【铝矿石】如何从铝矿石中得到铝元素

【铝矿石】如何从铝矿石中得到铝元素

【答案】 基本化学原理：
　　从铝土矿中提取铝的过程中的的化学方程式
　　①Al2O3 + 2 NaOH = 2NaAlO2 + H2O ② NaAlO2 + CO2 + 2H2O = Al(OH)3 + NaHCO3
　　③ 2Al(OH)3 4Al + 3O2↑
　　先加氢氧化钠溶解氧化铝,然后过滤出去杂质.接下来调节溶液的PH值使AlO2-沉淀变成Al(OH)3.
　　然后过滤得到氢氧化铝,加热分解氢氧化铝得到氧化铝,最后加入冰晶石电解氧化铝得到铝单质.
　　工业原理：
　　铝土矿的主要化学成分为Al2O3,一般为40％～70%质量分数,另含SiO2、Fe2O3、TiO2及少量CAO、MgO及微量Ga、V、P、V、Cr等.从铝土矿制取Al2O3方法很多,目前工业上几乎采用碱法,又分为拜耳法、烧结法、联合法等三种：
　　Al2O3·3H2O(或Al2O3·H2O)+NaOH→（浸出/分解）NaAl(OH)4+赤泥→（晶种分解/蒸发、苛化）Al2(OH)3→（煅烧）Al2O3.
　　（一） 拜耳法：是典型的一种湿法冶金的方法,在氧化铝生产中占绝对优势.
　　实质是在不同条件下,控制反应向不同方向进行.其中关键工序是：
　　1 铝土矿的浸出——浸出母液的主要成份是NaOH
　　主要反应：1）氧化铝 Al2O3·nH2O+2NaOH→2NaAlO2+nH2O
　　2）二氧化硅：SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O
　　2Na2SiO3+2NaAlO2+4H2O→Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O↓+4NaOH
　　3） 氧化铁：溶出的Fe2O3不与NaOH反应,以固相直接进入残渣,呈红色.
　　4） 二氧化钛：TiO2+2Ca(OH)2→2CaOTiO2·2H2O 直接进入赤泥中
　　5） 碳酸盐：主要有CaCO3+2NaOH→Na2CO3+Ca(OH)2 MgCO3+2NaOH→Na2CO3+Mg(OH)2
　　由铝土矿在NaOH溶液中高压溶出的Al2O3水合物进入溶液,SiO2、Fe2O3、TiO2及反应物留在赤泥中（赤泥为铝矿中其他成分与碱液发生作用后的产物）,再借助机械方法使溶液与残渣分开,以达到Al2O3与杂质分离.
　　铝土矿浸出是利用由若干预热器、压煮器和自蒸发器依次串联成的压煮器组来连续作业完成的.（如图）
　　2 铝酸钠溶液的晶种分解
　　制成的铝酸钠溶液,其中Al2O3浓度为（145±5）g/l,且在低于100℃温度下不稳定.越接近30℃,过饱和度越大,若在30℃下加入Al(OH)3晶种,并不断机械搅拌,此时过饱和铝酸钠溶液就可自发水解,产出Al(OH)3.
　　NaAl2O3+2H2O→Al(OH)3↓+NaOH
　　这种溶液的苛性比值较高.种分母液经蒸发浓缩后,作为循环母液返回,溶出过程溶出下批铝土矿.
　　3 氢氧化铝的煅烧及分解
　　Al2O3·3H2O（225℃）→AlO3·H2O+2H2O
　　Al2O3·H2O(500-550℃)→γ-Al2O3+H2O
　　γ-Al2O3(900℃开始/1200℃维持)→α-AL2O3
　　在带冷却机的回转窑中进行,重油煤气作燃料,产物Al2O3或于管状机中冷却或送入车间直接电解.
　　4 母液的蒸发与苛化
　　生产过程因各种原因进入大量水分,会引起缩环母液浓度降低,需适时蒸发水分,保持母液浓度.
　　浸出过程中,高浓度的苛性钠与矿石中碳酸盐反应或空气中CO2反应,使 NaOH部分转化为Na2CO3或形成Na2CO3·H2O.均不能溶解Al2O3水合物,需转变为有用的NaOH,即利用石灰乳与其苛化反应生成NaOH溶液.
　　Na2CO3+Ca(OH)→2NaOH+CaCO3
　　（二）碱石灰烧结法生产Al2O3.适于处理铝硅比小于4的铝土矿 1）实质：是铝土矿与足量Na2CO3、石灰配成炉料,在1200℃下烧结,生成可溶于水的铝酸钠（Na2O·Al2O3）.其中SiO2与碳生成不溶于水的原硅酸钙（2CaO·SiO2）,用稀碱溶液浸入Na2O·Al2O3,与2CaO·SiO2分离.溶液脱S后通入CO2气体进行碳酸化分解,析出Al(OH)3及碳分母液,用过滤机将两者分离.氢氧化铝经洗涤后,最终送煅烧,分解成Al2O3.母液经蒸发浓缩,用于配料处理循环使用.
　　2）工艺为：生料烧结,熟料溶化,铝酸钠液脱硅,碳酸化分解

谢谢了