出熟料得出铝酸钠溶液。铝酸钠溶液脱硅净化后，通入二氧化碳气 体便可分解结晶氢氧化铝。分解后的母液经蒸发后循环使用。 1．我国铝土矿的特点有哪些（5 分） 我国铝土矿的特点是资源丰富，储量大（1 分） ；高铝、高硅、低铁；铝 硅比较低，中低品位铝土矿居多，多数铝土矿是一水硬铝石型铝土矿（3 分） 。 矿石的铝硅比多数在 47 之间， 铝硅比在 10 以上的优质铝土矿相对少些 （1 分） 。 6．工业铝酸钠溶液的主要成分是 NaAlOH4、NaOH、Na2CO3、Na2SO4等。通 常把 NaAlOH4和 NaOH 形态存在的 Na2O 叫做苛性碱，以 Na2CO3形态存在的 Na2O 叫做碳酸碱，以Na2SO4形态存在的 Na2O 叫做硫酸碱。以Na2OK和 Na2OC 形态存在的碱的总和称为全碱。 7．在拜耳法生产过程中，循环母液的主要成分有 NaOH、NaAlO2、Na2CO3和 Na2SO4。 8．铝酸钠溶液的稳定性通常是用从这种过饱和的铝酸钠溶液开始分解析出氢氧 化铝所需时间的长短来衡量的。 9．铝酸钠溶液的密度随溶液中氧化铝浓度的增高而直线地增大，并在所有苛性 碱浓度和温度条件下，该比率均相同。 10． 铝酸钠溶液的黏度随溶液浓度的增大和苛性比值的降低而急剧升高，随温度 的升高而降低。 11．铝酸钠溶液的电导率随溶液中 Al2O3浓度的增加、苛性比值的降低而降低， 温度升高电导率增加。 12．关于铝酸钠溶液的结构，存在两大观点，即氢键理论和脱水聚合理论。 2．影响铝酸钠溶液稳定性的因素有哪些分别叙述它们对铝酸钠溶液的稳定性 将产生什么样的影响。 （10 分） （每一要点 2 分） （1）溶液的浓度关系复杂，总体而言，中等浓度的铝酸钠溶液稳定性较 小，氧化铝浓度低于 25g/L 或者高于 264g/L 的铝酸钠溶液都是很稳定的。 （2）苛性比值苛性比值为 1 的氯酸钠溶液极不稳定；随着铝酸钠溶液苛 性比值的提高，溶液的过饱和度降低，稳定性增高。通常苛性比值大于 3 以后的 铝酸钠溶液可作较长期的保存而不分解。 （3）温度当铝酸钠溶液的苛性比值不变时，溶液的稳定性随温度的降低 而降低。但当铝酸钠溶液低于 30℃后继续降低，由于溶液粘度增大，稳定性反 而提高。 （4）杂质杂质使铝酸钠溶液粘度增大，稳定性提高。 （5）晶种晶种可以起着氢氧化铝结晶核心的作用，使溶液的稳定性下降。 13．拜耳法的基本流程包括铝土矿的溶出、矿浆稀释、晶种分解、氢氧化铝的 分离洗涤、氢氧化铝的煅烧以及母液蒸发等。 14．在拜尔法循环的以下工序中，苛性比值 α 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。 15．高压溶出器可以分为蒸汽直接加热和蒸汽或其他载体间接加热。 16．改善拜耳法赤泥沉降性能的途径有铝土矿预焙烧、提高溶出温度、添加絮 凝剂。 17．一般认为，晶种分解过程分为四步晶核形成、氢氧化铝破裂、晶体的长大 和附聚。 18．晶种分解过程中采用的温度制度是变温制度或降温制度，即分解初期较快 地降温，分解后期则较慢地降温。 19． 赤泥分离和洗涤的设备 沉降槽和转鼓真空过滤机， 粗液精制设备为叶滤机； 晶种分解的冷却设备有冷却塔、板式热交换器、闪速蒸发换热系统，分解槽则 有空气搅拌分解槽和机械搅拌分解槽。 20．氢氧化铝的煅烧在10001250℃下进行，氢氧化铝在煅烧过程中发生下列变 化，在 110120℃脱除附着水，在 200250℃下 AlOH3三水铝石失去两个结晶 水转变为一水软铝石， 500℃左右一水软铝石转变为无水γ-Al2O3，850℃以上 γ-Al2O3转变为不吸湿的 α-Al2O3。 4．苛性比值（αk） 苛性比值是铝酸钠溶液中 Na2O 与 Al2O3的摩尔比。苛性比 值（αk） Na2O 分子数/Al2O3的分子数 （Na2O 物质的质量/Al2O3的物质的 质量）102/62 1.645（Na2O 物质的质量/Al2O3的物质的质量） 。 5．铝酸钠溶液的铝硅指数铝酸钠溶液中的 Al2O3与 SiO2质量浓度的比值称为 硅量指数，也以 A/S 表示。 6．晶种分解晶种分解就是在降温、加晶种、搅拌的条件下，使铝酸钠溶液分 解， 获得具有一定性能的氢氧化铝产品， 同时得到苛性比值较高的种分母液， 作为溶出铝土矿的循环母液。 7．晶种分解的分解率分解率是以分解出来的氢氧化铝中的氧化铝占精液中所 含氧化铝数量的百分数表示的。 8．晶种分解的分解槽单位产能分解槽的单位产能是指单位时间内（每小时或 每昼夜）从分解槽单位体积中分解出来的 Al2O3数量。 3．试论述拜耳法制备氧化铝的基本原理和实质。 （8 分） 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）。 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（2 分）。 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（1分）。 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行 Al2O31 或 3H2O2NaOHaq2NaAlOH4aq（3 分） 4．拜耳法生产氧化铝中氧化硅在溶出过程中的危害与防治措施（10 分） 危害 （1）引起 Al2O3和 Na2O 的损失； （2 分） （2）形成钠硅渣，进入成品 AH，影响产品质量； （2 分） （3）钠硅渣在生产设备和管道上，特别是在预热器、压煮器等换热设备表 面上析出成为结疤，使传热系数大大降低,增加能耗和清理工作量； （2 分） （4）大量的硅酸钠大形成增加赤泥量，并且可能成为极分散的细悬浮液， 不利于赤泥的分离和洗涤。 （2 分） 措施预脱硅（2 分