【铝方面精品文档】冶金技术教研室.pptx

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1、铝电解冶金技术教研室王鸿雁第二章铝电解2.1概述1.铝的简介铝的化学符号为Al，在元素周期表中属ⅢA族，原子序数13，原子量26.98154，面心立方体，常见化合价为+3。铝是最重要的轻金属。2.现代铝工业的生产环节现代铝工业有三个主要生产环节：(1)从铝土矿提取氧化铝——氧化铝生产；(2)用冰晶石—氧化铝融盐电解法生产金属铝——铝电解；(3)铝加工。2.1概述3.现代铝工业生产流程简图2.1概述4.铝电解的能耗随着铝工业生产的发展，铝冶金的理论研究不断的有所前进。在工业生产上存在的主要问题是能耗甚高。生产l吨铝，大约需要电能17400kWh，热能52GJ。如果电能

2、是由热能转化而来，包括能量转换损失在内，总能量高达218GJ，相当于7.4t硬煤。节省铝电解中的电能消耗以及氧化铝生产中的热能消耗，是当前铝冶金中的主要课题。2.1概述5.炼铝的新方法在最近数十年内广泛研究了多种炼铝新方法。一方面在于节省能量消耗，另一方面是试图利用低品位铝矿(例如粘土)来代替高品位铝矿以提取氧化铝。其中，铝矿直接还原法制取铝硅铁合金，氯化铝电解法和氧化铝低温电解法是比较有前途的方法。2.1概述6.铝的物理性质(1)铝的标准电极电势(25℃)为-1.662V，电化当量0.3356g/A·h；(2)在各种常用的金属中铝的密度小，导电、导热和反光性能都好

3、。铝的电导率相当于国际退火铜的62~65%，约为银的一半，如果就相等的重量而言，铝的导电能力超过铜和银；(3)铝在低温(-198℃下)不变脆。在空气中铝的表面上生成一层致密而坚硬的氧化铝薄膜，厚度仅为0.005~0.02µm，为铝的天然保护层，因而铝具有良好的抗腐蚀能力；2.1概述(4)铝和多种金属可以构成合金。铝和铝合金有很好的延展性，可以进行各种塑性加工，制成铝丝、铝箔和铝材；(5)铝合金的熔点低，铸造性能好，故有多方面的用途。(6)热膨胀系数：99.99%精铝凝固时的体积收缩率为6.5%。(7)密度：铝的实际密度值为2.6966~2.6988g/cm3。(8)

4、导电性：高纯铝（99.995%）的电阻率在293K时为(2.62~2.65)×10-8Ω·m-1。2.1概述7.铝的用途2.1概述铝及其合金的优良特点是其外观好、质轻，可机加工性、物理和力学性能好，以及抗腐蚀性好，从而使铝及铝合金在很多应用领域中被认为最为经济实用。铝的密度只有2.7g/cm3，约为钢、铜或黄铜的密度(分别为7.83g/cm3，8.93g/cm3)的1/3。在大多数环境条件下，包括在空气、水(或盐水)、石油化学和很多化学体系中，铝能显示优良的抗腐蚀性。一些铝合金在强度上超过结构钢材，但是纯铝及某些铝合金的强度和硬度极低。在现代生活中，铝已经广泛地应用

5、在建筑行业中。铝的表面具有高度的反射性。辐射能、可见光、辐射热和电波都能有效地被铝反射，而阳极氧化和深色阳极氧化的表面可以是反射性的，也可以是吸收性的，抛光后的铝在很宽波长范围内具有优良的反射性，因而具有各种装饰用途及具有反射功能性的用途。铝通常显示出优良的电导率和热导率，具有高电阻率的一些特定铝合金也已经研制成功，这些合金可用于如高转矩的电动机中。铝由于它的优良电导率而常被选用。在重量相等的基础上，铝的电导率近于铜的两倍。铝合金的热导量率大约是铜的50~60%，这对制造热交换器、蒸发器、加热电器、炊事用具，以及汽车的缸盖与散热器皆为有利。铝是非铁磁性的，这对电气工

6、业和电子工业而言是一重要特性。铝是不能自燃的，这对涉及装卸或接触易燃易爆材料的应用来说是重要的。铝无毒性，通常用于制造盛食品和饮料的容器。它的自然表面状态具有宜人的外观。它柔软、有光泽，而且为了美观，还可着色或染上纹理图案。7.铝的主要化学性质(1)铝同氧的反应，生成Al2O3，即:2Al+1.5O2=Al2O3(2)铝在高温下能够还原金属氧化物，即:2Al+Me=Al2O3+3Me(3)铝易被碱溶液侵蚀，生成铝酸盐。2.1概述铝电解用原材料氧化铝冰晶石氟化铝铝电解用其它氟化盐铝电解用炭素材料氧化铝氧化铝是铝电解生产中的主原料。它是一种白色粉状物，熔点为2050℃，

7、沸点为3000℃，真密度为3.6g/cm3。它不溶于水，能溶于冰晶石熔体中。铝电解对于氧化铝的要求，一是它的化学纯度，二是其物理性能。冰晶石冰晶石的分子式为Na3AlF3，它是溶剂的主要成分。铝电解生产中所用的冰晶石分天然和人造两种。天然冰晶石（3NaF·AlF3）属于单斜晶系，是一种无色或雪白色晶体，比重2.95，硬度2.5，熔点1010℃。天然冰晶石的储量很少，远远不能满足铝工业的需要，所以现代铝工业采用人造冰晶石。氟化铝在铝电解生产中，它是冰晶石—氧化铝熔体的一种添加剂。氟化铝是一种白色粉末，粒度比氧化铝稍大，不粘手，在常压下加热不熔化，但在高温下升华。它