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1、铝冶金的制造过程铝是地壳中分布最广，储量最多的元素之一，约占地壳的总质量的 8.2%,仅次于氧和硅，比铁，镁和钛的总和还多。原子量为 26.98154，面心立方晶系，结晶后无同素异构转变，有极好的塑性，适于冷热加工。作为金属材料，铝有四大优点。一是质量轻，比强度高。除镁和铍外，铝是工程金属中最轻的，虽然强度不高，弹性模量只有钢的 13,但其比强度，比刚度较刚有更大的优势。二是具有良好的导电，导热性。其电导率约为铜的 60%，如果按单位质量计。铝的电导率则超过了铜，在远距离输送的电缆中常代替铜线；导热性几乎比铁大三倍，属于非铁磁性金属，不打火花，无毒，对辐射能有强反射能力。三是耐腐蚀性良好，铝可
2、与大气中的氧迅速作用，在表面生成一层致密的氧化膜，可以保护材料内部不受环境的侵害。四是塑性好，易于回收再生。金属铝及其合金承受各种压力加工，可获得任何要求的色彩和花纹，铸，锻，冲工艺均适用。废弃的铝及铝材易于回收从熔，既节能又减少污染。因此在工厂领域中铝是工程材料中最经济实用，最受欢迎，最有竞争力的轻金属材料，一直被认为是“机会金属”或“希望金属”，铝工业被认为是“朝阳工业”。自然界中已知的含铝矿物有 258 种，其中最常见的矿物约四十三种，最重要懂得含铝矿石有铝土矿，明矾石，霞石等。实际上，由纯矿物组成的铝矿床是没有的。般都是与其他脉石矿物共生分布的，并混有杂质。从经济和技术的观点出发，并不
3、是所有的含铝矿物都能成为工业原料。用于提炼金属铝的主要是一水硬铝石，一水软铝石或三水铝石组成的铝土矿。前苏联因缺乏铝土矿资源，利用霞石和明矾石提炼氧化铝。我国的硫磷铝锶矿可以综合回收氧化铝。文献一：一水硬铝石又名水铝石，结构式和分子式分别为 ALO(OH)和 AL2O3.H2O,斜方晶系，结晶完好着呈柱状，板状，鳞片状，针状，棱状等。矿石中的水铝石一般均含有二氧化钛，二氧化硅，三氧化二铁等不同量类质同像混入物 .水铝石溶于酸和碱，但在常温常压下溶解甚弱，需要在高温高压下或强酸强碱浓度下才能完全分解。一水硬铝形成于酸性介质，与一水软铝石，赤铁矿，针铁矿，高岭石，绿泥石，黄铁矿等共生。其水化可变成
4、三水铝石，脱水可变成刚玉。一水软铝石又名勃母石，软水铝石，结构式为 ALO(OH),斜方晶系，结晶完好者菱形体，棱面体，棱状，针状，纤维状和六角板状。矿石中的一水软铝石常含有三氧化二铁，二氧化钛等类质同象。一水软铝石可溶于酸和碱。该矿物形成于酸性介质，主要产生在沉积铝土矿中，其特征是与菱铁矿共生。它可被一水硬铝石，三水铝石，高岭石等代替，脱水可转变成一水硬铝石，水化可变成三水铝石。三水铝石又名水铝氧石，氢氧铝石，结构式 AL(OH),单斜晶方系，结晶完好者呈六角板状，棱镜状，常有呈细晶状结合体或双晶。矿石中三水铝石多呈不规则状集合体，均含有不同量的二氧化钛，二氧化硅，三氧化二铁，等类质同象或机
5、械混入物。三水铝石溶于酸好玩碱，其粉末加热到 100 摄氏度经过二小时即可完全溶解。该矿物形成于酸性介质，在风化壳矿床中三水铝石是原生矿物，也是主要矿石矿物，与高岭石，针铁矿，赤铁矿，伊利石共生。三水铝石可脱水变成一水软铝石，一水硬铝石和刚玉。铝土矿的主要成分为氧化铝，二氧化硅，三氧化二铁，二氧化钛，水和亲离子，五者总量占成分的 95%以上，一般98%，次要成分有硅，氧化钙，氧化镁，氧化钾，氧化钠，二氧化碳，二氧化锰，有机质，碳质等，微量成分有Ga,Ge,Nb,Ta,Co,Zr,V,P,Cr,Ni 等。氧化铝主要赋存与铝矿物 -水铝石，一水软铝石，三水铝石中，其次赋存硅矿物中。在内生条件下，由
6、于二氧化硅的广泛存在，氧化铝与二氧化硅常紧密结合成铝硅酸矿物，这些矿物一般铝硅比小于 1，而工业上对铝矿石一般要求氧化铝或等于 40%，铝硅比大于 1.8 到 2.6 之间，因此内生条件下很少形成工业铝矿床。目前，已知的国内外工业铝土矿多是在表生条件下生成的。在表生条件下铝土矿的生成主要有两种形式，即风化-改造-再沉积成矿。风化-残积成矿是含铝母岩在湿热气候条件下，具排泄良好的有利地形，由于水，二氧化碳和生物等的风化分解作用，母岩中易溶物质钾钙衲镁和二氧化硅被淋湿排出，活动性小的物质铝铁钛残留原地形成红土型铝土矿。风化搬运沉积成矿是含铝岩石，红土风化壳或已经形成的红土矿床，在重力，水和自然酸等
7、作用下，经机械的或化学风化，剥蚀，搬运等物理，化学改造作用，于山坡凹地，谷地，近海胡盆地或滨海湖，局限海盐内形成铝土矿，在水介质环境中形成沉积铝土矿。铝土矿矿石含有镓，钒，钛等及放射性元素等有用组分，这些有价值的伴生组分可综合回收，而矿石中的硅，二氧化碳，氧化镁，五氧化二磷则是有害成分，不利于铁的冶炼与回收。铝土矿根据其所含的主要铝矿物分为；三水铝石型，一水软铝石型和一水硬铝石型。国外铝土矿矿石主要是三水铝石型，次为一水软石型，而一水硬铝石型铝土矿极少。但我国主要是一水硬铝石型铝土矿，三水铝石型铝图矿极少、国外的三水铝石型铝土矿具高铝，低硅，高铁的特点，矿石质量好，适合耗能低的拜耳法处理。我国
8、的一水硬铝石型铝土矿，总体特征是高铝，高硅，低硫低铁，中低铝硅比，矿石质量差，加工难度大，氧化铝生产多用耗能高的联合法。文献二：铝土矿矿石用途多样，其中最重要的用途是；铝工业中提炼金属铝，做耐火材料和研磨材料，以及用作高铝水泥原料。矿石用途不同，其质量要求各异。工业上提取金属铝是先从铝土矿中提取氧化铝，然后氧化铝经电解成为金属铝。根据我国生产实践经验，不同氧化铝生产方法对矿石质量要求还有所不同，其一般要求如下。1：烧结法 适于处理含硅较高的低品级矿石，要求氧化铝比二氧化硅为 3 到五之间，氧化铁小于 10%。2：拜耳法：适于处理含氧化铝高，二氧化硅低的富矿，一般要求氧化铝大于 65%，氧化铝比
9、二氧化硅大于七。氧化铁在拜耳法流程中不与碱起反应，只是铁高赤泥量大，赤泥洗涤复杂，易造成氧化铝的机械损失，但不宜有铝针铁矿。3：联合法：适于处理中等品味的铝土矿，我国主要用联合法，即在拜耳法的赤泥中添加部分低品级矿石提高烧结法的铝硅比，一般要求氧化铝大于百分之六十，氧化铝比二氧化硅为 5 到 7 之间，氧化铁小于 10%，对氧化铝生产而言，硫是很有害的物质，均不宜采用高硫矿石。用作研磨材料的铝土矿，要求含氧化铝高，铁和钛低，一般要求氧化铝大于或等于 70%，氧化铁小于或等于 5%，二氧化钛小于或等于 4.5%，氧化铝比二氧化硅大于等于 12.用作高铝水泥原料的铝土矿石必须要求氧化铁小于 2.5
10、%，二氧化钛小于 3.5%，一价金属氧化物小于 1.0%，氧化镁小于 1.0%。文献 3：铝的冶炼的概况，冰晶石-氧化铝熔盐电解法炼铝工艺分为两大组成部分，即原料的生产和金属铝的电解生产。电解槽是电解铝的核心设备。一百多年来，铝电解槽的结构有了许多改进，其中以阳极结构的变化最大，阳极结构所经历的顺序大致是：由小型预 焙阳极到侧部导电自焙阳极再到上部导电自焙阳极到大型不连续预焙阳极及连续预焙阳极到中间下预料预焙阳极。目前，用于电解炼铝有如下两大类四种形式。1：预焙阳极电解槽：预焙阳极电解槽又可分为不连续式和连续式两种，前者是目前铝工业采用最多的槽型、不连续式预焙阳极电解槽：这是最早的铝电解型，在
11、当时电解槽的电流只有 4 到8Ka,电流效率低，电能消耗，不久便被自熔阳极槽所取代。但它是现代大型预焙的雏形。二十世纪五十年代中期这种槽型东山再起。其原因是：自熔槽难以进一步扩大阳极尺寸，不适应增大电解槽容量的需要；电极工业的发展，可以生产出大规格的炭块：大功率，高效率的整流设备的出现，为增大电流提供了条件；该槽型结构简单，节约材料，特别是钢材：有利于收集阳极气体，因而有利于文明生产和环境保护。预备槽的结构主要可分为阳极装置，阴极装置和导电母线系统三大部分。a:阳极装置，它由三个部分组成，即阳极母线大梁，阳极炭块组合阳极升级机构。预焙槽有多个阳极炭块组，每一组包括 2 到 3 块预制阳极炭块。
12、炭块，钢爪，铝导杆组装成电解用阳极。钢爪由高磷生铁浇铸在炭碗中，与炭块紧紧地粘接，铝导杆则是采用渗铝法和爆炸焊与钢爪焊接在一起的。铝导杆通过夹具与阳极母线大梁夹紧，将阳极悬挂在大梁上。阳极母线大梁承担着整个阳极的重量，并将电流流过阳极输入电解槽。它由铸铝制成，由升降机构带动上下移动，以调整阳极的位置。预焙阳极炭块数据取决于电解槽的电流强度，阳极电流密度及炭块的几何尺寸，例如 180kA 预焙槽，若阳极电流密度及碳阳极块的几何尺寸。例如 180kA 预焙槽，若阳极电流密度为 0.7 每平方厘米左右，阳极规格为 1520mm.585mm.535,即可算出阳极炭块为 30 块。如每组 3 块则共有
13、10 组。预焙槽根据加料部位又可分为边部加料和中间下料两种类型。B:阴极装置，它由钢制槽壳，阴极炭块组和保温材料砌体三部分组成，铝电解槽的槽壳是用钢板焊接，它分为无底和有底槽壳；并有背撑式和摇篮式两种，目前多采用有底槽壳。所谓无底槽壳就是其槽壳是一个空的框架，底面没有钢板。为了增强槽壳的强度，槽壳四周和底部用筋板和工字钢加固。阳极炭块组包括阴极炭块和钢棒，钢棒嵌在阴极炭块的燕尾槽内，也是用高磷生铁浇铸，使铁棒与炭块紧密连接在一起的。石墨化及半石墨化炭块具有质地均匀，导电，导热性好等优点。保温耐火砌体是由各种耐火砖，保温砖砌筑而成。在槽壳中自上而下一般砌有 2 到 3 层石棉板，铺有一层 70m
14、m 厚的氧化铝粉，再砌上 2 到 3 层硅藻土保温砖，2 层粘土砖，捣固一层炭胡，最后按错缝方式安放好阴极炭块组，炭块间的缝隙要用底糊搞实填充。槽壳与其上窗口各处，均需用水玻璃，石棉灰调和料密封，以免在生产中炭块与空气接触而氧化。电解槽的四侧由外至里地砌有石棉板，耐火砖和侧部炭块，由槽壁内衬和槽底炭块围成的空间称为槽膛，其深度一般是 500 到 600 毫米，槽膛四周下不用炭胡捣固成斜坡，称为人工伸腿，以帮助铝液收缩于阳极投影区内。整个槽壳安装在水泥基底上，槽壳与基底之间安放有电气绝缘材料，以确保安全生产。C:导电母线及其配置，铝电解槽的导电母线系统包括母线，阴极母线，立柱母线和槽间连接母线。它们都是用大截面的铸造铝板。除此之外，还有阴极软母线和阴极小母线，前者用于立柱和阳极母线的连接，后者则用于阴极钢棒和阴极母线之间的连接。导电母线系统最重要的是母线的配置以及母线电流密度的选择，前者取决于控制电解槽的磁场 的要求，后者则由电能消耗和基建投资的优化结果所决定，母线配置一般有纵向和槽向两种配置方式，现代大型预焙槽多采用横向配置。
