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论文关键词：铝冶炼；技术现状；发展趋势
论文摘要：介绍了氧化铝、电解铝的冶炼技术，并阐述了其存在的问题及发展动向。
我国的铝冶炼工业经过几十年的发展，取得了前所未有的成绩，2006年氧化铝产量达429万t，铝锭283万t，我国已成为世界铝生产和消费的大国。这一成绩的取得，与科技的贡献是不可分的。
一、氧化铝生产技术
我国铝土矿资源绝大多数为一水硬铝石，由于我国铝土矿资源的这一显著特点，国内氧化铝生产大多采用混联法，此外，还有拜耳法和烧结法。
（一）氧化铝生产技术
1、拜耳法强化溶出技术，包括管道化溶出、单管预热—高压釜溶出、管道一停留罐溶出、混联法中的拜耳法不平衡溶出、新型高压隔膜泵；
2、一水硬铝石选矿一拜耳法生产氧化铝技术，该技术将选矿技术和拜耳法有机结合，有效地利用了我国大量的中低品位铝土矿，降低了氧化铝的生产成本；
3、矿石均化和多碎少磨技术，包括矿山块矿石及进厂碎矿石均化，多碎少磨提高了磨矿效率，降低了磨矿成本；
4、烧结法熟料烧成强化技术，包括高品位铝土矿强化烧结技术、铝土矿浮选精矿强化烧结技术、生料浆配料、非饱和配方、石灰配料和高浓度碳酸化分解，生料加煤排硫、窑体改造及操作改进、单枪喂料；
5、烧结法熟料溶出技术，包括低苛性分子比溶出、高碳酸钠浓度二段磨溶出、低碳酸钠浓度一段磨溶出；
6、氧化铝闪速焙烧技术，包括美国闪速焙烧炉、丹麦气体悬浮燃烧炉；
7、粗液脱硅技术，包括高压釜间接加热连续脱硅、管道化间接加热连续脱硅、深度脱硅；
8、分解技术，包括连续碳酸化分解、4400m3大型平底分解槽、245m2立盘过滤
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2.氧化铝生产工艺
目前全球的氧化铝产品中，有90%以上采用拜耳法生产。该方法由K.J. 拜耳在1889~1892年提出而得名。拜耳法适用于处理低硅铝矿石，特别是用在处理三水铝石型粘土矿时，工艺流程简单，建设投资少，操作方便，产品质量高，其经济效益远非其他方法所能媲美。
拜耳法工艺，根据处理的铝矿石类型不同，发展成两种不同的处理方法，处理三水铝石型铝土矿所需溶出温度比较低（140~145℃），溶出液浓度也比较低（120~140g/l Na2Ok），这种处理方法称“美洲”拜耳法；而处理一水软铝石和一水硬铝石型铝土矿溶出温度要在200℃以上（240~260℃），溶出液浓度也较高（180~250g/l Na2Ok），这种处理方法称为“欧洲”式拜耳法。由于所需温度低，能耗较少，因此用三水铝石型铝土矿生产氧化铝具有成本优势。
其余不到10%的氧化铝是烧结-拜耳联合法生产的，由于矿石类型的原因，烧结--拜耳联合法生产仅存于独联体地区和中国。该生产方法流程复杂、能耗高、产品质量较差，主要用来处理含硅高的一水硬铝石矿。
3.氧化铝生产工艺
铝土矿
(Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O)是铝在自然界存在的主要矿物，将其粉碎后用高温氢氧化钠溶液浸渍，获得偏铝酸钠溶液；过滤去掉残渣，将滤液降温并加入氢氧化铝晶体，经长时间搅拌，铝酸钠溶液会分解析出氢氧化铝沉淀；将沉淀分离出来洗净，再在950-1200℃的温度下煅烧，就得到α型氧化铝粉末，母液可循环利用.此法由奥地利科学家拜耳（K.J.Bayer）在1888年发明，时至今日仍是工业生产氧化铝的主要方法，人称“拜耳法”.
α型氧化铝
在α型氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密堆积，Al3+对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心，晶格能很大，故熔点、沸点很高.α型氧化铝不溶于水和酸，工业上也称铝氧，是制金属铝的基本原料；也用于制各种耐火砖、耐火坩埚、耐火管、耐高温实验仪器；还可作研磨剂、阻燃剂、填充料等；高纯的α型氧化铝还是生产人造刚玉、人造红宝石和蓝宝石的原料；还用于生产现代大规模集成电路的板基.
γ型氧化铝
γ型氧化铝是氢氧化铝在140-150℃的低温环境下脱水制得，工业上也叫活性氧化铝、铝胶.其结构中氧离子近似为立方面心紧密堆积，Al3+不规则地分布在由氧离子围成的八面体和四面体空隙之中.γ型氧化铝不溶于水，能溶于强酸或强碱溶液，将它加热至1200℃就全部转化为α型氧化铝.γ型氧化铝是一种多孔性物质，每克的内表面积高达数百平方米，活性高吸附能力强.工业品常为无色或微带粉红的圆柱型颗粒，耐压性好.在石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂和催化剂载体；在工业上是变压器油、透平油的脱酸剂，还用于色层分析；在实验室是中性强干燥剂，其干燥能力不亚于五氧化二磷，使用后在175℃以下加热6-8h还能再生重复使用. 目前世界上用拜耳法生产的氧化铝要占到总产量的90%以上，氧化铝大部分用于制金属铝，用作其它用途的不到10%.
电解氧化铝
工业化大规模生产电解铝的主要工艺过程是一个熔盐电化学过程，用简单的化学式可表示如下： 熔盐电解 主反应： Al2O3+2C ——————→ 2Al+CO2↑+CO↑ （1） 阳极 960~990℃ 阴极 副反应： AlF3+C→Al+CF3 (2) Na3AlF3+C →Al+NaF+CF4+F2 (3) NaF+C → Na+CF4 (4)
编辑本段β型氧化铝
还有一种β-Al2O3，它有离子传导能力（允许Na通过），以β-铝矾土为电解质制成钠-硫蓄电池。由于这种蓄电池单位重量的蓄电量大，能进行大电流放电，因而具有广阔的应用前景。这种电池负极为熔融钠，正极为多硫化钠（Na2Sx），电解质为β-铝矾土（钠离子导体） 这种蓄电池使用温度范围可达620~680K，其蓄电量为铅蓄电池蓄电量的3~5倍。用β-Al2O3陶瓷做电解食盐水的隔膜生产烧碱，有产品纯度高，公害小的特点。
4.化学工业制氧化铝过程
选矿拜耳法与国内现行的主要生产方法比较，建设投资节省15%~20%，生产成本降低10%，能耗降低 50%.采用选矿拜耳法处理高品位铝土矿（A/S=10以上）与常规拜耳法厂比较，工艺流程相似，其各项主要生产能耗指标基本相当.因此，采用选矿拜耳法生产氧化铝，处理中国中等品位一水硬铝石型铝土矿生产氧化铝，经济效益和社会效益显著，是解决中国氧化铝工业发展的重要途径.铝土矿（Al2O3·H2O和Al2O3·3H2O）是铝在自然界存在的主要矿物，将其粉碎后用高温氢氧化钠溶液浸渍，获得偏铝酸钠溶液；过滤去掉残渣，将滤液降温并加入氢氧化铝晶体，经长时间搅拌，铝酸钠溶液会分解析出氢氧化铝沉淀；将沉淀分离出来洗净，再在950-1200℃的温度下煅烧，就得到α型氧化铝粉末，母液可循环利用.此法由奥地利科学家拜耳（K.J.Bayer）在1888年发明，时至今日仍是工业生产氧化铝的主要方法，人称“拜耳法”.。
5.氧化铝生产工艺流程
氧化铝的生产工艺流程 从矿石提取氧化铝有多种方法：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。1.拜耳法 原理是用苛性钠（NaOH）溶液加温溶出铝土矿中的氧化铝，得到铝酸钠溶液，溶液与残渣（赤泥）分离后，降低温度，加入氢氧化铝作晶种，经长时间搅拌，铝酸钠分解析出氢氧化铝，洗净，并在950~1200℃温度下煅烧，便得氧化铝成品。
析出氢氧化铝后的溶液称为母液，蒸发浓缩后可循环使用。拜耳法的简要化学反应如下：现代拜耳法的主要进展：①设备的大型化和连续操作；②生产过程的自动化；③节省能量，如高压强化溶出和流态化焙烧；④生产砂状氧化铝以满足铝电解和烟气干式净化的需要。
拜耳法的工艺流程见下图。拜耳法的优点主要是流程简单、投资省和能耗较低。
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（Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O），随同赤泥排出。
2.碱石灰烧结法 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（Na2O·Al2O3）、铁酸钠（Na2O·Fe2O3、原硅酸钙（2CaO·SiO2）和钛酸钠（CaO·TiO2）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、Fe2O3·H2O 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，SiO2O形成水合铝硅酸钠（称为钠硅渣）或水化石榴石3CaO·Al2O3·xSiO2·（6-2x）H2O沉淀（其中x≈0.1），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：碱石灰烧结法生产氧化铝的主要技术成就是：在熟料烧成中采用低碱比配方，在熟料溶出工艺中采用二段磨料和低分子比溶液，以抑制溶出时的副反应损失，使熟料中Na2O和Al2O3的溶出率分别达到94~96%和92~94%。Al2O3的总回收率约90%，每吨氧化铝的Na2CO3的消耗量约95公斤。
碱石灰烧结法可以处理拜耳法不能经济地利用的低品位矿石，其铝硅比可低至3.5，原料的综合利用较好，有其特色。3.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。
① 串联法是用烧结法回收拜耳法赤泥中的Na2O和Al2O3，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。
② 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。③ 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。根据物理特性的不同，电解用氧化铝可分为三类：砂状、粉状和中间状（表1）。
目前铝工业正研制和采用砂状氧化铝，因为这种氧化铝具有较高的活性，容易在冰晶石溶液中溶解，且能够较好地吸收电解槽烟气中的氟化氢，有利于烟气净化。炼铝用氧化铝的化学组成一般如下：。
6.拜耳法的生产工艺
拜耳法主要百分为溶出、分解和煅烧三个阶段，主要由破碎和湿磨、铝土矿度溶出、赤泥分离与洗涤、铝酸钠溶液加种子分解、铝分解母液蒸发、氧化铝生产中碳酸钠回苛化回收、氢氧化铝煅烧等过程组成。
用拜耳法生产答1t 氧化铝一般需用矿石1.7~3.4t，碱耗（NaOH）60~150kg，电耗200~350kW·H ，总能耗7.4~32.6GJ。
7.氧化铝生产工艺资料下载
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下面罗列所有氧化铝的工艺，仅供参考1、半透明氧化铝烧结体与其生产2、醇铝水解法制备高纯超细氧化铝粉体技术3、一水硬铝石型铝土矿精矿生产氧化铝方法4、利用高岭岩（土）生产超纯氧化铝/工艺5、一种球形氧化铝颗粒/制备方法6、热解生产/氧化铝7、一种形态松散/纳米、亚微米级高纯氧化铝/制备方法8、烧结法生产氧化铝提高熟料氧化铝溶出率/方法9、半透明氧化铝烧结体与其制备方法10、水合氧化铝/制备方法11、氧化铝中空纤维膜制备方法12、一种氧化铝吸附剂/制备方法13、溶胶-凝胶氧化铝磨粒14、一种高比表面积氧化铝15、一种氧化铝-氧化锆纤维/制备方法16、氧化铝/生产方法17、一种氧化铝载体/制备方法18、一种γ-氧化铝载体与其制备方法19、高纯纳米级氧化铝/制备方法20、一种作催化剂载体用/纳米级氧化铝与其制备方法21、高温下保持高比表面氧化铝与其制备方法22、烧结法氧化铝生产过程中赤泥分离方法23、一种氧化铝载体与其制备方法24、多孔高氧化铝熔融铸造耐火物与其制造方法25、复合氧化铝/制备方法26、综合利用煤矸石生产氧化铝和电解铝27、高纯氧化铝/制备方法28、一种氧化铝与其制备方法29、一种高烧结活性氧化铝粉体/制备方法30、一种制造高纯超细氧化铝粉/方法31、氧化铝生产烧结法赤泥分离方法32、工业化用层析氧化铝33、超纯纳米级氧化铝粉体/制备方法34、一水型铝土矿石灰拜耳法生产氧化铝工艺35、α-氧化铝细粉与其制造方法36、γ-氧化铝/制备方法37、一种高纯氧化铝填料/制作方法与在转化炉中/应用38、一种生产含有少量氧化钠/氧化铝/方法39、一种氧化铝生产过程中补碱/方法40、一种一水型铝土矿生产氧化铝/母液处理方法41、用于氧化铝生产过程中加入石灰/方法42、用铝电解废弃物制取再生氟化盐、氧化铝/装置43、醇铝气相法制取纳米高纯氧化铝/方法44、一种生产氧化铝工艺过程/补碱方法45、一种拜尔法生产氧化铝/方法46、拜尔法联合生产氧化铝和铝酸钙水泥/方法47、含铁铝土矿生产氧化铝工艺48、一种活性氧化铝/制备方法49、球形氧化铝颗粒与其生产方法50、氧化铝颗粒与其生产方法51、氧化铝粉末52、一种Fe基氧化铝复合材料铝电解惰性阳极与其制备方法53、高热稳定性氧化铝与其制备方法54、用浮选法生产再生氧化铝/工艺55、一种生产超微细氧化铝粉/方法56、一种生产氧化铝/粗液脱硅方法57、α-氧化铝粉末与其制造方法58、纳米氧化铝材料/制造方法59、一种利用粉煤灰制备氧化铝联产水泥熟料/方法60、纳米氧化铝浆组合物与其制备方法61、利用生物发酵废气CO2生产氢氧化铝/工艺62、溶胶、凝胶法制备超细氧化铝工艺方法63、一种烧结法生产砂状氧化铝/方法64、一种连续碳分生产砂状氧化铝/方法65、α-氧化铝纳米粉/制备方法66、细粒状活性氧化铝/制备方法67、利用富铝废渣制备氢氧化铝与氧化铝/方法68、砂状氧化铝分解新工艺69、氧化铝生产分解分级新工艺70、电镀氧化铝/新工艺71、含铝酸钙/物料提取氧化铝工艺72、利用铝型材厂工业污泥制备活性氧化铝/方法73、烧结法氧化铝生产工艺/熟料制备方法74、一种耐高温高比表面氧化铝/制备方法75、以磷化铝制备活性氧化铝/方法76、用工业氢氧化铝生产高纯超细氧化铝/方法77、两组份烧结法氧化铝制备工艺78、消除种分周期性细化/砂状氧化铝生产方法79、α-氧化铝粉末/制备方法80、利用铝型材厂工业污泥制备氧化铝/方法81、一种氧化硅-氧化铝与其制备方法82、一种拜耳法种分生产砂状氧化铝/方法83、用废铝灰生产氧化铝/方法84、一种生产氧化铝新工艺85、一种联合法生产氧化铝降低拜耳法精液αk/方法86、一种球形高纯氧化铝/制备方法87、一种晶种分解生产砂状氧化铝/方法88、一种制备高纯超细活性氧化铝/方法89、γ-氧化铝微球/生产方法90、火成法制备/表面改性氧化铝91、一种氧化铝生产烧结法赤泥分离方法92、一种混联法氧化铝生产拜耳法溶出矿浆稀释方法93、一种中孔氧化铝/制备方法94、一种涂层用活性纳米氧化铝/制备方法95、由工业废料制备纳米氧化铝粉体/方法96、高纯氧化铝粉体/制备方法97、一种从高硅铝土矿中提取氧化铝/方法98、超细活性氧化铝/制备方法99、一种制备小粒径氧化铝粉/方法100、从铝基含镍废渣中回收氧化铝/方法101、烧结法氧化铝生产中高浓度溶出液/生产方法102、一种有序中孔氧化铝/制备方法103、一种纳米氧化铝与其制备方法104、一种用煤矸石生产氧化铝/方法105、一种从粉煤灰中提取氧化铝/方法106、一种制备高纯氧化铝过程中/屏蔽除铁方法107、制备α-氧化铝粉末/方法108、改性氧化铝组合物与其制备方法109、反浮选铝土矿精矿生产氧化铝/方法110、一种氧化铝生产/补碱方法111、一种氧化铝/生产方法112、用于生产α-氧化铝粉末/方法113、一种氧化铝纳米粉体/制备方法114、耐高温/高比表面积复合氧化铝粉体与其制造方法115、一种含添加剂/氧化铝116、制备α-氧化铝粉末/方法117、超细氢氧化铝/制备方法118、与合成氨厂生产相结合/纳。
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