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文檔簡介

鋁冶金的制造過程鋁是地殼中分布最廣,儲量最多的元素之一,約占地殼的總質量的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,結晶后無同素異構轉變,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。一是質量輕,比強度高。除鎂和鈹外,鋁是工程金屬中最輕的,雖然強度不高,彈性模量只有鋼的1\3,但其比強度,比剛度較剛有更大的優(yōu)勢。二是具有良好的導電,導熱性。其電導率約為銅的60%,如果按單位質量計。鋁的電導率則超過了銅,在遠距離輸送的電纜中常代替銅線;導熱性幾乎比鐵大三倍,屬于非鐵磁性金屬,不打火花,無毒,對輻射能有強反射能力。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,可以保護材料內部不受環(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。因此在工廠領域中鋁是工程材料中最經濟實用,最受歡迎,最有競爭力的輕金屬材料,一直被認為是"機會金屬”或"希望金屬",鋁工業(yè)被認為是"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。從經濟和技術的觀點出發(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。文獻一:一水硬鋁石又名水鋁石,結構式和分子式分別為ALO(OH)和AL2O3.H2O,斜方晶系,結晶完好著呈柱狀,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酸強堿濃度下才能完全分解。一水硬鋁形成于酸性介質,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,結構式為ALO(OH),斜方晶系,結晶完好者菱形體,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,二氧化鈦等類質同象。一水軟鋁石可溶于酸和堿。該礦物形成于酸性介質,主要產生在沉積鋁土礦中,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,結構式AL(OH),單斜晶方系,結晶完好者呈六角板狀,棱鏡狀,常有呈細晶狀結合體或雙晶。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,等類質同象或機械混入物。三水鋁石溶于酸好玩堿,其粉末加熱到100攝氏度經過二小時即可完全溶解。該礦物形成于酸性介質,在風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,有機質,碳質等,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,因此內生條件下很少形成工業(yè)鋁礦床。目前,已知的國內外工業(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,即風化-改造-再沉積成礦。風化-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化分解作用,母巖中易溶物質鉀鈣衲鎂和二氧化硅被淋濕排出,活動性小的物質鋁鐵鈦殘留原地形成紅土型鋁土礦。風化搬運沉積成礦是含鋁巖石,紅土風化殼或已經形成的紅土礦床,在重力,水和自然酸等作用下,經機械的或化學風化,剝蝕,搬運等物理,化學改造作用,于山坡凹地,谷地,近海胡盆地或濱海湖,局限海鹽內形成鋁土礦,在水介質環(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,礦石質量好,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,礦石質量差,加工難度大,氧化鋁生產多用耗能高的聯(lián)合法。文獻二: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,然后氧化鋁經電解成為金屬鋁。根據(jù)我國生產實踐經驗,不同氧化鋁生產方法對礦石質量要求還有所不同,其一般要求如下。1:燒結法適于處理含硅較高的低品級礦石,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,只是鐵高赤泥量大,赤泥洗滌復雜,易造成氧化鋁的機械損失,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礦石提高燒結法的鋁硅比,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%,對氧化鋁生產而言,硫是很有害的物質,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%,一價金屬氧化物小于1.0%,氧化鎂小于1.0%。文獻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,即原料的生產和金屬鋁的電解生產。電解槽是電解鋁的核心設備。一百多年來,鋁電解槽的結構有了許多改進,其中以陽極結構的變化最大,陽極結構所經歷的順序大致是:由小型預焙陽極到側部導電自焙陽極再到上部導電自焙陽極到大型不連續(xù)預焙陽極及連續(xù)預焙陽極到中間下預料預焙陽極。目前,用于電解煉鋁有如下兩大類四種形式。1:預焙陽極電解槽:預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)式預焙陽極電解槽:這是最早的鋁電解型,在當時電解槽的電流只有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)代大型預焙的雛形。二十世紀五十年代中期這種槽型東山再起。其原因是:自熔槽難以進一步擴大陽極尺寸,不適應增大電解槽容量的需要;電極工業(yè)的發(fā)展,可以生產出大規(guī)格的炭塊:大功率,高效率的整流設備的出現(xiàn),為增大電流提供了條件;該槽型結構簡單,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和環(huán)境保護。預備槽的結構主要可分為陽極裝置,陰極裝置和導電母線系統(tǒng)三大部分。a:陽極裝置,它由三個部分組成,即陽極母線大梁,陽極炭塊組合陽極升級機構。預焙槽有多個陽極炭塊組,每一組包括2到3塊預制陽極炭塊。炭塊,鋼爪,鋁導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,鋁導桿則是采用滲鋁法和爆炸焊與鋼爪焊接在一起的。鋁導桿通過夾具與陽極母線大梁夾緊,將陽極懸掛在大梁上。陽極母線大梁承擔著整個陽極的重量,并將電流流過陽極輸入電解槽。它由鑄鋁制成,由升降機構帶動上下移動,以調整陽極的位置。預焙陽極炭塊數(shù)據(jù)取決于電解槽的電流強度,陽極電流密度及炭塊的幾何尺寸,例如180kA預焙槽,若陽極電流密度及碳陽極塊的幾何尺寸。例如180kA預焙槽,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空的框架,底面沒有鋼板。為了增強槽殼的強度,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,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地均勻,導電,導熱性好等優(yōu)點。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,最后按錯縫方式安放好陰極炭塊組,炭塊間的縫隙要用底糊搞實填充。槽殼與其上窗口各處,均需用水玻璃,石棉灰調和料密封,以免在生產中炭塊與空氣接觸而氧化。電解槽的四側由外至里地砌有石棉板,耐火磚和側部炭塊,由槽壁內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。整個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

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