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1、有色金属分类 Co Ni Cu Zn Hg Cd Pb Sn Bi Sb AlNa Li Mg Be K Ca Ba Sr Mn FeCr Tc PoReCs Rb W Mo Ga Tl In GeSc La Y Ti Hf Zr V Ta Nb Fr Ra Ac Os Ru Ir Rh Pd Pt Au Ag B Si As At n包括铝、镁、钙、锶、钡、钾、钠7种金属。这类金属 的共同特点是密度较小，都在4000kg/m3以下；化学 性质活泼，易与氧、卤素、水等作用。 n特点 n比重小 n化学性质活泼（电负性很强）； n与氧、卤族元素、硫和碳的化合物都非常稳定； 轻金属特点 生产工艺 碳
2、热还原很难，而只能以沸点更高的金属为还原 剂，由金属热还原法来制取。 水溶液电解困难，只能电解水，所以采用熔盐电 解； 生产氯化镁 铝矿石 生产氧化铝 纯氧化铝 电解制铝 原铝 精炼 铝锭 铝的生产方法 镁的生产方法 铝矿石 纯氯化镁 电解制镁 粗镁 精炼 铝锭 1. 氧化镁氯化 2. 氯化镁脱水 1. 拜耳法 2. 烧结法 3. 联合法 冶冶 金金 学学 n n 铝冶金学铝冶金学 铝冶金学铝冶金学 n绪 论 n氧化铝生产 n金属铝生产 1. 铝电解用原材料制备 2. 铝电解过程机理 3. 铝电解生产过程 4. 原铝的精炼 1. 铝酸钠溶液的性质 2. 拜耳法生产氧化铝 3. 烧结法生产氧化铝
3、 4. 联合法生产氧化铝 1. 铝的性质和用途 2. 炼铝原料 3. 铝的生产方法 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 铝冶金学铝冶金学 第一章 绪论 1. 铝的性质和用途 2. 炼铝原料 3. 铝的生产方法 1.1 1.1 铝的主要物理性质铝的主要物理性质 n n 铝是银白色的金属，具有良好的延展性铝是银白色的金属，具有良好的延展性 n n (1) (1) 熔点熔点 99.996%99.996%的纯铝熔点为的纯铝熔点为933K933K（660660）。）。 工业纯铝的最终凝固点工业纯铝的最终凝固点575575。 n n (2) (2) 沸点沸点 铝的沸点是铝的沸点是24672467。 n
4、 n (3) (3) 熔化热和熔化熵熔化热和熔化熵 铝的熔化热在铝的熔化热在933K933K时为时为1071070.21 KJ/mol0.21 KJ/mol。 熔化熵为熔化熵为11.5J/11.5J/（molkmolk）。）。 n n (4) (4) 导热系数（或导热率）导热系数（或导热率） 固体铝在室温下的导热系数为（固体铝在室温下的导热系数为（2.352.372.352.37） 10-2W/10-2W/（mkmk）。）。 n n (5) (5) 热膨胀系数热膨胀系数 99.99%99.99%精铝凝固时的体积收缩率为精铝凝固时的体积收缩率为6.5%6.5%。 n n (6) (6) 密度密度
5、 铝的实际密度值为铝的实际密度值为2.69662.6988g/cm32.69662.6988g/cm3。 n n (7) (7) 导电性导电性 高纯铝（高纯铝（99.995%99.995%）的电阻率在）的电阻率在293K293K时为（时为（ 2.622.652.622.65）10-8m-110-8m-1。 1.1 1.1 铝的主要化学性质铝的主要化学性质 n n (1) (1) 化学活性很强，与氧猛烈反应的倾向化学活性很强，与氧猛烈反应的倾向 ，在空气中铝的表明生成一层连续而致，在空气中铝的表明生成一层连续而致 密的氧化铝薄膜，使其不再继续氧化。密的氧化铝薄膜，使其不再继续氧化。 （良好的抗腐
6、蚀能力）（良好的抗腐蚀能力） n n (2) (2) 能与酸、碱溶液反应。能与酸、碱溶液反应。 铝的传统用途 由于铝具有质轻（其密度相当于钢铁的1/3）、良好的导热性和导电性、 可加工性以及构成高强度、耐腐蚀性的合金等优良的性能，因而铝成为有色 金属当中应用最广泛的金属。铝工业现在是世界上最大的电化学工业，铝的 产量仅次于钢，居各种有色金属的首位。 铝在低温下的强度特性引人瞩目，它的强度随温度降低而增大。温度降 低到75K，铝也不变脆。 铝具有良好的防腐性能。在空气中铝表面生成一层光滑的、如金刚石一 样硬的氧化铝薄膜。 铝是一种优良的导电材料。 铝具有良好的导热性能。铝导热系数差不多是不锈钢的
7、10倍。 铝还具有良好的光和热的反射能力 铝没有毒性，它不会影响它所包装的饮料和食品的味道和质量。 铝没有磁性，它不会产生附加磁场，所以在精密仪器中不会起干扰作用 。 铝还易于加工。 1.1 铝的用途 日常生活中的铝制品日常生活中的铝制品 n n 铝合金门窗铝合金门窗 饭盒饭盒 铝水壶铝水壶 铝锅铝锅 自行车铝圈自行车铝圈 铝汤匙铝汤匙 电饭煲内锅电饭煲内锅 摄影用三脚架摄影用三脚架 某些洗某些洗 衣机的内筒衣机的内筒 铝芯电线铝芯电线 铝脸盆铝脸盆 n n 但人类多吃铝，会造成脑中毒。如老年痴呆但人类多吃铝，会造成脑中毒。如老年痴呆 n n 铝箔广泛用于包装香烟、糖果等铝箔广泛用于包装香烟、
8、糖果等 铝在交通运输工业上的应用 近年来，汽车和铁路车辆的用铝量明显增多，其目的是为减轻车身的质量，以 求节省燃料。全铝汽车正在试制。电动汽车上用Al/空气电池作动力。因此，铝又被 誉为一种节能的材料。 铝在航空工业上的应用 铝材是飞机的主要结构材料，一般占 5080。民用飞机铝材用量均在70 以上，在可以预见的将来，铝合金仍然会是飞机的主要结构材料 。 在军用飞机上，铝材同样是重要的结构材料，例如俄罗斯的CY27飞机，铝合 金占60；美国F16，铝材占64。 导弹与火箭的结构材料，也以铝合金为主。 铝在冶金工业上的应用 在钢铁冶金工业上用铝作脱氧剂。平均每吨钢需要0.8铝。现在全世界年产钢
9、约8亿t，因此钢铁工业上的用铝量达到64万t。 此外，还用铝作还原剂，生产高熔点金属。 1.1 铝的用途 1.2 炼铝原料 铝在地壳中的含量约为铝在地壳中的含量约为8.88.8，含铝矿物含铝矿物约有约有250250 种，但最主要的矿石资源只有铝土矿，世界上种，但最主要的矿石资源只有铝土矿，世界上 9595以上的氧化铝是用铝土矿生产的。以上的氧化铝是用铝土矿生产的。 n n 铝土矿中主要含铝矿物：铝土矿中主要含铝矿物： n n 氧化铝水合物氧化铝水合物 n n 主要以三水铝石主要以三水铝石 Al(OH)3 Al(OH)3 、一水软铝石、一水软铝石 (-AlOOH) (-AlOOH) 及一水硬铝石
10、及一水硬铝石- AlO(OH) AlO(OH) 状态赋存。状态赋存。 n n 国内外铝土矿资源国内外铝土矿资源 铝土矿 三种 格陵兰岛 氧 化 铝 水 合 物 铝 硅 酸 盐 矿 物 同 素 异 形 体 3Al2O32SiO2 蓝晶石 红柱石 硅线石 高温相变 莫来石 Al2O3SiO2 长石 风化 高岭石 高岭土 黏土 n适于制造氧化铝的矿物只有含铝量高的少数几种。其中最 主要的是铝土矿中所含的矿物三水铝石、一水软铝石和一 水硬铝石。而储量异常丰富的各种铝硅酸盐矿物，例如高 岭土、粘土、红柱石、硅线石等尚未被大规模地用来制造 氧化铝。 n铝土矿是目前Al2O3生产中最主要的矿石资源，世界上
11、95%以上的Al2O3是用铝土矿为原料生产的。铝土矿中 Al2O3的含量(w)变化很大，低的在40%以下，高者可达到 70%以上。 铝土矿主要用于Al2O3生产 (约90%)。铝土矿是一种组 成复杂、化学性质变化很大的含铝矿物。主要化学成分是 Al2O3 SiO2 Fe2O3 TiO2、少量的CaO MgO 等。 铝土矿中的Al2O3主要以三水铝石 Al(0H)3 或者以一水 软铝石 (-AlOOH) 及一水硬铝石-AlO(OH) 状态赋存。 依据铝土矿中上述铝矿物的含量，一般可将它们分为三水 铝石型、一水软铝石型、一水硬铝石型和各种混合型铝土 矿。 铝土矿中除了Al2O3以外，还含有多种杂质
12、。铝土矿的 质量主要取决于其中氧化铝的矿物形态和有害杂质含量。 1.2 氧化铝及其水合物的性质 n n 氧化铝水合物氧化铝水合物 氧化铝水合物是由氧化铝水合物是由OH-OH-、O2-O2-、Al3+Al3+构成的化合物，其中并不含构成的化合物，其中并不含 水分子，是人们对该种化合物的俗称。水分子，是人们对该种化合物的俗称。 氧化铝水合物是铝土矿中的主要矿物。自然界中氧化铝水合物主氧化铝水合物是铝土矿中的主要矿物。自然界中氧化铝水合物主 要有三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石。其分子式为：要有三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石。其分子式为： 系列系列分子式 三水铝铝石-Al(OH)3 一水软铝软铝
13、石一水硬铝铝石AlOOH 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 刚玉刚玉 高压加热 低压加热 -Al2O3 1.2 氧化铝及其水合物的性质 三水铝石是氧化铝生产中稳定的 三水铝石是氧化铝生产中稳定的 化合物。三水铝石在提高温度后可化合物。三水铝石在提高温度后可 转变为一水软铝石，继续提高温度转变为一水软铝石，继续提高温度 可转变为一水硬铝石。温度更高时可转变为一水硬铝石。温度更高时 ，一水硬铝石可转变为刚玉。不同，一水硬铝石可转变为刚玉。不同 形态的氧化铝及其水合物在酸和碱形态的氧化铝及其水合物在酸和碱 的溶液中溶解速度及溶解度不同，的溶液中溶解速度及溶解度不同， 拜耳
14、石与三水铝石最易溶，一水软拜耳石与三水铝石最易溶，一水软 铝石次之，一水硬铝石特别是刚玉铝石次之，一水硬铝石特别是刚玉 很难溶。很难溶。 三水铝铝 石 -Al(OH)3 一水软软 铝铝石 一水硬铝铝石AlOOH -Al2O3 （刚刚 玉） Al2O3 AlAlOO-H-HOO系化合物的多晶形系化合物的多晶形 系列系列分子式 1.2 氧化铝及其水合物的性质 n n 氧化铝及其水合物的化学性质氧化铝及其水合物的化学性质 氧化铝是典型的两性氧化物，不溶于水，可溶于无氧化铝是典型的两性氧化物，不溶于水，可溶于无 机酸和碱性溶液，由于其结晶形式不同，在酸、碱溶液中机酸和碱性溶液，由于其结晶形式不同，在酸
15、、碱溶液中 的溶解度及溶解速度也不同。的溶解度及溶解速度也不同。 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 刚玉刚玉 三水铝石最易溶，一水软铝石次之，一水硬铝石特别是刚玉很难溶。三水铝石最易溶，一水软铝石次之，一水硬铝石特别是刚玉很难溶。 刚玉具有最坚固和最完整的晶格，晶格能大，化学活性最差，即使在刚玉具有最坚固和最完整的晶格，晶格能大，化学活性最差，即使在300300 的高温下与酸和碱的反应速度也很慢。的高温下与酸和碱的反应速度也很慢。 1.2 工业氧化铝的分类 n n 按照氧化铝的物理特性按照氧化铝的物理特性 特性砂状中间间状面粉状 -44m粒子（）40 比表面积积(m2/g)506035210 -Al2O3,%102040506070 灼减()0.91.2
