资源描述
Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,小组成员：,陈亮、马有光、王延东、李放、徐松、朱师文、曹胜健、黄浩、王新华、赵文龙、梁俊才、雷杰、方海星,钢铁冶金与铝冶金原理、工艺及环保的对比,钢铁冶金的原理,钢铁冶金的工艺,钢铁冶金的环保,铝冶金的原理,铝冶金的工艺,铝冶金的环保,基本冶炼原理：,炼铁（还原熔化过程）：铁矿石去脉石、杂质和氧铁,炼钢（氧化精炼过程）：铁精炼（脱,C,、,Si,、,P,等）钢,钢铁冶金原理,一、铁冶炼,高炉炼铁：,将铁矿石在高炉中还原，熔化炼成生铁，此法操作简便，能耗低，成本低廉，大量生产。生铁除部分用于铸件外，大部分用作炼钢原料。,主要反应：,C+O,2,=CO,2,CO,2,+C=CO Fe,x,O,y,+yCO=xFe+yCO,2,(Fe,x,O,y,中,x,y,为下标，表示各种铁矿石,),二、钢冶炼,炼钢主要是以高炉炼成的生铁和直接还原炼铁法炼成的海绵铁以及废钢为原料，用不同的方法炼成钢。,主要的炼钢方法有：转炉炼钢法、平炉炼钢法、电弧炉炼钢。,主要化学方程式：,大量铁变成氧化亚铁：,2Fe+O,2,=2FeO+,热量,调整硅、锰：,Si+2FeO=SiO,2,+2Fe+,热量,Mn+FeO=MnO+Fe+,热量,降低碳量：,C+FeO=CO+Fe-,热量,工业生产纯铝的原理为先通过拜耳法、烧结法和拜耳,烧结联合法获得纯度较高的,Al2O3,，然后通过电解,Al2O3,得到纯铝,铝冶金原理,生产氧化铝的,方法大致可分为,碱法,酸法,电热法,但在工业上得到应用的只有碱法，故以下只介绍碱法。,碱法,定义,碱法是用碱（工业烧碱或纯碱）处理铝土矿，似的矿石中的氧化铝变为可溶的铝酸钠。矿石中的铁、钛等杂志和绝大部分的硅则成为不溶解的化合物。将不溶解的残渣（俗称赤泥）与溶液分离，经洗涤后弃去或综合处理利用。将净化的铝酸钠（称作精液）进行分解析出氢氧化铝，经分离洗涤和煅烧后得到产品氧化铝。分解母液则循环使用处理铝土矿。,一、拜耳法生产氧化铝,拜耳法原理,用,NaOH,溶液溶出铝土矿中的氧化铝，所得到的铝酸钠溶液在添加晶种不断搅拌的条件下，溶液中的氧化铝便是氢氧化铝析出。,分解得到的母液，经蒸发浓缩后在高温下可用来溶出新的铝土矿。,将氢氧化铝煅烧得到氧化铝。,拜耳法的简要化学反应如下：,Al(OH),3,+NaOH=NaAl(OH),4,二、烧结法生产氧化铝,烧结法原理：,烧结法生产氧化铝的基本原理是将铝土矿与一定量的纯碱、石灰（或石灰石）配成炉料在高温下进行烧结，使氧化硅与石灰化合成不溶于水的原硅酸钙,2CaOSiO2,氧化铝与纯碱化合成可溶于水的固体铝酸钠,Na2OAl2O3,、而氧化铁与纯碱化合成可以水解的铁酸钠,Na2OFe2O3,，将烧结产物（熟料）用稀碱溶液溶出时,Na2OAl2O3,便进入溶液，,Na2OFe2O3,水解放出碱，氧化铁以水合物与原硅酸钙一道进入赤泥。再用二氧化碳分解铝酸钠溶液便可以析出氢氧化铝。经过焙烧后产出氧化铝。分离氢氧化铝后的母液成为碳分母液（主要成分为,Na2CO3,），经蒸发后返回配料。,三、拜耳烧结联合法,可充分发挥两法优点，取长补短,利用铝硅比较低的铝土矿,求得更好的经济效果。联合法有多种形式,均以拜耳法为主,而辅以烧结法。按联合法的目的和流程连接方式不同，又可分为串联法、并联法和混联法三种工艺流程。,四、氧化铝电解制备铝,铝电解的原理是使直流电通过以氧化铝为原料、冰晶石为溶剂组成的电解质，在,950,970,下使电解质熔液中的氧化铝分解为铝和氧。由于比重的差别在阴极上析出的铝液汇集于电解槽槽底，而在阳极上析出二氧化碳和一氧化碳气体（见熔盐电解）。铝液从电解槽中吸出，经过净化除去氢气、非金属和金属杂质并澄清后，铸成各种铝锭。,铝电解过程的电化学反应 冰晶石,-,氧化铝熔液具有离子结构,其中阳离子有,Na+,和少量,Al3+,阴离子有,AlF,咶、,AlF,嬄和,Al-O-F,络合离子以及少量,O2-,和,F-(,见熔盐,),。在温度,1000,下,钠在析出电位大约比铝负,250,毫伏。由于阴极上离子的放电不存在很大的过电压，所以阴极反应是：,Al3+,（络合的）,+3eAl,而阳极反应是：,6O2-,（络合的）,+3C-12e3CO2,铝电解过程的总反应式是：,2Al2O3+3C4Al+3CO2,钢铁联合企业的生产工艺流程,原矿,原煤,熔剂及辅助材料,选矿,洗煤,破碎筛分,铁矿粉造块,炼焦炉,化工副产品,筛分,熄焦,高炉,直接还原或熔融还原,矿,煤,氧,氧气转炉,电炉,连铸,铸锭,轧机,成品钢材,海,绵,铁,或,铁水,水铁,废钢,炉渣,热风,精煤,返矿,尾矿,碎焦,高炉冶炼工艺流程简图,:,高炉冶炼过程,高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。,高炉冶炼工艺,-,炉前操作,:,一、炉前操作的任务,1,、利用开口机、泥炮、堵渣机等专用设备和各种工具，按规定的时间分别打开渣、铁口，放出渣、铁，并经渣铁沟分别流人渣、铁罐内，渣铁出完后封堵渣、铁口，以保证高炉生产的连续进行。,2.,完成渣、铁口和各种炉前专用设备的维护工作。,3,、制作和修补撇渣器、出铁主沟及渣、铁沟。,4,、更换风、渣口等冷却设备及清理渣铁运输线等一系列与出渣出铁相关的工作。,高炉冶炼工艺,-,高炉基本操作,:,二、高炉基本操作制度,:,1,、高炉炉况稳定顺行：一般是指炉内的炉料下与煤 气流上升均匀，炉温稳定充沛，生铁合格，高产低耗,2,、操作制度：根据高炉具体条件,(,如高炉炉型、设备水平、原料条件、生产计划及品种指标要求,),制定的高炉操作准则。,3,、高炉基本操作制度：装料制度、送风制度、炉缸热制度和造渣制度。,电炉、转炉炼钢生产工艺流程,这种炼钢法使用的氧化剂是氧气。把空气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放出大量的热量（含,1%,的硅可使生铁的温度升高,200,摄氏度），可使炉内达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。,转炉炼钢工艺（长流程）,定义：以氧气转炉炼钢工艺为中心的生产流程，通常习惯上人们叫做长流程,特点：工艺流程生产单元多，规模庞大，生产周期长，因此称此工艺流程为钢铁生产的长流程工艺,长流程,电炉炼钢工艺（短流程）,电炉钢用相近钢种废钢为主要原料，也有用海绵铁代替部分废钢。通过加入铁合金来调整化学成分、合金元素含量。,电炉炼钢主要利用电弧热，在电弧作用区，温度高达,4000,。冶炼过程一般分为熔化期、氧化期和还原期，在炉内不仅能造成氧化气氛，还能造成还原气氛，因此脱磷、脱硫的效率很高。,短流程,定义：以电炉炼钢工艺为中心的钢铁联合企业生产流程，通常习惯上人们叫做长流程,特点：工艺流程简捷，高效节能，生产环节少，生产周期短。又称“三位一体”流程（即电炉炉外精炼连铸组成），或者“四个一”流程（即电炉炉外精炼连铸连轧组成）,现代铝工业有三个主要生,产环节：,从铝土矿提取氧化铝,氧化铝生产,用冰晶石,-,氧化铝融盐电解法生产金属铝,铝电解,铝加工,铝冶金生产工艺,从矿石提取氧化铝有多种方法，例如,:,拜耳法、碱石灰烧结法、拜耳,-,烧结联合法,等。拜耳法一直是生产氧化铝的主要方法，其产量约占全世界氧化铝总产量的,95,左右。,70,年代以来，对酸法的研究已有较大进展，但尚未在工业上应用。,氧化铝的生产工艺,拜耳法的优点主要是流程简单、投资省和能耗较低，最低者每吨氧化铝的能耗仅,3106,千卡左右，碱耗一般为,100,公斤左右（以,Na2CO3,计）。拜耳法生产的经济效果决定于铝土矿的质量，主要是矿石中的,SiO2,含量，通常以矿石的铝硅比，即矿石中的,Al2O3,与,SiO2,含量的重量比来表示。因为在拜耳法的溶出过程中，,SiO2,转变成方钠石型的水合铝硅酸钠,(Na2OAl2O31.7SiO2nH2O),，随同赤泥排出。矿石中每公斤,SiO2,大约要造成,1,公斤,Al2O3,和公斤,NaOH,的损失。铝土矿的铝硅比越低，拜耳法的经济效果越差。,碱石灰烧结法,适用于处理高硅的铝土矿，将铝土矿、碳酸钠和石灰按一定比例混合配料，在回转窑内烧结成由铝酸钠,(Na2OAl2O3),、,铁酸钠,(Na2OFe2O3,、,原硅酸钙（,2CaOSiO2,）,和钛酸钠（,CaOTiO2,组成的熟料。然后用稀碱溶液溶出熟料中的铝酸钠。此时铁酸钠水解得到的,NaOH,也进入溶液。如果溶出条件控制适当，原硅酸钙就不会大量地与铝酸钠溶液发生反应，而与钛酸钙、,Fe2O3H2O,等组成赤泥排出。溶出熟料得到的铝酸钠溶液经过专门的脱硅过程，,SiO2,形成水合铝硅酸钠,(,称为钠硅渣,),或水化石榴石,3CaOAl2O3xSiO2(6,2x)H2O,沉淀,(,其中,x0.1),而使溶液提纯。把,CO2,气体通入精制铝酸钠溶液，和加入晶种搅拌，得到氢氧化铝沉淀物和主要成分是碳酸钠的母液。氢氧化铝经煅烧成为氧化铝成品。水化石榴石中的,Al2O3,可以再用含,Na2CO3,母液提取回收。,碱石灰烧结法的主要化学反应如下：烧结：,Al2O3+Na2CO3Na2OAl2O3+CO2Fe2O3+Na2CO3Na2OFe2O3+CO2 SiO2+2CaCO32CaOSiO2+2CO2TiO2+CaCO3CaOTiO2+CO2,熟料溶出：,Na2OAl2O3+4H2O2NaAl(OH)4,（,溶解）,Na2OFe2O3+2H2OFe2O3H2O+2NaOH,（,水解）脱硅：,1.7 Na2SiO3+2NaAl(OH)4Na2OAl2O31.7SiO2nH2O+3.4NaOH3 Ca(OH)2+2NaAl(OH)4+x Na2SiO3 3CaOAl2O3x SiO2(6-2x)H2O+2(1+x)NaOH,分解：,2NaOH+CO2Na2CO3+H2O NaAl(OH)4Al(OH)3+NaOH,流程图,拜耳,-,烧结联合法,拜耳,-,烧结联合法,可分为串联法、并联法和混联法三种工艺,流程。,串联法是用烧结法回收拜耳法赤泥中的,Na2O,和,Al2O3,用于处理拜耳法不能经济利用的三水铝石型铝土矿。扩大了原料资源，减少碱耗，用较廉价的纯碱代替烧碱，而且,Al2O3,的回收率也较高。,并联法是拜耳法与烧结法平行作业，分别处理铝土矿，但烧结法只占总生产能力的,10,15,，用烧结法流程转化产生的,NaOH,补充拜耳法流程中,NaOH,的消耗。,混联法是前两种联合法的综合。此法中的烧结法除了处理拜耳法赤泥外，还处理一部分低品位矿石。,将不溶解的残渣（俗称赤泥）与溶液分离，经洗涤后弃去或综合处理利用。,在氧化的过程中放出大量的热量（含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度），可使炉内达到足够高的温度。,1、高炉炉况稳定顺行：一般是指炉内的炉料下与煤 气流上升均匀，炉温稳定充沛，生铁合格，高产低耗,1、吹氧转炉烟气的治理 包括：（1）湿法处理（2）干法处理（3
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