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鋁的冶煉方法鋁的冶煉方法 鋁的冶煉方法 冶煉鋁可以用熱還原法，但是成本太高。 工業(yè)上冶煉鋁應(yīng)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?jí)K作陰陽兩極，進(jìn)行電解。 全面介紹如下： 《鋁的生產(chǎn)加工》 鋁在生產(chǎn)過程中有四個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成一個(gè)完整的產(chǎn)業(yè)鏈：鋁礦石開采－氧化鋁制取－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。 （一）氧化鋁的生產(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(jì)方面的原因，有些方法已被淘汰，有些還處于試驗(yàn)研究階段。已提出的氧化鋁生產(chǎn)方法可歸納為四類，即堿法、酸法、酸堿聯(lián)合法與熱法。目前用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的只有堿法。 鋁土礦是世界上最重要的鋁礦資源，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(guó)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(dá)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(jī)物等。其中鎵在鋁土礦中含量雖少，但在氧化鋁生產(chǎn)過程中會(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)鎵的主要來源。 衡量鋁土礦優(yōu)劣的主要指標(biāo)之一是鋁土礦中氧化鋁含量和氧化硅含量的比值，俗稱鋁硅比。 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(zhuǎn)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?jiān)ǔ嗄啵┡c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)使用來處理另一批礦石。堿法生產(chǎn)氧化鋁有拜耳法、燒結(jié)法以及拜耳--燒結(jié)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(jì)念拜耳這一偉大貢獻(xiàn)，該方法一直沿用拜耳法這一名稱。 拜耳法包括兩個(gè)主要過程。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(xí)慣使用的術(shù)語，即浸出。以下同）過程，然后是氫氧化鋁自過飽和的鋁酸鈉溶中水解析出的過程，這就是 拜耳提出的兩項(xiàng)專利。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(yù)脫硅之后預(yù)熱至溶出溫度進(jìn)行溶出。 溶出后的礦漿再經(jīng)過自蒸發(fā)降溫后進(jìn)入稀釋及赤泥（溶出后的固相殘?jiān)┑某两捣蛛x工序。自蒸發(fā)過程產(chǎn)生的二次汽用于礦漿的前期預(yù)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。粗液通過葉濾除去絕大部分浮游物后稱為精液。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(jí)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(jì)效果遠(yuǎn)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(guó)鋁土礦資源的特殊性，目前中國(guó)大約50%的氧化鋁是由拜耳法生產(chǎn)的。 將拜耳法和燒結(jié)法二者聯(lián)合起來的流程稱 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）來決定 的。從一般技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)看，礦石鋁硅比為3左右通常選用燒結(jié)法；鋁硅比高于10的礦石可以采用拜耳法；當(dāng)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(jié)法各自的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 目前全球氧化鋁年產(chǎn)量在5500萬噸左右，我國(guó)的氧化鋁產(chǎn)量約為680萬噸。 （二）原鋁、鋁合金及鋁材的生產(chǎn)方法 目前工業(yè)生產(chǎn)原鋁的唯一方法是霍爾－埃魯鋁電解法。由美國(guó)的霍爾和法國(guó)的埃魯于1886年發(fā)明�；魻枺ｔ斾X電解法是以氧化鋁為原料、冰晶石 （Na3AlF6）為熔劑組成的電解質(zhì)，在950－970℃的條件下通過電解的方法使電解質(zhì)熔體中的氧化鋁分解為鋁和氧，鋁在碳陰極以液相形式析出，氧在 碳陽極上以二氧化碳?xì)怏w的形式逸出。每生產(chǎn)一噸原鋁，可產(chǎn)生1.5噸的二氧化碳，綜合耗電在15000kwh左右。 工業(yè)鋁電解槽大體上可以分為側(cè)插陽極自焙槽、上插陽極自焙槽和預(yù)焙陽極槽三類。由于自焙槽技術(shù)在電解過程中電耗高、并且不利于對(duì)環(huán)境的保護(hù)，所以自焙槽技術(shù)正在被逐漸淘汰。目前全球原鋁年產(chǎn)量約為2800萬噸，我國(guó)的原鋁年產(chǎn)量約為700萬噸。 必要時(shí)可以對(duì)電解得到的原鋁進(jìn)行精煉得到高純鋁。目前的鋁合金生產(chǎn)方法主要以熔配法為主。由于鋁及其合金具有優(yōu)良的可加工性能，所以通過鍛、鑄、軋、沖、壓等方法生產(chǎn)板、帶、箔、管、線等型材。
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