xxxx年有色金屬冶金學重點內容復習(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 時，熔液對炭陽極濕潤良好，陽極氣泡不能停留在陽極上，故不致發(fā)生陽極效應；而當Al2O3含量低時，熔液對炭陽極濕潤不良，陽極氣泡便能夠停留在陽極上，最終連成一片而發(fā)生陽極效應。幻燈片78l 氟離子放電學說：發(fā)生陽極效應是由于陽極過程從氧離子放電轉變到氧離子與氟離子共同放電所致。這種學說認為當氟離子放電時，在炭陽極上生成碳氟化合物，這是一種表面能很小的化合物，它減弱電解質對炭陽極的濕潤性，故引起陽極效應的發(fā)生。 l 靜電引力學說：陽極氣泡所帶的電荷的改變，是發(fā)生陽極效應的原因。當電解液中Al2O3濃度較高時，氣泡帶正電，故被陽極排斥；當Al2O3濃度低時，氣泡帶負電，故被陽極吸引住，于是發(fā)生陽極效應。 l 幻燈片79l 168 鋁的溶解度，通常是指在一定溫度并有過量金屬存在時，在平衡狀態(tài)下，溶解在密閉容器內融鹽中的鋁量，以百分數(shù)表示之。l 169 鋁在冰晶石氧化鋁熔液中溶解的四種方式l 鋁與冰晶石熔液發(fā)生化學反應，生成低價氟化鋁：l 鋁置換冰晶石中的鈉，生成元素鈉：l 鋁以電化學溶解方式，生成低價鋁離子，并給出電子：幻燈片80l 物理溶解 l 170 在鋁電解中，遵照法拉第定律，每通過1F電量，陰極上析出1克當量鋁，同時陽極上析出1克當量氧。 得鋁和氧的電化學當量值分別為多少 ？l 171 電流效率降低的原因：鋁的溶解和損失 、析出鈉 、電流空耗 、其他損失 l 172 鋁電解生產的三個階段 l 焙燒、啟動、正常生產l 173 焙燒的目的：在于加熱爐膛、陽極和陰極，以利于啟動幻燈片81l 174 焙燒的發(fā)熱方式：l 利用陽極和陰極本身的電阻發(fā)熱l 利用焙燒介質（例如焦炭粒）的電阻發(fā)熱l 利用燃料發(fā)熱 l 175 鋁電解槽的啟動是指在電解槽內熔化電解質和鋁，開始電解，然后逐步納入正常生產而言。幻燈片82l 176 無效應啟動法是指在電解槽啟動之前，在陽極周圍鋪放氟化鈣，然后放冰晶石和氟化鈉（或純堿）混合物，在槽膛內壁邊緣鋪放固體電解質塊。灌入液體電解質，同時迅速提升陽極，電壓達到8～10V，使槽內固體物料逐漸熔化，并陸續(xù)添加固體冰晶石，直至電解質水平達到30～35cm為止，熔料結束時，槽電壓保持8～10V，全部熔料時間為6～8小時的啟動法。幻燈片83l 177 效應啟動法是指在啟動開始時提升陽極使發(fā)生陽極效應，保持槽電壓40～50伏，迅速熔化槽內的物料，在1小時內完成。l 178 啟動后期是指從開始電解逐步納入正常生產的一個過渡時期。 大約需2個月。幻燈片84l 179 啟動后期發(fā)生的變化:l 電解質溫度、NaF/AlF3摩爾比及電解質水平逐漸降低，而鋁液水平逐漸升高l 在槽膛內壁上逐漸生長結殼，其組成為60～80%大晶粒的剛玉（ ）和20～30%冰晶石 幻燈片85l 最終建立了橢圓形的槽膛內形 l 180 橢圓形的槽膛內形的作用l 熱和電的絕緣體、保護炭素側壁、減少熱損失量、提高電流效率 l 181 電解質液面上表面結殼對于電解生產 的益處l 第一，它是存放原料氧化鋁的基地，使氧化鋁得到預熱，并且脫去其中的部分水分；幻燈片86l 第二，結殼本身以及在其上面堆放的氧化鋁是良好的保溫層，可減少電解質的熱損失量。 l 182 槽電壓、電解溫度、電解質水平和鋁液水平、極距、陽極工作面、陰極工作面、陽極效應系數(shù)l 183 工業(yè)電解槽內經常保持一層液體鋁的益處幻燈片87l 第一，它保護著槽底炭塊，減少生成炭化鋁；l 第二，它使陽極底掌中央部位多余的熱量通過這層良導體傳輸?shù)疥枠O四周，使槽內各部分溫度趨于均勻；l 第三，它填充了槽底上高洼不平之處，使電流比較均勻地通過槽底；幻燈片88l 第四，厚度適當?shù)匿X液層能夠削弱磁場產生的作用力。 l 184 鋁電解槽的生產指標生產率和電耗率l 185 電解槽系列的鋁產量與電流強度、電流效率和運行的槽晝夜總數(shù)相關。l 186 鋁電解槽的能量平衡是指在穩(wěn)定狀態(tài)下，供給電解槽體系的能量與電解槽消耗和損失的能量之間的平衡。 l 187由上圖知能量平衡以0℃為基礎時，平衡式可寫成：l l 當以電解溫度為基礎時，能量平衡式可寫成：l l 幻燈片89l 188 原鋁是指鋁電解槽產出的液體鋁，經過凈化、澄清和除渣之后，鑄成商品的鋁錠l 189 氯氣凈化鋁液的原理：是把干燥的氯氣通入鋁液中，使氯與鋁中的金屬雜質（如鈉、鋰、鈣、鎂等，它們的氯化物的生成自由能均比氯化鋁的生成自由能更負）起反應，生成相應的氯化物而得以除去。同時，那些懸浮在鋁液中的非金屬夾雜物，例如Al2OAl4C3和炭粒等便吸附在氯化鋁氣泡上，上升到鋁液表面上時，氣泡破裂，分離出這些夾雜物。幻燈片90l 190 鋁生產成本項目：原料和材料費、電力費、工資、折舊和管理費等 l 191 降低生產成本的措施l 1）減少原料和材料的機械損失，以及從廢氣和廢舊內襯中收回氟鹽可以節(jié)省原料幻燈片91l 2）設法減少炭陽極消耗量并收回利用殘極l 3）槽外減少母線中的電能損失。槽內減少電解質中的電能損失，為此需要降低電解溫度，以求減少電解槽的熱量損失。 l 4）實行電解廠和加工廠的聯(lián)合作業(yè)，把鋁液（或把配成的鋁合金液）直接澆鑄成加工廠所需的坯錠，則可節(jié)省鋁，又可節(jié)省能量。幻燈片92l 5）盡可能的延長電解槽的使用期 l 6）回收廢鋁。鋁的使用周轉期平均為20～30年。回收廢鋁所需的能量大約占從礦石到原鋁生產總共所需的5%。新屑的回收率約為70%。 l 192 一次煙氣和二次煙氣幻燈片93l 一次煙氣是指由槽上集氣罩捕集的鋁電解槽散發(fā)的煙氣，體積較小，其中氟化物濃度較大 。l 二次煙氣是指未經集氣罩收集而直接進入電解廠房空氣中的鋁電解槽散發(fā)的煙氣，被廠房空氣稀釋后，體積較大，氟化物濃度甚小。 幻燈片94l 193 一次煙氣和二次煙氣在體積、濃度、組成和散發(fā)方式上有很大差別l 194 干式凈化裝置是指 在煙氣通過袋式過濾器進行收塵之前，使煙氣在流化床或輸送床中與氧化鋁直接接觸 ，利用氧化鋁對氟化氫氣體的吸附能力，并且吸附作用發(fā)生在氧化鋁顆粒的單分子層上，生成表面化合物AlF3，使煙氣得以凈化的裝置。l 195 三層液電解精煉法幻燈片95l 精煉電解槽內有三層融熔液 ：l 下層液體是陽極合金，它是由30%Cu與70%Al組成，～。l 中層液體為電解質，大體上可分為純氟化物體系（SAlA法，瑞士專利）和氯氟化物體系（Gadeau法，法國專利），～。幻燈片96l 最上層為精煉出來的鋁液，用作陰極。l 196 鋁的電解精煉過程中陽極溶解反應為鋁、鎂、鈣、鈉l 197 電解精煉的最終結果是：鋁從陽極合金中溶解出來，并在陰極上析出，而原鋁中所含的雜質則否。幻燈片97l 198 冰晶石氧化鋁融鹽電解法 存在的問題l 冰晶石氧化鋁融鹽電解法需要用大量電能；鋁廠的投資很大；鋁的生產成本很高；目前生產氧化鋁是利用高品位的鋁土礦，而這種礦在自然界中的儲量是有限的。 l 199 鋁礦直接還原的過程 l ⑴ 鋁礦中的氧化硅與炭起反應，生成碳化硅：l (2) 鋁礦中的氧化鋁在更高的溫度下與炭起反應，生成鋁氧碳化合物：幻燈片98l (3) 最后，SiC與Al4O4C發(fā)生反應，生成AlSi合金：l 200 氯化鋁電解法包括l (1) 從鋁土礦制取氧化鋁；l (2) 用氯氣和炭在高溫下氯化氧化鋁，制取無水氯化鋁；l (3) 電解氯化鋁得鋁。幻燈片99l 201 鎂的發(fā)展階段：化學法、熔鹽電解法、熱還原法l 202 生產鎂的方法l 電解法、硅熱還原法、炭熱還原法、半連續(xù)熱還原法（Magnetherm Processl 203 MgCl2的制備方法：依據(jù)所用原料的不同分為l 道烏法（Dow Process）l 阿瑪克斯法（Amax Process）l 諾斯克法（Norsk Hydro Process）l 氧化鎂氯化法 幻燈片100l 204 道烏法主要工序：l (1)用石灰乳沉淀氫氧化鎂；l (2)用鹽酸處理氫氧化鎂得氯化鎂溶液；l (3)氯化鎂溶液的提純與濃縮；l (4)電解含水的氯化鎂（MgCl2（1～2）H2O），制取純鎂。 幻燈片101l 205 阿瑪克斯法 取美國大鹽湖(the Great Salt Lake)的鹵水，在太陽池中濃縮，經進一步濃縮、提純和脫水后，得到氯化鎂，最后電解得鎂。l 206 諾斯克法 所用原料或者是海水，或者是MgCl2含量高的鹵水。跟道烏法不同的是：所得氫氧化鎂不是用鹽酸去氯化，而是加以煅燒，以得MgO。MgO與焦炭混合制團后，用電解槽產出的氯氣去氯化，以得無水氯化鎂。幻燈片102l 207 氧化鎂氯化法 利用天然菱鎂礦，在溫度700～800℃下煅燒，得到活性較好的輕燒氧化鎂。80%，然后與炭素還原劑混合制團。炭素還原劑可選用褐煤，因其活性較好。團塊爐料在豎式電爐中氯化，制取無水氯化鎂。幻燈片103l 208 氧化鎂的氯化需要如下的條件，即氣相中氧分壓在氯化溫度下要明顯地低于平衡狀態(tài)下的相應值。l 209 理想的鎂電解質，宜具有較小的粘度，以利于鎂珠和渣與電解質分離：鎂珠上浮而渣下沉。幻燈片104l 210 在鎂電解質諸組成分當中，LiCl的電導率為最好，其次是NaCl，MgCl2最差。l 211 溫度升高時，則分解電壓值減小：l 212 鎂電解槽分有隔板槽和無隔板槽l 213 雙極性鎂電解槽的原理 如果用一塊導電板放在陽極和陰極之間，則其對著陽極的一面就成為陰極，對著陰極的一面就成為陽極，此導電板就成為雙極性電極，而電解槽的產量幾乎加倍增長。l 214 工業(yè)生產經驗表明，當向電解質中加入硫酸鹽時的危害 幻燈片105l (1) 會產生長時間的電解質“沸騰現(xiàn)象”，伴隨生成大量泡沫。l (2) 電解質表面上的鎂液層因電解質滾動而被破碎成許多細小鎂珠，于是被電解質帶入陽極空間而被氯化掉。l (3) 翻滾的電解液把鎂液層表面上的保護膜沖刷掉，于是鎂液層暴露在空氣中引起燃燒 幻燈片106l 215 陰極鈍化是指當陰極表面上生成一層鈍化膜時，液態(tài)鎂就難以匯集成片，而是呈分散的魚籽狀混雜在電解液中的現(xiàn)象 l 216 鎂電解中的電能消耗率是由槽電壓（包括槽外母線電壓降分攤值）與鎂的電流效率值決定的；降低槽電壓，或提高電流效率，均有利于減少電能消耗率l 217 鎂電解槽的槽電壓包括（ ）、（ ）、（ ）和（ ） 幻燈片107l 218 硅熱還原法煉鎂的原理l 219 在減壓下，用Si還原MgO的溫度可以明顯降低。l 220 硅熱還原法的應用根據(jù)所用設備裝置不同分為皮江法（Pidgeon Process）、巴爾札諾法（Balzano Process）、瑪格尼法（Magnetherm Process） l 221 皮江法每個生產周期分為預熱期、低真空加熱期、高真空加熱期l 222 化學成分合格的鎂錠表面處理的方法：重鉻酸鹽鍍膜、浸油及油紙包裝、陽極氧化和酚醛樹脂涂層 幻燈片108l 223 鎂的升華提純：凡是蒸氣壓高、沸點低于鎂的金屬和鹽類，首先蒸發(fā)；而蒸氣壓低、沸點高于鎂的金屬和鹽類，則殘留下來。因此，鎂得以提純。升華提純時，鎂從固態(tài)出發(fā)，直接冷凝成固態(tài)鎂。 l 224 銅礦分為自然礦物、氧化礦物和硫化礦物l 225 火法煉銅和濕法煉銅l ①火法煉銅是將銅礦（或焙砂、燒結塊等）和熔劑一起在高溫下熔化，或直接煉成粗銅，或先煉成冰銅（銅、鐵、硫為主的熔體）然后再煉成粗銅。 l ②濕法煉銅是在常溫、常壓或高壓下用溶劑使銅從礦石中浸出，然后從浸出液中除去各種雜質，再將銅從浸出液中沉淀出來。 幻燈片109l 226 反射爐熔煉的產物l 227冰銅是以Cu2S和FeS為主，還含有少量Fe3OAu、Ag、Sb、As、Bi、Se、Te以及ZnS、PbS、Ni3S2等的熔體。 l 228 銅在渣中的損失l (1) 化學損失，即銅以Cu2O與其他化合物造渣的損失 l (2) 物理損失，即銅以Cu2S在爐渣中的物理溶解。 幻燈片110l (3) 機械損失，即冰銅顆粒在爐渣中機械夾雜造成的損失。 l 229 降低渣含銅措施：l (1) 適當選擇渣型 l (2) 適當選擇冰銅品位 冰銅品位高，渣含銅也高l (3) 橫隔膜的形成 l 230 密閉鼓風爐的爐料包括混捏銅精礦、熔劑和固體轉爐渣。幻燈片111l 231 密閉鼓風爐內的冶金反應 特點l (1) 根據(jù)爐內溫度和物理化