轻金属冶金学PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 轻金属及其主要物理化学性质 1

1.2 轻金属的应用 1

1.2.1 铝及铝合金的应用 1

1.2.2 镁及镁合金的应用 2

1.2.3 其它轻金属的应用 3

1.3 轻金属冶金工业的建立和发展(以铝为例) 3

1.3.1 国外铝工业的建立和发展 3

1.3.2 我国铝工业的建立和发展 5

2 铝矿石及氧化铝生产方法概述 8

2.1 铝矿石 8

2.2 铝土矿 8

2.2.1 铝土矿的矿物成分和化学成分 8

2.2.2 铝土矿结构 9

2.2.3 铝土矿的标准 9

2.2.4 我国铝土矿资源的特点和国外铝土矿 10

2.3.1 明矾石矿 11

2.3 其它铝矿资源 11

2.3.2 霞石矿 12

2.3.3 高岭土及粘土 12

2.4 氧化铝的生产方法概述 12

2.4.1 电解炼铝对氧化铝质量的要求 12

2.4.2 氧化铝生产方法 14

3 氧化铝和铝酸钠溶液的性质 16

3.1 无水氧化铝及含水氧化铝 16

3.1.1 无水氧化铝 16

3.1.2 含水氧化铝(氧化铝水合物) 16

3.2 铝酸钠溶液的性质 17

3.2.1 铝酸钠溶液的组成 17

3.2.2 Na2O-Al2O3-H2O系 18

3.2.3 铝酸钠溶液的稳定性 23

3.2.4 铝酸钠溶液的物理化学性质 24

3.2.5 铝酸钠溶液的结构 27

4.1 拜耳法的原理及基本流程 29

4.1.1 拜耳法原理 29

4 拜耳法生产氧化铝 29

4.1.2 拜耳法基本流程 32

4.2 铝土矿溶出 34

4.2.1 铝土矿溶出基本流程 34

4.2.2 铝土矿溶出过程的化学反应 38

4.2.3 铝土矿的氧化铝溶出率及碱损失量的计算 42

4.2.4 影响铝土矿溶出过程的因素 43

4.2.5 原矿浆的配料计算 47

4.3.1 赤泥浆稀释与赤泥分离及洗涤基本流程 48

4.3 赤泥浆稀释与赤泥分离及洗涤 48

4.3.2 赤泥浆稀释的意义 50

4.3.3 拜耳法赤泥沉降及压缩的性能 51

4.3.4 影响拜耳法赤泥沉降和压缩性能的因素 52

4.4 铝酸钠溶液晶种分解 53

4.4.1 铝酸钠溶液晶种分解基本流程 53

4.4.2 铝酸钠溶液分解过程的机理 55

4.4.3 种分分解率、分解槽产能及氢氧化铝质量 56

4.4.4 影响晶种分解过程的主要因素 57

4.5.1 氢氧化铝煅烧基本流程 60

4.5 氢氧化铝煅烧 60

4.5.2 氢氧化铝煅烧过程 62

4.5.3 氢氧化铝在煅烧过程中的变化 63

4.6 种分母液蒸发 64

4.6.1 种分母液蒸发流程 64

4.6.2 种分母液蒸发的意义 65

4.6.3 母液的杂质在蒸发过程中的行为 66

4.7 一水碳酸钠苛化回收 67

4.7.1 一水碳酸钠苛化方法 67

4.7.2 石灰苛化法的碳酸钠苛化率 68

5 碱石灰烧结法生产氧化铝 70

5.1 碱石灰烧结法的原理及基本流程 70

5.1.1 碱石灰烧结法的原理 70

5.1.2 碱石灰烧结法基本流程 70

5.2 生料烧结 72

5.2.1 生料烧结流程 72

5.2.2 生料烧结的化学反应 73

5.2.3 生料烧结过程 76

5.2.4 熟料质量及烧结温度范围 77

5.2.5 生料掺煤脱硫 78

5.2.6 生料配方 79

5.2.7 影响熟料质量的主要因素 80

5.3 熟料溶出 81

5.3.1 熟料溶出流程 81

5.3.2 熟料净溶出率及赤泥附液损失 82

5.3.3 熟料溶出的主要反应 83

5.3.4 熟料溶出的二次反应 84

5.3.5 影响二次反应的因素 85

5.4 铝酸钠溶液脱硅 87

5.4.1 铝酸钠溶液脱硅流程 87

5.4.2 铝酸钠溶液压煮脱硅过程 88

5.4.3 铝酸钠溶液常压添加石灰脱硅过程 90

5.4.4 从水化石榴石中回收氧化铝 92

5.5 铝酸钠溶液碳酸化分解 93

5.5.1 铝酸钠溶液碳酸化分解流程 93

5.5.3 二氧化硅在碳酸化分解过程中的行为 94

5.5.2 碳酸化分解的反应 94

5.5.4 影响碳酸化分解的因素 95

6 联合法生产氧化铝 99

6.1 并联法生产氧化铝 99

6.1.1 并联法流程 99

6.1.2 并联法的特点 99

6.2 串联法生产氧化铝 101

6.2.1 串联法流程 101

6.2.2 串联法的特点 101

6.3.1 混联法流程 102

6.3 混联法生产氧化铝 102

6.3.2 混联法的特点 103

6.4 联合法流程的选择 104

6.4.1 联合法流程合并的方案 104

6.4.2 选择联合法流程应注意的问题 105

7 铝电解质体系 106

7.1 有关的相图 106

7.1.1 NaF-AlF3系相图 106

7.1.3 Na3AlF3-AlF3-Al2O3系相图 108

7.1.2 Na3AlF6-Al2O3系相图 108

7.2.1 NaF/AlF3摩尔比与质量比之间的关系 111

7.2.2 NaF/AlF3摩尔比与游离AlF3％(质量)之间的关系 111

7.2 铝电解质酸度 111

7.3 铝电解质的性质 112

7.3.1 密度 112

7.3.2 表面性质 113

7.3.3 电导率 115

7.3.4 粘度 116

7.3.6 蒸气压 117

7.3.5 迁移数 117

7.4 铝电解质中的添加剂 119

7.4.1 氟化钙 119

7.4.2 氟化镁 120

7.4.3 氟化锂 122

7.4.4 氯化钠 123

7.4.5 复合添加剂 123

7.4.6 各种添加剂性能的比较 124

8.1.1 电解机构的两种观点 127

8 铝电解机构 127

8.1 冰晶石-氧化铝熔液结构 127

8.1.2 冰晶石熔液的结构 128

8.1.3 冰晶石-氧化铝熔液离子结构 128

8.2 电极反应 129

8.2.1 阳极过程 129

8.2.2 阴极过程 129

8.2.3 实际电解过程反应式 129

9 两极副反应 131

9.1 阳极副反应 131

9.1.1 阳极气体成分 131

9.1.2 阳极过电压 131

9.2 阳极效应 132

9.2.1 阳极效应现象 132

9.2.2 临界电流密度 133

9.2.3 阳极效应发生机理 134

9.3.1 铝的溶解本性 135

9.3 阴极副反应 135

9.3.2 铝的溶解度 137

9.3.3 工业铝电解槽中的铝损失 139

9.3.4 钠的析出 140

9.3.5 碳化铝生成 142

10 铝电解槽电流效率及电能效率 144

10.1 概述 144

10.1.1 电流效率的概念及测定 144

10.1.2 电能消耗率和电能效率 147

10.2 影响电流效率的因素 148

10.2.1 电流效率降低的原因 148

10.2.2 电流效率与各种因素的关系 149

10.3 降低电能消耗的途径 153

10.3.1 电解槽的电耗分配 153

10.3.2 电解槽电压平衡 153

10.3.3 降低电能消耗 154

11.2 铝电解槽的发展 157

11.1 铝电解生产流程 157

11 铝电解流程及铝电解槽 157

11.3 铝电解槽结构 160

11.3.1 预焙阳极电解槽 160

11.3.2 自焙阳极电解槽 161

11.3.3 各种槽型的比较 163

12.1.1 施工前的准备和要求 165

12.1.2 新系列铝电解槽的安装 165

12.1 铝电解槽的安装 165

12 铝电解槽的安装、焙烧和启动 165

12.1.3 大修理电解槽的安装 168

12.2 铝电解槽的焙烧 169

12.2.1 新建系列电解槽的焙烧目的及原理 169

12.2.2 新系列自焙槽的焙烧 169

12.2.3 预焙槽的焙烧 172

12.2.4 大修理后电解槽的焙烧 175

12.3 铝电解槽的启动 175

12.3.3 液法启动 176

12.3.2 干法启动 176

12.3.1 准备启动(清槽、装料) 176

12.3.4 启动后期 177

13 铝电解槽的正常生产 180

13.1 正常生产电解槽的特征 180

13.2 铝电解槽正常生产保持的技术条件 180

13.2.1 槽电压 180

13.2.2 极距 180

13.2.3 电解温度 180

13.2.4 电解质成分 180

13.2.5 电解质水平和铝液水平 181

13.2.6 阳极效应系数 181

13.3 铝电解槽的操作 182

13.3.1 加料 182

13.3.2 阳极操作 183

13.3.3 出铝 186

13.3.4 电解质成分的调整 186

13.4.1 铝中杂质 191

13.4 铝液之净化与铸锭 191

13.4.2 原铝净化 192

13.4.3 原铝配料 194

13.4.4 原铝混合炉 194

13.4.5 其它炉型 195

13.4.6 铝的铸锭 195

14.2.1 槽电压的控制 200

14.2 计算机的控制动作 200

14.1 计算机控制电解槽的原理及应用 200

14 电子计算机在电解槽上的应用 200

14.2.2 自动预报效应和熄灭效应 201

14.2.3 加料控制 201

14.2.4 异常槽的判断和报警 201

14.2.5 收集数据、编制打印报表 202

14.3 实例 202

14.3.1 计算机控制项目 202

14.3.2 现场操作者与计算机间的日常联系 203

15.1.2 电解槽槽体结构选择计算 204

15.1.1 阳极结构参数的选择与计算 204

15 铝电解槽计算 204

15.1 铝电解槽结构计算 204

15.1.3 阴极结构参数的选择及计算 206

15.1.4 铝电解槽导电部件的选择与计算 206

15.2 铝电解槽电压平衡计算 207

15.2.1 阳极部分 207

15.2.2 电解质电压降 209

15.2.3 阴极部分电压降 209

15.2.4 阳极效应分摊电压 210

15.2.5 连接母线压降 211

16 镁冶金概述 212

16.1 镁冶金工业发展史 212

16.2 镁生产工艺流程 212

16.2.1 熔融盐电解法 212

16.3.2 白云石 215

16.3.4 海水、盐湖水 215

16.3.3 光卤石 215

16.3 镁矿石及其它含镁资源 215

16.3.1 菱镁矿 215

17 镁生产原料准备 217

17.1 氯化镁脱水 217

17.2 光卤石脱水 219

17.2.1 光卤石第一阶段脱水 219

17.2.2 光卤石第二阶段脱水 221

17.3 铵光卤石脱水 222

17.3.2 铵光卤石脱水生产工艺 223

17.3.1 铵光卤石脱水反应 223

17.4 氧化镁氯化制取无水氯化镁 225

17.4.1 氯化过程的理论基础 225

17.4.2 炉料制备 227

17.4.3 氯化炉 229

17.4.4 氯化炉内的氯化过程 230

18 电解法炼镁 233

18.1 镁电解质的组成及其物理化学性质 233

18.1.1 镁电解质的物理化学性质 233

18.1.2 镁和氯在电解质中的溶解度及镁电解质组成 240

18.2.1 镁电解质的分解电压 241

18.2 镁电解的基本原理 241

18.2.2 氯化镁熔体结构 242

18.2.3 镁电解两极反应 243

18.3 镁电解槽 244

18.3.1 有隔板镁电解槽 244

18.3.2 无隔板镁电解槽 246

18.3.3 各种类型镁电解槽的比较 247

18.4.2 镁的电流效率 248

18.4 镁电解的电流效率与电能效率 248

18.4.1 镁和氯的电化当量 248

18.4.3 镁的电能消耗 249

18.4.4 工艺条件对镁电流效率的影响 250

18.4.5 降低镁电解电能消耗的分析 253

18.5 镁电解工艺 254

18.5.1 电解槽安装 254

18.5.2 电解槽启动 254

18.5.3 电解槽操作 255

18.5.4 镁电解的改进 257

19 硅热法还原制镁 259

19.1 热还原法炼镁的发展 259

19.2 硅热法炼镁的理论基础 260

19.2.1 硅热法炼镁的热力学原理 260

19.2.2 氧化镁还原过程的平衡蒸气压及镁蒸气的冷凝 262

19.3.1 硅热法炼镁的工艺流程 263

19.3.2 各种因素对生产技术指标的影响 263

19.3 硅热还原法的生产工艺 263

19.3.3 外热式还原法(皮江法) 266

19.3.4 内热式还原法(玛格尼法) 268

19.4 镁的精炼 270

19.4.1 熔剂精炼法 271

19.4.2 升华精炼 273

19.5 镁锭的表面处理 274

19.5.1 重铬酸盐镀膜 274

19.5.2 阳极氧化 274

参考文献 275