氧化铝教案_氧化铝教案汇总

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第十二章 母液蒸发

教学目的：

1、掌握母液蒸发在氧化铝生产中的重要作用。

2、掌握蒸发作业的基本原理。

3、了解蒸发系统及蒸发作业流程的特点。

4、了解加热式自然循环蒸发器的构造。

5、掌握外加式自然循环蒸发器的作业流程。

6、知道各种技术条件是如何控制的。

7、了解结晶分离系统。

教学重点：原理及流程

教学难点：工艺条件的控制

教学方式：讲解、提问、练习、作业等结合

课时安排：2课时

教学过程：

复习引入：

第一节 概 述

一、母液蒸发在氧化铝生产中的重要作用

在氧化铝生产中，蒸发是用来保持水量平衡，使母液蒸发到符合

生产要求的浓度和排除生产过程中积累的杂质的很重要的一个生产

工序。

氧化铝生产中，水在若干生产阶段进入流程。举例：以烧结法厂

为例介绍并讲解。通过分析得出：拜耳法生产氧化铝每吨氧化铝需要

蒸发的水量更多。

设问：为什么必须要母液蒸浓到符合生产要求的浓度？

碳分母液分直接作调整液外，其余部分均蒸浓后返回配料。在烧

结法生产过程中，生料浆的水分过大，将影响熟料窑的操作，并使熟

料窑产能下降。在拜耳法生产中提高循环母液苛性碱尝试，可以提高

母液的循环效率。因此，蒸发过程必须将母液蒸浓到符合生产要求的

浓度。

设问：母液蒸发还有哪些作用呢？

由于原、燃料中的杂质进入铝酸钠溶液，有些杂质并在生产中循

环积累。如：碳酸钠、硫酸钠及部分有机物等。它们对生产的危害很

大。对于它们的排除可以通过蒸发，利用碱浓度提高，碳酸钠、硫酸

钠溶解度降低这一特性，从而使它们结晶析出。随着钠盐的析出，有

机物也跟着被排除。

结晶析出的碳酸钠，对拜耳法来说，经苛化处理后则可以变成苛

性碱返回配料，而联合法无须苛化便直接送烧结法系统配料。

氧化铝生产中的蒸发，都是间接加热。加热蒸汽的凝结水是单独

排除的，可作锅炉或洗涤等用水。因此，蒸发作业在氧化铝生产中还

起到软化水站的作用。

设问：蒸发过程的能量消耗如何？

蒸发过程消耗大量的热能，约占拜耳法蒸汽总消耗量的30—50%，占混联法总能耗的26%左右。这方面的蒸汽消耗、操作费用和投资费

用在氧化铝成本上也占有相当重的比例。所以适当选择蒸发器及工艺

流程来降低热耗是蒸发工序的关键。

二、蒸发的基本原理

蒸发是靠把溶液加热，使溶液中的水分部分汽化，而使溶液浓缩

也即是使溶液的浓度升高的过程。

蒸发操作可分为沸腾蒸发和自然蒸发两种，由于沸腾蒸发的速率

远远超过自然蒸发的速率，工业上的蒸发大多采用沸腾蒸发。

为使溶液沸腾而溶剂不断汽化，就必须不断向蒸发器输入热能，并随时排除汽化出来的溶剂蒸汽。

母液的蒸发，就是利用蒸汽把母液间接加热至沸腾使水激烈汽

化，同时将生成的水蒸汽连续地抽至冷凝器中冷却成水加以排除。

溶液的沸点和其表面的压力有关，对一定浓度的溶液来说压力降低溶

液的沸点显著下降。为了增大加热蒸汽和溶液沸点之间的温度，以提

高蒸发能力或减少蒸汽耗量，工业上常采用抽真空的办法来进行蒸发

作业，就叫做真空蒸发。加热溶液用的新蒸汽叫做一次蒸汽。溶液沸

腾激化所产生的蒸汽叫做二次蒸汽。根据二次蒸汽是否被利用，蒸发

又有单效与多效蒸发之分。多效蒸发时由于二次蒸汽得到重复利用，可以节约新蒸汽，并且冷凝器的冷却水消耗量也将成比例下降。

三、蒸发系统及蒸发作业流程的特点

蒸发系统：我国氧化铝厂母液的蒸发一般采用的是蒸发器多效蒸

发系统。国外多采用升膜式蒸发器，目前又趋于降膜式蒸发器。蒸发

母液的另一种近代蒸发系统是多级闪急蒸发，这种系统所根据的原理

和铝土矿高压溶出的逆流式热回收以及和铝酸钠溶液的自蒸发冷却

相同。

介绍课本12-1闪急蒸发式蒸发器组流程。

我国氧化铝厂现采用外加热式自然循环蒸发器蒸发种分母液。而

碳分母液则用标准式蒸发器，一般都是采用三效真空蒸发系统。也准

备采用外热式强制循环蒸发器三效蒸发器组与三级闪急蒸发相结合 的新系统。

2、蒸发作业的特点：

根据蒸发器中蒸汽和溶液的流向不同，可分为顺流、逆流和错流

三种不同的作业流程。有如下的特点：

（1）顺流流程：即加热蒸汽和待蒸发母液的流动方向一致。优点：

过热的母液在蒸发器里自蒸发，强化了沸腾的热交换，加热蒸汽比逆

流流程少。顺流作业由于后一效蒸发室内的压力较前一效的低，故可

借助于压力差来完成各效溶液的输送，不需要用泵，可节省动力费用。

（2）逆流流程：即加热蒸汽和待蒸发母液的流动方向相反。优点：

溶液温度随温度升高而升高，这就保证了较高的传热强度。溶液中氧

化铝和苛性碱浓度的增加，提高了二氧化硅的溶解度，而温度升高，则降低二氧化硅溶解度。故可消除前几效的含水铝硅酸钠结垢。

第二节 种分母液的蒸发

种分母液的溶剂是水，溶质含有氧化铝、苛性钠以及杂质碳酸钠、硫酸钠、氧化硅、有机物等。我国氧铝厂，种分母液的蒸发多采用外

加热自然循环蒸发器，三效真空蒸发系统。其杂质结晶采用沉降槽和

过滤机串联作业进行分离。

一、外加热式自然循环蒸发器的构造

如课本图12-3所示。

1、加热室

是蒸发器的主要组成部分，它是由若干条钢管组成，加热面积为

1100平方米。由于加热管较长，溶液便可获得较大的循环速度。

加热室的上、下封头均设置有导流板，起着导流的作用，其目的

是减少溶液的阻力损失，有利于循环速度的提高。加热室有四个蒸汽

进口，凝结水排出口和不凝性气体排出口等。蒸汽进口一般均采用切

线方向进汽，这样可以减少阻力损失，同时使蒸汽分布均匀，有利于

提高传热效率。

加热室是完成热交换的场所，用来加热的蒸汽能通过加热管传给

管内的溶液。

加热蒸汽自身放出潜热冷凝成水，而溶液便得到热能而汽化蒸

发，完成整个热交换过程。

2、沸腾室

是由钢板焊制而成的圆筒。溶液在沸腾室内沸腾而蒸发。顶部，二次蒸汽出口处设有雾沫分离器。作用是使二次蒸汽在排出之前将含

碱液滴加以回收。

沸腾室的器壁上，装有窥视目镜，便于操作人员观察室内的液面

和沸腾情况。

3、循环管

为了使溶液在蒸发器内进行多次循环，在沸腾室的下部与加热室

下部之间设有循环管。溶液由循环管加入，经加热室加热后从连通管

进入沸腾室蒸发。除部分溶液出料外，绝大多数溶液从此管返回加热

室，再次循环。这样就构成了外加热式自然循环蒸发器的溶液循环路

线：溶液从循环管加入到加热室，到连通管，到沸腾室，然后到循环

管。

二、外加热式自然循环蒸发器的作业流程

流程图如课本图12-4，种分来料进原液槽，用原液泵送到1号、2号预热器，经预热后的溶液进入Ⅱ效蒸发器，从Ⅱ效出料自压至Ⅲ

效蒸发，由Ⅲ效出料的中间液用中间泵送到3号、4号预热器提温后

进入Ⅰ效蒸发器进行浓缩。由Ⅰ效出料至自蒸发器进行自蒸发，然后

从自蒸发器自压至沉降槽，经一定时间后到Ⅲ →Ⅰ→Ⅱ流程。

三、技术条件的控制

1、技术条件及产品质量指标

（1）新蒸汽使用压力不大于5公斤／厘米2.（2）末效真空不低于600毫米汞柱。

（3）

一、二效液面控制在第一目镜的一半处，沸腾液而不得超过第

三目镜，三效看到循环液面即可。

（4）循环上水温度：冬季不高于28度，夏季不高于35度，下水温

度不高于60度。

（5）新蒸汽的凝结水含碱量不大于0.01克／升，二次蒸汽凝结水含

碱量不大于0.03克／升.（6）水冷器循环上、下水含碱差不大于0.05克／升.（7）蒸发母液苛性碱浓度稳定在280-300克／升.以上种分母液蒸发 的技术条件，不同的氧化铝厂控制的指标不完全相同。

2、技术条件的控制

（1）使用汽压的控制

在蒸发过程中，新蒸汽的加入是蒸发作业的基本条件之一，使用

汽压越高，有效温度越磊，蒸发效率越高。在使用汽压和水冷器一定

真空度下，蒸发器组的总温差是一定的。使用汽压不能无限制地提高。

使用汽压与蒸汽在加热室中的传热速度有关，传热速度的快慢取决于

蒸汽与溶液间的温差和加热管之结垢。当溶液的浓度控制在一定值

时，汽室压力便不再升高。但随着过程的不断进行，演播室压力又逐

渐地启动上升到某一规定值时，这就是说明加热管内的结垢已达到了

严重的程度，此时便应停车洗罐。

（2）真空的调节

在多效真空蒸发过程中，系统中保持一定的真空，作用在于降低

溶液的沸点，以保持一定的有效温差，并使二次蒸汽能充分地利用和

顺利地排除。

真空度突然降低的主要有：真空泵不正常或是突然跳闸。水冷器 的循环上水不足或是突然停水。使用汽压突然升高，或机组出现漏真

空的地方。凝结水泵出问题，汽室积水过多等。当发现真空突然降低

时，操作者务必找出原因，及时处理，使真空稳定，保证蒸发作业的

顺利进行。

（3）液面的控制

一般控制在第一目镜的一半处。保持操作液面是蒸发器组正常运

转的标志。液面的控制，可用进、出料量来调节。当调节某一效液面

时，应注意其它各效液面的变化。

（4）浓度的控制

在实际操作中，一般可通过调节使用汽压和调整进、出料量来控

制出料浓度。

（5）水冷器温度的控制

在操作中，通常是调节上水的水量和上水水温来控制水冷器的出

口水温。

（6）凝结水及不凝性气体的排除

从上述的各控制可看出，稳定各技术条件的操作是特别重要的，是正常作业的根本保证。在操作时要做到五稳定，即汽压、真空、液

面、浓度和出口水温，是蒸发器组操作的关键。

四、结晶分离系统

种分母液在蒸发过程中结晶析出的碳酸钠和硫酸钠以及附着在

结晶表面上的有机物，需从蒸发母液中分离出来。得到合格的种分母

液。分离过程多采用沉降槽和过滤机串联作业。过滤分离越彻底越好。

课堂小结 课后作业

第三节 碳分母液的蒸发

教学目的：

1、了解标准蒸发器的构造。

2、掌握蒸发器的作业流程和技术条件。

3、了解蒸发器结垢原因及影响。

4、知道蒸发器结垢是如何清除的。

5、了解一水碳酸钠的苛化原理及影响因素。

6、知道一水碳酸钠苛化生产工艺流程及条件。

教学重点：

2、4

教学难点：5

教学方式：讲解、提问、练习、作业等结合

课时安排：2课时

教学过程：

复习引入

我国烧结法氧化铝厂，目前采用标准蒸发器三效真空蒸发系统进

行碳分母液的蒸发。

一、标准蒸发器的构造

又叫做中央循环管式蒸发器，有带搅拌和自然循环的两种。带搅

拌的标准蒸发器如课本图12-5所示。

标准蒸发器由加热室、沸腾室、雾沫分离器以及搅拌装置所组成。

由于标准蒸发器加热管短，单靠自然循环速度太慢。另一方面蒸

发的物料是碳分母液，所含的碳酸钠结晶较多，容易堵塞出料口，加

此，搅拌的作用，不仅可以强制溶液的循环，提高蒸发效率，而且可

以防止出料口堵塞，有利于蒸发作业的顺利进行。

二、标准蒸发器的作业流程和技术条件

1、作业流程

标准蒸发器三效顺流作业的流程如图12-6所示。在生产上采用

顺流Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ、错流Ⅲ→Ⅰ→Ⅱ和Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅰ三种流程轮换操

作，每八小时倒流程一次。

2、技术条件及技术指标

如课本191页，不同的厂控制的不完全相同。控制操作与外加热

式自然循环蒸发器大同小异。

第四节 蒸发器结垢的生成及清除

一、结垢的生成

在母液蒸发过程中易形成结垢的溶质主要是碳酸钠、硫酸钠和氧

化硅。因为它们在蒸发过程中会有不现程度的结晶析出，有的附着在

加热管壁而形成结垢。

在拜耳法生产中，铝酸钠溶液中的碳酸钠是逐渐积累的。碳酸钠

在母液中的溶解度随温度升高而增加，温度低，析出碳酸钠多。因此，用外热式自然循环蒸发器蒸发种分母液时，为了减轻碳酸钠结垢，不

宜采用顺流作业。

温度对硫酸钠的溶解度的影响与碳酸钠相同。升高温度使溶解度

增加。在蒸发过程中，还能形成一种水溶性复盐碳钠矾的物质，它往

往和铝硅酸钠一起析出在加热管壁上形成致密的结垢，恶化传热过

程。

综上所述，在温度较高的出料易产生碳酸钠和硫酸钠的结垢，而

高温低浓度那一效加热管硅渣结垢最为严重。加此在生产过程中应尽

量避免此种流程的操作。

二、结垢对蒸发过程的影响

蒸发是热能传递的过程，根据传热方程式可知，单位时间的传热

量与传热系数、传热面积及有效温差成正比。由于蒸发器加热管内的

结垢是热的不良导体，结垢的生成，会大大地降低传热系数。结垢的

生成，一方面减少了单位时间内的传热量，降低了蒸发效率，另一方

面由于结垢速度快，清垢周期短，导致设备运转率的降低。

三、结垢的清除

为了保持蒸发器具有良好的传热性能和较高产能，对蒸发器加热

管表面的结垢必须及时进行定期清除。在保证有较高的蒸发效率的前

提下，清垢周期越长，设备运转效率越高。

清除蒸发器结垢的方法有：

1、倒流程

2、水煮

3、硫酸洗罐

近年来，国外氧化铝厂中采用高压水射流装置清理结垢，取得良

好效果。

氧化铝生产中蒸发器结垢的清除工作是相当繁重的。特别是对于

铝硅酸钠结垢的清除更是如此。为此，防止或减轻蒸发器的结垢就更

为重要。

第五节 一水碳酸钠的苛化回收一、一水碳酸钠的苛化原理及影响因素

拜耳法生产过程的苛性碱，由于在浸出过程中生产反苛化作用以

及铝酸钠溶液吸收空气中二氧化碳有约3%左右转变为碳酸碱，这些碳

酸碱在蒸发过程中以固相一水碳酸钠析出。为减少苛性碱的消耗，将

析出的碳酸钠进行一定的处理，以回收苛性碱。

拜耳法生产回收苛性碱用石灰苛化法。原理是，将一水碳酸钠溶

解，然后加入石灰乳，使之发生如下的反应：

碳酸钠转变为氢氧化钠的转化率，即苛化率，我们要求越高越好。

要获得高的苛化率，苛化反应必须在较低的浓度下进行。

在原始溶液中碳酸钠含量越高，苛化效率越低，即在苛性化后溶

液中苛性钠相对含量越少。故工业上用石灰来苛化碳酸钠溶液时，都

是采用低浓度的溶液，经蒸浓后再送去配料。

为了提高苛化效率，可以配入过量的石灰，但石灰配入量不宜太

多。二、一水碳酸钠苛化生产工艺流程及条件

苛化流程为：先将碱粉用热水溶化，碱水与蒸发后所析出结晶碱

一起送化灰机与石灰一同消化，消化后碱水灰乳送苛化桶苛化，苛化

浆液沉降分离，溢流液送蒸发蒸浓，使浓度满足生产要求。苛化渣浆

经过滤，滤渣送往赤泥沉降洗涤系统，滤液返回苛化浆澄清桶。

条件：如课本196页。

课堂小结

课后作业

第十三章 氧化铝生产的消耗及成本

教学目的：

1、了解氧化铝生产成本的构成有哪些。

2、掌握氧化铝总回收率和碱耗。

3、了解氧化铝生产的工序物料流量及氧化铝单耗。

教学重点：1

教学难点：2

教学方式：讲解、提问、练习、作业等结合

课时安排：2课时

教学过程：

复习引入

第一节 氧化铝总回收率和碱耗

一、氧化铝总回收率

是指产出氧化铝中含氧化铝量，占消耗物料中含氧化铝量的百分

比。它反映冶炼过程中，氧化铝的回收程度。计算公式如下：

总回收率越高，一吨氧化铝所耗用的铝土矿数量就越少。构成成

本的主要单耗指标也都随之降低。

氧化铝的回收率也可用下面的公式表示，由上式可看出，氧化铝回收率越高，则氧化铝的损失就越低，原

料被利用得就越充分。

氧化铝的损失分为化学损失与机械损失。所谓化学损失是指铝土

矿溶出时未发生化学反应的氧化铝损失，或熟料溶出时溶液中部分氧

化铝转入赤泥的二次反应损失等，称之为弃赤泥带走的不溶性的氧化

铝损失。

属于机械损失的则包括弃赤泥附液损失、窑气、分解槽、碳酸化

槽和其它的损失等。

氧化铝的化学损失占总损失的比例：烧结法为55-65%而混联法为

55-60%。

二、氧化铝生产中的碱耗

是指每生产一吨成品氧化铝所耗用的纯碱或苛性碱数量。以公斤

／吨-氧化铝NaCO3或 表示。我国烧结法生产氧化铝

碱耗一般为。而混联法碱耗较低。拜耳法的碱耗最低。

碱损失分为化学损失与机械损失。弃赤泥带走的不溶性的碱损

失，属于化学损失。机械损失包括赤泥附液损失，窑灰烟尘带碱以及

其他生产工序的机械损失。氢氧化铝所带走的碱包括可洗碱和不可洗

碱，计算时单独列为一项。各项的碱损失通常以NaO的形式来计算，然后再换算成纯碱。烧结法或混联法生产氧化铝，碱耗计算步骤如下：

第二节 氧化铝生产的工序物料流量及氧化铝单耗

一、氧化铝生产工序的物料流量

氧化铝生产流程长，物料流量大。详见表13-4.二、氧化铝主要单耗

每吨氧化铝的辅助材料、燃料和动力消耗详见表13-5.第三节 氧化铝生产成本的构成氧化铝生产成本一般由原料、主要材料、辅助材料、燃料、动力、工资、管理费用及消售费用等构成。设备折旧与维修费用包括在车间

管理费之中。

燃料动力费用在氧化铝车间成本中所占比例最大，烧结法尤其突

出。在烧结法中，烧结过程的加工费用几乎占全部加工费用的的40%。

在联合法中，以抽取同样数量氢氧化铝而论，烧结法的加工费相当于

拜耳法加工费用的183%。但是烧结法系统提供了拜耳法系统所需要的

碱，而且熟料的铝硅比仅2.4左右。在比较加工费用时，这些都是不

利于烧结法的因素。

课堂小结

课后作业

第十四章 氧化铝生产的环境保护与原料的综合利用

教学目的：

1、了解氧化铝厂的环境保护。

2、了解赤泥的综合利用。

教学及难点：2

教学方式：讲解、提问、练习、作业等结合

课时安排：2课时

教学过程：

复习引入

第一节 氧化铝厂的环境保护

氧化铝生产的环境保护问题，从氧化铝厂本身来看主要危害只有

物料粉尘，溶液的跑冒滴漏，噪音、蒸汽及烟气挟带等。但由于近代

生产技术的发达，氧化铝厂本身的环境保护问题还是比较容易解决 的。氧化铝生产影响环境比较大的方面是矿区处置、污水和赤泥处置

三大问题。

铝土矿的开采主要是露天采矿，矿床的大小，深度、硬度和位置 的变化很大，碱用采矿对环境的影响也不一样。近年来各铝土矿的主

权国对矿区回填、地面平整，表土复原，造地还国和植树再生等方面

都提高了要求。

氧化铝生产需要大量工业用水，同时产生大量含碱和含量其它污

染物的废气，其废水若不加限制的向外排放，引起大面积水系的污染

和土地盐碱化。这些废水若不回收利用，氧化铝生产的新水供应也将

造成困难。因此很多氧化铝厂在废水处理储存和循环利用方面做了很

多工作。如冷却用水循环使用，冲洗设备和地面的污水均应返回工艺

系统，加强生产管理，防止跑冒滴漏。

氧化铝生产将排出大量含碱赤泥浆，拜耳法赤泥产出率最少。赤

泥的综合利用问题是解决铝氧生产最大的污染源的主要问题。虽然有

不少途径回收赤泥，但于赤泥量很大，含水率太高，粒度很细等，至

今拜耳法赤泥仍不能大量利用，它仍是氧化铝生产一个值得研究的问

题。

因此，氧化铝厂的设计、建设、生产过程中，必须十分重视环境

保护问题，避免污染环境，并努力实现三废的充分利用，变废为宝。

第二节 赤泥的综合利用

由于矿石的成分和生产氧化铝所用的方法不同，赤泥的化学和矿

物组成差别很大，其用途也各不相同。

目前国内外提出的综合利用赤泥的途径，归结起来有以下几个方

面：

1、回收赤泥中的有用成分。

2、利用赤泥生产水泥及其它建筑材料，这是大量利用赤泥的主

要途径。

3、用做肥料、土壤改良剂、脱硫剂、净水剂等。

本节主要详细介绍烧结法赤泥生产硅酸盐水泥工艺。赤泥生产硅

酸盐水泥是我国烧结法氧化铝厂1958年研究成功的，现已发展成年

产110万吨水泥和能生产多品种水泥的大型水泥厂，我国联合法氧化

铝厂的水泥厂也早已投产。

一、普通硅酸盐水泥的成分、性质和用途

水泥是建筑工程中常用的建筑材料。普通硅酸盐水泥也称普通水

泥，它是以硅酸盐水泥熟料加入适量的石膏及水硬性混合材料，共同

粉磨成细粉的水硬性胶凝材料。

水泥熟料的主要化学成分有：。它们

在高温下发生反应，生成大量的水硬性矿物组分，其中起决定作用的

是硅酸三钙，硅酸二钙，铝酸三钙和铁铝酸四钙四种矿物。

铝酸三钙和铁铝酸四钙在硅酸盐水泥熟料中统称为熔媒矿物，它

们的总含量约占20-24%，其中铝酸三钙一般在6-11%。

熟料中还会含有有害成分氧化镁等。

普通水泥由熟料、石膏和混合材料组成。其中含有相当数量的硅

酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙及铁铝四钙，所以它具有加水后发生化

学变化，产出新的水化物，进而凝结感化，发挥强度，以及一定的抵

抗水的侵蚀能力等性质。此外，水泥、石子和砂加水混合后成为流动

性很大的浆体，可以预制成型，水泥建筑物还具有一定的抗冻性的抗

渗透性。所以普通水泥广泛地用作农用、水利工程、造船、厂房等制

品。

二、硅酸盐水泥的质量标准

水泥有多种标号。标号越高，强度越大。水泥的物理性质、化学

成分应符合规定：

1、细度 4900孔／厘米2

2、凝结时间 初凝不早于45分钟，终凝不迟于12小时

3、体积安定性 蒸煮后体积变化均匀

4、化学成分 烧失量不超过5%，熟料含氧化镁不超过4.5%、水泥

中三氧化硫含量不超过3%。

三、赤泥生产硅酸泥水泥

碱---石灰烧结法赤泥中，含有大量的 等

成分，因而可以利用赤泥来生产水泥。

利用赤泥生产水泥与普通水泥厂的生产工艺流程和技术条件基

本相同。将氧化铝厂排出的赤泥先经真空过滤机过滤，以降低赤泥浆 的水分，然后按水泥配料比配入石灰石和砂岩磨制成生料浆。经调配

合格的生料浆送回转窑煅烧成水泥熟料。按普通硅酸盐水泥的技术条

件配以一定的混合材和石膏再经球磨机磨制成水泥产品。利用 赤泥

生产硅酸盐水泥流程图如课本图14-1所示。

课堂小结

课后作业

第三节 镓的回收

教学目的：

1、了解镓的性质和用途。

2、了解镓的生产方法。

3、了解如何从母液中回收镓

教学重点：3

教学难点：3

教学方式：讲解、提问、练习、作业等结合

课时安排：1课时

教学过程：

复习引入

一、镓的性质和用途

镓属于稀散元素，在自然界中是以类质同晶混合物状态存在于

铝、锌、镉等的矿物中。铝土矿中一般含镓0.01-0.001%。镓是一种

柔软的银白色金属，具有良好的反光性。化学性质与铝、铟相似，在

热空气中能氧化形成氧化膜，能溶于氢氧化钠、氢氟酸、硫酸和盐酸，能与卤素化合。

镓本身的用途远没有铝的用途广泛。但镓的化合物：砷化镓、磷

化镓、锑化镓等用于抽取半导体的材料，广泛应用于信息放大器件，微波器及激光雷达的元件，镓还用于配制低熔点合金、高强度合金和

用作原子能工业的载热休，用于电学源材料及制造反射镜。

二、镓的生产方法概述

用铝土矿生产氧化铝时，镓自然地富集于循环母液中，从中回收

比较容易，也比较经济。方法有：

1、化学法

2、直接电解法

3、置换法

三、化学法从母液中回收镓

1、碳酸化---石灰法从碳分母液中回收镓

工艺流程如图14-2所示：（1）二次碳酸化分解 将碳分母液通

入二氧化碳气进行彻底碳酸化分解，使溶液中的铝和镓尽可能地完全

沉淀出来。（2）加石灰乳脱铝 二次沉淀中镓的含量仍很低，加石灰

乳脱铝的目的是使二次沉淀中的氧化铝和氧化镓分离，使镓进一步富

集。（3）三次碳酸化分解 分离铝酸钙渣后的溶液通入二氧化碳进

行三次碳酸化分解，其目的是使溶液中的镓完全沉淀析出，制得三次

沉淀。（4）溶解 利用氢氧化钠，硫化钠进行溶解，除铅，达到制得

合格的电解原液的目的。（5）电解提取金属镓 将电解原液盛在塑料

板或玻璃钢制成的电解槽内，以不锈钢制成的阴极和阳极交替排列于

电解槽中，通入直流电进行电解。在阴极上金属镓和氢气，在阳极上

析出氧气。（6）粗镓精制

2、分步碳酸化—溶解法回收镓

分步碳酸化—溶解法回收镓是将二次沉淀物直接溶解到种分母

液中去，便可取得富含镓的溶液。再经分解、溶解、电解便可得到金

属镓。本方法与石灰法比较，主要就是脱铝方法不同，不产生铝酸钙

渣，因而减少了对三氧化二铝生产的影响。流程如图14-3所示。

分步碳酸化—溶解法从种分母液中回收镓技术上是可行的，经济

上是合理的，已通过技术鉴定。

课堂小结

课后作业

第四节 多品种氧化铝

教学目的：

1、了解多品种氧化铝有哪些。

2、了解多品种氧化铝的特性及其制备方法。

教学重点：2

教学难点：2

教学方式：讲解、提问、练习、作业等结合

课时安排：1课时

教学过程：

复习引入

设问：什么是多品种氧化铝？

一、多品种氧化铝概述

为了将电解铝用氧化铝和其它非炼铝用氧化铝相区别，我们将在

晶型结构、化学纯度、外观形状、粒度组成等物化性质上具有特色，因而具有某种特殊用途，而其主要成分（除去附着水、结晶水外）仍

为氧化铝者，叫做多品种氧化铝（或非炼铝用氧化铝）。

发展趋势：近年来国外多品种氧化铝的应用和发展非常迅速。据

国际原铝协会公布的数字，世界每年使用的多品种氧化铝已达230多

万吨，占世界氧化铝总产量的8%左右。生产品种达200多种。随着我

国国民经济的发展，使用多品种氧化铝的部门越来越多。用量也不断

增加，约占氧化铝总产量的15%左右。产品品种已开发30多种。

氧化铝厂具有生产多品种氧化铝的原料和工艺。尤其是烧结法生

产过程中的铝酸钠溶液，做为多品种氧化铝的生产原料，由于有机物

等杂质含量低，易于制得高纯度、高白度的产品，再者高浓度的二氧

化碳气，可以代替化工部门生产催化剂载体原料时必不可的酸、碱、盐等昂贵的化工原料。因此，氧化铝厂大力发展多品种氧化铝的生产

占有很大优势。

二、多品种氧化铝的特性及其制备方法

多品种氧化铝的种类繁多，下面简单介绍我国氧化铝厂生产的几

种产品的主要特性及其用途和制备方法。

1、活性氧化铝

它是一种多孔性、高分散度的固体颗粒物料，有很大的表面积及

其机械强度，其微孔表面具备催化作用所要求的特性。不溶于水及有

机溶剂，但能溶于强酸及强碱液中。无毒、无味、无臭。在空气中能

吸湿，吸水后不胀不裂保持原状，吸水失效后可在180-250度下活化

再生，对二氧化氮、二氧化硫等气体都有吸附作用。

用途：广泛用于饮水除氟，空气净化、绝缘油除酸等。在化工及

石油化工部门中作各类催化剂和催化剂载体。

制备：由氧化铝水合物加热脱水而成。其制备过程一般包括成胶、老

化、分离洗涤、干燥成型和活化焙烧等工艺过程。用工业氢氧化铝直

接抽取粒状活性氧化铝，目前尚有困难，一是活性差，二是造粒困难。

2、拟薄水铝石

是一种结晶不够完整的一水炊铝石类型，故称假一水铝石。孔容

大，比表面高，胶溶性能好。具有触变性凝胶的特点。其三水氧化铝

含量仅在1-2%左右。目前国内已大量用作新型催化剂的原料。也可作

活性氧化铝的原料。

制备：我国烧结法氧化铝厂，在制取作粘结剂的拟薄水铝石时，也用工业铝酸钠溶液为原料，用石灰炉高浓度二氧化碳气作沉淀剂，在低温、低浓度和快速通气彻底碳酸化条件下中和成胶。工艺流程：

首先将工业铝酸钠溶液按条件冲稀，冷却经过滤净化除去杂质后，送

成胶反应器进行碳酸化分解成胶。其沉淀产物加温老化一定时间，然

后，压滤分离并洗涤。得到湿的拟薄水铝石产品可直接包装为成品。

或经烘干，磨细后包装作成品。洗液用作冲稀液。母液和剩余洗涤可

返回氧化铝生产流程。

3、氢氧化铝牙膏摩擦剂

氢氧化铝牙膏摩擦剂具有白度高、粒度细，性能稳定，酸碱度适

中和含重金属，硫、砷等有害物质较低的特性。一般粒度小于320目。

白度大于95%。由于它齿洁力高，适于做药物牙膏的摩擦添加剂。

制取氢氧化铝牙膏摩擦剂是采用种子搅拌分解法生产工艺。此工

艺是以工业铝酸钠溶液为原料，用特殊加工后具有较高活性的晶种进

行低温搅拌分解，制取具有一定粒度的氢氧化铝。分解后的浆液经分

离、洗涤、烘干、粉碎即得成品。母液和洗液返回到工业氧化铝生产

流程中。

4、低钠氧化铝

主要用于电子工业中真空绝缘、高频陶瓷制品及高级耐火材料，刚玉原料、机械密封等。

生产方法是以工业氧化铝加工除钠（软水洗涤）。

5、喷涂氧化铝

用于隔热、防腐、耐磨设备的喷涂材料。生产方法是用三级品氧

化铝为原料，除钠、水选。

6、γ-AL2O3产品用于制药工业，专作VB12的吸附剂，微粒用于

油漆填料。

生产方法是以工业氢氧化铝为原料，经过去钠，活化焙烧制取。

在粒度要求上采用水选、过筛、研磨等工艺处理。

7、超细α-AL2O3微粉

是国防陶瓷的主要原料。生产方法是先将氧化铝加工为低钠氧化

铝，再焙烧，将全部结晶转变为α型，然后长时间研磨、水选、烘干

和过滤。

8、高纯氢氧化铝

主要用于石油、化肥工业中的催化剂和催化载体。生产方法是将

工业铝酸钠溶液进行三次脱硅，碳分、种分混合分解的办法制取符合

质量要求的高纯度氢氧化铝。

9、低铁氢氧化铝

此产品为激光钕玻璃的原料、激光技术要求氢氧化铝中铁、铜含

量越低越好。我们采用生产高纯氢氧化铝的方法，中间对铝酸钠溶液

再加一次脱铁措施进行生产。溶液中氧化铁的存在状态，一般认为是

固态悬浮物。增加过滤介质，添加石灰乳过滤，添加活性物质吸附都

有助于除铁。

课堂小结

课后作业

关于《氧化铝生产工艺》这本书：

研发理念：中国铝土矿广泛分布在山西、河南、贵州和广西等省

份，我们平顶山地区也有优质的铝土矿资源，本课程的研究和学习，就是为了培养具有特色的、为本地区服务的化工中等专业技能型人

才。

内容特点：主要学习河南汇源化工公司（位于河南平顶山地区鲁

山县）化铝生产工艺流程，即拜耳法生产氧化铝和氢氧化铝。

体例创新：该生产工艺能够更加有效地消化低品位矿石，从而全面利用

和保护现有的铝矿资源。而其投资成本较传统的混联法氧化铝生产工艺降低

50%，并可有效防止环境污染。

特色陈述：本书主要介绍氧化铝生产工艺中的拜耳法。从氧化铝 的生产概述开始，分章节、逐渐、系统地学习原料的制备，高压溶出，熟料烧结，熟料溶出，赤泥分离与洗涤，铝酸钠溶液的精制及分解，氢氧化铝焙烧，母液蒸发，氧化铝生产的消耗及成本，最后还学习到

氧化铝生产的环境保护与原料的综合利用。学习时由浅入深，由面到

点，由点到面的进行学习，并且注意培养学习者的环境保护理念、以

及工厂的成本核算理念，树立学习者的主人翁意识与观念。

后续规划与设想：进一步加强与企业的合作办学，真正地做到“请

进来，走出去”。“请进来”是指可聘请企业的技术人员定期或不定期

地到学校为学生和专业课教师讲课。“走出去”是指学生和老师均可

参加定岗实习，学生进一步加深认识，教师真正向“双师型”转变。