铝的跪炼方法

电解法用于工业炼铝。主要原理是霍尔-埃鲁铝电解法:以纯氧化铝为原料，电解生产铝。因为纯氧化铝熔点高(2045℃左右)，很难熔化。所以工业上采用熔融冰晶石(Na3AlF6)作为助熔剂，使氧化铝在1000℃左右溶解在液态冰晶石中，成为冰晶石和氧化铝的熔体。

全面介绍如下:

铝的生产和加工

铝的生产过程有四个环节:铝矿开采—氧化铝生产—电解铝冶炼—铝加工生产。

一般来说，两吨铝矿生产一吨氧化铝；两吨氧化铝生产一吨电解铝。

(一)氧化铝的生产方法

迄今为止，已经提出了许多从铝矿或其它含铝原料中提取氧化铝的方法。由于技术和经济原因，有些方法已被淘汰，有些仍处于实验研究阶段。提出的生产氧化铝的方法可分为四类，即碱法、酸碱结合法和热法。目前只有碱法用于大规模工业生产。

铝土矿是世界上最重要的铝资源，其次是明矾石、霞石、粘土等。目前，在世界氧化铝工业中，除了俄罗斯霞石生产的部分氧化铝外，世界上几乎所有的氧化铝都是由铝土矿生产的。

铝土矿是一种主要由三水铝石、一水硬铝石或一水硬铝石组成的矿石。迄今为止，我国可用于氧化铝生产的铝土矿资源全部为一水硬铝石型铝土矿。

铝土矿中氧化铝的含量变化很大，从30%左右到70%以上不等。铝土矿中的主要杂质除氧化铝外，还有氧化硅、氧化铁和氧化钛。此外，还含有少量或微量的钙和镁的碳酸盐、钾、钠、钒、铬、锌、磷、镓、钪、硫等化合物和有机物，其中镓。

衡量铝土矿质量的主要指标之一是铝土矿中氧化铝含量与二氧化硅含量的比值，俗称铝硅比。

用碱法生产氧化铝时，用碱(NaOH或Na2CO3)处理铝矿石，使矿石中的氧化铝转化为铝酸钠溶液。矿石中的铁和钛等杂质以及大部分硅变成了不溶性化合物。不溶性残渣(赤泥)从溶液中分离出来，经过洗涤、废弃或综合处理，回收其中的有用成分。纯铝酸钠溶液可以分解以分离出氢氧化铝。经分离、洗涤和煅烧后，可得到氧化铝产品。分解母液可循环用于处理另一批矿石。碱法生产氧化铝的工艺有拜耳法、烧结法和拜耳-烧结联合法。

拜耳法是奥地利化学家K·J·拜耳于1889 ~ 1892年发明的从铝土矿中提取氧化铝的方法。100多年来，工艺技术有了许多改进，但基本原理没有改变。为了纪念拜耳的巨大贡献，拜耳法这个名称一直沿用至今。

拜耳法包括两个主要过程。首先，氧化铝是在一定条件下从铝土矿中溶出的(氧化铝工业常用的术语是浸出。下同)，然后氢氧化铝从过饱和的铝酸钠中溶解出来。这是拜耳公司提出的两项专利。拜耳法的本质是用湿法冶金从铝土矿中提取氧化铝。在拜耳法生产氧化铝的过程中，含硅矿物会造成Al2O3和Na2O的损失。

在拜耳法中，铝土矿经破碎后，与石灰和循环母液一起进入湿磨，制成合格的矿浆。预脱硅后，矿浆预热至溶解温度进行溶解。自蒸发后，溶解的矿浆被冷却，进入稀释、沉淀和分离赤泥(溶解后的固体残渣)的过程。自蒸发过程中产生的二次蒸汽用于纸浆的早期预热。沉降分离后，赤泥洗涤进入赤泥堆场。分离出的粗液(含固体悬浮物的铝酸钠溶液，下同)送至叶片式过滤器。叶片过滤器除去大部分悬浮物后的粗液称为精液。精液进入分解过程，被种子分解得到氢氧化铝。分解后的氢氧化铝经分级、分离、洗涤后，一部分作为晶种返回晶种分解工序，另一部分经焙烧得到氧化铝产品。种分后分离出的分解母液蒸发后返回溶解工序，形成闭路循环。焙烧后得到氢氧化铝。

不同类型的铝土矿需要不同的溶解条件。三水铝石型铝土矿在105℃时可以很好的溶解，一水硬铝石型铝土矿在200℃时可以有较快的溶解速度，而一水硬铝石型铝土矿必须在高于240℃的温度下才能溶解，其典型的工业溶解温度为260℃。溶解时间不小于。

拜耳法处理高铝硅比铝土矿，工艺简单，产品质量高，经济效果远好于其他方法。当用于处理易溶出的三水铝石型铝土矿时，其优势更加突出。目前全世界生产的氧化铝和氢氧化铝90%以上是拜耳法生产的。由于我国铝土矿资源的特殊性，目前我国约50%的氧化铝由拜耳法生产。

拜耳法和烧结法联合的过程称为联合生产过程。组合工艺可分为并联组合工艺、串联组合工艺和混合组合工艺。生产氧化铝的方法主要取决于铝土矿的品位(即矿石的铝硅比)。从综合技术经济角度考虑，当矿石铝硅比在3左右时，通常选择烧结工艺。拜耳法可用于铝硅比高于10的矿石。当铝土矿品位介于两者之间时，采用联合法可以充分发挥拜耳法和烧结法的优势，取得较好的技术经济指标。

目前世界氧化铝年产量约为5500万吨，我国约为680万吨。

(2)原铝、铝合金和铝材的生产方法。

目前工业生产原铝的唯一方法是霍尔-埃卢铝电解，由美国霍尔和法国埃卢于1886年发明。Hall-Elu铝电解是以氧化铝为原料，以冰晶石(Na3AlF6)为熔剂组成的电解质。电解质熔体中的氧化铝在950-970℃下通过电解分解为铝和氧，铝以液态形式在碳阴极析出。氧气在碳阳极上以二氧化碳气体的形式逸出。每生产一吨原铝，可生产1.5吨二氧化碳，综合电耗约为15000kwh。

工业铝电解槽大致可分为三种类型:侧插阳极自焙槽、上插阳极自焙槽和预焙阳极槽。自焙槽技术由于电解过程电耗高，不利于环境保护，正逐渐被淘汰。目前世界原铝年产量约为2800万吨，我国约为700万吨。

如果需要，电解得到的原铝可以精炼得到高纯铝。目前，铝合金的主要生产方法是熔融共混法。因为铝及其合金具有优良的机械加工性，所以通过锻造、铸造、轧制、冲压和压制来生产板、带、箔、管、线和其它型材。