第一篇 有色金屬及其分類 通常把元素周期表中具有光亮的金屬光澤，很高的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性及良好的延展加工性的化學(xué)元素稱為金屬。109種元素中93種金屬元素,其分類如下： （1）鐵金屬和非鐵金屬(美、英、日等國) 鐵金屬指鐵和鐵基合金，包括生鐵、鐵合金和鋼； 非鐵金屬是指鐵和鐵合金以外的金屬元素； （2）黑色金屬和有色金屬(前蘇聯(lián)及東歐國家) 黑色金屬：鐵、鉻、錳； 有色金屬：將鐵、鉻、錳以外的金屬。（90種） 通常按密度大小、礦物原料富集程度、發(fā)現(xiàn)的早晚、用途和價(jià)格將有色金屬分為：輕金屬、重金屬、稀有金屬和貴金屬四大類。 1)輕金屬 密度小于5g/cm3具有很大活性的有色金屬,如：鋁(2.7)、鎂(1.74)、鈉、鉀、鈣、鍶、鋇，不能用一般的火法冶金方法，而是用熔鹽電解或真空冶金方法來提取。 2)重金屬 密度大于5 g/cm3而化學(xué)性質(zhì)不如輕金屬活潑的有色金屬，如銅(8.95)、鎳、鈷、鉛、鋅、錫、銻、汞、鎘、鉍等，一般用火法冶金或濕法冶金方法來提取 3)貴金屬 金(Au)、銀(Ag)和鉑族金屬（Pt Pd Rh Ir Os Ru )。由于化學(xué)活性低，又稱惰性金屬。 4)稀有金屬 93種金屬元素中占60種。有的在地殼中豐度小，天然資源少；有的雖豐度大，賦存狀態(tài)分散，不能經(jīng)濟(jì)提取；有的物理化學(xué)性質(zhì)接近不容易分離成單一金屬；有的開發(fā)較晚，過去使用的較少。鈦有時(shí)列入輕金屬。 稀有金屬按元素物理化學(xué)性質(zhì)、賦村狀態(tài)，生產(chǎn)工藝以及其他一些特征，分為稀有輕金屬、稀有高熔點(diǎn)金屬、稀有分散性金屬、稀土金屬和稀有放射性金屬。稀有輕金屬：Li Be Rb Cr 密度小，鋰：0.53稀有高熔點(diǎn)金屬:Ti V Zr Nb Mo Hf Ta W ,Ti:1660℃, W:3400℃稀散金屬：In Ge Ga Tl Se Te Re 稀土金屬：Sc Y 57~71號鑭系元素（17個(gè)）稀有放射性金屬：Tc Po Fr Ra 89~103錒系元素，104~112號元素 第二章 有色金屬冶金方法 有色金屬冶金學(xué)是一門研究如何經(jīng)濟(jì)地從礦石或精礦或其它原料中提取有色金屬或有色金屬化合物，并用各種加工方法制成具有一定性能的有色金屬材料的科學(xué)。廣義：礦石采礦、選礦、冶煉和加工。狹義：礦石或精礦的冶煉，提取冶金。 有色金屬冶金方法： （1）火法冶金：它是指在高溫下礦石或精礦經(jīng)熔煉與精煉反應(yīng)及熔化作業(yè)，使其中的有色金屬與脈石和雜質(zhì)分開，獲得較純有色屬金的過程。 整個(gè)過程包括原料準(zhǔn)備、熔煉和精煉三個(gè)工序。過程所需能源主要靠燃料燃燒供給，也有依靠過程中的化學(xué)反應(yīng)熱來提供。 （2）濕法冶金：它是在常溫（或低于100℃）常壓或高溫（100~300 ℃）高壓下，用溶劑處理礦石或精礦，使所要提取的有色金屬溶解于溶液中，而其它雜質(zhì)不溶解，然后再從溶液中將有色金屬提取和分離出來的過程。該方法主要包括浸出、分離、富集和提取的過程。 （3）電冶金：它是利用電能提取和精煉有色金屬的方法。 A、電熱冶金：利用電能轉(zhuǎn)變成熱能在高溫下提煉有色金屬，本質(zhì)同火法冶金。 B、電化學(xué)冶金：用電化學(xué)反應(yīng)使有色金屬從所含鹽類的水溶液或熔體中析出。前者稱為水溶液電解，可歸入濕法冶金；后者稱為熔鹽電解，可歸入火法冶金。 第三章 有色金屬冶金工藝過程 （1）焙燒：是指將礦石或精礦置于適當(dāng)?shù)臍夥障拢訜嶂恋陀谒鼈兊娜埸c(diǎn)溫度，發(fā)生氧化、還原或其它化學(xué)變化的過程。其目的是改變原料中提取對象的化學(xué)組成，滿足熔煉或浸出的要求。焙燒過程按控制的氣氛不同，分為：氧化焙燒、還原焙燒、硫酸化焙燒、氯化焙燒等。 （2）煅燒：是指將碳酸鹽或氫氧化物的礦物原料在空氣中加熱分解，除去二氧化碳或水分變成氧化物的過程，如石灰石煅燒為石灰；氫氧化鋁煅燒成氧化鋁，作電解鋁原料。 （3）燒結(jié)和球團(tuán)： 將粉礦或精礦經(jīng)加熱焙燒，固結(jié)成多孔狀或球狀的物料，以適應(yīng)下一工序熔煉的要求。 （4）熔煉：是指將處理好的礦石、精礦或其他原料，在高溫下通過氧化還原反應(yīng)，使礦物原料中有色金屬組分與脈石和雜質(zhì)分離為兩個(gè)液相層即金屬（或金屬锍）液和熔渣的過程，也叫冶煉。分為還原熔煉、造锍熔煉和氧化吹煉。 （5）火法精煉：在高溫下進(jìn)一步處理熔煉、吹煉所得的含有少量雜質(zhì)的粗金屬以提高其純度。種類：氧化精煉、硫化精煉、氯化精煉、熔析精煉、堿性精煉、區(qū)域精煉、真空冶金、蒸餾等。 （6）浸出：用適當(dāng)?shù)慕鰟ㄈ缢帷A、鹽等水溶液）選擇性地與礦石、精礦、焙砂等礦物原料中金屬組分發(fā)生化學(xué)作用，并使之溶解而與其它不溶組分初步分離的過程。浸出又稱浸取（重金屬）、溶出（輕金屬）和濕法分解（稀有金屬）。 （7）液固分離：該過程是將礦物原料經(jīng)過酸、堿等溶液處理后的殘?jiān)c浸出液組成的懸浮液分離成液相與固相的濕法冶金單元過程。主要有物理方法和機(jī)械方法：重力沉降、離心分離、過濾等。 （8）溶液凈化：將礦物原料中與欲提取的有色金屬一道溶解進(jìn)入浸出液的雜質(zhì)金屬除去的濕法冶金單元過程。凈液的目的是使雜質(zhì)不至于危害下一工序?qū)χ鹘饘俚奶崛?。方法主要有：結(jié)晶、蒸餾、沉淀、置換、溶劑萃取、離子交換、電滲析和膜分離等。 （9）水溶液電解：利用電能轉(zhuǎn)化的化學(xué)能使溶液中的金屬離子還原為金屬而析出，或使粗金屬陽極經(jīng)由溶液精煉沉積于陰極。前者從浸出凈化液中提取金屬，稱為電解提取或電解沉積（簡稱電積），也稱不溶陽極電解，如銅電積；后者以粗金屬為原料進(jìn)行精煉，稱為電解精煉或可溶陽極電解，如粗銅、粗鉛的電解精煉 （10）熔鹽電解：利用電熱維持熔鹽所要求的高溫，又利用直流電轉(zhuǎn)換的化學(xué)能從熔鹽中還原金屬，如鋁、鎂、鈉、鉭、鈮的熔鹽電解生產(chǎn)。 第四章 有色金屬冶金工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用 國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè) 高科技發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè) 資源優(yōu)勢，世界第三：總量豐富、儲量可觀、品種齊全、資源配套程度高，世界首位儲量：W Sn Ta Li Be Mg 稀土產(chǎn)量：世界第一：Zn Sb W Mg 稀土世界第二：Pb Mo 第三：Hg Bi 第四：Cu Ti Cd 第七：Ni 第八：Ag 復(fù)習(xí)思考題： 1 有色金屬分為幾類？有色金屬中的稀有金屬又分為幾類？對于每一類有色金屬和稀有金屬你能舉出幾種有代表性的金屬嗎？ 2 提取冶金方法是如何分類的？ 3 火法、濕法、電化學(xué)法三種冶金方法包括哪些基本冶金過程？這些冶金單元過程在提取冶金工藝中各起什么作用？ 5 有色金屬冶金學(xué)內(nèi)容及課時(shí)安排 緒言 （2） 1 輕金屬冶金 （10） 1.1 鋁冶金 1.2 鎂冶金 2 重金屬冶金 （16） 2.1 銅冶金 2.2 鋅冶金 2.3 鎳冶金 3 稀有金屬冶金 （6） 3.1 鈦冶金 3.2 鎢冶金 3.3 稀土冶金 4 貴金屬冶金 （6） 4.1 金、銀及鉑組金屬冶金 4.2 貴金屬二次資源與生態(tài)環(huán)境 §6 有色金屬冶金學(xué)教學(xué)形式 1課堂教學(xué) 2 錄像教學(xué) 3 自學(xué)討論 第一篇 輕金屬冶金學(xué) 1 鋁冶金 1.1 概述 1.1.1 鋁冶金的歷史 鋁在自然界中的分布:地殼中鋁8%，僅次于氧和硅，在金屬元素中，鋁居首位。我國開采歷史悠久.（1）漢代《本草經(jīng)》（2）明代《天工開物》 Aluminum由來 公認(rèn)的是德國化學(xué)家維勒1827年發(fā)現(xiàn)的。 1825年，丹麥科學(xué)家奧斯特發(fā)表文章說，他提煉出一塊金屬，顏色和光澤有點(diǎn)象錫。他是將氯氣通過紅熱的木炭和鋁土（氧化鋁）的混合物，制得了氯化鋁，然后讓鉀汞齊與氯化鋁作用，得到了鋁汞齊。將鋁汞齊中的汞在隔絕空氣的情況下蒸掉，就得到了一種金屬?，F(xiàn)在看來，他所得到的是一種不純的金屬鋁。因刊登文章的雜志不出名，奧斯特又忙于自己的電磁現(xiàn)象研究，這個(gè)實(shí)驗(yàn)就被忽視了。二年后，提煉鋁的榮譽(yù)就歸于德國年青的化學(xué)家維勒 奧斯特與維勒是朋友，他把制備金屬鋁的實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果告訴維勒，并說打算不再繼續(xù)做提煉鋁的實(shí)驗(yàn)。而維勒卻很感興趣。他開始重復(fù)奧斯特的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鉀汞齊與氯化鋁反應(yīng)以后，能形成一種灰色的熔渣。當(dāng)將熔渣中所含的汞蒸去后，得到了一種與鐵的顏色一樣的金屬塊。把這種金屬塊加熱時(shí)，它還能產(chǎn)生鉀燃燒時(shí)的煙霧。維勒把這一切寫信給了貝采里烏斯，告知重復(fù)了奧斯特的實(shí)驗(yàn)，但制不出金屬鋁，這不是一種制備金屬鋁的好方法。 于是，維勒從頭做起，設(shè)計(jì)自己提煉鋁的方法。他將熱的碳酸鉀與沸騰的明礬溶液作用，將所得到的氫氧化鋁經(jīng)過洗滌和干燥以后，與木炭粉、糖、油等混合，并調(diào)成糊狀，然后放在密閉的坩堝中加熱，得到了氧化鋁和木炭的燒結(jié)物。將這種燒結(jié)物加熱到紅熱的程度，通入干燥的氯氣，就得到了無水氯化鋁。然后將少量金屬鉀放在鉑坩堝中，在它的上面覆蓋一層過量的無水氯化鋁，并用坩堝蓋將反應(yīng)物蓋住。當(dāng)坩堝加熱后，很快就達(dá)到了白熱的程度，等反應(yīng)完成后，讓坩堝冷卻，把坩堝放入水中，就發(fā)現(xiàn)坩堝中的混合物并不與水發(fā)生反應(yīng)，水溶液也不顯堿性，可見坩堝中的反應(yīng)物之一——金屬鉀已經(jīng)完全作用完了。剩下的混合物乃是一種灰色粉末，它就是金屬鋁。1827年末，維勒發(fā)表文章介紹了自己提煉鋁的方法。當(dāng)時(shí)，他提煉出來的鋁是顆粒狀的，大小沒超過一個(gè)針頭。但他堅(jiān)持把實(shí)驗(yàn)進(jìn)行下去，終于提煉出了一塊致密的鋁塊，這個(gè)實(shí)驗(yàn)用去了他十八年念頭。此外，他還用相同的方法制得了金屬鈹。 化學(xué)法制取鋁 1825 Oersted 丹麥 鉀汞還原無水氯化鋁 1827 Wohler 德國 鉀還原無水氯化鋁 1854 Deville 法國 鈉還原NaCl-AlCl3 1865 Bektob 俄國 鎂還原冰晶石 電解法煉鋁 1886年美國Hall法國Heroult申請專利：方法不同，結(jié)果一樣 Hall-Heroult法，即冰晶石-氧化鋁法 法國：1889 挪 威：1906 英國：1890 意大利：1907 德國：1898 西班牙：1927 奧地利1899 前蘇聯(lián)：1931 中國：1938 1.1.2 現(xiàn)代鋁工業(yè) ? 全世界原鋁產(chǎn)量 1890 180t 1900 6990t 1925 18萬t 1950 150萬t 1970 1025萬t 1980 1560萬t 2000 2400萬t 中國：2001年350萬噸，世界第二 美國、中國、加拿大、俄羅斯 用電解法或其它方法直接生產(chǎn)出來的純鋁稱為原鋁，現(xiàn)代還生產(chǎn)精鋁、高純鋁及多種鋁基合金 現(xiàn)代鋁工業(yè)三個(gè)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)： （1）從鋁土礦提取純氧化鋁 （2）用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法生產(chǎn)鋁 （3）鋁加工 輔助環(huán)節(jié)： （1）炭素電極制造 （2）氟鹽生產(chǎn) 現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)流程簡圖 鋁電解原理： 現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)，主要采用冰晶石-氧化鋁熔鹽電解法，其中氧化鋁是煉鋁的原料，冰晶石是熔劑。直流電通入電解槽，在陰極和陽極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。電解產(chǎn)物，陰極上是液體鋁，陽極上是氣體CO2（75~80%）和CO（20~25%）。在工業(yè)電解槽內(nèi)，電解質(zhì)通常由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%的冰晶石和5%的氧化鋁組成，電解溫度為950~970℃。電解液的密度約為2.1g/cm3，鋁液密度為2.3 g/cm3，兩者因密度差而上下分層。鋁液用真空抬包抽出后，經(jīng)過凈化和過濾，澆鑄成商品鋁錠，純度達(dá)99.5 ~ 99.8%。陽極氣體中還含有少量有害的氟化物、瀝青煙氣和二氧化硫。經(jīng)過凈化后，廢氣排入大氣，收回的氟化物返回電解槽內(nèi)繼續(xù)使用。 1.1.3 鋁的性質(zhì)和用途 鋁是元素周期表上第三周期IIIA族元素，原子序數(shù)13，相對原子量26.98154。 1.1.3.1 鋁的物理性質(zhì) 鋁是輕金屬，具有銀白色的金屬光澤 熔點(diǎn)低 99.996%鋁熔點(diǎn)為933K (660℃) 沸點(diǎn)高 2467℃ 密度小 2.6966~2.6988g/cm3 電阻率小 ( 2.8~2.85) ×10-8W·m 鋁具有良好的導(dǎo)熱能力 在20℃，鋁的熱導(dǎo)率為2.1W/(cm· ℃) 鋁具有良好的反射光的能力， 特別對于波長為0.2~12µm的光線 鋁沒有磁性，不產(chǎn)生附加的磁場，在精密儀器中不會起干擾作用 鋁易于加工 鋁的再生利用率高 鋁可以同多種金屬構(gòu)成合金 1.1.3.2 鋁的化學(xué)性質(zhì) 鋁同氧反應(yīng)，生成Al2O3 氧化鋁的生成熱為-31KJ/g Al 鋁在高溫下能夠還原其他金屬氧化物 2Al + 3MeO = Al2O3 + 3Me 在800℃以上溫度，鋁同三價(jià)鹵化物（如AlF3）起反應(yīng)生成一價(jià)鋁的鹵化物，在冷卻時(shí)一價(jià)鋁的鹵化物分解出常價(jià)鋁的鹵化物和鋁 2Al + AlF3 = 3AlF 鋁易同稀酸起反應(yīng)，又易被苛性堿溶液侵蝕，生成氫氣和可溶性鹽 鋁不與碳?xì)浠衔锲鸱磻?yīng) 鋁的保護(hù)劑 1.1.3.3 鋁與人體健康的關(guān)系 人體攝入少量的鋁對健康無損害 維生素C的損失 少量的鋁溶解在含有機(jī)酸的蔬菜中,如西紅柿 要禁忌過量的鋁 鋁制品應(yīng)用 酸或堿食物，可用來燒煮米飯、稀粥、面條、土豆，不可存放隔夜食物 鋁能對抗鉛的某些毒性 1.1.3.4 鋁合金的種類 鑄造鋁合金 加工用鋁合金 自學(xué)內(nèi)容: 何為鑄造鋁合金? 加工用鋁合金? 1.1.3.5 鋁的用途 傳統(tǒng)用途 鋁在交通運(yùn)輸業(yè)上的應(yīng)用 鋁在航空工業(yè)上的應(yīng)用 鋁在冶金工業(yè)上的應(yīng)用 鋁在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用 鋁合金能源 1.1.4 鋁礦 （1） 鋁土礦（Bauxite) 鋁土礦是含鋁礦物和赤鐵礦、針鐵礦、高嶺石、銳鐵礦、金紅石、鈦鐵礦等礦物的混合礦，是現(xiàn)代煉鋁的原料。 鋁土礦的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和主要礦物成分 化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù) 礦物 三水鋁石 Al2O3·3H2O Al2O3 40~60% 一水軟鋁石Al2O3·H2O  ??㏒???琰茞??Ü 一水硬鋁石Al2O3·H2O SiO2 0.5~10% 高嶺石Al4(OH)8·Si4O10 石英SiO2 Fe2O33~30% 赤鐵礦Fe2O3 針鐵礦Fe2O3· H2O TiO20.5~8% 銳鐵礦 金紅石TiO2 H2O10~34% 水 微量元素 Mn P V Cr Ni Ga Ca Mg 有機(jī)物  ??㏒???琰茞??Ü 鋁土礦類型  ??㏒???琰茞??Ü 三水鋁石 一水軟鋁石 一水硬鋁石  ??㏒???琰茞??Ü Al2O3·3H2O Al2O3·H2O Al2O3·H2O 最高Al2O3% 65.4 85.0 85.0  ??㏒???琰茞??Ü 單斜 正方 正方 組成 2.5~3.5 3.5~4.0 6.5~7.0 密度 2.42 3.01 3.44 快速脫水溫度/℃ 150 350 450 在每升Na2O水溶液中Al2O3溶解度/g(125 ℃) 105 45 基本不溶 世界鋁土礦的主要類型是三水鋁石型，其次是一水軟鋁石型和一水硬鋁石型。 鋁土礦的儲量 全世界為245億噸，可滿足今后150年需要，80%集中在幾內(nèi)亞、澳大利亞、巴西、加勒比海地區(qū)、印度、印度尼西亞和東歐等處于熱帶和亞熱帶的國家和地區(qū)，多數(shù)為三水鋁石型。 中國的鋁土礦資源豐富，分布甚廣，主要在山西、河南、貴州、廣西和山東。 我國鋁土礦的特點(diǎn)高硅、高鋁和低鐵，為一水硬鋁石型，礦石中m(Al2O3)/ m(SiO2)（簡稱鋁硅比）在4~7之間。福建、河南和廣西有少量的三水鋁石型鋁土礦。 鋁土礦的可溶性 堿液溶出：三水鋁石型、一水軟鋁石型、一水硬鋁石型。 鋁土礦質(zhì)量評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)： A、礦石類型 B、礦石中可溶性氧化鋁含量 可溶性氧化鋁含量是由氧化鋁總量減去由氧化硅生成羥基方鈉石化合物所損失的氧化鋁量。 （2）紅柱石、霞石 紅柱石、硅線石和藍(lán)晶石：Al2O3·SiO2 霞石: (Na, K)2O· Al2O3·SiO2 （3）長石和高嶺石 （4）明礬石礦 1.2 從鋁土礦提取氧化鋁 從鋁土礦中提取鋁的簡要生產(chǎn)流程 見圖 從鋁土礦中提取氧化鋁的方法 拜耳法、堿石灰燒結(jié)法、拜耳- 燒結(jié)聯(lián)合法 拜耳法生產(chǎn)氧化鋁占世界95%，主要采用三水鋁石型鋁土礦 1.2.1 拜耳法 1887年發(fā)明, 奧地利化學(xué)家 (1) 拜耳法原理: 用苛性鈉溶液(其質(zhì)量濃度為130 ~ 350gNa2O/L)在加熱的條件下將 鋁土礦中的各種氧化鋁水合物溶解出來，生成鋁酸鈉溶液，此種溶液經(jīng)稀釋后在冷卻的條件下分解出純的氫氧化鋁，同時(shí)重新生成苛性鈉溶液，供循環(huán)使用。 （2）拜耳法流程 拜耳法流程包括三個(gè)主要步驟：鋁土礦溶出；鋁酸鈉溶液分解；氫氧化鋁煅燒。 溶出：指把鋁土礦中的氧化鋁水合物（Al2O3·xH2O)溶解在苛性鈉（NaOH)中，生成鋁酸鈉溶液。 Al2O3·xH2O + 2 NaOH = 2NaAlO2 + (x+1)H2O Al(OH)3 + NaOH = NaAl(OH)4 AlOOH + NaOH + H2O = NaAl(OH)4 析出固體氫氧化鋁 2NaAlO2 + 4H2O = 2NaOH +Al2O3·xH2O (添加晶種 Al2O3·3H2O） 煅燒 Al2O3·3H2O = Al2O3 + 3H2O （高溫1100℃） (3) 鋁土礦的溶出率 赤泥：在鋁土礦溶出過程中，鋁土礦中的不溶物殘?jiān)?jīng)沉降分離和洗滌過濾后排除，此種殘?jiān)Q為赤泥，數(shù)量巨大。而在鋁土礦溶出過程中，赤鐵礦實(shí)際上也不溶于苛性鈉溶液中，全部進(jìn)入沉淀中，成為赤泥的重要組成部分。由于赤鐵礦呈紅色，沉淀物也呈紅色，故得名。 鋁土礦的溶出工藝參數(shù) 三水鋁石型礦石：140~160℃，100~ 130g/LNa2O; 一水軟鋁石型礦石：230 ~250 ℃， 180 ~240g/LNa2O; 一水硬鋁石型礦石：240 ~280 ℃， 180 ~250g/LNa2O，必須添加石灰。 鋁酸鈉溶液 鋁酸鈉溶液中的Na2O和Al2O3的比值，來表示溶液中氧化鋁的飽和程度。 兩種表示方法： A、采用物質(zhì)的量比n(Na2O)/n(Al2O3), 其中的Na2O是按苛性堿NaOH濃度計(jì)算，叫苛性比，符號aK 。中國與俄羅斯 B、采用物質(zhì)的質(zhì)量比m(Na2O)/ m(Al2O3), 符號為A/C，其中的Na2O按當(dāng)量Na2CO3計(jì)算。美國 鋁土礦的配入量按所溶出溶液苛性比1.5~1.7計(jì)算,循環(huán)苛性堿液的苛性比3.1~3.4. 鋁土礦的溶出率計(jì)算公式 鋁土礦中的含硅礦物在苛性堿溶液中有不同的溶解度，其中卵白石（SiO2·H2O)化學(xué)活性最大，最易溶解，在100℃以下，生成硅酸鈉： SiO2+2NaOH = Na2SiO3 + H2O 此硅酸鈉與鋁酸鈉溶液起反應(yīng)生成含水鋁硅酸鈉沉淀。 在高壓溶出的條件下，進(jìn)入赤泥中的含水鋁硅酸鈉的組成大致相當(dāng)于 Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O（n可以大于2）。從式可知，每1kg的SiO2要結(jié)合1kg的Al2O3和0.6kg的Na2O。因此，鋁土礦中氧化鋁的理論溶出率： n = [w(Al2O3) – w(SiO2)]/ w(Al2O3) ×100% ={[ A/S] – 1}/[A/S] ×100% 式中A/S為鋁土礦的鋁硅比（質(zhì)量 比） 1.2.2 拜耳-燒結(jié)聯(lián)合法 特點(diǎn)：用于處理氧化鋁與氧化硅質(zhì)量比為5~7的中等品位鋁土礦，其特點(diǎn)是用燒結(jié)法系統(tǒng)所得的鋁酸鈉溶液來補(bǔ)充拜耳法系統(tǒng)中堿損失。 形式：串聯(lián)（美國、前蘇聯(lián)）、并聯(lián)（前蘇聯(lián)）、混聯(lián)（中國） （1）串聯(lián) 先用拜耳法處理中等品位鋁土礦，然后用燒結(jié)法處理拜耳法中留下來的赤泥中的氧化鋁。 用拜耳法處理含氧化硅較高的中等品位的鋁土礦時(shí)，會有較多的氧化鋁和堿損失于赤泥中，如果將拜耳法赤泥配入所需碳酸鈉和堿石灰后再進(jìn)行燒結(jié)處理，就可以以鋁酸鈉的形式回收其中的氧化鋁和堿，并把回收的鋁酸鈉溶液并入拜耳法系統(tǒng)，這就可以降低堿耗，提高氧化鋁的總回收率，并用純堿來補(bǔ)充拜耳法系統(tǒng)的苛性鈉損失。（1931年前蘇聯(lián)發(fā)明） （2）并聯(lián)法 以拜耳法處理高品位的鋁土礦，同時(shí)以燒結(jié)法處理低品位的鋁土礦的氧化鋁生產(chǎn)方法。 （3）混聯(lián)法 先用拜耳法處理高品位鋁土礦，然后用拜而法赤泥加低品位鋁土礦共同燒結(jié)的氧化鋁生產(chǎn)方法。 混聯(lián)法實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)串聯(lián)廠與一個(gè)燒結(jié)廠同時(shí)生產(chǎn)，見工藝流程圖。由于在處理底鐵鋁土礦時(shí)，拜耳法赤泥燒結(jié)配入的純堿量不足以補(bǔ)充拜耳法系統(tǒng)的堿損失，于是采用拜耳法赤泥加入低品位鋁土礦共同燒結(jié)的方法來擴(kuò)大堿的來源。燒結(jié)法系統(tǒng)所產(chǎn)的鋁酸鈉溶液除補(bǔ)充拜耳法系統(tǒng)的堿耗外，多余的部分通過碳化分解產(chǎn)出氫氧化鋁。 缺點(diǎn)：流程長、設(shè)備繁多、控制復(fù)雜、 能耗高。 國內(nèi)新方法：選礦 – 拜耳法；國外：拜耳 – 水熱聯(lián)合法、拜耳 – 高壓水化學(xué)聯(lián)合法 1.2.3 酸法 生產(chǎn)氧化鋁的方法分為堿法(如拜耳法、拜耳燒結(jié)聯(lián)合法）、酸法和電熱法。工業(yè)應(yīng)用的只有堿法。 用各種無機(jī)酸（硫酸、鹽酸、硝酸）處理含鋁原料時(shí)，原料中的氧化硅基本上不與酸起反應(yīng)而殘留在渣中。得到的含鐵鋁鹽酸性水溶液經(jīng)除鐵凈化后，可通過不同的方法得到鋁鹽水合物結(jié)晶或氫氧化鋁結(jié)晶，煅燒這些結(jié)晶得到氧化鋁。酸法分為硫酸法和鹽酸法。設(shè)備腐蝕、能耗高，尚未工業(yè)應(yīng)用。 電熱法也尚未工業(yè)應(yīng)用。 1.2.4 煉鋁用氧化鋁的質(zhì)量 ? 要求：純度高、a-氧化鋁含量低、小于40mm的粒度比例小，并且比表面積大于50m2/g 。 ? 主要雜質(zhì)：氧化鈉、氧化鈣、氧化硅、氧化鈦、鐵、磷、釩、硅等。 粒度要求：限制大于200 mm和小于44 mm的比例。 ? 典型的氧化鋁的化學(xué)組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）和物理特性： Fe2O3%: <0.03 SiO2%: <0.03 TiO2%: <0.006 P2O5%: <0.001 Na2O%: <0.65 CaO%: <0.06 B.E.T. 表面積/m2·g-1: 25 容積密度/kg·dm-3: 0.95~1.05 密度/g·cm-3: — 細(xì)粒百分含量/%（-44目）： <15 粗粒百分含量/%（+150目）： <3 a-氧化鋁/%：— 安息角/°：32 1.2.5 粉狀和砂狀氧化鋁 粉狀和砂狀氧化鋁對比: 粉狀 砂狀 a-氧化鋁/%: 75~90 5~15 比表面積/ m2·g-1: <5 30~80 安息角/°: 40 30~34 灼減/%: 0.2 0.8~3.0 -42 mm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%: 20~30 4~20