真空还原铝土矿制备金属铝的工艺研究（备料部分）

摘要

本论文主要研究了煤和氧化铝以及铝土矿的烧结工艺.是真空条件下通过低价卤化物直接从铝土矿还原制备金属铝的工艺研究的烧结部分,该课题为云南省自然基金资助项目.查阅并检索相关资料,进行初步分析,确定出了该工艺的可行性,并有可能极大的降低铝的生产成本;在试验过程中发现,物料喷料现象严重,使得无法观察到反应进行的程度,因此,本论文重点对物料的烧结工艺进行了研究,最后得到了满足要求的试验原料,为进一步的试验研究提供了理论和试验依据.试验的原料为:煤(主要提供还原过程中所需的碳)、氧化铝和铝土矿.首先,对煤和氧化铝的烧结工艺进行了研究,通过一系列的试验研究发现煤和氧化铝的最佳烧结条件为:煤和氧化铝的物料配比(质量比)为8:3;烧结时的温度控制在450℃左右;保温时间为30分钟;水的加入量约为物料总质量的1/(9~10),这样,可以保证物料既能很好的压制成团,又不会因水分含量过大,影响烧结物料的机械强度.然后,根据煤和氧化铝的最佳烧结条件,着重对煤和铝土矿的烧结工艺进行了研究,由试验反应配比系数和煤中固定碳的含量以及铝土矿中氧化物的含量,计算出反应所需的煤和铝土矿的配比为71.85:100,在试验的研究中发现,严格按照理论计算所得的结果进行配料时,物料基本上不烧结.因此,对原料中煤的加入量进行了调整,通过不断增加配料中煤的量发现,当煤和铝土矿的质量比为(1~1.5):1时,可以得到焦结性能较好的烧结物料;同时,配料中煤过量,可以保证还原反应中氧化物完全被还原,使得反应进行的彻底.烧结温度控制在600℃,保温时间为30分钟时,物料烧结后的机械强度较好.本文从铝冶金的理论着手,回顾了铝冶金的历史,深入介绍了拜尔法、烧结法、串联法、并联法和混联法冶炼铝土矿制取氧化铝,以及氧化铝电解制备金属铝的工艺;对铝冶金和物料烧结的理论进行了阐述,通过试验,得到了机械强度高、孔隙率高和固定碳含量满足要求的烧结物料.

目录

文摘

英文文摘

昆明理工大学学位论文原创性声明

第一章绪论

1.1概述

1.2性质

1.2.1铝的物理性质

1.2.2铝的化学性质

1.3铝矿资源

1.4铝的应用及市场

1.4.1铝的应用

1.4.2中国铝的消费市场

1.4.3铝的市场

1.5铝工业

1.5.1氧化铝生产工艺

1.5.2铝电解工艺

1.6课题的提出及研究内容

1.6.1课题的提出

1.6.2研究内容

第二章铝冶金的理论

2.1铝冶金的发展史

2.2通过低价化合物从铝合金中提取铝

2.2.1低价氟化物

2.2.2低价氧化物

2.2.3低价氯化物

2.2.4低价硫化物与低价硒化物

2.3直接使氧化铝还原炼铝

2.3.1直接还原氧化铝制备金属铝的理论及试验

2.3.2直接还原氧化铝制备金属铝的探讨

2.3.3小结

2.4用低价化合物法从铝土矿直接炼铝

2.5本章小结

第三章烧结理论

3.1中国煤炭资源的储量

3.2与焦结有关的几个概念

3.2.1媒受热后的塑性

3.2.2粘结性

3.2.3结焦性

3.3媒的结焦过程

3.3.1干燥和预热阶段

3.3.2部分分解和焦油析出阶段

3.3.3焦质体形成阶段

3.3.4焦质体固化半焦形成阶段

3.3.5半焦转为焦炭阶段

3.4焦结理论

3.4.1焦结作用理论

3.4.2熔融理论

3.4.3Л.М.萨波什尼可夫结焦理论

3.5对烧结物料的要求

3.5.1影响物料机械强度的因素

3.5.2影响物料孔隙率的因素

3.5.3物料的理论配比

3.6氧化物还原动力学

3.6.1氧化物还原反应的机理

3.6.2还原反应的速度方程

3.7真空下物料烧结过程理论分析

3.7.1干燥阶段

3.7.2焦结阶段

3.7.3冷却阶段

第四章物料烧结工艺实验研究

4.1试验原料

4.2试验内容及目的

4.3试验原理及试验设计

4.4煤和氧化铝的烧结工艺研究

4.4.1试验目的

4.4.2试验设备

4.4.3试验操作

4.4.4结果讨论

4.5煤和铝土矿的烧结工艺研究

4.5.1试验目的

4.5.2试验设备

4.5.3试验操作

4.5.4试验结果及讨论

第五章结论与展望

5.1结论

5.1.1煤和氧化铝的烧结工艺研究

5.1.2煤和铝土矿的烧结工艺研究

5.2展望

致谢

参考文献

附录A：攻读硕士学位期间发表的论文