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鋁的冶煉方法
發(fā)布時(shí)間：2021-06-04
冶煉鋁可以用熱還原法，但是成本太高。工業(yè)上冶煉鋁應用電解法，主要原理是霍爾-埃魯鋁電解法：以純凈的氧化鋁為原料采用電解制鋁，因純凈的氧化鋁熔點(diǎn)高（約2045℃），很難熔化，所以工業(yè)上都用熔化的冰晶石(Na3AlF6)作熔劑,使氧化鋁在1000℃左右溶解在液態(tài)的冰晶石中，成為冰晶石和氧化鋁的熔融體，然后在電解槽中，用碳塊作陰陽(yáng)兩極，進(jìn)行電解。
鋁在生產(chǎn)過(guò)程中有四個(gè)環(huán)節構成一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈：鋁礦石開(kāi)采－氧化鋁制�。�電解鋁冶煉－鋁加工生產(chǎn)。
一般而言，兩噸鋁礦石生產(chǎn)一噸氧化鋁；兩噸氧化鋁生產(chǎn)一噸電解鋁。
�。ㄒ唬┭趸X的生產(chǎn)方法
迄今為止，已經(jīng)提出了很多從鋁礦石或其它含鋁原料中提取氧化鋁的方法。由于技術(shù)和經(jīng)濟方面的原因，有些方法已被淘汰，有些還處于試驗研究階段。已提出的氧化鋁生產(chǎn)方法可歸納為四類(lèi)，即堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法與熱法。目前用于大規模工業(yè)生產(chǎn)的只有堿法。
鋁土礦是世界上較重要的鋁礦資源，其次是明礬石、霞石、粘土等。目前世界氧化鋁工業(yè)，除俄羅斯利用霞石生產(chǎn)部分氧化鋁外，幾乎世界上所有的氧化鋁都是用鋁土礦為原料生產(chǎn)的。
鋁土礦是一種主要由三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石組成的礦石。到目前為止，我國可用于氧化鋁生產(chǎn)的鋁土礦資源全部為一水硬鋁石型鋁土礦。
鋁土礦中氧化鋁的含量變化很大，低的僅約30％，高的可達70％以上。鋁土礦中所含的化學(xué)成分除氧化鋁外，主要雜質(zhì)是氧化硅、氧化鐵和氧化鈦。此外，還含有少量或微量的鈣和鎂的碳酸鹽、鉀、鈉、釩、鉻、鋅、磷、鎵、鈧、硫等元素的化合物及有機物等。其中鎵在鋁土礦中含量雖少，但在氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )逐漸在循環(huán)母液中積累，從而可以有效地回收，成為生產(chǎn)鎵的主要來(lái)源。
衡量鋁土礦優(yōu)劣的主要指標之一是鋁土礦中氧化鋁含量和氧化硅含量的比值，俗稱(chēng)鋁硅比。
用堿法生產(chǎn)氧化鋁時(shí)，是用堿（NaOH或Na2CO3）處理鋁礦石，使礦石中的氧化鋁轉變成鋁酸鈉溶液。礦石中的鐵、鈦等雜質(zhì)和絕大部分的硅則成為不溶解的化合物。將不溶解的殘渣（赤泥）與溶液分離，經(jīng)洗滌后棄去或進(jìn)行綜合處理，以回收其中的有用組分。純凈的鋁酸鈉溶液即可分解析出氫氧化鋁，經(jīng)分離、洗滌后進(jìn)行煅燒，便獲得氧化鋁產(chǎn)品。分解母液則循環(huán)使用來(lái)處理另一批礦石。堿法生產(chǎn)氧化鋁有拜耳法、燒結法以及拜耳--燒結聯(lián)合法等多種流程。
拜耳法是由奧地利化學(xué)家拜耳（K·J·Bayer）于1889～1892年發(fā)明的一種從鋁土礦中提取氧化鋁的方法。一百多年來(lái)在工藝技術(shù)方面已經(jīng)有了許多改進(jìn)，但基本原理并未發(fā)生變化。為紀念拜耳這一偉大貢獻，該方法一直沿用拜耳法這一名稱(chēng)。
拜耳法包括兩個(gè)主要過(guò)程。首先是在一定條件下氧化鋁自鋁土礦中的溶出（氧化鋁工業(yè)習慣使用的術(shù)語(yǔ)，即浸出。以下同）過(guò)程，然后是氫氧化鋁自過(guò)飽和的鋁酸鈉溶中水解析出的過(guò)程，這就是拜耳提出的兩項專(zhuān)利。拜耳法的實(shí)質(zhì)就是以濕法冶金的方法，從鋁土礦中提取氧化鋁。在拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中，含硅礦物會(huì )引起Al2O3和Na2O的損失。
在拜耳法流程中，鋁土礦經(jīng)破碎后，和石灰、循環(huán)母液一起進(jìn)入濕磨，制成合格礦漿。礦漿經(jīng)預脫硅之后預熱至溶出溫度進(jìn)行溶出。
溶出后的礦漿再經(jīng)過(guò)自蒸發(fā)降溫后進(jìn)入稀釋及赤泥（溶出后的固相殘渣）的沉降分離工序。自蒸發(fā)過(guò)程產(chǎn)生的二次汽用于礦漿的前期預熱。沉降分離后，赤泥經(jīng)洗滌進(jìn)入赤泥堆場(chǎng)，而分離出的粗液（含有固體浮游物的鋁酸鈉溶液，以下同）送往葉濾。粗液通過(guò)葉濾除去絕大部分浮游物后稱(chēng)為精液。精液進(jìn)入分解工序經(jīng)晶種分解得到氫氧化鋁。分解出的氫氧化鋁經(jīng)分級和分離洗滌后，一部分作為晶種返回晶種分解工序，另一部分經(jīng)焙燒得到氧化鋁產(chǎn)品。晶種分解后分離出的分解母液經(jīng)蒸發(fā)返回溶出工序，形成閉路循環(huán)。氫氧化鋁經(jīng)焙燒后得到氧化鋁。
不同類(lèi)型的鋁土礦所需要的溶出條件差別很大。三水鋁石型鋁土礦在105℃的條件下就可以較好地溶出，一水軟鋁石型鋁土礦在200℃的溶出溫度下就可以有較快的溶出速度，而一水硬鋁石型鋁土礦必須在高于240℃的溫度下進(jìn)行溶出，其典型的工業(yè)溶出溫度為260℃。溶出時(shí)間不低于60分鐘。
拜耳法用于處理高鋁硅比的鋁土礦，流程簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量高，其經(jīng)濟效果遠比其它方法為好。用于處理易溶出的三水鋁石型鋁土礦時(shí)，優(yōu)點(diǎn)更是突出。目前，全世界生產(chǎn)的氧化鋁和氫氧化鋁，90%以上是用拜耳法生產(chǎn)的。由于中國鋁土礦資源的特殊性，目前中國大約50%的氧化鋁是由拜耳法生產(chǎn)的。將拜耳法和燒結法二者聯(lián)合起來(lái)的流程稱(chēng)之為聯(lián)合法生產(chǎn)工藝流程。聯(lián)合法又可分為并聯(lián)聯(lián)合法、串聯(lián)聯(lián)合法與混聯(lián)聯(lián)合法。采用什么方法生產(chǎn)氧化鋁，主要是由鋁土礦的品位（即礦石的鋁硅比）來(lái)決定的。從一般技術(shù)和經(jīng)濟的觀(guān)點(diǎn)看，礦石鋁硅比為3左右通常選用燒結法；鋁硅比高于10的礦石可以采用拜耳法；當鋁土礦的品位處于二者之間時(shí)，可采用聯(lián)合法處理，以充分發(fā)揮拜耳法和燒結法各自的優(yōu)點(diǎn)，達到較好的技術(shù)經(jīng)濟指標。目前全球氧化鋁年產(chǎn)量在5500萬(wàn)噸左右，我國的氧化鋁產(chǎn)量約為680萬(wàn)噸。
鋁在生產(chǎn)過(guò)程中有四個(gè)環(huán)節構成一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈：鋁礦石開(kāi)采－氧化鋁制�。�電解鋁冶煉－鋁加工生產(chǎn)。
一般而言，兩噸鋁礦石生產(chǎn)一噸氧化鋁；兩噸氧化鋁生產(chǎn)一噸電解鋁。
�。ㄒ唬┭趸X的生產(chǎn)方法
迄今為止，已經(jīng)提出了很多從鋁礦石或其它含鋁原料中提取氧化鋁的方法。由于技術(shù)和經(jīng)濟方面的原因，有些方法已被淘汰，有些還處于試驗研究階段。已提出的氧化鋁生產(chǎn)方法可歸納為四類(lèi)，即堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法與熱法。目前用于大規模工業(yè)生產(chǎn)的只有堿法。
鋁土礦是世界上較重要的鋁礦資源，其次是明礬石、霞石、粘土等。目前世界氧化鋁工業(yè)，除俄羅斯利用霞石生產(chǎn)部分氧化鋁外，幾乎世界上所有的氧化鋁都是用鋁土礦為原料生產(chǎn)的。
鋁土礦是一種主要由三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石組成的礦石。到目前為止，我國可用于氧化鋁生產(chǎn)的鋁土礦資源全部為一水硬鋁石型鋁土礦。
鋁土礦中氧化鋁的含量變化很大，低的僅約30％，高的可達70％以上。鋁土礦中所含的化學(xué)成分除氧化鋁外，主要雜質(zhì)是氧化硅、氧化鐵和氧化鈦。此外，還含有少量或微量的鈣和鎂的碳酸鹽、鉀、鈉、釩、鉻、鋅、磷、鎵、鈧、硫等元素的化合物及有機物等。其中鎵在鋁土礦中含量雖少，但在氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )逐漸在循環(huán)母液中積累，從而可以有效地回收，成為生產(chǎn)鎵的主要來(lái)源。
衡量鋁土礦優(yōu)劣的主要指標之一是鋁土礦中氧化鋁含量和氧化硅含量的比值，俗稱(chēng)鋁硅比。
用堿法生產(chǎn)氧化鋁時(shí)，是用堿（NaOH或Na2CO3）處理鋁礦石，使礦石中的氧化鋁轉變成鋁酸鈉溶液。礦石中的鐵、鈦等雜質(zhì)和絕大部分的硅則成為不溶解的化合物。將不溶解的殘渣（赤泥）與溶液分離，經(jīng)洗滌后棄去或進(jìn)行綜合處理，以回收其中的有用組分。純凈的鋁酸鈉溶液即可分解析出氫氧化鋁，經(jīng)分離、洗滌后進(jìn)行煅燒，便獲得氧化鋁產(chǎn)品。分解母液則循環(huán)使用來(lái)處理另一批礦石。堿法生產(chǎn)氧化鋁有拜耳法、燒結法以及拜耳--燒結聯(lián)合法等多種流程。
拜耳法是由奧地利化學(xué)家拜耳（K·J·Bayer）于1889～1892年發(fā)明的一種從鋁土礦中提取氧化鋁的方法。一百多年來(lái)在工藝技術(shù)方面已經(jīng)有了許多改進(jìn)，但基本原理并未發(fā)生變化。為紀念拜耳這一偉大貢獻，該方法一直沿用拜耳法這一名稱(chēng)。
拜耳法包括兩個(gè)主要過(guò)程。首先是在一定條件下氧化鋁自鋁土礦中的溶出（氧化鋁工業(yè)習慣使用的術(shù)語(yǔ)，即浸出。以下同）過(guò)程，然后是氫氧化鋁自過(guò)飽和的鋁酸鈉溶中水解析出的過(guò)程，這就是拜耳提出的兩項專(zhuān)利。拜耳法的實(shí)質(zhì)就是以濕法冶金的方法，從鋁土礦中提取氧化鋁。在拜耳法氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中，含硅礦物會(huì )引起Al2O3和Na2O的損失。
在拜耳法流程中，鋁土礦經(jīng)破碎后，和石灰、循環(huán)母液一起進(jìn)入濕磨，制成合格礦漿。礦漿經(jīng)預脫硅之后預熱至溶出溫度進(jìn)行溶出。
溶出后的礦漿再經(jīng)過(guò)自蒸發(fā)降溫后進(jìn)入稀釋及赤泥（溶出后的固相殘渣）的沉降分離工序。自蒸發(fā)過(guò)程產(chǎn)生的二次汽用于礦漿的前期預熱。沉降分離后，赤泥經(jīng)洗滌進(jìn)入赤泥堆場(chǎng)，而分離出的粗液（含有固體浮游物的鋁酸鈉溶液，以下同）送往葉濾。粗液通過(guò)葉濾除去絕大部分浮游物后稱(chēng)為精液。精液進(jìn)入分解工序經(jīng)晶種分解得到氫氧化鋁。分解出的氫氧化鋁經(jīng)分級和分離洗滌后，一部分作為晶種返回晶種分解工序，另一部分經(jīng)焙燒得到氧化鋁產(chǎn)品。晶種分解后分離出的分解母液經(jīng)蒸發(fā)返回溶出工序，形成閉路循環(huán)。氫氧化鋁經(jīng)焙燒后得到氧化鋁。
不同類(lèi)型的鋁土礦所需要的溶出條件差別很大。三水鋁石型鋁土礦在105℃的條件下就可以較好地溶出，一水軟鋁石型鋁土礦在200℃的溶出溫度下就可以有較快的溶出速度，而一水硬鋁石型鋁土礦必須在高于240℃的溫度下進(jìn)行溶出，其典型的工業(yè)溶出溫度為260℃。溶出時(shí)間不低于60分鐘。
拜耳法用于處理高鋁硅比的鋁土礦，流程簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量高，其經(jīng)濟效果遠比其它方法為好。用于處理易溶出的三水鋁石型鋁土礦時(shí)，優(yōu)點(diǎn)更是突出。目前，全世界生產(chǎn)的氧化鋁和氫氧化鋁，90%以上是用拜耳法生產(chǎn)的。由于中國鋁土礦資源的特殊性，目前中國大約50%的氧化鋁是由拜耳法生產(chǎn)的。將拜耳法和燒結法二者聯(lián)合起來(lái)的流程稱(chēng)之為聯(lián)合法生產(chǎn)工藝流程。聯(lián)合法又可分為并聯(lián)聯(lián)合法、串聯(lián)聯(lián)合法與混聯(lián)聯(lián)合法。采用什么方法生產(chǎn)氧化鋁，主要是由鋁土礦的品位（即礦石的鋁硅比）來(lái)決定的。從一般技術(shù)和經(jīng)濟的觀(guān)點(diǎn)看，礦石鋁硅比為3左右通常選用燒結法；鋁硅比高于10的礦石可以采用拜耳法；當鋁土礦的品位處于二者之間時(shí)，可采用聯(lián)合法處理，以充分發(fā)揮拜耳法和燒結法各自的優(yōu)點(diǎn)，達到較好的技術(shù)經(jīng)濟指標。目前全球氧化鋁年產(chǎn)量在5500萬(wàn)噸左右，我國的氧化鋁產(chǎn)量約為680萬(wàn)噸。
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