鋁是地殼中分布最廣

鋁冶金的制造過程鋁是地殼中分布最廣，儲(chǔ)量最多的元素之一，約占地殼的總質(zhì)量的8.2%,僅次于氧和硅，比鐵，鎂和鈦的總和還多。原子量為26.98154，面心立方晶系，結(jié)晶后無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，有極好的塑性，適于冷熱加工。作為金屬材料，鋁有四大優(yōu)點(diǎn)。一是質(zhì)量輕，比強(qiáng)度高。除鎂和鈹外，鋁是工程金屬中最輕的，雖然強(qiáng)度不高，彈性模量只有鋼的1\3,但其比強(qiáng)度，比剛度較剛有更大的優(yōu)勢(shì)。二是具有良好的導(dǎo)電，導(dǎo)熱性。其電導(dǎo)率約為銅的60%，如果按單位質(zhì)量計(jì)。鋁的電導(dǎo)率則超過了銅，在遠(yuǎn)距離輸送的電纜中常代替銅線；導(dǎo)熱性幾乎比鐵大三倍，屬于非鐵磁性金屬，不打火花，無毒，對(duì)輻射能有強(qiáng)反射能力。三是耐腐蝕性良好，鋁可與大氣中的氧迅速作用，在表面生成一層致密的氧化膜，可以保護(hù)材料內(nèi)部不受環(huán)境的侵害。四是塑性好，易于回收再生。金屬鋁及其合金承受各種壓力加工，可獲得任何要求的色彩和花紋，鑄，鍛，沖工藝均適用。廢棄的鋁及鋁材易于回收從熔，既節(jié)能又減少污染。因此在工廠領(lǐng)域中鋁是工程材料中最經(jīng)濟(jì)實(shí)用，最受歡迎，最有競(jìng)爭(zhēng)力的輕金屬材料，一直被認(rèn)為是"機(jī)會(huì)金屬”或"希望金屬"，鋁工業(yè)被認(rèn)為是"朝陽工業(yè)”。自然界中已知的含鋁礦物有258種，其中最常見的礦物約四十三種，最重要懂得含鋁礦石有鋁土礦，明磯石，霞石等。實(shí)際上，由純礦物組成的鋁礦床是沒有的。般都是與其他脈石礦物共生分布的，并混有雜質(zhì)。從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的觀點(diǎn)出發(fā)，并不是所有的含鋁礦物都能成為工業(yè)原料。用于提煉金屬鋁的主要是一水硬鋁石，一水軟鋁石或三水鋁石組成的鋁土礦。前蘇聯(lián)因缺乏鋁土礦資源，利用霞石和明磯石提煉氧化鋁。我國的硫磷鋁鍶礦可以綜合回收氧化鋁。文獻(xiàn)一：一水硬鋁石又名水鋁石，結(jié)構(gòu)式和分子式分別為ALO(OH)和AL2O3.H2O,斜方晶系，結(jié)晶完好著呈柱狀，板狀，鱗片狀，針狀，棱狀等。礦石中的水鋁石一般均含有二氧化鈦，二氧化硅，三氧化二鐵等不同量類質(zhì)同像混入物.水鋁石溶于酸和堿,但在常溫常壓下溶解甚弱，需要在高溫高壓下或強(qiáng)酸強(qiáng)堿濃度下才能完全分解。一水硬鋁形成于酸性介質(zhì)，與一水軟鋁石，赤鐵礦，針鐵礦，高嶺石，綠泥石，黃鐵礦等共生。其水化可變成三水鋁石，脫水可變成@剛玉。一水軟鋁石又名勃母石，軟水鋁石，結(jié)構(gòu)式為ALO(OH),斜方晶系，結(jié)晶完好者菱形體，棱面體，棱狀，針狀，纖維狀和六角板狀。礦石中的一水軟鋁石常含有三氧化二鐵，二氧化鈦等類質(zhì)同象。一水軟鋁石可溶于酸和堿。該礦物形成于酸性介質(zhì)，主要產(chǎn)生在沉積鋁土礦中，其特征是與菱鐵礦共生。它可被一水硬鋁石，三水鋁石，高嶺石等代替，脫水可轉(zhuǎn)變成一水硬鋁石，水化可變成三水鋁石。三水鋁石又名水鋁氧石，氫氧鋁石，結(jié)構(gòu)式AL(OH),單斜晶方系，結(jié)晶完好者呈六角板狀，棱鏡狀，常有呈細(xì)晶狀結(jié)合體或雙晶。礦石中三水鋁石多呈不規(guī)則狀集合體，均含有不同量的二氧化鈦，二氧化硅，三氧化二鐵，等類質(zhì)同象或機(jī)械混入物。三水鋁石溶于酸好玩堿，其粉末加熱到100攝氏度經(jīng)過二小時(shí)即可完全溶解。該礦物形成于酸性介質(zhì)，在風(fēng)化殼礦床中三水鋁石是原生礦物，也是主要礦石礦物，與高嶺石，針鐵礦，赤鐵礦，伊利石共生。三水鋁石可脫水變成一水軟鋁石，一水硬鋁石和@剛玉。鋁土礦的主要成分為氧化鋁，二氧化硅，三氧化二鐵，二氧化鈦，水和親離子，五者總量占成分的95%以上，一般＞98%，次要成分有硅，氧化鈣，氧化鎂，氧化鉀，氧化鈉，二氧化碳，二氧化錳，有機(jī)質(zhì)，碳質(zhì)等，微量成分有Ga,,Ge,Nb,Ta,Co,Zr,V,P,Cr,Ni等。氧化鋁主要賦存與鋁礦物-----水鋁石，一水軟鋁石，三水鋁石中，其次賦存硅礦物中。在內(nèi)生條件下，由于二氧化硅的廣泛存在，氧化鋁與二氧化硅常緊密結(jié)合成鋁硅酸礦物，這些礦物一般鋁硅比小于1，而工業(yè)上對(duì)鋁礦石一般要求氧化鋁〉或等于40%，鋁硅比大于1.8到2.6之間，因此內(nèi)生條件下很少形成工業(yè)鋁礦床。目前，已知的國內(nèi)外工業(yè)鋁土礦多是在表生條件下生成的。在表生條件下鋁土礦的生成主要有兩種形式，即風(fēng)化-改造-再沉積成礦。風(fēng)化-殘積成礦是含鋁母巖在濕熱氣候條件下，具排泄良好的有利地形，由于水，二氧化碳和生物等的風(fēng)化分解作用，母巖中易溶物質(zhì)鉀鈣衲鎂和二氧化硅被淋濕排出，活動(dòng)性小的物質(zhì)鋁鐵鈦殘留原地形成紅土型鋁土礦。風(fēng)化搬運(yùn)沉積成礦是含鋁巖石，紅土風(fēng)化殼或已經(jīng)形成的紅土礦床，在重力，水和自然酸等作用下，經(jīng)機(jī)械的或化學(xué)風(fēng)化，剝蝕，搬運(yùn)等物理，化學(xué)改造作用，于山坡凹地，谷地，近海胡盆地或?yàn)I海湖，局限海鹽內(nèi)形成鋁土礦，在水介質(zhì)環(huán)境中形成沉積鋁土礦。鋁土礦礦石含有鎵，釩，鈦等及放射性元素等有用組分，這些有價(jià)值的伴生組分可綜合回收，而礦石中的硅，二氧化碳，氧化鎂，五氧化二磷則是有害成分，不利于鐵的冶煉與回收。鋁土礦根據(jù)其所含的主要鋁礦物分為；三水鋁石型，一水軟鋁石型和一水硬鋁石型。國外鋁土礦礦石主要是三水鋁石型，次為一水軟石型，而一水硬鋁石型鋁土礦極少。但我國主要是一水硬鋁石型鋁土礦，三水鋁石型鋁圖礦極少、國外的三水鋁石型鋁土礦具高鋁，低硅，高鐵的特點(diǎn)，礦石質(zhì)量好，適合耗能低的拜耳法處理。我國的一水硬鋁石型鋁土礦，總體特征是高鋁，高硅，低硫低鐵，中低鋁硅比，礦石質(zhì)量差，加工難度大，氧化鋁生產(chǎn)多用耗能高的聯(lián)合法。文獻(xiàn)二：鋁土礦礦石用途多樣，其中最重要的用途是；鋁工業(yè)中提煉金屬鋁，做耐火材料和研磨材料，以及用作高鋁水泥原料。礦石用途不同，其質(zhì)量要求各異。工業(yè)上提取金屬鋁是先從鋁土礦中提取氧化鋁，然后氧化鋁經(jīng)電解成為金屬鋁。根據(jù)我國生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不同氧化鋁生產(chǎn)方法對(duì)礦石質(zhì)量要求還有所不同，其一般要求如下。1：燒結(jié)法適于處理含硅較高的低品級(jí)礦石，要求氧化鋁比二氧化硅為3到五之間，氧化鐵小于10%。2：拜耳法：適于處理含氧化鋁高，二氧化硅低的富礦，一般要求氧化鋁大于65%，氧化鋁比二氧化硅大于七。氧化鐵在拜耳法流程中不與堿起反應(yīng)，只是鐵高赤泥量大，赤泥洗滌復(fù)雜，易造成氧化鋁的機(jī)械損失，但不宜有鋁針鐵礦。3：聯(lián)合法：適于處理中等品味的鋁土礦，我國主要用聯(lián)合法，即在拜耳法的赤泥中添加部分低品級(jí)礦石提高燒結(jié)法的鋁硅比，一般要求氧化鋁大于百分之六十，氧化鋁比二氧化硅為5到7之間，氧化鐵小于10%，對(duì)氧化鋁生產(chǎn)而言，硫是很有害的物質(zhì)，均不宜采用高硫礦石。用作研磨材料的鋁土礦，要求含氧化鋁高，鐵和鈦低，一般要求氧化鋁大于或等于70%，氧化鐵小于或等于5%，二氧化鈦小于或等于4.5%，氧化鋁比二氧化硅大于等于12.用作高鋁水泥原料的鋁土礦石必須要求氧化鐵小于2.5%，二氧化鈦小于3.5%，一價(jià)金屬氧化物小于1.0%，氧化鎂小于1.0%。文獻(xiàn)3：鋁的冶煉的概況，冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法煉鋁工藝分為兩大組成部分,即原料的生產(chǎn)和金屬鋁的電解生產(chǎn)。電解槽是電解鋁的核心設(shè)備。一百多年來，鋁電解槽的結(jié)構(gòu)有了許多改進(jìn)，其中以陽極結(jié)構(gòu)的變化最大，陽極結(jié)構(gòu)所經(jīng)歷的順序大致是：由小型預(yù)焙陽極到側(cè)部導(dǎo)電自焙陽極再到上部導(dǎo)電自焙陽極到大型不連續(xù)預(yù)焙陽極及連續(xù)預(yù)焙陽極到中間下預(yù)料預(yù)焙陽極。目前，用于電解煉鋁有如下兩大類四種形式。1：預(yù)焙陽極電解槽：預(yù)焙陽極電解槽又可分為不連續(xù)式和連續(xù)式兩種，前者是目前鋁工業(yè)采用最多的槽型、不連續(xù)式預(yù)焙陽極電解槽：這是最早的鋁電解型，在當(dāng)時(shí)電解槽的電流只有4到8Ka,電流效率低，電能消耗，不久便被自熔陽極槽所取代。但它是現(xiàn)代大型預(yù)焙的雛形。二十世紀(jì)五十年代中期這種槽型東山再起。其原因是：自熔槽難以進(jìn)一步擴(kuò)大陽極尺寸，不適應(yīng)增大電解槽容量的需要；電極工業(yè)的發(fā)展，可以生產(chǎn)出大規(guī)格的炭塊:大功率，高效率的整流設(shè)備的出現(xiàn)，為增大電流提供了條件；該槽型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約材料，特別是鋼材：有利于收集陽極氣體，因而有利于文明生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)。預(yù)備槽的結(jié)構(gòu)主要可分為陽極裝置，陰極裝置和導(dǎo)電母線系統(tǒng)三大部分。a:陽極裝置，它由三個(gè)部分組成，即陽極母線大梁，陽極炭塊組合陽極升級(jí)機(jī)構(gòu)。預(yù)焙槽有多個(gè)陽極炭塊組，每一組包括2到3塊預(yù)制陽極炭塊。炭塊，鋼爪，鋁導(dǎo)桿組裝成電解用陽極。鋼爪由高磷生鐵澆鑄在炭碗中，與炭塊緊緊地粘接，鋁導(dǎo)桿則是采用滲鋁法和爆炸焊與鋼爪焊接在一起的。鋁導(dǎo)桿通過夾具與陽極母線大梁夾緊，將陽極懸掛在大梁上。陽極母線大梁承擔(dān)著整個(gè)陽極的重量，并將電流流過陽極輸入電解槽。它由鑄鋁制成，由升降機(jī)構(gòu)帶動(dòng)上下移動(dòng)，以調(diào)整陽極的位置。預(yù)焙陽極炭塊數(shù)據(jù)取決于電解槽的電流強(qiáng)度，陽極電流密度及炭塊的幾何尺寸，例如180kA預(yù)焙槽，若陽極電流密度及碳陽極塊的幾何尺寸。例如180kA預(yù)焙槽，若陽極電流密度為0.7每平方厘米左右，陽極規(guī)格為1520mm..585mm..535,即可算出陽極炭塊為30塊。如每組3塊則共有10組。預(yù)焙槽根據(jù)加料部位又可分為邊部加料和中間下料兩種類型。B:陰極裝置，它由鋼制槽殼，陰極炭塊組和保溫材料砌體三部分組成，鋁電解槽的槽殼是用鋼板焊接，它分為無底和有底槽殼；并有背撐式和搖籃式兩種，目前多采用有底槽殼。所謂無底槽殼就是其槽殼是一個(gè)空的框架，底面沒有鋼板。為了增強(qiáng)槽殼的強(qiáng)度，槽殼四周和底部用筋板和工字鋼加固。陽極炭塊組包括陰極炭塊和鋼棒，鋼棒嵌在陰極炭塊的燕尾槽內(nèi)，也是用高磷生鐵澆鑄，使鐵棒與炭塊緊密連接在一起的。石墨化及半石墨化炭塊具有質(zhì)地均勻，導(dǎo)電，導(dǎo)熱性好等優(yōu)點(diǎn)。保溫耐火砌體是由各種耐火磚，保溫磚砌筑而成。在槽殼中自上而下一般砌有2到3層石棉板，鋪有一層70mm厚的氧化鋁粉，再砌上2到3層硅藻土保溫磚，2層粘土磚，搗固一層炭胡，最后按錯(cuò)縫方式安放好陰極炭塊組，炭塊間的縫隙要用底糊搞實(shí)填充。槽殼與其上窗口各處，均需用水玻璃，石棉灰調(diào)和料密封，以免在生產(chǎn)中炭塊與空氣接觸而氧化。電解槽的四側(cè)由外至里地砌有石棉板，耐火磚和側(cè)部炭塊，由槽壁內(nèi)襯和槽底炭塊圍成的空間稱為槽膛，其深度一般是500到600毫米，槽膛四周下不用炭胡搗固成斜坡，稱為人工伸腿，以幫助鋁液收縮于陽極投影區(qū)內(nèi)。整個(gè)槽殼安裝在水泥基底上，槽殼與基底之間安放有電氣絕緣材料，以確保安全生